本文是一篇土木工程论文，本文对天然骨料和砖骨料的基本性能进行了试验测定，通过对骨料基本指标和骨料元素含量结果分析，对比研究两者间的差异性；首先针对废粘土砖进行不同方式的强化技术处理，系统研究砖骨料基本指标的变化情况，以及砖骨料基本指标对再生混凝土工作性能和抗压强度的影响，选出适用的再生骨料强化技术。
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
2020年4月住建部发布《住房和城乡建设部建筑市场监管司2020年工作要点》，文件中提出要大力推行绿色建造的发展，推进建筑垃圾源头化处理[1]。近年来我国建筑行业迅速发展，大量旧建筑被拆除和新建筑落成，随之而来的是拆除的旧建筑垃圾以及新建筑施工中产生的垃圾无处安置。同时，天然的建筑材料由于过度开采也面临枯竭，同样阻碍了建筑行业的发展[2]。建筑业同时面临废粘土砖处理和环保型混凝土材料研究两大问题，如何在自然资源短缺的情况下，继续发展和创新我国建筑行业，成为目前迫切需要解决的重大问题之一。再生混凝土的研究可为解决这一问题提供新思路，再生混凝土在消耗建筑垃圾的同时也可以减少天然砂石资源的消耗，并且具有多种强度等级、轻质、保温等优点。
作为现今使用量最大的建筑材料，混凝土的组成材料多为不可再生资源，而粘土砖作为我国20世纪建筑的主要材料，其用量仅次于混凝土。在此背景下，对废粘土砖利用技术的研究不可避免。然而，当前关于砖骨料再生混凝土研究还较少，对砖骨料再生混凝土的力学性能、破坏机理等问题缺乏认知，这一问题严重阻碍了再生砖骨料混凝土的设计和应用。
针对建筑垃圾循环利用、再生混凝土研究，国内外专业学者做了大量研究工作[3]-[4]。受骨料性能影响，再生混凝土的抗压强度、抗拉强度和抗折强度都普遍低于普通混凝土[5]-[8]，但研究发现，对再生混凝土进行配合比优化、物理化学强化以及掺加纤维等途径可以很大程度上改善其工作性能。这些研究成为建筑材料循环利用和建筑垃圾资源化的重要理论支撑和技术指导。
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1.2 国内外研究现状及分析
对再生混凝土的研究，有利于推进我国建筑行业可持续化发展，缓解天然砂石资源短缺问题。目前国内外学者对建筑垃圾资源化研究的主要方向是将其进行破碎，作为骨料或粉末添加到再生混凝土中，实现建筑垃圾的再利用。
1.2.1 再生骨料研究现状
将建筑垃圾作为再生骨料用于再生混凝土制备是其主要的利用途径，但研究表明，再生骨料与天然骨料相比存在诸多缺点，如强度低、孔隙较多、吸水性强、形状不规整等[9]。当前的研究重心集中于再生骨料品质对混凝土强度、耐久性等影响规律[10]。
再生细骨料和再生微粉主要是代替水泥或掺合料加入混凝土中，以提高凝胶材料活性、粘结力、与其他材料适应性等为主要研究方向。在对使用建筑废弃粘土砖制备高活性掺合料的研究发现，其品质相当于矿粉S95级，可以满足配制强度等级C30、C40的普通混凝土[11]。以蒸压加气混凝土废料为骨料或辅料的混凝土试样，分析其抗压强度、热导率和耐久性能发现，以粉末状形式用作掺合料远远比骨料承重更有利[12]；程海丽[13]发现将废粘土砖作为可回收粗骨料和细骨料可应用在混凝土、砂浆、墙体材料以及可回收水泥生产的原材料或助剂中；可制备受控低强度材料(CLSM)混合物[14]。
再生混凝土工作性能虽较普通混凝土尚有不足，但也有研究发现加入不同掺合料可以对其进行不同程度的改善。使用活性MgO替代部分水泥，硅质砂替代部分混凝土细骨料，进行样品热重、能量色散X射线和粉末X射线衍射试验发现，MgO 和细再生混凝土集料的掺入，虽使试件的力学和耐久性相关性能总体下降，但MgO可以一定程度的增强混凝土的收缩性能[15]。肖建庄课题组利用粉煤灰和纳米SiO2对再生混凝土进行抗氯离子渗透性能复合改善，结果发现，粉煤灰对混凝土密实性有显著提高，纳米SiO2在水泥基材料水化中表现出良好的成核效应，使混凝土更加密实，从而能够很好的增强混凝土抗氯离子渗透性能[16]。
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第2章 砖骨料强化及砖骨料再生混凝土试验概况
2.1 试验材料及强化基础试验
2.1.1 试验材料
砖骨料：试验所用砖骨料由雄安新区旧建筑拆除后的粘土砖进行破碎、筛分后得到，粒径为5～20mm，如图2-1所示。
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有机硅：采用北京蒙泰伟业建材有限公司生产的有机硅憎水剂。
减水剂：由西卡江苏建筑材料有限公司生产的高效减水剂，液态无色，减水率大于20%，适用于砂石含泥量较高条件下混凝土的生产。减水剂用量为水泥用量的0.9%。
水泥：采用石家庄市曲寨水泥有限公司生产的国标P.O 42.5普通硅酸盐水泥,密度为3.1g/cm3。
砂：细度模数为2.6的河沙。
拌合水：试验所用水均为实验室自来水。
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2.2 试件设计及制作
2.2.1 砖骨料强化方式及微观试样设计
（1）砖骨料强化设计
化学浸泡：使用水玻璃（溶液浓度10%）和有机硅（溶液浓度10%）对砖骨料进行浸泡，浸泡过程中每隔0.5h对砖骨料进行搅动，并注意搅动过程中要保证砖骨料始终完全浸泡在溶液中，避免出现大量气泡影响浸泡效果，浸泡24h后将其捞出，平铺在室内钢板上，在自然条件下晾晒至干燥，进行装袋备用。
