CN114394799B - 复合增强全再生砖骨料混凝土及其优化方法和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及节能环保和新材料相关技术产业，具体公开了用于火山灰活性增强与混杂纤维增强耦合作用下全再生砖骨料混凝土的优化方法，该方法首先对再生砖骨料进行化学增强优化，促进其有效活性组分与Ca(OH)2反应生成C‑S‑H凝胶，提高C‑S‑H凝胶的致密性并改善其种类，提高再生砖骨料一定范围内水泥熟料的一次水化率和促进其“二次水化”；进一步对再生砖骨料进行物理增强优化，针对性的选用不同材料与规格的混杂纤维对混凝土进行不同维度的增强。本发明研发的优化方法及对应的混凝土配合比，全面改善了全再生砖骨料混凝土的诸多缺陷，提高了全再生砖骨料混凝土的性能，实现了建筑废弃烧结黏土砖的资源化利用，显著提高了水泥的综合利用率，充分发挥了水泥性能。

Description

复合增强全再生砖骨料混凝土及其优化方法和制备方法
技术领域
本发明涉及节能环保和新材料相关技术产业，具体涉及复合增强全再生砖骨料混凝土及其性能优化与制备工艺。
背景技术
据统计，我国建筑垃圾产量基本占城市垃圾总量的40％左右。每拆除1万平方米旧建筑将会产生7000～12000吨建筑垃圾，据此估算，到2025年每年产生的建筑垃圾将超过22亿吨。由于前期我国经济发展的不平衡性，烧结黏土砖成为建筑垃圾中较为主要的成分，其占比维持在30％～40％左右。
将废弃烧结黏土砖破碎后制备再生砖骨料混凝土是使其资源化利用的一项探索。但在研究过程中，发现其存在大量问题。基于相关文献及前期试验结果可知，全再生砖骨料混凝土存在以下主要缺点：(1)全再生砖骨料混凝土强度相对较低(一般强度为C15～C25)，限制了其在工程领域的应用，从而严重制约了废弃烧结黏土砖的资源化利用；(2)全再生砖骨料混凝土收缩率大且易开裂；(3)全再生砖骨料混凝土中水泥的综合利用率较低，一般仅发生一次水化反应即基本终止，导致水泥强度及其性能并未充分发挥；(4)对再生砖骨料的火山灰活性组分及其水化性能的研究相对较少，为充分认识其对混凝土性能的影响；(5)现有普通混凝土配合比设计方法未考虑再生砖骨料的火山灰特性及其影响，适用性较差。
如何充分利用废弃烧结黏土砖的理化特性，实现其大体量资源化、合理化利用，是急需解决的关键问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种复合增强全再生砖骨料混凝土及其性能优化与制备工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
用于火山灰活性增强与混杂纤维增强耦合作用下全再生砖骨料混凝土的优化方法：该方法首先对全再生砖骨料混凝土进行化学活性增强优化，基于再生砖骨料火山灰有效活性组分与水化性能的界定，采用Ca(OH)2对再生砖骨料进行化学活性增强，以促进其有效活性组分与Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，提高C-S-H凝胶的致密性并改善C-S-H凝胶的种类；同时，Ca(OH)2的掺入大幅提高了再生砖骨料周边一定范围内水泥的一次水化率，促进了水泥的“二次水化”，从而显著提高了水泥的综合利用率。进一步的，对全再生砖骨料混凝土进行物理增强优化，基于前期的化学活性增强效应，水泥浆体对再生砖骨料的握裹力得到提高，其微裂缝产生方式与普通混凝土产生了本质差异，根据其初始微裂缝开裂方式的不同，针对性的选用不同材料与规格的混杂纤维对再生砖骨料混凝土进行不同维度的增强。
作为本发明的一种优选技术方案，在物理增强优化进程中，钢纤维的作用主要体现在纤维的阻裂与抗裂作用以及纤维的框架效应。首先，对于再生砖粗骨料与较大粒径细骨料(粒径通常为2.36～5mm)形成的裂缝，其阻裂与抗裂作用主要由钢纤维承担，即在钢纤维的黏结—滑移破坏过程中由摩擦力做功消耗能量，有效避免了破坏性裂缝的产生，显著提高了全再生砖骨料混凝土的整体稳定性与承载能力。其次，由于较长钢纤维在全再生砖骨料混凝土中的三维随机分布，形成了显著的纤维框架效应，在混凝土的浇筑与成型过程中有效抑制了大粒径再生砖骨料的下沉与小粒径再生砖骨料的上浮，使由骨料所构成的受力框架的搭建更为合理。
作为本发明的一种优选技术方案，在物理增强优化进程中，对于由较小粒径再生砖细骨料(粒径通常为0.15～2.36mm)与水泥浆体之间产生的偶发黏结裂缝，其阻裂与增强作用主要由相对细小的纤维素纤维承担，通过其数量较多、尺寸较小的特点，在其变形直至断裂过程中吸收能量，从而有效抑制和延缓了偶发黏结微裂缝的产生与开展。
作为本发明的一种优选技术方案，由于现有普通混凝土配合比设计方法不适用于复合增强全再生砖骨料混凝土，因此提出基于火山灰活性增强与混杂纤维增强耦合作用下的复合增强全再生砖骨料混凝土配合比设计方法，该方法包括如下步骤：
A、水灰比的计算
A-1、加权水泥水化程度
Figure BDA00034776601900000311
的计算
基于水泥各组分的质量比及其28d水化程度，计算加权水泥水化程度
Figure BDA00034776601900000312
Figure BDA0003477660190000031
式中，
