摘 要：各類建筑與設(shè)施拆除過程中產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，這些建筑垃圾若不能得到有效處理，將對(duì)環(huán)境造成巨大壓力。隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)和資源循環(huán)利用的日益重視，人們努力將這些廢棄的建筑材料轉(zhuǎn)化為新的、有價(jià)值的資源，再生混凝土砌塊就是其中的一種研發(fā)成果。但高溫環(huán)境下建筑材料的性能會(huì)發(fā)生變化，這對(duì)建筑的安全性和耐久性提出了更高要求?；诖?，本文選擇了一批具有代表性的再生混凝土砌塊，然后對(duì)其進(jìn)行煅燒處理，并分析其高溫后抗壓強(qiáng)度與微觀結(jié)構(gòu)的變化情況，以為再生混凝土的應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：再生混凝土砌塊；高溫后；抗壓強(qiáng)度；微觀結(jié)構(gòu)；變化

1 研究背景

目前我國(guó)對(duì)于廢棄混凝土的回收利用已經(jīng)有了大量的研究，但是由于累積損傷、材性退化等方面原因，再生混凝土的力學(xué)與使用性能相較于普通混凝土有著明顯的差距。譬如，廢棄混凝土中的骨料在破碎和篩分過程中可能會(huì)受到磨損和破碎，導(dǎo)致骨料尺寸的減小和形狀的改變，對(duì)其力學(xué)性能也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。此外，廢棄混凝土中的水泥漿體在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的使用后，可能會(huì)出現(xiàn)老化、碳化等現(xiàn)象，導(dǎo)致水泥漿體的強(qiáng)度和粘結(jié)性降低，這些變化會(huì)進(jìn)一步影響再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、耐久性等力學(xué)與使用性能[1]。

再生混凝土磚砌塊是由廢棄混凝土經(jīng)過破碎、篩分、清洗等工藝處理后得到再生骨料，再與適量的水泥、砂、水等原材料混合攪拌制成。由于再生骨料的存在，再生混凝土磚砌塊在物理和化學(xué)性質(zhì)上與普通混凝土磚砌塊有所不同，致使其耐高溫性能的特殊性。學(xué)者們對(duì)再生混凝土磚砌塊的耐高溫性能進(jìn)行了大量的研究，通過實(shí)驗(yàn)室模擬高溫環(huán)境，對(duì)再生混凝土磚砌塊進(jìn)行加熱處理，并測(cè)試其在不同溫度下的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)變化，這些研究揭示了再生混凝土磚砌塊在高溫下的穩(wěn)定性和耐久性，為其在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)。下文就針對(duì)再生混凝土砌塊高溫后抗壓強(qiáng)度與微觀結(jié)構(gòu)的變化開展分析。

2試驗(yàn)概況

選擇設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30的廢棄混凝土作為實(shí)驗(yàn)材料，利用顎式破碎機(jī)將廢棄混凝土破碎成粒徑合適的再生骨料，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，科學(xué)設(shè)計(jì)配合比。配合比設(shè)計(jì)中，要充分考慮再生骨料的特點(diǎn)和性能，以及水泥、砂、水等原材料的比例關(guān)系。本項(xiàng)目配合比設(shè)計(jì)為水泥∶水∶粉煤灰∶再生集料∶減水劑=1∶0.742∶0.25∶4.51∶0.01。然后按照設(shè)計(jì)要求，將水泥、細(xì)集料、粗集料和混凝土添加劑按一定比例混合，加入適量的水進(jìn)行攪拌，攪拌過程中要注意控制攪拌時(shí)間和攪拌速度，確?；炷翑嚢杈鶆?、無(wú)顆粒和團(tuán)塊[2]。之后選擇適當(dāng)尺寸的試塊模具，清潔并涂抹一定量的防粘劑，以防止混凝土與模具黏住，將攪拌好的混凝土倒入試塊模具中，輕輕壓實(shí)并振動(dòng)，以消除空隙和保證密實(shí)度，振動(dòng)時(shí)間應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，以確保再生磚質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，再生磚的配合比為集料級(jí)配。

