CN115043628A - 一种废弃砖粉超高性能混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废弃砖粉超高性能混凝土及其制备方法和应用，涉及混凝土技术领域。本发明方法包括以下步骤：通过机械激发活性的方式激发砖粉活性，得到废弃砖粉；按水泥与废弃砖粉质量比为5:5‑7:3的配比制备超高性能混凝土，得到所述废弃砖粉超高性能混凝土。本发明通过将建筑垃圾中的废弃砖块处理后(机械激发活性)制成具有活性的废弃砖粉，部分取代水泥制备超高性能混凝土，在保证超高性能混凝土强度的同时，有效解决了目前超高性能混凝土的制备需要大量水泥的问题，并且实现了建筑垃圾的资源化利用。

Description

一种废弃砖粉超高性能混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，特别是涉及一种废弃砖粉超高性能混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
建筑垃圾的年产量逐年递增，而其中的利用率却不足10％，在这些建筑垃圾中，废弃砖块占据了30％～40％。当前对于废弃砖块和混凝土的再利用方式主要是：先对固 体废弃物进行分拣，利用破碎机破碎后制成再生骨料重新应用到混凝土当中或用于路 基填筑和建筑物垫层中。
由于再生骨料孔隙率大、内部存在裂纹、吸水率大、结构复杂等，需要特殊工艺 的处理才能用于制备混凝土，这在无形之中增加了成本，且砖块自身的强度较弱，将 破碎后的砖块作为骨料加入到混凝土当中势必会造成再生混凝土强度的下降。并且， 在固体废物破碎时会产生大量的粉末，这些粉末并没有得到有效的利用，更是在一定 程度上降低了建筑垃圾的利用率。
超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete，UHPC)尽管拥有高强度、高耐 久性的特点，但是其胶凝材料用量大、造价高昂、能耗高制约着其发展。生产1m3超 高性能混凝土所用到的水泥，可供生产2m3～3m3的普通混凝土，并且大量应用于UHPC 中的水泥并未水化，只做了填充作用。水泥用量大会造成UHPC构件早期收缩大、易 开裂，降低了构件的安全性和使用寿命。
因此，提出一种在保证UHPC的强度的同时，降低其水泥用量的UHPC制备方法， 对于混凝土制备领域具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种废弃砖粉超高性能混凝土及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，利用废弃砖块制成的废弃砖粉取代部分水泥，在保证超高 性能混凝土强度的同时，大幅度减少了水泥的使用量，同时实现了建筑垃圾的资源化 利用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明技术方案之一，一种废弃砖粉超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
通过机械激发活性的方式激发砖粉活性，得到废弃砖粉；
按水泥与废弃砖粉质量比为5:5-7:3的配比制备超高性能混凝土，得到所述废弃砖 粉超高性能混凝土。
进一步地，所述机械激发活性的方式具体为利用球磨机以大于45r/min的速率球磨 45min粒径为8～75μm砖粉的方式来激发砖粉的活性。
进一步地，所述废弃砖粉的制备包括以下步骤：
(1)将晒干之后的废砖破碎成细小颗粒状。
(2)采用球磨机破碎成细小颗粒状的废砖进行初次球磨，球磨时间为15min。
(3)将球磨后的砖粉进行筛分，选取粒径为0.075mm的微细颗粒。
(4)采用机械激发的方式(球磨速率48r/min，球磨45min)对选取的粒径为8～75μm的砖粉进行活性激发(激发砖粉的活性)，得到激发了砖粉活性的废弃砖粉。
进一步地，按质量份数计，所述废弃砖粉超高性能混凝土的原料包括水泥35～42份，砖粉28～35份，粉煤灰10份，硅灰20份，砂100份，钢纤维15.6份，减水剂30 份，水17份；
所述砖粉与所述水泥的用量总和为70份。
进一步地，所述水泥为P·O52.5普通硅酸盐水泥。