Figure BDA0003477660190000032
-硅酸三钙质量比，％；
Figure BDA0003477660190000033
-硅酸二钙质量比，％；
Figure BDA0003477660190000034
-铝酸三钙质量比，％；
Figure BDA0003477660190000035
-铁铝酸四钙质量比，％；
Figure BDA0003477660190000036
-硅酸三钙28d水化比，％；
Figure BDA0003477660190000037
-硅酸二钙28d水化比，％；
Figure BDA0003477660190000038
-铝酸三钙28d水化比，％；
Figure BDA0003477660190000039
-铁铝酸四钙28d水化比，％。
A-2、活性指数Kpc与活性增强αEC的计算
通过试验测定再生砖骨料活性系数Kpc，基于再生砖骨料有效火山灰活性组分的界定选定活性增强剂，并根据骨料特性及反应机理确定其活性增强系数αEC与掺量；
A-3、基于活性增强的水泥强度fb,r的计算
Figure BDA00034776601900000310
式中，fb,r-基于活性增强的水泥强度，MPa；fb,0-水泥强度，MPa。
A-4、纤维框架系数αfc的计算
由钢纤维与再生砖粗骨料相关参数计算纤维框架系数αfc：
Figure BDA0003477660190000041
式中，lf-钢纤维长度，mm；dCA,max-再生砖粗骨料最大粒径，mm；dCA,min-再生砖粗骨料最小粒径，mm。
A-5、水灰比W/C的计算
基于再生砖骨料的火山灰活性增强及纤维与骨料的框架效应，得到：
Figure BDA0003477660190000042
式中，W/C—水灰比；αa、αb-参数，依骨料特性可分别取0.32和0.20。
B、裹浆厚度t的计算
B-1、钢纤维表面积SSF的计算
Figure BDA0003477660190000043
式中，df-钢纤维直径，mm；mSF-钢纤维质量，kg；ρSF-钢纤维的密度，kg/m3；υS,SF-单根钢纤维的体积，m3。
B-2、再生砖粗骨料表面积SCA的计算
基于再生砖骨料的体积密度与粒径质量分布，得到：
Figure BDA0003477660190000044
式中，mCA-再生砖粗骨料质量，kg；
Figure BDA0003477660190000045
-Di粒径对应的质量比，％；ρCA-再生砖骨料体积密度，kg/m3。
B-3、裹浆厚度t的计算
确定钢纤维与再生砖粗骨料的裹浆厚度：
Figure BDA0003477660190000051
式中，VC-水泥体积，m3；VW-拌合用水体积，m3；VSA-再生砖细骨料体积，m3。
C、砂率SPV的计算
基于再生砖细骨料的材料参数与特性，确定砂率具体数值，并由此进一步确定再生砖粗骨料与再生砖细骨料的质量比：
Figure BDA0003477660190000052
式中，mSA-再生砖细骨料质量，kg。
D、各组分的计算
基于单方复合增强全再生砖骨料混凝土体积，得到：
Figure BDA0003477660190000053
火山灰活性增强与混杂纤维复合增强全再生砖骨料混凝土包括如下组分：水泥、活性增强剂、再生砖粗骨料(如Ca(OH)2)、再生砖细骨料、钢纤维、纤维素纤维与水；上述物料的重量比可为1：0.015～0.029：0.808～1.897：0.347～0.511：0.084～0.163：0.001～0.002：0.340～0.640。
作为本发明的一种优选技术方案，所述水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，表观密度为3000～3100kg/m3，其中水泥熟料的百分含量可为：C3S＝50～58％；C2S＝15～22％；C3A＝6～12％；C4AF＝6～13％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述再生砖粗骨料与再生砖细骨料体积密度为1600～1700kg/m3，压碎指标为21.90～25.39％，吸水率为22.30～26.27％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述再生砖粗骨料粒径D质量分布为：5mm≤D1≤10mm为10～20％，10mm＜D2≤16mm为60～80％，16mm＜D3≤20mm为10～20％；所述细骨料粒径d质量分布为：0.15mm≤d1≤0.3mm为10～20％，0.3mm＜d2≤0.6mm为15～25％，0.6mm＜d3≤1.18mm为30～37％，1.18mm＜d4≤2.36mm为13～20％，2.36mm＜d5≤5mm为9～18％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述钢纤维体积掺量0.5～1.5％，直径为0.6～0.8mm，长度为50～60mm，抗拉强度1100～1240N/mm2，纤维外形为端钩形；所述纤维素纤维体积掺量0.05～0.10％，直径为0.016～0.020mm，长度为0.015～0.018mm，纤维外形为直线型。
