摘要：本文配制了四組不同水泥用量的黏土磚再生骨料混凝土，通過試驗測試和分析了四組混凝土物理、力學和變形方面基本性能的變化規律。試驗結果表明，在骨料用量和水灰比不變的情況下，水泥用量的增加可以在一定程度上提高黏土磚再生骨料混凝土強度、彈性模量和導熱系數，降低其干表觀密度、吸水率、干燥收縮率和泊松比。適當選擇骨料和設計配合比，黏土磚再生骨料混凝土可以用于保溫輕骨料混凝土和結構保溫輕骨料混凝土制品。
關鍵詞：黏土磚 再生骨料 混凝土 物理性能 力學性能 變形性能
Experimental Studies and Analyses on Properties of Clay Brick Recycled Aggregate Concrete
Abstract Four sets of the clay brick recycled aggregate concrete with different content of cement were prepared in the paper. The basic properties of the aspects of physics, mechanics and deformation of the four sets concrete were measured and analyzed by means of experiment. The experimental results demonstrated that strength, elasticity modulus and thermal conductivity could be increased at some extent by increasing the cement content, and dry apparent density, water-absorbing ratio, drying shrinkage ratio and Possion’s ratio could be decreased. The clay brick recycled aggregate concrete can be used to make heat preservation light aggregate concrete and structure & heat preservation light aggregate concrete by selecting aggregate appropriately and designing mixing proportion.
Keywords clay brick recycled aggregate physical property mechanical property deformation property
1 前言
長期以來，我國建筑物中大量使用黏土磚作為承重或圍護結構材料，隨著城市建設和城市改造的加快,拆除舊建筑物將產生大量的廢黏土磚,據不完全統計，碎磚(砌)塊約占建筑垃圾總量的30%～50%[1]。城市建筑垃圾資源化處理是20 世紀90 年代以來發達國家環境保護和可持續發展的戰略目標之一。利用廢黏土磚加工再生骨料用于生產水泥混凝土制品是其資源化利用的主要途徑之一，在建筑垃圾排放費用很高且天然骨料資源較緊缺的國家（地區）,利用附加值會更高。
國外在這方面做了一些研究工作,但研究結果存在較大差異，如有研究結果認為將拆除建筑物形成的廢磚用于混凝土中的效果很差[2] ； 但將磚廠中廢磚用作粗骨料時混凝土有較好的性能,某些性能甚至超過了用天然骨料配制的混凝土[3]。國內學者也對再生黏土磚骨料及其所配制混凝土或砂漿的性能進行了試驗和分析[4-7]，認為黏土磚再生骨料性能接近于輕質骨料，主要對新拌混凝土和易性產生不利影響，骨料性質及其配合比參數（砂率、水灰比等）對混凝土強度有影響，經適當配合比設計其混凝土強度可達（40～50）MPa[4]，可能具有良好熱工性能和耐久性。胡金鴻等[8]專門測試了水灰比變化對碎磚再生混凝土性能的影響。國內學者還進行了利用黏土磚再生骨料制備墻體材料的試驗研究[9-10], 秦皇島開發區開元有限公司則研制成功了利用黏土磚再生骨料生產承重或非承重砌塊的技術。
