砖粉对混凝土的微观性能影响机理探析

来源：广西科技大学作者：李晓
发布于：2020-08-15 共18654字

　　摘要

　　中国城镇化的快速发展带动建筑业的蓬勃发展，混凝土作为建筑业广泛使用的材料大大带动了其组分材料水泥行业的发展，同时也伴随有大量的资源消耗与环境的严重污染。与此相对的就是大量旧式建筑的大量拆除，这么多拆除的建筑，拆除的建筑废弃物怎么处理又是一大难题？其中废弃烧结页岩砖已经成为占用土地资源的污染源中的重要一份子，若能够对废弃的烧结页岩砖进行有效的资源化处理，不仅能够解决由其引发的环境污染问题，同时还能够为相关的工业工程降低生产成本。

　　经对废弃的烧结页岩砖粉进行化学滴定法的化学成分分析及 XRD 衍射试验，发现废弃烧结页岩砖粉的主要氧化物为氧化硅（SiO2）和氧化铝（Al2O3），废弃的烧结页岩砖粉是一种典型的硅铝质原料。所以本课题以砖粉细度和取代率为变量设计正交试验，分析在砖粉对水泥的部分替代下，废弃烧结页岩砖粉混凝土的力学性能影响机理；利用飞纳台式扫描电镜对试验样品进行电镜扫描试验，揭示砖粉对混凝土的微观性能影响机理。

　　本课题以 0.08mm，0.10mm，0.15mm 的砖粉细度及 5%，10%，20%的取代率为变量设计正交试验，以强度等级为 C40 的普通混凝土作为空白对照试验组。研究废弃烧结页岩砖粉对混凝土性能影响的研究。

　　对本课题设计的废弃烧结页岩砖粉混凝土进行力学性能研究发现：砖粉部分替代水泥之后，在一定程度上对混凝土的强度产生不利影响，但是在合适细度与取代率下，砖粉混凝土的强度提升率达到 15.29%；轴心抗压强度均在 24.49MPa～29.81MPa范围内，最高值和普通混凝土强度值相差不大，最高降低率为 10.2%；废弃烧结页岩砖粉混凝土劈裂强度均在 2.91MPa～4.25MPa 的强度范围内，强度最高提升率 26.8%，降低率为 9.8%；抗折强度均达到了其立方体抗压强度的 1/5～1/10，只有一组低于对照组，最高提升率 11.8%；在细度不变的条件下，随着砖粉对水泥取代率的增加其混凝土的弹性模量都有一定程度的降低，在取代率相同时，弹性模量的变化不明显。

　　对废弃烧结页岩砖粉混凝土进行微观分析发现，从整体效果而言：废弃烧结页岩砖粉对水泥的部分替代能充分发挥砖粉与混凝土组分材料之间的机械咬合及其对混凝土内部孔隙的填充作用，降低初期的内部微裂缝的开展，减小混凝土内部的孔隙率，增加混凝土的密实度，从而提高混凝土的优良性能。

　　关键字：废弃烧结页岩砖粉砖粉细度取代率力学性能微观性能

　　Abstract

　　The rapid development of China's urbanization has led to the vigorousdevelopment of the construction industry. Concrete, as a widely used material in theconstruction industry, has greatly promoted the development of its component materialscement industry, accompanied by a large amount of resource consumption and seriousenvironmental pollution. In contrast, the massive demolition of a large number of oldbuildings, so many demolition buildings, how to deal with the removal of constructionwaste is a big problem? Among them, abandoned and less sintered shale bricks havebecome an important part of the pollution source of land resources. If the abandonedsintered shale bricks can be effectively resourced, it can not only solve theenvironmental pollution problems caused by them, but also Reduce production costsfor related industrial projects.

　　The chemical composition analysis and XRD diffraction test of the discardedsintered shale brick powder by chemical titration showed that the main oxides of thewaste sintered shale powder were silica (SiO2) and alumina (AL2O3), discarded sinteredsheets. Rock brick powder is a typical siliceous material. Therefore, this paper designsorthogonal test with the fineness of brick powder and the substitution rate, and analyzesthe influence mechanism of mechanical properties and partial durability of abandonedsintered shale brick powder concrete under the partial replacement of brick powder oncement; The scanning electron microscopy of the test samples was carried out by adesktop scanning electron microscope to reveal the influence mechanism of brickpowder on the microscopic properties of brick powder concrete.

　　In this paper, the orthogonal test was designed with the fineness of brick powderof 0.08mm, 0.10mm, 0.15mm and the substitution rate of 5%, 10% and 20%. Theordinary concrete with strength grade C40 was used as the blank control experiment.

　　Study on the effect of waste sintered shale brick powder on concrete performance.