火山灰活性增强与混杂纤维复合增强全再生砖骨料混凝土的制备方法，首先将废弃烧结砖破碎、筛分与清洗，得到再生砖粗骨料与再生砖细骨料；其次，按重量比准备水泥、活性增强剂、水、再生砖粗骨料、再生砖细骨料、钢纤维与纤维素纤维。基于再生砖骨料特性与复合增强机理，制定复合增强全再生砖骨料混凝土专用搅拌程序：
(1)预润湿搅拌机筒体，然后将再生砖粗骨料与再生砖细骨料放入搅拌机中，搅拌使再生砖粗骨料与再生砖细骨料拌合均匀(可为2～3min)；
(2)将活性增强剂加入搅拌机中，搅拌使活性增强剂能够充分包裹在再生砖骨料表面(可为2～3min)；
(3)将水泥加入搅拌机中，搅拌使粗、细骨料与水泥搅拌均匀，使水泥能够充分包裹在再生砖骨料表面(可为2～5min)；
(4)将钢纤维与纤维素纤维按比例混合后，分2～3次沿搅拌机边缘加入，并搅拌使纤维均匀分散(可为2～5min)；
(5)将水加入搅拌机中，搅拌直至拌合物混合均匀(可为4～6min)。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
总体上，本发明研发的复合增强方式及对应的混凝土配合比，显著提高了再生砖骨料的火山灰活性与水泥的综合利用率，充分利用了水泥的性能；全面改善了全再生砖骨料混凝土的性能，并极大提高了建筑废弃烧结黏土砖的再生使用量。
本发明提供的基于再生砖骨料的火山灰活性增强(化学增强)与钢-纤维素混杂纤维增强(物理增强)耦合增强效应作用下的多种强度复合增强全再生砖骨料混凝土及其配合比设计方法，充分考虑了再生砖骨料火山灰活性较低以及全再生砖骨料混凝土强度较低、性能较差且适用范围相对狭窄的应用现状，采用多种复合增强方式，极大改善了全再生砖骨料混凝土的力学性能，在提高再生砖骨料火山灰活性的同时，显著提高了水泥的综合利用率。不仅充分利用了水泥强度及其性能，更为重要的是实现了废弃烧结黏土砖的大批量资源化利用。其中，复合增强全再生砖骨料混凝土的复合增强机理在于：1.活性增强(化学增强)：基于再生砖骨料火山灰有效活性组分的界定与水化性能分析，有针对性的采用Ca(OH)2对再生砖骨料进行活性增强。其主要目的为：(1)有效增强火山灰活性，促进其有效活性组分与Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，以提高C-S-H凝胶的致密性并改善其种类；(2)大幅提高再生砖骨料周边一定范围内水泥熟料的一次水化率并促进其实现“二次水化”，显著提高水泥的综合利用率。2.混杂纤维增强(物理增强)：混杂纤维的增强作用主要体现在两个方面：纤维的阻裂与抗裂作用以及纤维的框架效应。首先，通过活性增强效应，水泥浆体对再生砖骨料的握裹力得到了显著提高，其微裂缝产生方式与普通混凝土出现了本质不同。基于火山灰活性增强作用，对于再生砖粗骨料与较大粒径的细骨料(粒径为2.36～5mm)，混凝土的初始微裂缝由骨料内部较大孔洞产生，并在骨料内部开展。因此，根据其初始微裂缝开裂方式的不同，可有针对性的选用不同材料与规格的混杂纤维对混凝土进行不同维度的增强。对于再生砖粗骨料与较大粒径的细骨料(粒径为2.36～5mm)形成的裂缝，其阻裂与抗裂作用主要由钢纤维承担，即在钢纤维的黏结—滑移破坏过程中由摩擦力做功消耗能量，有效避免了破坏性裂缝的产生，显著提高了全再生砖骨料混凝土的整体稳定性与承载能力。对于由较小粒径再生砖细骨料(粒径为0.15～2.36mm)与水泥浆体之间产生的偶发黏结裂缝，其阻裂与增强作用主要由相对细小的纤维素纤维承担，通过其数量较多、尺寸较小的特点，在其变形直至断裂过程中吸收能量，从而有效抑制了偶发黏结微裂缝的产生与开展。其次，由于较长钢纤维在全再生砖骨料混凝土中的三维随机分布，形成了显著的纤维框架效应，在混凝土的浇筑与成型过程中有效抑制了大粒径再生砖骨料的下沉与小粒径再生砖骨料的上浮，使由骨料所构成的受力框架的搭建更为合理。
与上述优化设计思想和方法相对应的是，由于现有普通混凝土配合比设计方法明显不适用于复合增强全再生砖骨料混凝土，因此本发明进一步提出了基于火山灰活性增强与混杂纤维增强耦合增强作用下的复合增强全再生砖骨料混凝土的配合比设计方法，并创新研发了其特定的制备工艺。其技术优势至少包括如下方面：(1)本发明基于再生砖骨料火山灰活性组分的界定与活性指标的分析，通过掺入少量活性增强剂有效改善了再生砖骨料的火山灰活性，从而提高了水泥的水化效率，特别是其“二次水化”效率，显著提高了水泥的综合利用率。基于对水泥水化反应机理及活性增强剂与火山灰有效活性组分反应机理可知，活性增强剂的掺入促进了再生砖骨料周边一定范围内水泥颗粒的水化与C-S-H凝胶的形成并改善了其种类，有利于水分对于C-S-H凝胶的渗透，有效提高了水泥颗粒的“二次水化”效率，从而大幅提高了水泥的综合利用率。(2)本发明基于对再生砖骨料中火山灰有效组分种类的界定及其对水泥水化反应机理影响的分析，有针对性的选用活性增强剂，有效改善了C-S-H凝胶的种类并提高了其致密性，从根本上增强了水泥浆体对再生砖骨料和纤维的握裹力，使复合增强全再生砖骨料混凝土的性能得到了显著增强。基于对多龄期活性指标试验结果的分析可知，与现有理论分析不同，再生砖骨料所含晶态SiO2对于其火山灰活性效应的影响很小，其对混凝土性能的影响主要为填充作用，火山灰效应微弱。