本文主要通過試驗研究了在配合比參數不變情況下，水泥用量對黏土磚再生骨料混凝土強度、靜彈性模量、泊松比、干縮變形率、導熱系數等的影響程度和規律。
2 試驗原材料和試驗方法
2.1 試驗原材料
水泥采用福建惠安“三德”牌P.O32.5R水泥，3d抗折強度為3.4MPa，3d抗壓強度為20.4MPa，28d抗折強度為7.0MPa，28d抗壓強度41.4MPa。黏土磚再生骨料：圖1所示廢棄黏土磚采用實驗室鄂式破碎機破碎后（圖2所示），按JGJ53－92《普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》和JGJ52－92《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》篩分成（5～25）mm粗骨料和（0.15～5）mm細骨料，分別如圖3和圖4所示。經測試，黏土磚粗骨料的堆積密度 832kg/m3 ，吸水率 14.6%；黏土磚細骨料的堆積密度 1040kg/m3 ，吸水率 34.1%（篩去〈0.15mm的磚粉〉。
2.2 試驗方法
2.2.1 混凝土配合比
從黏土磚粗、細骨料堆積密度可以看出，該再生骨料屬于輕質骨料，其混凝土配合比設計可以參照JGJ 51-2002《輕骨料混凝土技術規程》進行，試驗所用的混凝土配合比如表1所示。
2.2.2 試件成型和性能測試方法
按表1配合比成型150mm×150mm×150mm試件，每個配比6塊，室溫養護1d后拆模，水養至7d和28d測其抗壓強度；150mm×150mm×300mm試件，每個配比7塊，室溫養護1d后拆模再水養，其中3塊試件測其28d軸心抗壓強度（為靜彈性模量測試提供基礎數據），3塊測彈性模量和泊松比，1塊作為測試時的補償試件。立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、靜力受壓彈性模量的測試方法和結果計算按GB50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行，靜力受壓彈性模量和泊松比采用DH3816靜態應變測試系統測試。成型100 mm×100mm×515mm試件，每個配比3塊，試件兩端預埋標準銅質測頭，室溫養護1d后拆模，置于混凝土標準養護室中養護3d后取出分別測試各試件初始長度值，在標準干縮試驗條件下養護，測試試件1d，2d，3d，4d，5d，6d，7d，14d，21d，28d的長度值，按GBJ82－85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》計算試件的干縮值。成型300mm×300mm×50mm試件，每個配比3塊，室溫養護1d后拆模，拆摸后水養14d，80℃烘48h，測其重量，用游標卡尺沿試件四邊測量8個點，取平均值為平均厚度，采用DRP-4A型導熱系數測定儀測其導熱系數。 
3 試驗結果與分析
3.1 黏土磚再生骨料混凝土抗壓強度
圖5示出黏土磚再生骨料混凝土7d和28d立方體抗壓強度隨水泥用量增加時的變化曲線。從圖中可以看出，隨著水泥用量的增加，黏土磚再生骨料混凝土的抗壓強度提高，其中，7d強度提高幅度大于28d強度提高幅度，較低水泥用量時的強度提高幅度大于較高水泥用量時的強度提高幅度。這是由于黏土磚再生骨料屬輕質骨料，早期，硬化水泥漿基體強度與骨料強度差異較小，其混凝土早期強度可能更多取決于水泥漿基體強度，28d及后期水泥漿基體的強度將大于骨料的強度，其混凝土后期強度應主要取決于骨料本身強度，從圖6可見再生骨料自身破壞明顯，當黏土磚再生骨料強度低時，通過增加水泥用量來提高混凝土強度效果不大。在應用黏土磚再生骨料配制混凝土制品時，應根據再生骨料的強度合理選擇水泥用量。四組混凝土的軸心抗壓強度與其立方體抗壓強度較接近，如圖5中虛線所示，軸心抗壓強度與立方體抗壓強度比值大于1.0，統計資料表明[11]，輕集料混凝土的軸心抗壓強度與立方體抗壓強度比值的變化范圍在0.818～1.03之間，平均值為0.987。這可能是因為黏土磚再生骨料本身彈性模量低，造成其混凝土彈性模量低、泊松比大，試件橫向變形能力強，試件中部應變滯后于應力，使得軸心抗壓強度測試值提高。