將養(yǎng)護(hù)完成的混凝土再生磚放置在高溫煅燒設(shè)備中，設(shè)備內(nèi)部能夠精確控制溫度。隨著溫度的逐漸升高，再生磚內(nèi)部的水分開始蒸發(fā)，這一過程不僅帶走了部分質(zhì)量，還導(dǎo)致磚體內(nèi)部產(chǎn)生微小的孔隙和裂縫，這些變化在初始階段可能并不顯著，但為后續(xù)的結(jié)構(gòu)變化奠定了基礎(chǔ)。

煅燒升溫速度為5℃/min，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)溫度后煅燒3h，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值（如200℃、400℃或600℃）時(shí)，煅燒進(jìn)入關(guān)鍵階段。此時(shí)，再生磚中的水化產(chǎn)物開始發(fā)生分解和相變，這些化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致磚體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。骨料與砂漿之間的粘結(jié)力逐漸減弱，骨料可能出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，而砂漿則可能出現(xiàn)開裂，這些變化使得再生磚的密實(shí)度降低，從而影響到其抗壓強(qiáng)度。在中間溫度達(dá)到300℃與500℃時(shí)，需保持溫度5h后升溫[3]。

整個(gè)煅燒過程中，溫度的均勻性和穩(wěn)定性對(duì)再生磚的性能有著重要影響，如果溫度分布不均勻或波動(dòng)過大，可能導(dǎo)致再生磚內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中或局部破壞，進(jìn)一步加劇其性能劣化。因此，煅燒設(shè)備的性能和維護(hù)狀態(tài)對(duì)保證再生磚質(zhì)量至關(guān)重要。試件煅燒完成后打開爐膛，自然降溫至室溫狀態(tài)。

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1粒徑影響

一般情況下，顆粒直徑越小，抗壓強(qiáng)度越大，因?yàn)轭w粒直徑越小，顆粒表面和內(nèi)部的面積就越大，顆粒間的相互作用力就越強(qiáng)，因此抗壓強(qiáng)度也會(huì)隨之增加。但是，這個(gè)規(guī)律并不絕對(duì)，因?yàn)轭w粒的抗壓強(qiáng)度還受到顆粒的形狀、密度和材質(zhì)等多種因素的影響。本次研究中，經(jīng)過高溫煅燒后的0～9.5 mm粒徑的磚砌塊抗壓強(qiáng)度均大于0～4.75 mm粒徑的試件。這主要是由于大粒徑再生混凝土骨料吸水率較高，經(jīng)過養(yǎng)護(hù)后，0～9.5 mm粒徑的磚砌塊中自由水較少，而且大粒徑骨料使磚砌塊內(nèi)部孔隙減少。煅燒過程中，大量水分蒸發(fā)導(dǎo)致內(nèi)部孔隙的增加少于0～4.75 mm粒徑的試件，故該種試件強(qiáng)度高于0～4.75 mm粒徑的磚砌塊[4]。

3.2高溫?fù)p傷機(jī)理

當(dāng)煅燒溫度低于200℃時(shí)，混凝土再生磚的表面呈現(xiàn)暗灰色。這一溫度范圍內(nèi)，磚體內(nèi)部的水分開始逐漸蒸發(fā)，但溫度尚不足以引發(fā)顯著的化學(xué)變化或物理破壞。因此，磚砌塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)完整，破壞面孔洞較少，該階段主要是水分的脫除過程，對(duì)磚砌塊的性能影響較小。

隨著煅燒溫度的升高，當(dāng)達(dá)到400℃時(shí)，磚砌塊的表面顏色開始變淺，因?yàn)闇囟鹊纳呒铀倭怂值恼舭l(fā)和擴(kuò)散，導(dǎo)致磚體內(nèi)部的濕度降低，同時(shí)溫度應(yīng)力在磚砌塊內(nèi)部逐漸發(fā)展，使得磚體內(nèi)部的孔隙和裂縫開始增大。此外，部分骨料在這個(gè)溫度范圍內(nèi)開始受熱膨脹，由于骨料與砂漿之間的熱膨脹系數(shù)不同，骨料膨脹時(shí)可能產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致骨料破裂，從而增加了磚體內(nèi)部的孔隙，這些變化使得磚砌塊的密實(shí)度降低，力學(xué)性能有所減弱[5]。