因此，再生砖骨料火山灰活性增强剂的选择主要用于激发无定型SiO2与晶体Al2O3等有效活性组分的火山灰活性，具有较强的针对性。(3)本发明基于再生砖骨料理化特性及其劣化机理分析，有针对性掺入活性增强剂与钢-纤维素混杂纤维，通过对水泥颗粒综合水化效率的提高、水化产物的改善及混杂纤维的耦合增强效应，从根本上改变了其开裂机理，有效减少了全再生砖骨料混凝土初始微裂缝的形成并抑制了裂缝的开展，避免了破坏性裂缝的产生，显著提高了全再生砖骨料混凝土从微观到宏观的多维度抗裂性能。(4)本发明通过化学与物理复合增强方式，全面提高了全再生砖骨料混凝土的性能，尤其是其抗压强度，因而拓展了其在土木工程领域中的应用范围，极大地提高了废弃烧结砖的利用量，最终实现了废弃烧结砖的资源化、合理化与高效化利用。(5)本发明所述复合增强全再生砖骨料混凝土的配合比设计充分考虑了再生砖骨料火山灰活性较低、活性增强剂对再生砖骨料有效活性组分火山灰活性的增强、水泥综合利用率的提高及混杂纤维的耦合增强作用，对复合增强全再生砖骨料混凝土配合比的设计具有较强的针对性和适用性。
具体实施方式
以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。
在以下实施例的描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
实施例1
一种C40复合增强全再生砖骨料混凝土，由水泥、活性增强剂、再生砖粗骨料、再生砖细骨料、钢纤维、纤维素纤维与水按重量比1：0.015：0.808：0.347：0.163：0.001：0.340配制。
配合比相关计算方法如下：
1.水灰比的计算
(1)加权水泥水化程度
Figure BDA0003477660190000114
的计算
水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其中C3S＝53％、C2S＝16％、C3A＝8％、C4AF＝10％，其他掺合料为13％。
Figure BDA0003477660190000111
(2)活性指数与活性增强
再生砖骨料活性系数Kpc＝78.80％。
活性增强剂为：Ca(OH)2，掺量为再生砖粗骨料质量的1％与再生砖细骨料的2％，活性增强系数αEC＝1.109。
(3)基于活性增强的水泥强度fb,r的计算
Figure BDA0003477660190000112
(4)纤维框架系数αfc的计算
钢纤维相关参数为：端钩形，抗拉强度为1150N/mm2，纤维掺量1.5％(117kg/m3)，纤维长lf＝60mm，纤维直径0.8mm。再生砖粗骨料粒径范围：5mm～20mm。纤维素纤维掺量为0.1％(1kg/m3)。因此，纤维框架系数αfc为：
Figure BDA0003477660190000113
(5)水灰比W/C的计算
Figure BDA0003477660190000121
2.裹浆厚度t的计算
(1)钢纤维表面积SSF的计算
Figure BDA0003477660190000122
(2)再生砖粗骨料表面积SCA的计算
再生砖粗骨料体积密度为1700kg/m3，压碎指标为21.90％，吸水率为22.30％，含水率为100％(即饱和面干状态)。再生砖粗骨料粒径D质量分布为：5mm≤D1≤10mm为20％，10mm＜D2≤16mm为70％，16mm＜D3≤20mm为10％。
Figure BDA0003477660190000123
(3)裹浆厚度t的计算
基于前期试验结果，可取t＝11mm。
Figure BDA0003477660190000124
3.砂率SPV的计算
再生砖细骨料，相关参数如下：
体积密度：1700kg/m3；粒径d质量分布范围为：0.16mm≤d1≤0.315mm为15％，0.315mm＜d2≤0.63mm为15％，0.63mm＜d3≤1.25mm为35％，1.25mm＜d4≤2.50mm为20％，2.50mm＜d5≤5mm为15％，可取SPV＝30％。
Figure BDA0003477660190000131
4.各组分的计算
Figure BDA0003477660190000132
联立式(7)、式(8)与式(9)，可解得：
Figure BDA0003477660190000133
按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定，测试本发明多强度再生砖骨料纤维混凝土抗压强度为44.59MPa。
实施例2
一种C35复合增强全再生砖骨料混凝土，由水泥、活性增强剂、再生砖粗骨料、再生砖细骨料、钢纤维、纤维素纤维与水，按重量比1：0.018：1.055：0.390：0.129：0.002：0.390配制。
配合比相关计算方法如下：
1.水灰比的计算
(1)加权水泥水化程度
Figure BDA0003477660190000144
的计算
水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其中C3S＝55％、C2S＝18％、C3A＝10％、C4AF＝8％，其他掺合料为9％。
Figure BDA0003477660190000141
(2)活性指数与活性增强
再生砖骨料活性系数Kpc＝80.00％。