　　The mechanical properties of the waste sintered shale brick powder concretedesigned by this subject are found to be: after the brick powder partially replaces thecement, it will adversely affect the strength of the concrete to a certain extent, but at theappropriate fineness and substitution rate, the brick powder concrete The strengthenhancement amount reached 15.29%; the axial compressive strength was in the rangeof 24.49MPa~29.81MPa, and the highest value and the ordinary concrete strength valuewere not much different, the highest reduction rate was 10.2%; abandoned sinteredshale brick powder concrete.The crack strength is in the range of 2.91 to 4.25 MPa, thehighest strength increase rate is 26.8%, and the reduction rate is 9.8%; the flexuralstrength reaches 1/5 to 1/10 of the cubic compressive strength, and only one setCompared with the control group, the highest increase rate is 11.8%; under thecondition of constant fineness, the elastic modulus of concrete decreases with theincrease of cement substitution rate of brick powder. When the substitution rate is thesame, the change in the elastic modulus is not significant.

　　The microscopic analysis of the waste sintered shale brick powder concrete foundthat, from the overall effect, the partial replacement of the cement by the waste sinteredshale brick powder can fully exert the mechanical occlusion of the brick powder on thecement material and the filling effect on the concrete pore. Reduce the development ofinternal micro-cracks in the initial stage of concrete pouring, reduce the porosity insidethe concrete, increase the compactness of the concrete, and improve the excellentperformance of the concrete.

　　Keywords: Waste sintered shale brick powder; Brick powder finenessReplacement rate; Mechanical properties; Microscopic performance

　　目录

　　摘要................................................................................................................................ I

　　Abstract ......................................................................................................................... II

　　第一章绪论.................................................................................................................. 1

　　1.1 课题的研究背景和意义.................................................................................. 1

　　1.2 建筑废弃物的国内外研究现状..................................................................... 2

　　1.2.1 国内建筑废弃物的处理现状............................................................... 2

　　1.2.2 国外建筑废弃物的处理现状............................................................... 5

　　1.2.3 国内外废弃物资源化差异的思考....................................................... 6

　　1.3 本课题研究的目的、意义及创新点............................................................. 7

　　1.3.1 课题研究的目的和意义....................................................................... 7

　　1.3.2 研究的主要内容.................................................................................. 8

　　1.3.3 本课题研究的创新点........................................................................... 8

　　第二章废弃烧结页岩砖粉混凝土原材料基本性能及试验方法简介...................... 9

　　2.1 废弃烧结页岩砖粉的制备工艺..................................................................... 9

　　2.2 试验原材料的基本性能............................................................................... 11

　　2.2.1 废弃烧结页岩砖粉的 XRD 试验研究及化学成分分析 .................. 11

　　2.2.2 其他试验材料性能............................................................................. 12

　　2.3 试验设备及试验试件制作........................................................................... 13

　　2.3.1 试验设备............................................................................................ 13

　　2.3.2 废弃烧结页岩砖粉混凝土配合比设计............................................ 14

　　第三章废弃烧结页岩砖粉对混凝土性能影响的研究............................................ 18

　　3.0 引言............................................................................................................... 18

　　3.1 新拌废弃烧结页岩砖粉混凝土的性能....................................................... 18

　　3.1.1 废弃烧结页岩砖粉混凝土拌合物的性能试验................................ 19

　　3.2 立方体抗压强度试验................................................................................... 21

　　3.2.1 试验方法............................................................................................ 21

　　3.2.2 试验结果............................................................................................ 22

　　3.2.3 试验分析............................................................................................ 23

　　3.3 轴心抗压强度试验....................................................................................... 25

　　3.3.1 试验方法............................................................................................ 25

　　3.3.2 试验结果............................................................................................ 26

　　3.3.3 试验分析............................................................................................ 27

　　3.4 劈裂抗拉强度试验....................................................................................... 28

　　3.4.1 试验方法............................................................................................ 29

　　3.4.2 试验结果............................................................................................ 30

　　3.4.3 试验分析............................................................................................ 31

　　3.5 抗折强度试验............................................................................................... 33

　　3.5.1 试验方法............................................................................................ 33

　　3.5.2 试验结果............................................................................................ 34

　　3.5.3 试验分析............................................................................................ 35

　　3.6 弹性模量试验............................................................................................... 36

　　3.6.1 试验方法............................................................................................ 37

　　3.6.2 试验结果............................................................................................ 38

　　3.6.3 试验分析............................................................................................ 39

　　3.7 混凝土吸水率试验........................................................................................ 41

　　3.7.1 全浸式吸水率试验............................................................................ 41

　　3.8 本章小结....................................................................................................... 42

　　第四章废弃烧结页岩砖粉混凝土微观分析............................................................ 44

　　4.1 引言............................................................................................................... 44

　　4.2 微观试验概况............................................................................................... 44

