再生磚混骨料的研究現狀與應用探討

佟英男

（內蒙古科技大學土木工程學院，內蒙古 包頭 014010）

建筑廢棄物是指老舊建筑物以及道路橋梁等構造物在改造拆除過程中產生的固廢。由于城市人口密集以及工業化程度高，導致我國目前已成為世界上最大的建筑廢棄物生產國之一。截至2020 年末，我國城市化水平已達到64%[1]，持續加快的城市化改造進程，導致大批陳舊的建筑物拆除維修，每年城中村、背街小巷、老舊小區等建筑物改造、拆遷的房屋建筑面積達22.7 億m2，約占新建房屋建筑面積40%[2]，從而產生了巨量的建筑廢棄物。目前我國大部分建筑廢棄物僅是臨時堆放或者簡單填埋，再次利用的途徑也是加工為再生磚和其他低附加值建材產品，資源化利用率低于10%，建筑廢棄物所帶來的資源、能源、環境等問題越來越突出。為了實現建筑廢棄物的規模化利用，固廢公司對建筑廢棄物進行粉碎和篩分，得到再生磚混骨料并投入到施工建設中，為建筑廢棄物的高等級化處理指明了方向。

1 再生磚混骨料簡述

在建筑行業中，再生磚混骨料已經得到廣泛的應用。它可以作為混凝土、水泥制品等材料的原材料，也可以用于道路、橋梁、地基等工程中的填充和加固。通過對再生磚混骨料的應用分析，可以更好地發揮其優點，提高建筑行業的可持續發展水平。首先，再生磚混骨料在混凝土制品中的應用可以降低生產成本，同時避免了對天然骨料的過度開采和損耗。其次，再生磚混骨料在道路、橋梁等工程中的應用可以提高工程的承載能力和穩定性，同時減少了對土地資源的占用。此外，再生磚混骨料還可以用于城市公共設施的建設，如公園、廣場等場所的鋪裝和景觀打造。然而，再生磚混骨料的應用也面臨一些挑戰。例如，由于其材料含有的雜質較多，需要進行加工和篩分處理，增加了生產成本和復雜度；同時，由于再生磚混骨料的性能和質量不穩定，需要對其進行嚴格的質量檢測和控制。總之，再生磚混骨料是一種具有廣泛應用前景的新型建筑材料。通過對其應用進行分析，可以更好地發揮其優點，加快建筑行業的可持續發展進程。

2 再生磚混骨料材性研究

2.1 再生磚混骨料處理方式

試驗中針對再生磚混骨料的篩分主要分為2 種方式。第一種是將再生磚混骨料直接與天然骨料分別以不同比例混合，最后制成混合料進行試驗研究。這種方法是在試驗的初期以八點取樣法確定再生磚混骨料中各個成分比例，并在后續中一直使用該比例進行試驗，雖然使用八點取樣法可以較好地測試單批再生磚混骨料中各個成分含量，但試驗中制備混合料往往消耗骨料較多，單批骨料并不能完成整組試驗，而2 批骨料中各成分含量又存在偏差，所以并不能保證每組試驗中各個成分含量的一致性，而再生磚混骨料的研究中往往把磚含量作為影響因素來考慮，所以這種方法可能會間接削弱了磚骨料取代率對混凝土或水穩材料試驗性能的影響。

第二種方式是將廢磚塊使用小型顎式破碎機單獨破碎然后與再生混凝土骨料或天然骨料混合后制成再生混合料。這種方法可以很好地控制各個成分在再生磚混集料中的含量，但是在實際工程中，相較于再生混凝土集料，再生磚混集料成分更為復雜，除混凝土、磚塊、舊砂漿以外還含有大量的石灰、瓷磚等成分，而單獨破碎后再生磚混集料成分單一，用其制備而成的再生混合料可能會與實際工程存在誤差。

2.2 再生磚混骨料與天然骨料材性特點比較

再生磚混骨料與普通再生骨料在各個方面都有較大區別。例如，在顆粒形貌上，磚塊被壓碎時，顆粒大多呈扁平狀，表面粗糙，有棱角，且有帶微裂縫，少量骨料表面黏附舊砂漿。這些因素使得再生混凝土在強度上明顯低于天然混凝土和鋼纖維混凝土。此外，由于磚骨料的原因，磚混骨料的表觀密度及堆積密度相較天然骨料偏高，而壓碎指標和吸水率卻高于天然骨料[3]。當紅磚占磚混骨料總質量25%時，其磨耗值較天然骨料差別不大，但當紅磚含量繼續升高，磨耗值將迅速降低[4]。