活性增强剂为：Ca(OH)2，掺量为再生砖粗骨料质量的1％与再生砖细骨料的2％，活性增强系数αEC＝1.074。
(3)基于活性增强的水泥强度fb,r的计算
Figure BDA0003477660190000142
(4)纤维框架系数αfc的计算
钢纤维相关参数为：端钩形，抗拉强度为1170N/mm2，纤维掺量1.0％(78kg/m3)，纤维长lf＝50mm，纤维直径0.6mm。再生砖粗骨料粒径范围：5mm～20mm。纤维素纤维掺量为0.1％(1kg/m3)。因此，纤维框架系数αfc为：
Figure BDA0003477660190000143
(5)水灰比W/C的计算
Figure BDA0003477660190000151
2.裹浆厚度t的计算
(1)钢纤维表面积SSF的计算
Figure BDA0003477660190000152
(2)再生砖粗骨料表面积SCA的计算
再生砖粗骨料体积密度为1600kg/m3，压碎指标为23.41％，吸水率为25.63％，含水率为100％(即饱和面干状态)。再生砖粗骨料粒径D质量分布为：5mm≤D1≤10mm为15％，10mm＜D2≤16mm为70％，16mm＜D3≤20mm为15％。
Figure BDA0003477660190000153
(3)裹浆厚度t的计算
基于前期试验结果，可取t＝10mm。
Figure BDA0003477660190000154
3.砂率SPV的计算
再生砖细骨料，相关参数如下：
体积密度：1600kg/m3；粒径d质量分布范围为：0.16mm≤d1≤0.315mm为16％，0.315mm＜d2≤0.63mm为25％，0.63mm＜d3≤1.25mm为37％，1.25mm＜d4≤2.50mm为13％，2.50mm＜d5≤5mm为9％，可取SPV＝27％。
Figure BDA0003477660190000161
4.各组分的计算
Figure BDA0003477660190000162
联立式(5)、式(6)与式(7)，可解得：
Figure BDA0003477660190000163
按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定，测试本发明多强度再生砖骨料纤维混凝土抗压强度为36.13MPa。
实施例3
一种C30复合增强全再生砖骨料混凝土，由水泥、活性增强剂、再生砖粗骨料、再生砖细骨料、钢纤维、纤维素纤维与水，按重量比1：0.023：1.339：0.495：0.150：0.002：0.430配制。
配合比相关计算方法如下：
1.水灰比的计算
(1)加权水泥水化程度
Figure BDA0003477660190000174
的计算
水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其中C3S＝50％、C2S＝20％、C3A＝12％、C4AF＝6％，其他掺合料为12％。
Figure BDA0003477660190000171
(2)活性指数与活性增强
再生砖骨料活性系数Kpc＝77.186％。
活性增强剂为：Ca(OH)2，掺量为再生砖粗骨料质量的1％与再生砖细骨料的2％，活性增强系数αEC＝1.074。
(3)基于活性增强的水泥强度fb,r的计算
Figure BDA0003477660190000172
(4)纤维框架系数αfc的计算
钢纤维相关参数为：端钩形，抗拉强度为1190N/mm2，纤维掺量1.0％(78kg/m3)，纤维长lf＝55mm，纤维直径0.7mm。再生砖粗骨料粒径范围：5mm～20mm。纤维素纤维掺量为0.1％(1kg/m3)。因此，纤维框架系数αfc为：
Figure BDA0003477660190000173
(5)水灰比W/C的计算
Figure BDA0003477660190000181
2.裹浆厚度t的计算
(1)钢纤维表面积SSF的计算
Figure BDA0003477660190000182
(2)再生砖粗骨料表面积SCA的计算
再生砖粗骨料体积密度为1630kg/m3，压碎指标为24.11％，吸水率为24.88％，含水率为100％(即饱和面干状态)。再生砖粗骨料粒径D质量分布为：5mm≤D1≤10mm为10％，10mm＜D2≤16mm为80％，16mm＜D3≤20mm为10％。
Figure BDA0003477660190000183
(3)裹浆厚度t的计算
基于前期试验结果，可取t＝9.5mm。
Figure BDA0003477660190000184
3.砂率SPV的计算
再生砖细骨料，相关参数如下：
体积密度：1630kg/m3；粒径d质量分布范围为：0.16mm≤d1≤0.315mm为20％，0.315mm＜d2≤0.63mm为20％，0.63mm＜d3≤1.25mm为30％，1.25mm＜d4≤2.50mm为20％，2.50mm＜d5≤5mm为10％，可取SPV＝27％。
Figure BDA0003477660190000191
4.各组分的计算
Figure BDA0003477660190000192
联立式(7)、式(8)与式(9)，可解得：
Figure BDA0003477660190000193