　　4.3 电镜扫描试验............................................................................................... 45

　　4.3.1 废弃烧结页岩砖粉电镜扫描试验.................................................... 45

　　4.3.2 废弃烧结页岩砖粉对混凝土裂缝的影响........................................ 46

　　4.3.3 废弃烧结页岩砖粉对混凝土孔隙率的影响.................................... 47

　　4.3.4 废弃烧结页岩砖粉对混凝土内部结构的影响研究........................ 50

　　4.4 废弃烧结页岩砖粉对混凝土力学性能影响............................................... 51

　　4.5 本章小结....................................................................................................... 52

　　第五章结论与展望.................................................................................................... 53

　　5.1 结论............................................................................................................... 53

　　5.2 展望............................................................................................................... 54

　　主要参考文献.............................................................................................................. 56

　　攻读硕士期间发表论文.............................................................................................. 59

　　致谢.............................................................................................................................. 60

　　第一章绪论

　　1.1 课题的研究背景和意义

　　混凝土是广泛应用于土木工程行业的基础性材料之一。据国家统计局统计[1]，我国 2016 年商品混凝土产量高达 179200 万立方米，增长 7.4%，同比提高 5.4 个百分点。伴随经济的高速发展，混凝土的应用越来广泛。在最新的十九大报告中指出环境保护要形成最严格的生态制度，用以中华民族经济的长远发展，推进经济体制的改革，使我国的的经济体制不仅满足人民生活的物质需求，更能够在精神层面满足要求，使人民生活越来越美好，越来越舒适，这是中华民族伟大复兴的千年大计得以顺利实施的保障。为响应十九大的号召，我们应该重点结合创新驱动发展利废、节能的多功能材料，只有这样我们才能促使经济高速、健康发展。

　　与混凝土相伴而生的就是水泥的生产，在混凝土大面积应用的同时，水泥也飞速发展。2016 年[1]，全国水泥产量 240295 万吨，同比增长 2.5%。水泥材料性能优越，但同时也是高耗能、高污染产业。据有关研究调查表明，我国的水泥生产线截止 2014 年底共计 1759 条，因此而带来的水泥产量高达 24.8 亿吨，其中水泥熟料的产量约 17.7 亿吨，这个高额的数字约占世界总产量的 60%，如此高额的世界占有率，就意味着我国的水泥资源消耗远远高于世界其他国家，但是我国的资源占有率并不高于其他国家，这样入不敷出的消耗方式无疑给我国的资源市场带来巨大的压力，甚至给子孙后代造成不可预估的危害。除此之外，在水泥的生产过程中，现阶段基本的生产模式为“两磨一烧”、“三磨一烧”，这样水泥生产原料的的磨制过程中就会伴随大量粉尘的产生，同时烧制过程中由于各组分之间的化学作用还伴随有硫化物、氮化物、氟化物等有害废气的排放。由此看来，水泥的大量生产不仅消耗资源，同时带来巨大的环境污染，对人民的生活质量产生巨大影响。综合考虑国家的“可持续发展战略”“能源与环境战略”，我们必须要节约资源，寻求环保的工业模式，减少环境污染。

　　另一方面，伴随中国特色社会主义现代化进程的加快，中国城镇化发展越来越迅猛。由此给建筑业的繁荣开辟了另一番新景象。据统计局有关数据表示，2014年我国城镇化率已经达到 54.77%，在这样告诉发展的现状下，每一天都有旧式的建筑物被拆除，同时伴随新建筑物崛起。这样一来每天就会产生大量的建筑废弃物。废弃烧结页岩砖占建筑废弃物的很大一部分，同时页岩砖的生产厂家也生产有大量的废弃砖，这些砖都没有合理的处理方式，已成为环境与占用土地资源的重要污染之一。长此以往，这些污染不仅影响环境，同时有悖于中国特色社会主义事业可持续发展之路的发展。所以，这些废弃烧结页岩砖必须要找到合理且资源化的处理方式，保护环境的同时加快经济的发展。

　　综上所述，可见废弃烧结页岩砖的资源化利用与水泥行业的节能降耗已迫在眉睫。本课题研究利用废弃烧结页岩砖粉部分替代水泥来研制高性能的再生混凝土，这样不仅可以节约水泥生产所需的天然材料，还可以“零污染”的资源化利用废弃的烧结页岩砖，解决废弃烧结页岩砖带来的环境问题，同时降低工业成本。