磚骨料和混凝土骨料在材料的物理性能上存在著較大的差距，造成了研究上的困難。由于我國建筑市場發展較快，大量采用了一些新技術、新工藝和新設備，使磚廠原料中出現許多新情況和新問題，這就導致磚混骨料的材性指標受各種因素的綜合作用而產生變化。因此，針對組成復雜的再生磚混骨料，應系統地研究各類影響因素下對混合料力學性能和耐久性能的作用規律，只有符合國家規范的要求，再生磚混骨料才可在施工建設上投入使用。

3 再生磚混骨料應用混凝土的研究現狀

3.1 再生磚混骨料對混凝土力學性能影響

通過現有的研究發現，再生混凝土的抗壓強度值隨著再生磚混骨料替代率的升高而降低[5]。但如果設計好顆粒級配以及使用適合的水灰比，再生磚混骨料也可以作為低、中強度混凝土的骨料來使用。

盡管當磚混骨料摻入混凝土后會導致其力學性能下降，但再生磚混骨料對于混凝土力學性能的作用并非都是負面效果。由于再生磚混骨料中含有SiO2、Al2O3等活性氧化物，使附著在它表面上的廢磚粉具有火山灰活性，能和水化產物進行火山灰反應，形成膠凝物質，并充填混凝土的孔隙裂縫[6]。式（1）、（2）是火山灰反應化學公式，再生磚混骨料放出的水促使附著在骨料上的廢磚粉及CH形成團聚性水化硅酸鈣，水化鋁酸鈣產物。這些水化產物從磚骨料的表面析出，使混凝土界面過渡區及其附近砂漿力學性能得到改善，最終使混凝土的力學性能得到強化。

3.2 再生磚混骨料對混凝土耐久性能影響

由于再生磚混骨料具有孔隙率高、表觀密度較小，吸水率較大，微裂紋較多、強度較低的特點，致使再生混凝土在耐久性能方面與同等條件普通混凝土相比存在一定的差距。抗凍性能是評定混凝土耐久性的一項重要指標，它直接關系到工程結構能否長期、安全地投入使用。對北方低溫地區來說，凍融破壞已成為混凝土耐久性失效的首要原因[7]。為此應該對摻再生磚混骨料混凝土的抗凍性能進行研究，并探明再生混凝土在凍融過程中的損傷規律，提出改善混凝土抗凍性能的技術途徑，這對促進再生磚混骨料在混凝土中的應用有一定的理論意義和工程意義。常溫條件下再生骨料混凝土為氣-液-固三相平衡體系，但混凝土空隙中的水在負溫作用下會變成固態。相連通的毛細孔對混凝土凍融破壞有很大影響[8]。Gokce 等[9]用微觀分析的方法進行了研究：凍融過程中，非引氣型混凝土附著的砂漿可使再生骨料早于基體而失效，由此誘發了內部結構的凍融破壞。對于摻再生磚混骨料的混凝土，可以采取如下措施使耐久性得到提高。

第一，再生磚混骨料在破碎生產過程中往往就已經存在裂縫，所以由于骨料方面的缺陷，再生混凝土抗凍性能較普通混凝土稍差，但可以通過添加引氣減水劑等方式，使其接近甚至超過普通混凝土的抗凍性指標。

第二，各地區再生磚混骨料的組成成分與材性指標各不相同，這會導致試驗數據離散化，使磚混骨料的廣泛應用受到阻礙，所以對于再生磚混骨料，應該規范其生產過程，統一分級標準，使磚混骨料的材性指標更加穩定。