表面裹浆：对水玻璃和有机硅浸泡后的砖骨料进行外裹浆，将水玻璃和有机硅浸泡后的砖骨料捞出，自然晾晒至表面无水（饱和面干状态），对其进行水泥浆裹浆,水泥浆水灰比为0.4，浆体从拌合到初裹浆时间控制在5min内，初裹浆到骨料捞出时间控制在20～25min之间，将砖骨料从水泥浆捞出后，每隔0.5h进行一次翻动，直到外裹浆层达到初凝，以此避免出现骨料粘连、结块。之后在自然条件下养护7d，对裹浆的砖骨料进行装袋备用。
参照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006中的规定进行[69]，进行骨料基本指标试验
（2）微观试验设计
为探究砖骨料原始缺陷成因，对砖骨料进行SRD、XRF和XPS试验测定，从砖骨料主要元素、主要氧化物组成以及物相成分方面分析。对砖骨料进行微观试样处理：砖骨料研磨至微粉，使用300目筛网过滤，筛除较大粒径后，分别取10g左右微粉进行送样。
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第3章 强化对砖骨料性能影响研究 ······················ 27
3.1 砖骨料强化的试验内容 ······························ 27
3.2 砖骨料组成分析 ····························· 27
第4章 砖骨料再生混凝土破坏机理研究 ······························ 41
4.1 砖骨料对再生混凝土受压破坏机理的影响 ··················· 41
4.1.1 砖骨料再生混凝土的立方体受压 ·························· 41
4.1.2 砖骨料再生混凝土的轴心受压 ·························· 44
第5章 砖骨料再生混凝土力学性能研究 ······························· 51
5.1 砖骨料再生混凝土抗压强度及计算方法 ························ 51
5.1.1 砖骨料再生混凝土的立方体抗压强度 ···················· 51
5.1.2 砖骨料再生混凝土抗压强度计算 ······················ 54
第5章 砖骨料再生混凝土力学性能研究
5.1 砖骨料再生混凝土抗压强度及计算方法
为检验对砖骨料进行不同强化处理对再生混凝土性能的实际改善效果，本章试验用天然碎石、砖骨料、经水玻璃浸泡砖骨料、经水玻璃浸泡后裹浆砖骨料、经有机硅浸泡砖骨料以及经有机硅浸泡后裹浆砖骨料配置共计16组混凝土。对这16组混凝土进行立方体抗压强度试验，通过对比研究各种混凝土的抗压性能差异来分析不同强化方式的改善效果。
5.1.1 砖骨料再生混凝土的立方体抗压强度
当试件的凝胶用量均为500kg/m3时，根据不同强化处理的砖骨料再生混凝土抗压强度结果，如表5-1所示，对比分析不同强化处理和取代率对砖骨料再生混凝土抗压强度的变化影响规律。图5-1为不同强化砖骨料再生混凝土的抗压强度与取代率的关系。
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结论与展望
本文对天然骨料和砖骨料的基本性能进行了试验测定，通过对骨料基本指标和骨料元素含量结果分析，对比研究两者间的差异性；首先针对废粘土砖进行不同方式的强化技术处理，系统研究砖骨料基本指标的变化情况，以及砖骨料基本指标对再生混凝土工作性能和抗压强度的影响，选出适用的再生骨料强化技术。四种强化处理方式：水玻璃溶液对砖骨料进行浸泡处理；水玻璃浸泡后进行外裹浆处理；有机硅溶液对砖骨料进行浸泡处理；有机硅浸泡后进行外裹浆处理。并选定综合处理效果好的水玻璃浸泡处理作为扩展组，对其进行轴心抗压试验、劈裂抗拉试验和静弹性模量试验，全面考虑砖骨料取代率和胶凝用量对再生混凝土力学性能的影响。
本文主要得到结论如下：
（1）水玻璃浸泡外裹浆对砖骨料基本指标改善效果最明显。经有机硅浸泡的砖骨料品质提升主要体现在减少表面浮尘、表观密度增大、吸水率减少以及混凝土拌合物的坍落度增加等方面，其中砖骨料的吸水率可降低49.6%和35.2%；经水玻璃浸泡处理的砖骨料品质提升主要体现在减少砖骨料表面浮尘、表观结构规整、表观密度增大、压碎指标减小、吸水率减少等方面，其中砖骨料的压碎指标可降低26.01%和32.11%；浸泡后外裹浆处理，可结合化学浸泡技术对砖骨料改善的优点，再次显著提升砖骨料的品质，仅在吸水率上出现小幅度增加现象。
（2）不同强化方式的砖骨料所制备的再生混凝土工作性能良好，不存在泌水现象；相同配合比下砖骨料再生混凝土的坍落度明显小于普通混凝土，而对砖骨料进行强化处理可以显著改善砖骨料对坍落度的影响。随着砖骨料取代率的增加，有机硅浸泡处理组的砖骨料对混凝土拌合物坍落度改善效果最佳，其余依次是有机硅浸泡后裹浆、水玻璃浸泡和水玻璃浸泡后裹浆。
（3）砖骨料再生混凝土整体受压破坏规律与普通混凝土基本一致。砖骨料取代率是影响砖骨料再生混凝土受压和劈裂抗拉破坏时破坏特征的最关键因素；随着砖骨料取代率增加，骨料与砂浆的界面破坏逐渐降低，转变为以砖骨料破坏和砂浆破坏为主；凝胶用量相较于砖骨料取代率，对混凝土破坏规律影响程度较小。
参考文献（略）