　　可见，废弃烧结页岩砖的综合利用有可观的经济与社会效益，是符合当前社会发展主题的模式之一。

　　1.2 建筑废弃物的国内外研究现状

　　随着世界经济发展对环保的要求，各国都在加强对建筑废弃物的应用研究。

　　以求以此来达到节约资源和环保的要求。我国政府坚持可持续发展的循环经济政策及资源短缺现状都要求我们加快研究的步伐，积极推进建筑废弃物的回收再利用。目前，国内外对废弃烧结页岩砖的研究处于空白阶段，对粘土砖的研究较成熟，类比于粘土砖的研究，对建筑废弃烧结页岩砖的回收综合利用进行研究。目前，国内外对建筑的废弃物做了大量的研究，成果丰富。

　　1.2.1 国内建筑废弃物的处理现状。

　　建筑废弃物的定义从宏观的角度来说为建筑物建造过程中所剩余的建筑材料边角料及不能正常使用的材料，同时还包含不能正常使用建筑物在拆除的过程中所产生的废弃材料。据相关统计数据表明，在现阶段的砖混建筑结构、混凝土形式的建筑结构等在其建造的施工过程中，每 1 万平方米的建筑面积会产生500～600 吨的建筑废弃物。这是一个高额的数字，如此高的建筑废弃物在目前施工现场的处理方式为：当做垃圾进行清运或者作为一些填充材料使用。这仅仅是施工过程中所产生的危害，那么拆除建筑物产生的建筑垃圾量更大，我们有好的处理方式吗？没有，这就是我国目前对于建筑物的处理现状。这样的处理方式导致在运输的过程中的成本大大增加，倾倒垃圾所占用的土地面积增加，造成大量的土地资源浪费，同时由于运输过程中运输车辆的不密闭性会产生大量的粉尘、废弃物的遗漏等环境问题。在这产生的各种问题的现状下，我们不得不去思考，怎样才能更好的处理这些建筑废弃物呢，怎样能够让其中的资源得到更加充分的利用，减少我国的资源浪费，为持续的经济发展铺路。

　　我国的建筑废弃物资源化再利用相较于国外起步较晚。但我国绝不甘于落后，国家发布各项政策对建筑废弃物的回收再利用进行鼓励。早在 1997 我国就将“建筑废渣综合利用”作为科技成果重点推广项目。近几年的相关政策更是如雨后春笋般相继出台。十九大更是指出“绿色发展”的重要性。但近几年来，我国的建筑废弃物利用现状却不太乐观。目前我国的一些高校和科研院所对建筑废弃物的资源化再利用研究已取得了部分成果。

　　1. 利用建筑废弃物研发再生混凝土

　　同济大学肖建庄先生是对利用废弃物作为混凝土组分中的粗骨料进行系统研究的学者之一，并提出能够将再生的混凝土能够很好的用于工程实际的建议。

　　天津大学郭瑞亮[2]，提出再生粘土砖在混凝土和砂浆应用中的全级配的概念；郑州大学陈萌、毕苏萍[3]以废弃砖作为混凝土的粗骨料，研究取代率的最佳配合比。华北水利水电学院邢振贤、刘利军[4]等以水灰比、砂率、碎砖骨料取代量为参数设计正交试验，通过研究其 7d、28d 抗压强度得到废弃粘土碎砖骨料再生混凝土的最佳配合比。赵敬士、宗兰[5]等分别用废弃粘土砖以 50%、60%、70%的取代率取代天然碎石粗骨料配制碎砖骨料再生混凝土，研究砌墙砖的抗冻融性能及其影响因素；顾月芹[6]利用房屋拆迁的废弃粘土砖替代天然碎石研制再生混凝土，并在相同的砂率、减水剂和粉煤灰掺量的条件下配制再生混凝土，采用对比的试验方法，检测碎骨料再生混凝土的力学性能以及动弹性模量，在此基础上研究碎砖类再生骨料对再生混凝土耐久性的影响规律；余倩[7]以%、10%、15%、20%粉煤灰掺量和 0%、30%、40%、50%碎砖骨料掺量为变量研究碎砖类骨料再生混凝土的制备方法及性能；张晓华、孟云芳[8]等在宁夏地区特有条件下以水胶比、再生粗骨料（废弃混凝土）掺量、粉煤灰、矿粉掺量等因素设计四水平五因素正交试验表来研究普通再生混凝土坍落度及抗压强度的影响；张伟[9]分析了影响废砖泡沫混凝土性能的泡沫剂体系组成、胶凝材料体系组成、激发剂体系组成、外加剂等因素；陈国聪[10]利用陶瓷抛光砖粉作为混凝土掺合料来研究混凝土的性能；张婷 [11]等利用极差分析法探究了再生矿粉粗骨料混凝土中矿粉的作用，并遴选出 C30 混凝土的优质配合比；郝彤[12]利用碎混凝土块、碎砖块作为粗骨料的再生混凝土配合比的试验研究。

