陶航宇，陈 萍，龚亦凡，詹静芳，章 莉

(1.浙江理工大学建筑工程学院，杭州 310018；2.复旦大学外国语言文学学院，上海 200433)

0 引 言

随着我国城市化建设的不断推进，大批不满足发展需求的建筑正在或面临拆迁，由此产生大量的拆除垃圾。据估算，目前我国每年产生拆除垃圾15.5～25.5亿t，积存未处理的拆除垃圾也达200多亿吨[1]。拆除垃圾通常是废弃混凝土和废弃砖的混合物，经机械破碎后能够作为再生砖混骨料(混凝土骨料和砖骨料混合物的通称)，可全部或部分代替天然砂石进行资源化利用。

对骨料进行分级分类是实现其工程应用的必要条件，国内外相关分类标准通常按压碎指标、吸水率和表观密度三大技术指标或其中某两项对再生混凝土骨料进行分类。如日本工业协会于1994年颁布的《再生混凝土材料质量试行条例》[2]根据压碎指标、吸水率对再生骨料进行分级。比利时、德国等欧洲国家以吸水率和表观密度作为分级控制指标，并对各类杂质含量提出了要求[3]。我国于2010年发布了标准GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》[4]，根据吸水率、表观密度、压碎指标将再生混凝土粗骨料分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类，并对微粉含量、泥块含量、针片状颗粒含量、坚固性做出了具体要求。JGJ/T 240—2011《再生骨料应用技术规程》[5]则对再生骨料在混凝土工程中的应用进行了指导规定：Ⅰ类再生粗骨料可用于配置各种强度等级的混凝土；Ⅱ类再生骨料宜用于配置C40及以下强度等级的混凝土；Ⅲ类再生骨料可用于配置C25及以下强度等级的混凝土，再生骨料不得用于配置预应力混凝土。

一般来说，砖骨料的吸水率和压碎指标可达混凝土粗骨料的两倍左右，表观密度约为混凝土粗骨料的90%，而我国的再生砖混骨料中砖含量通常在10%～50%(质量分数，下同)[6]，低砖含量的再生骨料一般能够满足国家标准GB/T 25177—2010中所规定Ⅱ类骨料和Ⅲ类骨料范围的要求[7]，而对于高砖含量的再生骨料则缺乏应用指导，无法进行资源化利用。国内外一些学者先后提出了再生粗骨料的分类标准建议。肖建庄等[8]根据饱和面干表观密度、吸水率将再生粗骨料划分为Ⅰ级、Ⅱ级，并对再生骨料的砖含量进行了限制。吴瑾等[9]研究了再生粗骨料吸水率、堆积密度、饱和面干表观密度和压碎指标的概率分布特征，提出了以压碎指标和吸水率作为指标的分级方法。Bonifazi等[10]基于再生骨料表面粘附砂浆会影响骨料密度、吸水率和强度的特点，提出了根据砂浆含量对再生骨料进行分级。为更好实现拆除垃圾的回收利用，提出更加适用于我国再生砖混粗骨料性质的分级分类方法，建立适用于再生砖混粗骨料分级分类标准很有必要。

从研究现状来看，国内外研究者尚未对砖含量较高的砖混骨料的分类给予重视。因此，本文通过研究砖混再生骨料的砖含量与吸水率、表观密度、压碎指标之间的相关性，并统计分析文献已有的大量试验数据，对再生砖混骨料分类分级提出建议。

1 实 验

1.1 原材料

试验所用再生砖混骨料来源于杭州某建筑拆迁垃圾，经钱江新城市政园林建设有限公司采用机械破碎后筛分而得，粒径为4.75～37.5 mm，砖含量约为22%。人工去除瓷砖、木片等杂质后，将砖骨料和混凝土骨料分离，烘干备用。

1.2 测试方法

分别研究砖骨料和混凝土骨料的表观密度、吸水率和压碎指标，将砖骨料、混凝土骨料分别按0 ∶100、15 ∶85、30 ∶70、50 ∶50、65 ∶35、80 ∶20、100 ∶0的质量比进行掺配，并依据GB/T 14685—2011《建设用卵石、碎石》[11]测试再生混合骨料的表观密度、吸水率、压碎指标，研究砖含量与吸水率、表观密度及压碎指标之间的关系。

2 结果与讨论

2.1 砖骨料与混凝土骨料三大性能

图1 骨料吸水曲线Fig.1 Water absorption curves of aggregate

图1显示了砖骨料和混凝土骨料48 h内的吸水曲线。从吸水曲线中可以看出砖骨料的吸水率远高于混凝土骨料。混凝土骨料24 h吸水基本达到饱和，吸水率为6.2%(质量分数，下同)。而砖骨料24 h吸水率为16.3%，之后仍有持续吸水的趋势，48 h时吸水基本达到饱和，吸水率为16.8%，增加0.5个百分点。砖骨料与混凝土骨料相比，结构疏松，孔隙率高，大量的渗透路径是造成砖骨料高吸水率及在较长时间内持续吸水的原因。由此，混凝土骨料可以采用浸水24 h的吸水率作为吸水率值，而砖骨料吸水率则建议采用浸水48 h的吸水率值。这与ASTM规范[12]相吻合。为了与其他研究者的数据进行对比，本文砖骨料的吸水率值取24 h的吸水率测试值。

