林通敏，黃秉章，任志強，孫文賢，潘麗華，李廣鋒，吳曉，鄧卿

（1.廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545006；2.柳州工學(xué)院，廣西 柳州 545616；3.柳州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，廣西 柳州 545001）

0 引言

建筑廢棄物是城市垃圾的一部分，將建筑垃圾再利用是解決建筑垃圾的有效手段。近年來，國內(nèi)外研究者利用再生磚骨料制備梁、柱等并研究其力學(xué)性能[1-2]，或通過新技術(shù)研究磚骨料對再生骨料混凝土性能的影響[3-4]，或?qū)Ρ榷喾N再生骨料與天然骨料對混凝土的影響以及研究對再生磚骨料進行處理使其具有更好的工作性能[5-6]。利用磚渣作為再生粗骨料或細(xì)骨料替代天然骨料制備混凝土制品研究其物理力學(xué)性能[7-12]，研究發(fā)現(xiàn)，替代率控制在一定范圍內(nèi)時，混凝土制品都能夠達到相關(guān)性能要求，同時也發(fā)現(xiàn)，隨著替代率的增加，混凝土制品的導(dǎo)熱系數(shù)、抗壓強度、抗折強度、軸心抗壓強度等力學(xué)性能隨之降低。劉敬敏等[13]進行了輕質(zhì)隔墻板的制備及力學(xué)性能研究；李曉東等[14]研究了纖維石膏基復(fù)合墻材的基本力學(xué)性能及利用裝修垃圾再生骨料和爐底渣研制輕質(zhì)隔墻條板；黃修林等[15]利用陶粒作為骨料制備隔墻板，研究其力學(xué)性能。以上對墻板的研究，有利用混凝土或混凝土砌塊破碎料、菱鎂調(diào)和劑、脫硫石膏、礦渣、爐底渣、頁巖陶粒、植物纖維等作為墻板原料之一，但未見有利用磚骨料制備墻板的。蘇柳月等[16]研究了廢玻璃粉對混凝土力學(xué)性能的影響，董健苗等[17]研究了纖維對混凝土力學(xué)性能的影響，兩者都表明外摻物對混凝土力學(xué)性能有影響，但摻量適宜時對混凝土影響不大或有積極影響。因此，本課題利用廢棄燒結(jié)頁巖磚作為再生骨料部分替代天然骨料，研究其對混凝土輕質(zhì)內(nèi)隔墻板力學(xué)性能的影響，可為其推廣使用提供參考。

1 原材料

1.1 燒結(jié)頁巖磚

圖1為燒結(jié)頁巖磚的XRD圖譜，其主要組成為SiO2，與天然砂石相似，所以利用廢棄燒結(jié)頁巖磚制備再生骨料替代天然砂石從理論上而言是可行的。燒結(jié)頁巖磚的表觀密度為2350 kg/m3，堆積密度為1253 kg/m3，空隙率為44.2%，吸水率為12.7%。

圖1 燒結(jié)頁巖磚的XRD圖譜

1.2 其他原材料

水泥：廣西魚峰水泥股份有限公司，魚峰牌P·O42.5水泥，符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求；天然砂：粒徑0～5.0 mm，Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.672；再生磚骨料：由廢棄燒結(jié)頁巖磚制得，Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.655，累計篩余如表1所示；粗骨料：廣西柳州自營，天然碎石，粒徑為5～10 mm；拌合用水：自來水；減水劑：聚羧酸系高效減水劑，減水率為30%，固含量為39.2%。

表1 天然砂與再生磚骨料的累計篩余

1.3 廢棄燒結(jié)頁巖磚的處理

從破舊房屋拆遷以及棚戶區(qū)改造的建筑廢棄物中回收廢棄燒結(jié)頁巖磚并作簡單處理。把挑選好的廢棄燒結(jié)頁巖磚使用顎式破碎機破碎，接著將破碎好的磚渣使用移動式細(xì)篩分機進行篩選，使用的篩分機有三層篩網(wǎng)規(guī)格，最上面一層規(guī)格是30～50 mm，中間一層規(guī)格是10～30 mm，最下面一層規(guī)格是0～10 mm。將篩選出的粒徑在10 mm以下的磚渣使用5 mm×5 mm的鐵絲網(wǎng)進一步篩選，只留取粒徑為5 mm以下的磚渣作為再生磚骨料使用。