进一步地，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
进一步地，所述钢纤维为镀铜钢纤维。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述减水剂的减水率大于30％。
本发明技术方案之二，利用上述的制备方法制备得到的废弃砖粉超高性能混凝土。
本发明技术方案之三，上述的废弃砖粉超高性能混凝土在建筑领域中的应用。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明通过将建筑垃圾中的废弃砖块处理后(机械激发活性)制成具有活性的废弃砖粉，部分取代水泥制备超高性能混凝土，在保证超高性能混凝土强度的同时， 有效解决了目前超高性能混凝土的制备需要大量水泥的问题，并且实现了建筑垃圾的 资源化利用。
(2)本发明利用废弃砖粉取代水泥的技术方案，每生产1m3超高性能混凝土节省了280kg的水泥，降低了生产成本，真正实现了“低碳”混凝土的生产。
(3)本发明所制备的废弃砖粉超高性能混凝土(废弃砖粉UHPC)的28d抗压强 度达到了150MPa左右，满足国内相关规范对于超高性能混凝土的强度要求；废弃砖 粉超高性能混凝土的弯曲韧性远超基准组超高性能混凝土，其韧性指数I5、I10、I20 可达到8、22、38，同样超过了国内其他超高性能混凝土的弯曲韧性，如李传习等人所 制备的UHPC，抗压强度138MPa，弯曲韧性I5、I10、I20的值分别为3、8、18，抗压 强度134MPa的混凝土，弯曲韧性I5、I10、I20的值分别为4、9、20；本发明所制备的 废弃砖粉超高性能混凝土的抗拉强度在8MPa左右，满足规范设计要求，且抗拉应变 达到3000×10-6，具有良好的应变硬化特性。本发明所制备的废弃砖粉超高性能混凝土 的收缩相比普通超高性能混凝土小，其早期自收缩率只有848×10-6左右，56d干燥收 缩率只有470×10-6左右，总体收缩较小。
(4)废弃砖粉取代水泥后能够优化超高性能混凝土内部的孔隙，降低孔隙率，砖粉参与二次水化反应，填充材料内部孔洞，经压汞测试后，材料的最可几孔径在5nm 左右。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他的附图。
图1为本发明立方体抗压强度试验所用仪器照片；
图2为本发明立方体抗压试验加载图；
图3为本发明弯曲韧性试验所用仪器照片；
图4为本发明弯曲韧性试验加载示意图；
图5为本发明弯曲韧性指数计算简图；
图6为本发明单轴拉伸试件尺寸图；
图7为本发明单轴拉伸试件加载示意图；
图8为本发明自收缩试验装置示意图；
图9为本发明干燥收缩试验用sp-540型卧式砼收缩膨胀仪照片；
图10为本发明微观试验所用扫描电子显微镜照片；
图11为本发明所用X射线粉末衍射仪照片；
图12为本发明所用AutoporeⅣ9500型全自动压汞仪的照片；
图13为本发明所用强制式搅拌机照片；
图14为本发明试件制作过程中材料搅拌至粘稠状照片；
图15为实施例2制备的废弃砖粉UHPC的弯曲韧性荷载-挠度曲线；
图16为实施例2制备的废弃砖粉UHPC在单轴拉伸试验中的应力-应变曲线；
图17为实施例2制备的废弃砖粉UHPC在单轴拉伸试验中的试件破坏形态照片；
图18为实施例2制备的废弃砖粉UHPC与基准UHPC的自收缩发展曲线；
图19为实施例2制备的废弃砖粉UHPC与基准UHPC的干燥收缩率曲线；
图20为实施例2制备的废弃砖粉UHPC中水泥与砖粉的SEM图像；其中，左图 为水泥，右图为砖粉；
图21为实施例2制备的废弃砖粉UHPC与基准UHPC的XRD测试结果；