在表观密度方面，砖骨料为2 333 kg/m3，混凝土骨料为2 536 kg/m3；在压碎指标方面，砖骨料为25.9%，混凝土骨料为18.0%；在吸水率方面，砖骨料为16.3%，混凝土骨料为6.2%。砖骨料较混凝土骨料结构疏松，表面开口及内部连通孔隙多，因此砖骨料性能较低。

2.2 砖含量与砖混骨料三大性能的关系

通过测试不同砖含量情况下再生砖混骨料的表观密度、吸水率和压碎指标，发现砖含量与三个性能指标均有较好的线性关系，并与其他文献中研究结果进行对比[13-15]，见图2～图4。其中Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类粗骨料分界线按照GB/T 25177—2010规定绘制，即表观密度大于2 450 kg/m3、吸水率小于3%、压碎指标小于12%为Ⅰ类；表观密度大于2 350 kg/m3、吸水率小于5%、压碎指标小于20%为Ⅱ类；表观密度大于2 250 kg/m3、吸水率小于8%、压碎指标小于30%为Ⅲ类。

图3 吸水率与砖含量的关系Fig.3 Relationship between water absorption and brick content

图4 压碎指标与砖含量的关系Fig.4 Relationship between crushing index and brick content

随着砖含量的增加，再生砖混骨料的表观密度减小，吸水率增加，压碎指标增大。由图2～图4可见：(1)从表观密度看，再生砖混骨料均达到Ⅲ类以上骨料的要求，且大部分满足Ⅰ类骨料要求，只有少部分属于Ⅲ类骨料；(2)从吸水率看，大部分的砖混骨料超出Ⅲ类骨料限值，只有少量低砖含量的骨料满足Ⅲ类标准要求；(3)从压碎指标看，砖混骨料主要位于Ⅲ类区间，少量属于Ⅱ类，部分超出Ⅲ类骨料的限值。

由于目前再生砖混骨料中砖含量通常在10%～50%[6]，从表观密度、吸水率和压碎指标三个指标综合来看，GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》并不适用于现有的砖混骨料，主要是由于砖混骨料吸水率过高，其次是压碎指标偏大。

另外发现，不同研究者的试验结果存在明显差异，主要因为所采用的原材料来源以及破碎工艺不同，砖混骨料的性能差异主要在：(1)与原材料的强度等级有关，原生砖和原生混凝土强度越高，再生骨料表观密度越大，吸水率越低，压碎指标越低[16]；(2)与原材料的使用年限有关，使用年限越高，再生骨料表观密度越小，吸水率越高，压碎指标越高[17]；(3)与破碎工艺有关，混凝土和砖被机械力粉碎成块状的过程中，同时对其产生损伤，如骨料表面或内部产生微裂纹，骨料的损伤度、表面砂浆层的去除度都将影响再生骨料的性能，合适的破碎工艺在一定程度上能提升再生砖混骨料的性能。

根据砖含量与表观密度、吸水率和压碎指标的线性关系，已知砖骨料的吸水率ωb、表观密度ρb、压碎指标Qb，混凝土骨料的吸水率ωc、表观密度ρc、压碎指标Qc，以及砖含量α，则可依据式(1)、(2)、(3)分别计算再生砖混骨料的吸水率ω、表观密度ρ、压碎指标Q，该关系式也可用于根据骨料的性能要求计算再生砖混骨料的砖含量，从而满足工程使用要求。

ω=(ωb-ωc)α+ωc

(1)

ρ=(ρb-ρc)α+ρc

(2)

Q=(Qb-Qc)α+Qc

(3)

3 再生砖混骨料分类研究

3.1 再生砖混粗骨料在标准GB/T 25177—2010中的分类统计情况

图5 各类再生砖混粗骨料的占比Fig.5 Proportion of recycled brick and concrete coarse aggregate in different classes

目前再生骨料的研究主要针对混凝土骨料和砖骨料，对砖混骨料基本性能的研究不多，为了研究砖混骨料分类的普遍情况，统计了国内外20篇文献[13-15,18-34]中不同来源的砖骨料和混凝土骨料的吸水率、表观密度和压碎指标的测量值，依据再生砖混骨料砖含量与性能指标的线性关系，将不同含量的砖骨料和混凝土骨料两两随机组合，得到165种组合结果。根据式(1)、(2)、(3)计算得到不同砖含量下再生砖混骨料的吸水率、表观密度和压碎指标，根据GB/T 25177—2010对所模拟的再生砖混粗骨料进行分类，结果如图5所示。