2 配合比設(shè)計及墻板制備

2.1 配合比設(shè)計

試驗制備6組不同再生磚骨料替代率的再生混凝土輕質(zhì)內(nèi)隔墻板及1組天然砂的輕質(zhì)內(nèi)隔墻板作為對照組。試驗需要制備干硬性混凝土，根據(jù)JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》計算得到對照組混凝土配合比為：m（水泥）∶m（細(xì)骨料）∶m（粗骨料）=1∶1.82∶2.73。水膠比為0.37，砂率為40%，配合比如表2所示。

表2 不同再生磚骨料替代率再生混凝土輕質(zhì)內(nèi)隔墻板的配合比

2.2 內(nèi)隔墻板尺寸及制備流程

依據(jù)JG/T 169—2016《建筑隔墻用輕質(zhì)條板通用技術(shù)要求》規(guī)定及工廠實際生產(chǎn)流程，使用再生磚骨料部分替代天然砂制備再生混凝土輕質(zhì)內(nèi)墻隔板的流程為：使用配料機將再生磚骨料、天然砂石、水泥、水、減水劑按照表2配合比投入攪拌機攪拌，直至手抓成團的狀態(tài)；將拌合物通過皮帶運輸至擠壓機，通過擠壓機擠壓成型內(nèi)隔墻板；按照尺寸要求進行切割；然后將內(nèi)墻隔板運輸?shù)金B(yǎng)護窖養(yǎng)護8 h后出窖；運輸?shù)街付ù娣劈c存放。

3 輕質(zhì)內(nèi)隔墻板的力學(xué)性能試驗及分析

3.1 抗壓強度試驗

根據(jù)JG/T 169—2016中7.4.3條規(guī)定進行抗壓強度試驗。按標(biāo)準(zhǔn)要求沿條板的板寬方向依次截取厚度為條板厚度尺寸，試塊尺寸為100 mm×100 mm×90 mm，以3塊為一組樣本（試件A、試件B、試件C），其破壞形態(tài)如圖2所示。通過觀察試驗過程發(fā)現(xiàn)，試件的8個角會出現(xiàn)輕微的破壞，試件切斷面會出現(xiàn)豎向裂縫，并且不斷延伸；裂縫變化是試件表面處先出現(xiàn)豎向裂縫，后出現(xiàn)橫向裂縫，最后部分試件會出現(xiàn)輕微鼓包現(xiàn)象，試件隨之破壞，載荷不再增加。俯視已經(jīng)破壞的試件，會發(fā)現(xiàn)孔肋上產(chǎn)生了裂縫，裂縫垂直于圓孔。

圖2 試件的破壞形態(tài)

不同再生磚骨料替代率條件下試件的抗壓強度如圖3所示。

圖3 不同再生磚骨料替代率條件下試件的抗壓強度

由圖3可知，再生磚骨料替代率從0增加至60%時，試件的抗壓強度逐漸下降，其中替代率從20%增加至40%時試件的抗壓強度下降速度相較其他階段而言最迅速；在替代率為20%后，抗壓強度下降較快，這是因為在替代率不是很大時對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響小；當(dāng)替代率達到一定程度時，開始對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。對比替代率為20%前和后發(fā)現(xiàn)，試件的抗壓強度下降速度在替代率大于20%后更大，從抗壓強度考慮選擇替代率為20%最合適；但是替代率低于40%時的抗壓強度都是在13 MPa以上，達到工廠生產(chǎn)及JG/T 169—2016標(biāo)準(zhǔn)要求；為最大程度利用建筑廢棄物，選擇再生磚骨料替代率40%最合適。