按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定，测试本发明多强度再生砖骨料纤维混凝土抗压强度为32.29MPa。
实施例4
一种C25复合增强全再生砖骨料混凝土，由水泥、活性增强剂、再生砖粗骨料、再生砖细骨料、钢纤维、纤维素纤维与水，按重量比1：0.026：1.617：0.511：0.084：0.002：0.510配制。
配合比相关计算方法如下：
1.水灰比的计算
(1)加权水泥水化程度
Figure BDA0003477660190000204
的计算
水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其中C3S＝58％、C2S＝22％、C3A＝6％、C4AF＝6％，其他掺合料为8％。
Figure BDA0003477660190000201
(2)活性指数与活性增强
再生砖骨料活性系数Kpc＝78.239％。
活性增强剂为：Ca(OH)2，掺量为再生砖粗骨料质量的1％与再生砖细骨料的2％，活性增强系数αEC＝1.032。
(3)基于活性增强的水泥强度fb,r的计算
Figure BDA0003477660190000202
(4)纤维框架系数αfc的计算
钢纤维相关参数为：端钩形，抗拉强度为1210N/mm2，纤维掺量0.5％(39kg/m3)，纤维长lf＝50mm，纤维直径0.7mm。再生砖粗骨料粒径范围：5mm～20mm。纤维素纤维掺量为0.1％(1kg/m3)。因此，纤维框架系数αfc为：
Figure BDA0003477660190000203
(5)水灰比W/C的计算
Figure BDA0003477660190000211
2.裹浆厚度t的计算
(1)钢纤维表面积SSF的计算
Figure BDA0003477660190000212
(2)再生砖粗骨料表面积SCA的计算
再生砖粗骨料体积密度为1650kg/m3，压碎指标为24.79％，吸水率为25.34％，含水率为100％(即饱和面干状态)。再生砖粗骨料粒径D质量分布为：5mm≤D1≤10mm为20％，10mm＜D2≤16mm为60％，16mm＜D3≤20mm为20％。
Figure BDA0003477660190000213
(3)裹浆厚度t的计算
基于前期试验结果，可取t＝9mm。
Figure BDA0003477660190000214
3.砂率SPV的计算
再生砖细骨料，相关参数如下：
体积密度：1650kg/m3；粒径d质量分布范围为：0.16mm≤d1≤0.315mm为10％，0.315mm＜d2≤0.63mm为23％，0.63mm＜d3≤1.25mm为32％，1.25mm＜d4≤2.50mm为17％，2.50mm＜d5≤5mm为18％，可取SPV＝24％。
Figure BDA0003477660190000221
4.各组分的计算
Figure BDA0003477660190000222
联立式(7)、式(8)与式(9)，可解得：
Figure BDA0003477660190000223
按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定，测试本发明多强度再生砖骨料纤维混凝土抗压强度为28.15MPa。
实施例5
一种C20复合增强全再生砖骨料混凝土，由水泥、活性增强剂、再生砖粗骨料、再生砖细骨料、钢纤维、纤维素纤维与水，按重量比1：0.029：1.897：0.505：0.095：0.001：0.640配制。
配合比相关计算方法如下：
1.水灰比的计算
(1)加权水泥水化程度
Figure BDA0003477660190000234
的计算
水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其中C3S＝50％、C2S＝15％、C3A＝12％、C4AF＝13％，其他掺合料为10％。
Figure BDA0003477660190000231
(2)活性指数与活性增强
再生砖骨料活性系数Kpc＝80％。
活性增强剂为：Ca(OH)2，掺量为再生砖粗骨料质量的1％与再生砖细骨料的2％，活性增强系数αEC＝1.005。
(3)基于活性增强的水泥强度fb,r的计算
Figure BDA0003477660190000232
(4)纤维框架系数αfc的计算
钢纤维相关参数为：端钩形，抗拉强度为1240N/mm2，纤维掺量0.5％(39kg/m3)，纤维长lf＝60mm，纤维直径0.7mm。再生砖粗骨料粒径范围：5mm～20mm。因此，纤维框架系数αfc为：
Figure BDA0003477660190000233
(5)水灰比W/C的计算
Figure BDA0003477660190000241
2.裹浆厚度t的计算
(1)钢纤维表面积SSF的计算
Figure BDA0003477660190000242
(2)再生砖粗骨料表面积SCA的计算
再生砖粗骨料体积密度为1680kg/m3，压碎指标为25.39％，吸水率为26.27％，含水率为100％(即饱和面干状态)。再生砖粗骨料粒径D质量分布为：5mm≤D1≤10mm为18％，10mm＜D2≤16mm为64％，16mm＜D3≤20mm为18％。