图22为实施例2制备的废弃砖粉UHPC与基准UHPC的孔径分布曲线。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。 另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围 内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可 独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发 明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中 提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在 与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其 他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
本发明所涉及到的试验具体如下：
(1)立方体抗压强度试验
立方体抗压强度试验按照规范《超高性能混凝土(UHPC)技术要求》(T/CECS10107-2020)和规范《混凝土物理学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)进行。试 验采用YAW-3000型电液式压力试验机(如图1所示)，量程为0～3000KN，试件的最 大破坏荷载大于试验机量程的20％，且小于最大量程的80％，试验加载如图2所示。 按照要求，试块尺寸为100×100×100mm，每组6个，试验加载速率为1.2MPa/s。UHPC 的立方体试件抗压强度按照式(1)进行计算：
Figure BDA0003715477120000051
式(1)中：fcc—UHPC的立方体抗压强度，MPa；
F—试件的破坏荷载，KN；
A—试件的承压面积，mm2。
UHPC立方体抗压强度的尺寸换算系数为1.0，结果保留一位小数。取6个试件强 度的平均值作为测定值，当有1个或2个试件的强度值与平均值之差大于平均值的10％， 将超过的试件值舍去，取剩余几个的平均值作为测定值；若有3个或3个以上试件的 强度值与平均值之差大于平均值的10％，则此组试验无效，应重新试验。试验所用仪 器图片如图1所示，为YAW-3000型电液式压力试验机，立方体抗压试验加载图如图2 所示。
(2)弯曲韧性试验
按照规范《纤维混凝土试验方法标准》(CECS 13:2009)进行超高性能混凝土的弯曲韧性试验。试验采用带有位移控制的WDW-200型电子万能试验机(见图3)，量程 为0～200KN。试验选用截面尺寸为100×100mm，长度为400mm的梁式试件，每组3 个，加载速率为0.2mm/min，实验加载示意图如图4所示。
试件养护至试验龄期时从养护室取出，擦干表面水分，保证加载面平整、干净、 无缺陷。加载过程中及时观察现象，记录数据，在试件的跨中挠度值大于10.5倍的初 裂挠度或试件即将断开时停止加载。UHPC试件的弯曲韧性相关指标按照下列方法进 行计算：
UHPC试件的初裂强度计算方式如图5(弯曲韧性指数计算简图)所示，将荷载挠 度曲线中初始线性部分的终点或荷载突变处作为初裂点A(见图5)，A点的纵坐标即为 初裂荷载Fcr(N)，横坐标为初裂挠度δcr，根据式(2)计算UHPC试件的初裂强度， 结果精确至0.1MPa。
Figure BDA0003715477120000061
式(2)中：fcr—UHPC的抗折初裂强度，MPa；
Fcr—UHPC的初裂荷载，N；
L—试验梁支座间的跨距，mm；
b—试件的截面宽度，mm；
h—试件的截面宽度，mm。
UHPC的弯曲韧性指数按照下列方法进行计算：
以O为原点，按照1.0、3.0、5.5、10.5倍初裂挠度值在荷载-挠度曲线上确定A、 C、E、G四个点，并找出四个点在横轴上对应的挠度值B、D、F、H四个点，利用积 分分别求出OAB、OACD、OAEF、OAGH的面积记作Ωδ、Ω3.0δ、Ω5.5δ、Ω10.5δ。 按式(3)-(5)计算每个试件的弯曲韧性指数，以三个试件的算数平均值作为该组试 件的弯曲韧性值,结果保留两位小数。
Figure BDA0003715477120000062
Figure BDA0003715477120000063
Figure BDA0003715477120000064
UHPC试件的等效弯曲强度按照下式进行计算：
Figure BDA0003715477120000065
式(6)中：fe—等效弯曲强度，MPa；