當(dāng)煅燒溫度進(jìn)一步升高至600℃時(shí)，磚砌塊的表面顏色轉(zhuǎn)變?yōu)榛野咨@是因?yàn)樵谶@個(gè)高溫條件下，磚體內(nèi)部的水分已經(jīng)完全蒸發(fā)，同時(shí)水化產(chǎn)物也發(fā)生了顯著的分解和相變，這些化學(xué)變化導(dǎo)致磚體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的改變。在破壞面上可以觀察到大量骨料被燒紅的現(xiàn)象，因?yàn)楣橇显诟邷叵掳l(fā)生了氧化反應(yīng)，釋放出了大量的熱量，這種劇烈的化學(xué)反應(yīng)不僅加劇了磚體內(nèi)部的破壞，還可能導(dǎo)致磚體表面的剝落和開裂。

4計(jì)算分析

4.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線

應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖1）通常分為以下五個(gè)階段：

（1）低溫階段。在煅燒的初始階段，溫度逐漸上升，但尚未達(dá)到引起顯著化學(xué)變化的溫度，此時(shí)磚體內(nèi)部的水分開始蒸發(fā)，導(dǎo)致磚體輕微膨脹。由于水分的蒸發(fā)和溫度的上升，磚體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較小的壓應(yīng)力和相應(yīng)的應(yīng)變，這個(gè)階段的應(yīng)力-應(yīng)變曲線通常表現(xiàn)為平緩上升，表明應(yīng)力和應(yīng)變的增加都相對(duì)較小。

（2）水分蒸發(fā)與松弛階段。隨著溫度的繼續(xù)升高，水分蒸發(fā)加速，磚體內(nèi)部的濕度迅速降低，同時(shí)磚體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)開始松弛，骨料和砂漿之間的粘結(jié)力逐漸減弱。該階段磚體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力和相應(yīng)的應(yīng)變。由于水分的蒸發(fā)和結(jié)構(gòu)松弛，應(yīng)力-應(yīng)變曲線可能會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)明顯的上升階段，表示應(yīng)力和應(yīng)變的增加速度相對(duì)較慢。

（3）化學(xué)變化與體積變化階段。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，磚體內(nèi)部的水化產(chǎn)物開始發(fā)生分解和相變，這些化學(xué)變化會(huì)導(dǎo)致磚體體積的變化。這個(gè)階段磚體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，包括壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，由于體積的變化和化學(xué)變化的影響，應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率會(huì)顯著增加，表示應(yīng)力和應(yīng)變的增加速度加快。同時(shí)曲線可能會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)或不平滑的現(xiàn)象，這是化學(xué)變化的非均勻性和復(fù)雜性所導(dǎo)致的。

（4）高溫階段。當(dāng)溫度達(dá)到一個(gè)較高的穩(wěn)定值時(shí)，磚體內(nèi)部的化學(xué)變化逐漸趨于穩(wěn)定，體積變化也趨于停止，磚體內(nèi)部的應(yīng)力會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，應(yīng)變也會(huì)相應(yīng)地趨于穩(wěn)定，此時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線通常表現(xiàn)為一條接近水平的直線，表示應(yīng)力和應(yīng)變的變化都相對(duì)較小。

（5）冷卻階段。煅燒結(jié)束后，磚體會(huì)逐漸冷卻。冷卻過程中，由于溫度的變化和磚體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整，磚體內(nèi)部可能會(huì)產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力和應(yīng)變，這些殘余應(yīng)力和應(yīng)變可能會(huì)對(duì)磚體的性能產(chǎn)生一定的影響，但通常不會(huì)對(duì)磚體的整體性能造成顯著的影響。

4.2溫度-應(yīng)力曲線

應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖2）通常分為以下五個(gè)階段：

（1）預(yù)熱階段。再生磚從室溫開始被加熱，此時(shí)磚體內(nèi)部的應(yīng)變變化相對(duì)較小，因?yàn)闇囟茸兓€不足以引起顯著的物理或化學(xué)變化，溫度-應(yīng)變曲線在這一階段表現(xiàn)為平緩上升或接近水平，表明應(yīng)變隨溫度的升高而緩慢增加。