　　2. 研究废弃物制备再生砂浆

　　武汉理工大学徐如林[13]，研究不同建筑废弃物粉料作为掺合料对砂浆试块的强度影响；山东大学王原原[14]等以废粘土砖粉部分取代水泥来制备水泥砂浆，分析砖粉取代率和粒径对水泥砂浆工作性和力学性能的影响；广东工业大学李炜[15]等通过不同的粉磨时间来得到不同的筛余量来研究费废粘土砖粉的粉磨性能，以及以 80μm 筛余率为 1.2%的干燥废砖粉来等量取代水泥研究水泥胶砂的工作性能；郑州大学毋雪梅[16]研究不同粒径、不同配比的建筑废弃物磨细粉作为混凝土和水泥掺合料对其性能的影响；再生粗骨料经激活、强化（浸渍法）处理后的性能；郑丽[17]共测试了 13 组不同配合比的 354 个水泥砂浆试件，以及 27 组不同配合比的 1185 个水泥混凝土试件的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、弹性模量以及耐久性方面的混凝土吸水率、氯离子电通量、抗冻性等试验；李永鑫[18]分析了钢渣粉的物理及化学性能，利用其特性研究了孔隙率与水泥胶砂强度之间的相关性；郭庆伟[19]研究了岩石基矿物掺合料对水泥胶砂强度的影响；郑子麟[20]利用灰砂比 1：4 的比例，采用提前 24 小时的预饱和及成型搅拌前 5min 再次预饱和技术方法，研究全再生细骨料对所成型砂浆性能的影响。

　　3. 研究建筑废弃物制备再生水泥

　　河海大学闫玉蓉、方永浩[21]等用养护 90d 的硬化水泥浆体与不同灰砂比的水泥砂浆经研磨制再生水泥浆体粉和再生水泥砂浆粉，通过碱激发制得碱激发再生水泥砂浆粉胶凝材料；大连理工大学燕芳[22]利用废弃粘土砖和废弃混凝土粉料的火山灰质活性来作为硅质原料生产再生水泥熟料；大连理工大学朱赤峰[23]

　　利用易烧性试验、Rietveld 物相定量分析、力学性能测试等方法研究了工业废渣与矿化剂复合掺杂对再生水泥熟料烧成及性能的影响；覃霜[24]分析了变质岩的化学成分并对其火山灰质特性做了研究，以此为依据来评价在掺量不同的条件下，变质岩粉末对水泥胶砂强度的影响；许杭俊、黄立维[25]分析飞灰和氯值对水泥烧成熟料的影响及其转移特性来制备阿利尼特生态水泥；肖杰[26]为了研究水泥稳定砖与混凝土建筑废弃物再生集料基层性能，采用扫描电子显微镜和工业 CT 分别对砖渣、旧混凝土和新集料的表面与内部结构进行扫描，开展了再生集料与新集料的基本特性试验，并进行了对比分析。

　　4. 研究建筑废弃物制备陶粒

　　付建秋 [27]利用水体的底泥经过原料预处理、底泥性质分析、配料、混合、成型、干燥、预热( 烧) 、焙烧、冷却、筛分等过程来制备陶粒；鹿健良 [28]研究了陶粒掺量、陶砂掺量、水泥用量对陶粒泡沫混凝土强度、表观密度的影响。通过三水平三因素正交设计方法确定了各组分的最佳掺量；王乐乐[29]通过试验确定实验室条件下，污泥陶粒的最佳制备方案：污泥膨润土黄土，预热温度 300℃和烧成温度 1150℃；刘琦 [30]为了研究页岩陶粒的颗粒级配对植生型多孔混凝土密度、抗压强度、空隙率以及内部空隙 PH 值的影响。设置 2 种页岩陶粒颗粒级配测其堆积密度、表观密度、空隙率和吸水率等基本物理性质对页岩陶粒进行植生型多孔混凝土的配合比设计计算；陈彦文 [31]研究出烧制煤矸石陶粒的原料比例和工艺制度。

　　5. 研究建筑废弃物的其他研究

　　石发恩 [32]等利用已达到拆除期限的建筑物的废弃混凝土和废弃粘土砖，分析了其化学组分和矿物组分，然后通过不同建筑废弃物掺量混合材试验、活性激发试验以及复合混合材试验；刘书艳[33]主要围绕双掺或三掺的新拌水泥净浆、砂浆和混凝土中矿物掺合料掺量和水灰比的测定进行了试验研究；张喜[34]等利用破碎机仪器中的除尘器来收集平均粒径约为 37.6μm 的细粉，对这些细粉进行再次的研磨处理，得到粒径小于 0.106mm 的超细粉。