Ωk—跨中挠度为2mm时的荷载-挠度曲线下的面积，N·mm；
δk—跨中挠度为L/150时的挠度值，mm。
UHPC试件的弯曲韧性比按照下式进行计算：
Figure BDA0003715477120000071
(3)单轴拉伸试验
UHPC的单轴拉伸试验依据规范《超高性能混凝土(UHPC)技术要求》(T/CECS10107-2020)中的抗拉性能试验方法进行。试验采用带有位移控制的WDW-20型电子 万能试验机(与图3相似，但量程不一样)，量程为0～20KN，试件尺寸如图6所示， 依照规范选取厚度尺寸为30mm，加载示意图见图7。
在试件达到养护龄期时从养护室取出，擦干试块表面，每组6个试块，按照图7 所示装好后进行试验。在试验时，先对试件进行预拉，预拉荷载为破坏荷载的15％～20％， 预拉完成后以0.2mm/min的加载速率进行试验。试验完成后观察试件破坏位置，CE段 或LJ段为标距(图6所示)，破坏位置在标距内有效，每组有效试块不应小于4个， 小于4个时该组试验无效，应重新进行试验。按式(8)-(11)计算UHPC试件的单 轴拉伸性能指标。
UHPC试件的弹性极限抗拉强度按式(8)进行计算：
Figure BDA0003715477120000072
式(8)中：fte—弹性极限抗拉强度，MPa，保留两位小数；
Fte—弹性极限点对应的荷载，N；
A—抗拉试件中部截面积，mm2。
UHPC试件的弹性极限拉应变按式(9)进行计算：
Figure BDA0003715477120000073
式(9)中：μte—弹性极限拉应变，1×10-6；
lte—弹性极限点处变形，mm；
L—抗拉试件的标距。
UHPC试件的拉伸弹性模量按式(10)进行计算：
Figure BDA0003715477120000074
式(10)中：Ete—拉伸弹性模量，GPa，保留一位小数。
UHPC试件的抗拉强度按照式(11)进行计算：
Figure BDA0003715477120000081
式(11)中：ftu—UHPC试件的抗拉强度，MPa，保留两位小数；
Fmax—拉伸试验中的最大荷载，N。
(4)自收缩
废弃砖粉UHPC的自收缩测试方法按照规范《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)进行。试验采用北京耐尔得公司生产的NEL-NES型 非接触式混凝土收缩变形测试仪，其测定原理示意图如图8所示。试验在温度为20±2℃， 相对湿度为60±5％的恒温恒湿室内进行。
采用具有足够刚度的钢制试模，在试模内刷上一层润滑油，然后铺设两层保鲜膜，在两层保鲜膜之间同样刷上一层润滑油。浇筑完成后振动抹平，立即在其表面覆盖一 层保鲜膜，之后移入恒温恒湿室，静停3小时后开始测试，每隔15min采集一次数据， 整个测试过程中应避免整个试验装置的振动。UHPC的自收缩率按照式(12)进行计 算：
Figure BDA0003715477120000082
式(12)中：εst—测试为t(h)的收缩率，t从开始测试算起；
L10—左侧位移传感器的初始读数(mm)；
L1t—测试时间为t时左侧位移传感器的读数(mm)；
L20—左侧位移传感器的初始读数(mm)；
L2t—测试时间为t时右侧位移传感器的读数(mm)；
L0—试件的测量标距(mm)，等于试件中两个反射靶之间的距离。
每组应取三个试件测试结果的算术平均值作为该组试验的自收缩值，测试结果精确值1.0×10-6。
(5)干燥收缩
依据规范《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)对废弃砖粉UHPC进行干燥收缩测试。采用接触法，试验仪器选用sp-540型卧式砼收缩 膨胀仪，如图9所示。试验在温度为20±2℃，相对湿度为60±5％的恒温恒湿室内进 行。
试件浇筑完成后应立即在其表面覆盖保鲜膜并移入标准养护室带模养护2d，之后拆模。在试件达到3d龄期时移入温度为20±2℃，相对湿度为60±5％的恒温恒湿室内， 测试其初始长度，之后按照以下时间间隔测试其收缩率：1d、3d、7d、14d、28d、42d、 56d(从试件移入恒温恒湿室内算起)。测试时，先用标准杆校正仪表的零点，每个试 块反复测试3次，取三个数据的算术平均值作为该个试件的收缩值，每组三个试块， 取三个试件的收缩值的算术平均值作为该组试件的测试结果。UHPC干燥收缩的收缩 率按照式(13)进行计算：