4 再生磚混骨料應用于水穩材料的研究現狀

4.1 再生水穩材料的應用前景

水泥穩定材料是由骨料及少量水泥作黏結劑，通過適當的水量（達到壓實和水泥水化的要求）壓實而形成的混合物。它主要用于修筑路面、路基或堤壩等工程。1915年美國佛羅里達州薩拉索塔人行道施工中第一次采用貝殼、沙與波特蘭水泥混合用作基層，由于施工便利、前期強度高，后續在道路基層，底基層得到了廣泛的應用。近年來隨著城市規模擴大和人口增加，廢棄建筑物不斷增多，其中有相當一部分已成為垃圾或露天堆放場，不僅占用土地資源而且污染環境。我國現在絕大多數被拆房屋都是九十年代前磚混結構，這些被拆除的磚混建筑廢棄物，其組成成分比較復雜，包含了很多舊磚塊和舊砂漿以及玻璃、木片等雜質，直接破碎篩分而成的再生磚混骨料難以直接作為砂石直接使用。因此，需要采用一定的方法將其與天然骨料混合制備成穩定密實的水穩材料用于路面面層或路基工程。水穩材料與結構混凝土相比較，對砂石技術性能的要求比較低，應該可成為再生磚混骨料規模化資源化利用的主要方式。

4.2 再生磚混骨料對水穩材料力學性能的影響

水穩材料強度的形成機制主要受水泥的水化作用以及骨料嵌擠作用的影響，水泥熟料中硅酸三鈣含量最多，又稱“C-S-H”型凝膠，占材料總量的一半。硅酸三鈣水化產物及其結構隨液相氧化鈣濃度及溫度的變化而變化[10]。硅酸三鈣在室溫下水化反應可近似表示為

隨著時間的推移，水化產物越來越多，且鈣礬石等晶體的形成使再生水穩材料的結構更加致密，簡單來說就是水泥硬化使混合料膠結在一起的過程；骨料嵌擠作用就是再生水穩材料經過機械的壓實，使骨料之間緊密接觸形成骨架結構，各個骨料之間相互嵌擠，使水穩材料具有較高的強度及穩定性。

再生磚混骨料對水穩材料力學性能的作用及影響尚無統一定論，商曉儒[11]制備了不同再生磚混骨料替代率下的水穩材料，并對它們進行了力學性能測試，發現隨著磚混再生骨料替代率的升高，水穩材料抗壓強度呈先升高后降低趨勢，劈裂強度逐漸增加，均滿足規范要求；陳朝金[12]通過將再生磚骨料與天然骨料混合后制得不同磚骨料替代率的水穩材料，發現隨著再生磚骨料替代率的升高，水穩材料的無側限抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量和抗彎拉強度均呈現下降趨勢，但隨著養生齡期的延長而呈現上升趨勢。

4.3 再生磚混骨料對水穩材料耐久性能的影響

針對再生磚混骨料在水穩材料耐久性能方面存在的問題，馬勇[13]使用UTM 萬能試驗機，開展了材料疲勞性能試驗，試驗結果表明再生骨料所占的比重越大，水穩材料抗疲勞性能就越好，水泥劑量偏高，水穩材料的疲勞敏感性越高。所以從耐久性的角度出發，并不是所有再生磚混骨料替代率以及水泥劑量下都可以使水穩材料的耐久性得到保證。同時，要注意防止砂漿中存在大量的微裂縫及水泥漿體開裂，以保證混凝土結構的穩定性和整體性。

尹健等[14]對不同再生骨料替代率的水穩材料耐久性進行了研究，不同的水泥劑量，在不同沖刷次數條件下，水穩材料具有較高的抗沖刷耐久性。試驗采用室內模擬降雨沖刷方法，以混凝土試件為對象，通過設置相同的侵蝕環境條件來對比分析各因素對水穩材料的水穩定性能的影響規律。實驗結果表明，相同的水泥劑量時，隨再生骨料摻量的升高而增大，水泥穩定材料的抗沖刷性能表現為先增大后減小，且增加適當的水泥劑量能改善水穩材料的抗沖刷性能。

5 結束語

隨著城市化進程的加速和建筑垃圾的大量產生，再生磚混骨料的研究變得越來越重要。未來，再生磚混骨料的研究將朝以下方向發展。

1）提高再生磚混骨料的質量：通過優化再生磚混骨料的生產工藝和原材料選擇，提高其質量，以滿足建筑行業的需要。

2）探索再生磚混骨料的應用領域：除了作為建筑材料外，再生磚混骨料還可以用于道路、橋梁和隧道等基礎設施建設，未來將進一步探索其應用領域。

3）加強再生磚混骨料的標準化和規范化：建立再生磚混骨料的標準化和規范化體系，以確保其質量和安全性。

4）推廣再生磚混骨料的應用：加強對再生磚混骨料的宣傳和推廣，提高其在建筑行業中的認知度和應用率，促進建筑垃圾資源化利用。