3.2 黏土磚再生骨料混凝土的物理性能
表2示出了黏土磚再生骨料混凝土的干表觀密度、導熱系數和24h吸水率。從表2所示結果可以看出，隨水泥用量增加，黏土磚再生骨料混凝土的干表觀密度和導熱系數提高，24h吸水率降低。由于黏土磚再生骨料屬輕質骨料，其混凝土干表觀密度也屬輕質混凝土范疇（ρd<1950kg/m3）,導熱系數也遠低于普通混凝土（碎石混凝土干密度2300kg/m3，導熱系數1.51W/（m•k），干密度2100kg/m3，導熱系數1.28W/（m•k）），因此，經適當選擇骨料和配合比設計，黏土磚再生骨料混凝土可以用于保溫輕骨料混凝土制品（如墻材）和結構保溫輕骨料混凝土制品（如樓板、剪力墻等）。黏土磚再生骨料本身孔隙率大，吸水能力強，其混凝土吸水率遠高于普通混凝土，這對混凝土抗滲及耐久性可能產生不利影響，通過增加水泥用量可以有效降低其吸水能力。
3.3 黏土磚再生骨料混凝土的變形性能
3.3.1 靜彈性模量和泊松比 
表3示出了黏土磚再生骨料混凝土靜彈性模量和泊松比的測試值。從表中結果可以看出，隨著水泥用量的增加，黏土磚再生骨料混凝土的彈性模量略有提高，泊松比則降低。LC20～LC30普通輕集料混凝土，干表觀密度在（1700～1900）kg/m3范圍時，其彈性模量在（15.4～21.0）GPa范圍[11]，說明黏土磚再生骨料本身的彈性模量比普通人造輕集料低，這是黏土磚再生骨料結構所決定的，一般黏土磚本身結構較疏松，內部開口孔隙多，破碎時又造成一定程度的損傷，進一步降低了骨料的強度和硬度，降低了骨料的彈性模量；而人造輕集料（陶粒）結構特征為（1～2）mm致密堅硬外殼，內部呈多孔結構，筆者曾測試（9.5～19mm）黏土磚再生骨料的筒壓強度僅為1.3MPa，這僅相當于密度等級600級碎石型輕集料的筒壓強度。
資料表明[11]，不同輕集料配制混凝土的泊松比不同，LC30人造輕集料混凝土的泊松比為0.16～0.26，平均值為0.22，黏土磚再生骨料混凝土泊松比要高于普通輕集料混凝土泊松比，這直接證明了3.1 中其軸心抗壓強度為什么會高于立方體抗壓強度。
3.3.2 干燥收縮率
圖7示出了黏土磚再生骨料混凝土干燥收縮率隨時間的變化曲線。從圖中可以看出，在骨料用量不變時，隨水泥用量的增加，混凝土干燥收縮率降低,低水泥用量試件早期干縮率遠高于高水泥用量試件，且28d以后的干縮值仍大幅增加，這反映出黏土磚再生骨料干燥收縮可能是由水分喪失和水泥石毛細管收縮形成的，低水泥用量試件早期黏土磚骨料孔隙中水分損失速率更快，也反映出在骨料用量和水灰比相同的情況下，提高水泥用量可能有利于阻止黏土磚骨料孔隙中所吸收水分過快失去，從而起到混凝土減少早期干燥收縮的作用，并進而影響到混凝土后期整體收縮率的大小。資料表明[11]，當初始測試齡期為3d時，普通輕集料混凝土28d時的干燥收縮率為833×10－6，本文僅當水泥用量為440kg/m3時混凝土的干燥收縮率可以達到，其他3組混凝土的干燥收縮率均高于此數值，說明由于黏土磚再生骨料彈性模量低于普通輕集料彈性土磚再生骨料混凝土干燥收縮率更大。
4.結論
（1）以在一定程度上起到提高黏土磚再生骨料混凝土強度、彈性模量和導熱系數，降低其干表觀密度、吸水率、干燥收縮率和泊松比。
（2）因試驗所用黏土磚再生度等級和強度等級普通輕集料混凝土相比，黏土磚混凝土強度和彈性模量更低，泊松比和干燥損失率更大。
（3）黏土磚再生骨料混凝土可以用于保溫輕骨料混凝土制品（如墻材）和結構保溫輕骨料混凝土制品（如樓板、剪力墻等）。