　　1.2.2 国外建筑废弃物的处理现状

　　根据相关报道，国外一些发达国家建筑垃圾利用率非常高，有些甚至在 95%以上。俄国学者 Glushge 于 1946 年首次提出建筑废弃物再生骨料利用这个概念，并对再生骨料混凝土基本性能进行了研究[35]；自从上世纪 80 年代起，澳大利亚就开始利用建筑废弃物来生产再生骨料[36]；上世纪末，德国已经能够用建筑废弃物制备出性能比较好的再生骨料，德国很多公路都使用了这种再生骨料[37]；比利时在 80 年代就已经组织专门的机构对建筑废弃物的循环使用进行了深入的研究，从而取得了突出的进步[38]；美国对把建筑废弃物处理成再生骨料当成一个重要的方向进行了研究，并最终保证建筑废弃物的使用率超过 90%以上[39-40]。

　　Lam C H K 等[41]将城市建筑废弃物焚烧灰作为水泥熟料生产的部分原料，并对它的可行性进行了分析。使用 X 射线衍射和 X 射线荧光技术分析熟料的氧化物和化学成分，并将基于灰渣的熟料与商业硅酸盐水泥熟料进行比较，结果发现完全可行。Wang C[42-43]等根据建筑拆迁废弃物的特殊化学成分和性质，开发了用于形成多孔结构的独特膨胀剂来制造高品质多孔陶粒，以找到有效回收的新途径。Na W[44]研究了城市固体废弃物焚烧飞灰作为高温烧结工艺制备陶粒材料的可能性。结果表明，烧结得出的陶粒质量轻、强度硬、防水而且无毒，完全符合建筑材料的使用要求，揭示了通过烧结陶粒作为建筑材料回收城市固体废弃物的可行性。Amor Ben Fraj[45]用废弃混凝土来代替混凝土的粗骨料来生产再生混凝土；Zine-el-abidine Tahara[46]以回收的混凝土砂和回收的混凝土砾石取代混凝土中的天然砂和天然碎石来研发再生混凝土；Nicolas Serres[47]等利用 LCA（生命周期评价）来量化废弃混凝土成分相关的环境影响；D. Pedro[48]用硅灰置换水泥来研究高性能混凝土的性能。Ngoc Kien Bui[49]研究不同天然石子与废弃的混凝土块粒径之间的匹配组合与传统组合方法比较，提出天然石子与废弃混凝土的新组合来改善再生混凝土的性质。Mohsen Ahmadi[50]使用废轮胎回收的钢纤维制再生骨料混凝土，改善了混凝土的力学性能，解决了这些废钢丝的环境问题。DiegoCarro-Lopez[51]等利用再生砂来生产自密实混凝土。Iveta Nováková, KarelMikulica[52]研究了预制再生混凝土集料替代天然集料做再生混凝土的力学性能。Yuwadee Zaetang[53]等研究了含有两种再生骨料的混凝土透水性能，即再生混凝土砌块骨料（RBA）和再生混凝土骨料（RCA）的性能。

　　综上所述，对于建筑废弃物的利用方式为：（1）利用破碎的废弃物以不同的细度进行混凝土粗骨料或细骨料的替代，来研究其不同掺量对混凝土性能影响进行研究；（2）利用废弃物与水泥原材料相似的特性，制备再生水泥等。其中最主要的研究理论为不同细度与不同掺量的研究，所以类比于前人的研究，本课题研究废弃烧结页岩砖的回收利用时以不同的细度和取代率为研究指标，讨论废弃烧结页岩砖资源化回收的可利用之路。

　　1.2.3 国内外废弃物资源化差异的思考

　　根据以上总结的国内外对于废弃物资源再利用的处理现状发现，对于废弃物的回收，国内的资源利用率非常低，而国外的资源再利用率较高，这是什么问题呢？为什么差距如此之大？

　　在各国建筑废弃物高资源化、高利用率的背后，各国的相关法律功不可没。

　　一些西方发达国家尤其是美国、法国、日本政府都相继制定了关于废弃物处理的相关法律条文，明确指出建筑废弃物必须自行妥善处理，不得任意倾卸；日本国土面积狭小，资源匮乏，所有对于资源的重复利用高度重视。明确“谁生产，谁负责”的责任制度，对于建筑垃圾的再利用率高达 97%；韩国政府更是从根源上的工业设备及技术力量提出高要求，并对围绕建筑垃圾处理所产生的处商、制造者、政府三者之间的责任与义务进行了明确的规定，这对其积极性的提高作用很大；法国更是将资源的循环使用写进立法，进行强有力的制约。