从图5可以看出：当砖含量为0%时(即全为混凝土骨料)，骨料均在GB/T 25177—2010规定的Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类标准要求之内；当砖含量为10%时，约86.1%的骨料属于Ⅲ类，约12.1%的骨料属于Ⅱ类，少量骨料不符合标准要求；当砖含量为20%时，约6.7%的砖混粗骨料达到Ⅱ类标准，约有17%的砖混粗骨料不符合标准要求；当砖含量为30%时，达到Ⅱ类标准的砖混粗骨料下降至0.61%，Ⅲ类骨料占比46.7%，不符合标准的砖混粗骨料迅速上升至52.69%；当砖含量为40%和50%时，不符合标准的骨料分别占比82.4%和91.52%。目前砖混骨料中砖含量一般为10%～50%，根据以上统计分析结果，砖含量较高的再生砖混骨料无法依照GB/T 25177—2010进行分类利用，这与2.2节中分析结果相吻合。

3.2 再生砖混粗骨料分类建议

由于再生砖混骨料的吸水率较高，参照GB/T 25177—2010相关规定难以作为骨料用于配制混凝土，但一些吸水率稍高、压碎指标低的再生骨料，其配制的再生混凝土破坏主要是骨料-水泥石界面粘结破坏，而稍高的吸水率使得再生骨料-水泥石界面的水灰比降低，能一定程度上提高混凝土强度[35]。随着再生骨料再利用技术逐渐成熟，可以适当降低对再生砖混骨料吸水率的要求，并适度调整压碎指标，进而细化现有的分类标准，以适应砖含量较高再生砖混骨料的资源化利用。

基于2.2节的研究结果，对本文试验数据以及已有文献中数据[13-15,18-34]进行提取、拟合，得到砖含量α与再生砖混骨料吸水率ω和压碎指标Q的一般线性关系，如图6和图7所示，公式见式(4)和式(5)。

ω=0.112 8α+5.316，R2=0.827 3

(4)

Q=0.15α+15.9，R2=0.625

(5)

根据骨料性能与再生混凝土抗压强度的线性关系[33-34]，利用砖含量与再生砖混骨料吸水率和压碎指标之间的一般性关系表达式，计算不同砖含量相对应的吸水率和压碎指标值，参考GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》中骨料吸水率、压碎指标和表观密度的界限值(见表1)以及JGJ/T 240—2011《再生骨料应用技术规程》中各类骨料的应用要求，以砖含量为主要分类控制指标，吸水率、压碎指标和表观密度作为技术控制指标，对砖混骨料的分类应用进行建议，见表2。

由于砖含量较吸水率和压碎指标具有良好的可测定性，使得再生砖混粗骨料分级分类更加便利，可减少人力物力成本。同时，砖含量作为砖混骨料的分类控制指标，具有直观性的特点，当砖含量出现较大波动时，施工技术人员可通过肉眼观察发现，及时取样检测并发现问题，有利于提高施工质量。

图6 砖含量与吸水率一般线性关系Fig.6 General linear relationship between brick content and water absorption

图7 砖含量与压碎指标一般线性关系Fig.7 General linear relationship between brick content and crushing index

表1 GB/T 25177—2010和JGJ/T 240—2011对粗骨料的要求Table 1 Requirements for coarse aggregate in GB/T 25177—2010 and JGJ/T 240—2011

表2 再生砖混骨料分类建议Table 2 Suggestion on classification of recycled brick and concrete aggregate

4 结 论

(1)随着砖含量的增加，再生砖混骨料的表观密度减小，吸水率增加，压碎指标增大，并且砖含量与吸水率、表观密度、压碎指标呈较好的线性关系，这种线性关系可以为基于砖含量对再生砖混骨料进行分级分类提供依据。

(2)由于砖骨料表观密度低，吸水率和压碎指标高，根据吸水率、表观密度和压碎指标三个技术指标，再生砖混骨料没有包含在GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》三个类别范围内。基于建立的砖含量与吸水率、压碎指标的线性关系，并借鉴GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》的分类思想，以砖含量为主要分类控制指标，吸水率、表观密度和压碎指标为技术控制指标，将用于混凝土工程的砖混骨料分为三类：Ⅰ类，砖含量小于5%，可以用于C35及以下强度等级的混凝土；Ⅱ类，砖含量小于20%，可以用于C25及以下强度等级的混凝土；Ⅲ类，砖含量小于40%，可以用于C15及以下强度等级的混凝土。由于砖含量与三个技术指标具有较好的相关性，并具有较好的可测定性和直观性，将砖含量作为分类控制指标，具有良好的工程实践意义。

(3)本文建议的砖混骨料分类弥补了再生骨料分类标准GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》不适用于再生砖混骨料的缺点，有利于建筑垃圾的资源化利用。需要注意的是，由于再生砖混骨料性能的随机性很大，该分类建议仍需要在实验室和工程实践中进行广泛的研究和论证。