Figure BDA0003477660190000243
(3)裹浆厚度t的计算
基于前期试验结果，可取t＝8.5mm。
Figure BDA0003477660190000244
3.砂率SPV的计算
再生砖细骨料，相关参数如下：
体积密度：1680kg/m3；粒径d质量分布范围为：0.16mm≤d1≤0.315mm为20％，0.315mm＜d2≤0.63mm为25％，0.63mm＜d3≤1.25mm为30％，1.25mm＜d4≤2.50mm为15％，2.50mm＜d5≤5mm为10％，可取SPV＝21％。
Figure BDA0003477660190000251
4.各组分的计算
Figure BDA0003477660190000252
联立式(7)、式(8)与式(9)，可解得：
Figure BDA0003477660190000253
按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定，测试本发明多强度再生砖骨料纤维混凝土抗压强度为23.99MPa。
上述实施例1～5之一任意实施例复合增强全再生砖骨料混凝土搅拌过程应包括以下步骤：
1.将废弃烧结砖破碎、筛分与清洗，得到再生砖粗骨料与再生砖细骨料；
2.按上述重量比准备水泥、活性增强剂、水、再生砖粗骨料、再生砖细骨料、钢纤维与纤维素纤维；
3.基于复合增强机理，复合增强全再生砖骨料混凝土搅拌程序如下：
(1)预润湿搅拌机筒体，然后将再生砖粗骨料与再生砖细骨料放入搅拌机中，搅拌2～3min，使再生砖粗骨料与再生砖细骨料拌合均匀；
(2)将活性增强剂加入搅拌机中，搅拌2～3min，使活性增强剂能够充分包裹在再生砖骨料表面；
(3)将水泥加入搅拌机中，搅拌2～5min，使粗、细骨料与水泥搅拌均匀，使水泥能够充分包裹在再生砖骨料表面；
(4)将钢纤维与纤维素纤维按比例混合后，分2～3次沿搅拌机边缘加入，并搅拌2～5min，使纤维均匀分散；
(5)将水加入搅拌机中，搅拌4～6min，直至拌合物混合均匀。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本发明研发的复合增强方式及对应的混凝土配合比，显著提高了再生砖骨料的火山灰活性与水泥的综合利用率，充分利用了水泥的性能；全面改善了全再生砖骨料混凝土的性能，并极大提高了建筑废弃烧结黏土砖的再生使用量。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.用于火山灰活性增强与混杂纤维增强耦合作用下全再生砖骨料混凝土的优化方法，该方法首先对再生砖骨料混凝土进行化学增强优化，基于再生砖骨料火山灰有效活性组分与水化性能的界定，采用Ca(OH)2对再生砖骨料进行活性增强，以促进其有效活性组分与Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶；进一步的，对所优化的再生砖骨料混凝土进行物理增强优化，根据其初始微裂缝开裂方式的不同，针对性的选用不同材料与规格的混杂纤维对混凝土进行不同维度的增强；
该再生砖骨料混凝土配合比优化体系的构建包括如下步骤：
A、水灰比的确认
A-1、加权水泥水化程度
Figure FDA0003896185110000011
的确认
基于水泥各组分的质量比及其28d水化程度，进行
Figure FDA0003896185110000012
的构建和确认：
Figure FDA0003896185110000013
式中，
Figure FDA0003896185110000014
-硅酸三钙质量比，％；
Figure FDA0003896185110000015
-硅酸二钙质量比，％；
Figure FDA0003896185110000016
-铝酸三钙质量比，％；
Figure FDA0003896185110000017
-铁铝酸四钙质量比，％；
Figure FDA0003896185110000018
-硅酸三钙28d水化比，％；
Figure FDA0003896185110000019
-硅酸二钙28d水化比，％；
Figure FDA00038961851100000110
-铝酸三钙28d水化比，％；
Figure FDA00038961851100000111
-铁铝酸四钙28d水化比，％；
A-2、活性指数Kpc与活性增强αEC的确认
基于试验实测进行再生砖骨料活性系数Kpc的确认；基于再生砖骨料有效火山灰活性组分的界定选定活性增强剂，并根据骨料特性及反应机理确定其活性增强系数αEC与掺量；
A-3、基于活性增强的水泥强度fb,r的确认
Figure FDA0003896185110000021
式中，fb,r-基于活性增强的水泥强度，MPa；fb,0-水泥强度，MPa；
A-4、纤维框架系数αfc的确认
由钢纤维与再生砖粗骨料参数进行纤维框架系数αfc的确认：
Figure FDA0003896185110000022
式中，lf-钢纤维长度，mm；dCA,max-再生砖粗骨料最大粒径，mm；dCA,min-再生砖粗骨料最小粒径，mm；
A-5、水灰比W/C的确认
基于再生砖骨料的火山灰活性增强及纤维与骨料的框架效应，得到：