3.2 均布荷載試驗

根據(jù)JG/T 169—2016中7.4.2條規(guī)定進行抗彎破壞荷載試驗，試件尺寸為2400 mm×600 mm×90 mm。試驗加荷過程如圖4所示，加載方式為分級加載，每級加載不超過自重的30%。在抗壓強度試驗的基礎(chǔ)上，再生磚骨料混凝土輕質(zhì)內(nèi)墻隔板的均布破壞荷載選取替代率為40%的3塊墻板與3塊對照組的墻板進行對比測試，數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示。

圖4 加荷過程

表3 均布破壞荷載試驗均值

由表3可知，1#和5#試件的抗彎破壞荷載與板質(zhì)量的比值都大于1.5，符合JG/T 169—2016的規(guī)定，雖然相差不大，但是替代率為40%的混凝土輕質(zhì)內(nèi)隔墻板的抗彎破壞荷載有所降低，表明再生磚骨料能夠相對降低內(nèi)隔墻板自重，但同時也會降低抗彎破壞荷載，因為再生磚骨料的表面相比天然砂石粗糙多孔，吸水率更大，直接降低了混凝土水灰比，對水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)生較大影響。

3.3 干燥收縮試驗

根據(jù)GB/T 30100—2013《建筑墻板試驗方法》第14.3條規(guī)定，取3塊（試件A、試件B、試件C）替代率為40%的再生磚骨料混凝土輕質(zhì)內(nèi)隔墻板，在每塊墻板上截取1個干燥收縮試件，試驗樣品如圖5所示，試驗結(jié)果如圖6所示。

圖5 干燥收縮試驗樣品

圖6 替代率為40%的再生磚骨料混凝土輕質(zhì)內(nèi)隔墻板干燥收縮曲線

由圖6可知，替代率為40%的再生磚骨料混凝土輕質(zhì)內(nèi)隔墻板的干燥收縮值整體趨勢為：在7 d內(nèi)，干燥收縮值增長較迅速，7 d后內(nèi)隔墻板的干燥收縮值增長相對緩慢，從第14 d開始，干燥收縮值趨于穩(wěn)定。替代率為40%的再生磚骨料混凝土輕質(zhì)內(nèi)隔墻板試件干燥收縮最大值為0.38 mm/m，符合JG/T 169—2016中干燥收縮值≤0.5 mm/m的要求。

3.4 微觀分析

依據(jù)上述試驗結(jié)果，選取替代率為40%的再生磚骨料混凝土進行微觀分析，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同樣品的SEM照片（×1500）

對比圖7可知，相較于對照組，再生磚骨料混凝土水化反應(yīng)產(chǎn)物沒有明顯不同，這表明，磚渣對膠凝材料的水化反應(yīng)沒有特殊干擾。再生磚骨料混凝土中的骨料呈片狀相對更多，由于磚渣有部分片狀物，使得骨料與膠凝材料之間的接觸面更大，包裹性更強；但是也會出現(xiàn)更多的水泥石-集料界面。根據(jù)試件的抗壓強度試驗可知，相對包裹性而言，水泥石-集料界面對混凝土的抗壓性能影響更大。這是因為水泥石-集料界面是水泥基材料結(jié)構(gòu)中最薄弱的環(huán)節(jié)[18]，在這個界面上由于水膜或氣孔的存在，造成混凝土在此處形成更多的空隙和微裂縫。綜上，與對照組相比，替代率為40%再生磚骨料混凝土存在更多水泥石-集料界面，這影響了再生混凝土的力學(xué)性能，且對抗壓強度的影響大于對抗彎性能的影響。

4 結(jié)論

（1）再生磚骨料的替代率越大，內(nèi)隔墻板切割試塊的抗壓強度下降幅度越大，說明再生磚骨料替代率對內(nèi)隔墻板試塊抗壓強度有不利影響。當(dāng)替代率由0增加至40%時，都高于JG/T 169—2016及工廠生產(chǎn)要求。

（2）當(dāng)替代率為40%時，內(nèi)隔墻板的均布破壞荷載有所降低但仍能符合JG/T 169—2016要求，其最大干燥收縮值也符合JG/T 169—2016要求。

（3）利用再生磚骨料部分替代天然骨料可行，在裝配式內(nèi)隔墻板中具有良好的應(yīng)用前景。