（2）水分蒸發(fā)階段。隨著溫度的繼續(xù)升高，磚體內(nèi)部的水分開始蒸發(fā)，水分的蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致磚體輕微膨脹，從而在溫度-應(yīng)變曲線上產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)明顯的上升段，這個(gè)階段的應(yīng)變?cè)黾又饕怯捎谒值恼舭l(fā)和蒸汽壓力的增加所引起的。

（3）化學(xué)反應(yīng)階段。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，磚體內(nèi)部的水化產(chǎn)物開始發(fā)生分解和相變等化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)通常伴隨著體積的變化，導(dǎo)致磚體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變。這個(gè)階段的溫度-應(yīng)變曲線的斜率可能會(huì)顯著增加，表示應(yīng)變隨溫度的升高而迅速增加。這是化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的體積變化和熱應(yīng)力的共同作用。

（4）高溫穩(wěn)定階段。隨著溫度的進(jìn)一步升高，磚體內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)逐漸趨于穩(wěn)定，體積變化也趨于停止，溫度-應(yīng)變曲線通常表現(xiàn)為一個(gè)相對(duì)平緩的上升段或接近水平的直線段。這表明在高溫下，磚體內(nèi)部的應(yīng)變變化相對(duì)較小，主要是因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)已經(jīng)基本完成，且磚體結(jié)構(gòu)已經(jīng)相對(duì)穩(wěn)定。

（5）冷卻階段。冷卻過程中，由于溫度的變化和磚體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整，磚體內(nèi)部可能會(huì)產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)變，這個(gè)階段的溫度-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為隨著溫度的降低，應(yīng)變也逐漸降低，但可能不完全回到初始狀態(tài)。

5結(jié)論

總而言之，高溫作用導(dǎo)致砌塊內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，進(jìn)而顯著影響其抗壓強(qiáng)度。隨著溫度的升高，再生混凝土砌塊的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，這與骨料裂紋的增加和界面區(qū)的弱化密切相關(guān)。同時(shí)，微觀結(jié)構(gòu)分析顯示，高溫處理改變了砌塊的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和骨料間的粘結(jié)狀態(tài)，進(jìn)一步印證了抗壓強(qiáng)度的變化。這些研究成果不僅增進(jìn)了對(duì)再生混凝土砌塊高溫后性能的理解，也為優(yōu)化其應(yīng)用提供了重要參考。

參考文獻(xiàn)

[1]李承明，孔祥坤，熊宇強(qiáng)，等.基于生命周期理論的再生混凝土空心砌塊環(huán)境性能評(píng)價(jià)[J].新型建筑材料，2021，48（1）：112-115+120.

[2]邢智巖.再生免漿混凝土砌塊力學(xué)性能試驗(yàn)及砌體性能有限元分析[D].太原理工大學(xué)，2020.

[3]胡濤.再生混凝土橫孔空心砌塊墻體抗壓性能分析[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2020.

[4]張會(huì)芝，劉紀(jì)峰，連躍宗，等.自保溫再生混凝土砌塊砌體抗剪性能數(shù)值模擬[J].信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，33（1）：156-161.

[5]何博晗.建筑垃圾制備蒸壓加氣混凝土砌塊性能試驗(yàn)[D].華北水利水電大學(xué)，2019.

基金項(xiàng)目：2021年廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目——《火災(zāi)后再生混凝土砌塊的力學(xué)性能和安全評(píng)估研究》（課題編號(hào)：2021KY1123）

作者簡(jiǎn)介：陽(yáng)利君（1981-），女，漢族，四川資陽(yáng)人，工程碩士，副教授，研究方向：建筑材料。

王富強(qiáng)（1971-），男，瑤族，廣西平樂人，研究生班，副教授，研究方向：工程管理。

陳鈺婷（1989-），女，漢族，廣西梧州人，研究生，講師，研究方向：安全工程技術(shù)。