Figure FDA0003896185110000023
B、裹浆厚度t的确认
B-1、钢纤维表面积SSF的确认
Figure FDA0003896185110000024
式中，df-钢纤维直径，mm；mSF-钢纤维质量，kg；ρSF-钢纤维的密度，kg/m3；υS,SF-单根钢纤维的体积，m3；
B-2、再生砖粗骨料表面积SCA的确认
基于再生砖骨料的体积密度与粒径质量分布，得到：
Figure FDA0003896185110000031
式中，mCA-再生砖粗骨料质量，Kg；
Figure FDA0003896185110000032
-Di粒径对应的质量比，％；ρCA-再生砖骨料体积密度，Kg/m3；
B-3、裹浆厚度t的确认
确定钢纤维与再生砖粗骨料的裹浆厚度：
Figure FDA0003896185110000033
式中，VC-水泥体积，m3；VW-拌合用水体积，m3；VSA-再生砖细骨料体积，m3；
C、砂率SPV的确认
基于再生砖细骨料的材料参数与特性，确定砂率具体数值，进一步确定再生砖粗骨料与再生砖细骨料的质量比：
Figure FDA0003896185110000034
式中，mSA-再生砖细骨料质量，kg；
D、各组分确认
基于单方复合增强全再生砖骨料混凝土体积，得到：
Figure FDA0003896185110000035
2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于：
在物理增强优化进程中，对于再生砖粗骨料与细骨料形成的裂缝，由粗钢纤维作为阻裂承担载体。
3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于：在物理增强优化进程中，对于再生砖细骨料与水泥浆体之间产生的偶发黏结裂缝，由纤维素纤维作为阻裂承担载体。
4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述式4中所述αa、αb参数，依骨料特性分别取0.32和0.20。
5.火山灰活性增强与混杂纤维增强再生砖骨料混凝土，该再生砖骨料混凝土包括如下组分：水泥、活性增强剂、再生砖粗骨料、再生砖细骨料、钢纤维、纤维素纤维与水；
所述活性增强剂为Ca(OH)2；
所述各组分的重量比为1：0.015～0.029：0.808～1.897：0.347～0.511：0.084～0.163：0.001～0.002：0.340～0.640。
6.根据权利要求5所述的火山灰活性增强与混杂纤维增强再生砖骨料混凝土，其特征在于：所述水泥为P.O 42.5硅酸盐水泥，表观密度为3000～3100kg/m3。
7.根据权利要求6所述的火山灰活性增强与混杂纤维增强再生砖骨料混凝土，其特征在于，所述水泥熟料质量分数为：C3S＝50～58％；C2S＝15～22％；C3A＝6～12％；C4AF＝6～13％。
8.根据权利要求5所述的火山灰活性增强与混杂纤维增强再生砖骨料混凝土，其特征在于：所述再生砖粗骨料与再生砖细骨料体积密度为1600～1700kg/m3，压碎指标为21.90～25.39％，吸水率为22.30～26.27％。
9.根据权利要求5所述的火山灰活性增强与混杂纤维增强再生砖骨料混凝土，其特征在于：所述再生砖粗骨料粒径D质量分布为：5mm≤D1≤10mm为10～20％，10mm＜D2≤16mm为60～80％，16mm＜D3≤20mm为10～20％；所述细骨料粒径d质量分布为：0.15mm≤d1≤0.3mm为10～20％，0.3mm＜d2≤0.6mm为15～25％，0.6mm＜d3≤1.18mm为30～37％，1.18mm＜d4≤2.36mm为13～20％，2.36mm＜d5≤5mm为9～18％。
10.根据权利要求5所述的火山灰活性增强与混杂纤维增强再生砖骨料混凝土，其特征在于：所述钢纤维掺量0.5～1.5％v/v，直径为0.6～0.8mm，长度为50～60mm，抗拉强度1100～1240N/mm2，纤维外形为端钩形；所述纤维素纤维掺量0.05～0.10％v/v，直径为0.016～0.020mm，长度为0.015～0.018mm，纤维外形为直线型。
11.权利要求5-10任一项所述火山灰活性增强与混杂纤维增强再生砖骨料混凝土的制备方法，首先将废弃烧结砖破碎、筛分与清洗，得到再生砖粗骨料与再生砖细骨料；其次，按重量比准备水泥、活性增强剂、水、再生砖粗骨料、再生砖细骨料、钢纤维与纤维素纤维；其特征在于：基于复合增强机理为再生砖骨料混凝土设定如下的搅拌程序：
(1)预润湿搅拌机筒体，然后将再生砖粗骨料与再生砖细骨料放入搅拌机中，搅拌2～3min，使再生砖粗骨料与再生砖细骨料拌合均匀；
(2)将活性增强剂加入搅拌机中，搅拌2～3min，使活性增强剂能够充分包裹在再生砖骨料表面；
(3)将水泥加入搅拌机中，搅拌2～5min，使粗、细骨料与水泥搅拌均匀，使水泥能够充分包裹在再生砖骨料表面；
(4)将钢纤维与纤维素纤维按比例混合后，分2～3次沿搅拌机边缘加入，并搅拌2～5min，使纤维均匀分散；
(5)将水加入搅拌机中，搅拌4～6min，直至拌合物混合均匀。
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