　　虽然国内的废弃物再利用起步较晚，但是我国还是做了许多，不管是从法律制度、责任分工、还是技术要求方面，但是成效都不大。就我理解而言，目前资源再利用现状的不乐观有很大一部分原因是因为我们自身的观念。我们从来不认为被认之为垃圾的东西还能够再次利用。听到某某东西是用废弃物制作的，我们首先想到的是这个工厂是违规操作，并不会认为这样做是合理的，是对资源的再次利用，这样的产品是合格的、无害的。所以我们要想资源再利用能够顺利执行，一定要从根本上对人民的观念进行纠正。其次，对于围绕资源再利用应运而生的各个部门之间的责任分工进一步明朗，做到“责任明确”，这样才能让各部门履行好自己的责任，使各部门的职能得到更有效的发挥。其三，对于违规操作的企业、政府部门、处理商家进行严厉的惩罚。

　　1.3 本课题研究的目的、意义及创新点

　　我国目前的经济处于高速发展的时期，这一特殊时期意味着建筑物的大量更新，这就意味着会拆除很多旧的建筑。但这些建筑废弃物的处理是随之而来的问题。怎样去资源化、零排放的处理这些废弃物成为困扰研究学者的一大难题，本文选取建筑废弃物中成分组成主要为硅质原料的废弃烧结页岩砖作为研究对象，研究对于废弃烧结页岩砖的资源化处理方案，使其能够得到很好的利用，不用再去直接堆放浪费土地。

　　1.3.1 课题研究的目的和意义

　　由于广西本地页岩储量丰富，所以本地区的烧结页岩砖产量丰富，用处广泛。

　　特殊的地域特色使烧结页岩砖成为广西本地区的特色产业。曾有专家指出：“世上本没有垃圾，只有放错位置的资源”。随着经济和城市的快速发展，城镇化进程加快，随着每天都有大量的建筑被拆除，新的建筑规划诞生，建筑物的更新换代造就了大量的废弃烧结页岩砖。同时，砖厂每天的烧结也都不是完美的，总会有不少的烧结不合格的砖体。综合原因就造成了大量的废弃烧结页岩砖。对于废弃的烧结页岩砖，目前广西区的处理方式为要么找地堆放，大规模的废弃砖运输在运输的路线上产生大量的粉尘，要么用来小体积的填埋路面。没有统一合理的资源化处理方式。而且课题前期研究表明废弃的烧结页岩砖属于硅质性原料，具有粉磨之后的晶相活性，不合理的处理方式，无疑是对资源的高度浪费，这对于我国资源短缺，可持续绿色发展的策略严重不符。但目前国内外始终尚未对废弃烧结页岩砖的资源化处理进行系统性研究。

　　本课题依托于广西重点研发计划项目《利用废弃烧结页岩砖粉末生产生态水泥的研发》，结合水泥生产作为高污染、高耗能的产业，大量的生产给环境带来的强烈不利影响。本课题类比于废弃粘土砖的研究提出以废弃烧结页岩砖粉部分代替水泥作为混凝土的掺合料的研究方法，生产再生混凝土。

图 2-1 颚式破碎机

图 2-2 水泥研磨机

图 2-5 废弃烧结页岩砖粉的工艺生产流程图

表 2-1 废弃烧结页岩砖粉的化学成分分析表

图 2-10 废弃烧结页岩砖粉的 XRD 衍射图谱

　…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件

　　第五章结论与展望

　　5.1 结论

　　本文依据现阶段对于建筑废弃物进行资源化回收利用的大趋势，并根据论文开展前对废弃的建筑材料进行的分类与试验分析数据的前期研究成果，选取了广西地区的特色建筑材料——烧结页岩砖作为本文的研究对象，讨论废弃烧结页岩砖的回收利用问题。本文根据前期试验材料研究结果中的废弃烧结页岩砖粉是一种硅质性材料的特性，研究利用其部分替代水泥成为混凝土的掺料对其成型混凝土的性能影响。根据试验研究需要，本文以 0.08mm、0.10mm、0.15mm 的砖粉细度与 5%、10%、20%的取代率为变量设计正交试验，普通混凝土试件作为对照组，对砖粉混凝土的力学性能与微观性能进行研究，研究废弃的砖粉对混凝土性能的影响：

　　对本课题设计的废弃烧结页岩砖粉混凝土进行性能研究发现：

　　（1）废弃烧结页岩砖粉的掺量在一定程度上能够增强混凝土的立方体抗压强度，0.08mm 的砖粉在选择的取代率下，对混凝土的强度都是起增强效果的，5%砖粉掺量的混凝土的强度增加量达到 15.29%。同一取代率下，随着砖粉细度的增加，28d 立方体抗压强度值整体大体呈现递减的趋势。同一细度的砖粉在掺量逐渐增大的情况下，总体呈现递减趋势。

　　（2）废弃烧结页岩砖粉混凝土的轴心抗压强度在砖粉细度相同的条件下，0.08mm 的砖粉部分取代水泥之后的混凝土的强度呈 “倒三角”形式的变化，在5%、20%的取代率下的强度高于 10%取代率的废弃砖粉混凝土；0.10 mm 的砖粉在 10%与 20%取代率的砖粉混凝土强度与普通混凝土的强度的相差不大，5%的降低约 9.8%；0.15mm 的砖粉取代之后的混凝土的强度整体呈下降趋势，取代率越高，强度降低越多，最高的降低率为 10.2%。

　　（3）0.08mm 细度的砖粉在 5%取代率时，劈裂强度最高（3.48MPa），20%取代率时和普通混凝土的劈裂强度持平，10%取代率的混凝土的劈裂强度低于普通混凝土的劈裂强度，降低 9.8%；0.10mm 细度的砖粉在 5%、20%取代率时的劈裂强度均高于普通混凝土的劈裂强度，20%的增加值高达 26.8%，10%的取代率的劈裂强度值低于普通混凝土，降低率为 13.1%。0.15mm 细度的砖粉在 5%取代率时的强度略低于普通混凝土，10%、20%取代率时均高于普通混凝土。

　　（4）10 组试验试件的抗折强度均达到了其立方体抗压强度的 1/5～1/10，只有 Z1 组的抗折强度略低于普通混凝土的抗折强度，降低率约 8.2%，初步认为是抗折试验试件在成型时振捣不密实，养护不当所致，由于只有一组试验数据异常，认为偶然因素居多；Z2组的抗折强度最高（5.58MPa），约高于普通混凝土11.8%。

　　废弃烧结页岩砖粉对水泥的部分替代对其混凝土的抗折性能影响不大，而且会发现在一定程度上提高了其抗折强度，对废弃烧结页岩砖粉混凝土产生有利影响。

　　（5）在细度不变的条件下，随着砖粉对水泥取代率的增加，从 5%，10%，20%会发现其混凝土的弹性模量都有一定程度的降低。空白对照组的弹性模量值为 31904.79MPa，以此为参照，0.08mm 的砖粉细度的降低率依次为 7%，13%，21%；0.10mm 的砖粉细度为例，发现降低率依次为 9.7%，14%，16%；0.15mm砖粉细度的混凝土的降低率依次为 15%，17%，18%。在取代率相同时，弹性模量的变化不明显。

　　（6）全浸式吸水率试验发现，在废弃烧结页岩砖粉的细度相同时，随着砖粉取代率的增加，混凝土的吸水率逐渐增加。在砖粉的取代率相同的条件下，砖粉混凝土的吸水率表现为随着砖粉细度的增加而增加。

　　对本课题设计的废弃烧结页岩砖粉混凝土进行微观试验研究发现：

　　从扫描电镜不同放大倍数的图片发现，废弃烧结页岩砖粉对水泥的部分替代能充分发挥砖粉对水泥材料的机械咬合及其对混凝土孔隙的填充作用，降低在混凝土浇筑初期的内部微裂缝的开展，减小混凝土内部的孔隙率且在一定程度上能够促进水泥的水化，增加混凝土的密实度，从而提高混凝土的优良性能。

　　5.2 展望

　　本文中的研究对象为废弃烧结页岩砖粉在部分替代水泥之后成型的混凝土，对这些废弃烧结页岩砖粉混凝土的力学性能、微观性能进行系列研究，取得了初步阶段的研究成果，但是对于混凝土另一重要特性—混凝土的耐久性并没有进行系统的研究，力学试验的研究也只是研究到 28d，长期的力学性能也没有研究，所以对于废弃烧结页岩砖粉部分替代水泥对于混凝土的影响还有许多待研究的方面：

　　（1）现阶段对于废弃烧结页岩砖的回收还处于人工分拣阶段，怎样能够快速的提高砖体的回收，并对其进行有效的清理，再对其进行破碎、磨细，得到理想孔径的清洁砖粉，使砖粉混凝土试验数据更加准确。

　　（2）由于砖粉的吸水作用强于水泥，初步认为：砖粉初期吸收的水分在后期应该能够参与到水泥水化作用中，使水泥得到更大程度的水化，提高其后期强度，所以对于废弃烧结页岩砖粉的长期力学性能进行研究必不可少。

　　（3）本文的研究对象只有单一的废弃烧结页岩砖粉，在以后建议可以和纤维结合在一起进行复掺研究，利用纤维的优良性能改善废弃砖粉混凝土的部分性能。

　　（4）废弃烧结页岩砖粉混凝土的耐久性能方面的研究必不可少，在此还有进一步研究。

　　（5）对于废弃烧结页岩砖粉微观试验中的水化产物分析及相关的力学性能增强机理研究尚不充分，仍旧需要更深层次的研究。从混凝土组分材料的内部揭示其相互机理。

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作者单位：广西科技大学

原文出处：李晓. 废弃烧结页岩砖粉对混凝土性能影响的研究[D].广西科技大学,2019.

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