Figure BDA0003715477120000091
式(13)中：εst—试验龄期为t(d)时，UHPC的收缩率，1×10-6；
L0—试件长度的初始长度，mm；
Lt—试验龄期为t(d)时，试件的长度读数，mm；
Lb—试件的测试标距，等于两测头之间的间距，mm。
(6)微观试验
对水泥、废弃砖粉、破坏后的试块进行场发射扫描电镜(SEM)测试，分析其微 观形貌。实验前将试样至于真空干燥箱内50℃下烘干1h，防止试样与空气中的水分、 二氧化碳反应。SEM测试采用日本日立厂家生产的Hitachi S-4800型高分辨率冷场发 射扫描式电子显微镜(见图10)，试样放大倍数为5万倍以内。
将废弃砖粉、UHPC净浆试块置于真空干燥箱内，在50℃的条件下烘干24h，随 后取出研磨成粉。将制好的粉体材料过75μm的圆孔筛，之后立即密封保存。利用日本 理学厂家生产的ULTIMA IV型X射线粉末衍射仪(见图11)对制备好的粉体材料进 行X射线多晶衍射分析(XRD)测试，分析UHPC试件及砖粉的化学成分，深入探究 UHPC试件内部胶凝材料的反应机理。
采用美国麦克公司生产的AutoporeⅣ9500型全自动压汞仪(见图12)，对UHPC 基体试块进行压汞实验(MIP)，实验前取边长为10mm左右的试块，将其置于真空干 燥箱内于50℃的条件下烘干24h，之后立即密封。通过压汞试验对UHPC内部的孔径 结构进行分析，测试其表观密度、孔隙率、各个等级孔径的含量等，从微观孔隙方面 探究废弃砖粉的作用机理。
本发明试件制作具体如下：
(1)搅拌
UHPC在制备时采用强制式搅拌机(见图13)搅拌，搅拌顺序如下：
①先将水泥、砖粉、粉煤灰、硅灰、粉状减水剂等粉体材料干拌2～3min；
②加入全部的水，搅拌3～5min至材料呈现图14所示的粘稠状；
③继续搅拌，在搅拌的过程中慢慢地加入砂子，此过程大概需要1min，待全部的砂子加入后继续搅拌2min。
④边搅拌边加入钢纤维，待纤维全部加入后继续搅拌不低于2min，直至纤维在拌合物中分散均匀。
(2)成型
搅拌完成后，将拌合物从一侧倒入干净的试模内，一次浇筑完成，然后用抹刀轻轻抹平表面，之后用橡皮锤等轻轻敲击试模侧壁，再置于振动台上，振动15s左右。 浇筑完成后立即用保鲜膜覆盖表面，防止UHPC内部水分流失，并移入相对湿度大于 50％，温度为20±5℃室内静置。抗压强度试验试件尺寸为100×100×100mm，每组 6个；弯曲韧性试验试件尺寸为100×100×400mm，每组3块；单轴拉伸试验试件尺 寸见图6，每组6块；自收缩和干燥收缩的试件尺寸为100×100×515mm。
(3)养护
力学性能试件在相对湿度大于50％，温度为20±5℃室内静置1～2d后拆模，然 后置于蒸汽快速养护箱内，以15℃/h的速率升温至90℃，恒温48h，之后再以15℃/h 的降温速率降至室温。标准蒸汽养护结束后，将试件置于标准养护室内，养护至试验 规定龄期。
自收缩试件在成型后移入20±2℃，相对湿度为60±5％的恒温恒湿室内静停3h开始试验。干燥收缩试件浇筑完成后应立即在其表面覆盖保鲜膜并移入标准养护室带模 养护2d，之后拆模。在试件达到3d龄期时移入温度为20±2℃，相对湿度为60±5％的 恒温恒湿室内。
实施例1废弃砖粉的制备
(1)将建筑垃圾中的废砖块进行分拣，晒干之后利用鄂式破碎机初步破碎成细小颗粒状。
(2)采用SM500×500型球磨机中对其进行初次球磨，球磨时间为15min。
(3)将球磨后的砖粉进行筛分，选取粒径为0.075mm的微细颗粒。
(4)采用机械激发的方式(采用SM500×500型球磨机以48r/min的速率，球磨45min)对选取的粒径为0.075mm的砖粉进行活性激发(激发砖粉的活性)，得到激发 了砖粉活性的废弃砖粉。
实施例2废弃砖粉超高性能混凝土的制备
将实施例1制备的废弃砖粉取代40％的水泥，制备废弃砖粉超高性能混凝土，即废弃砖粉UHPC(组别：R)，配合比见表1。
设置基准组，即基准UHPC(组别：B)，基准组与废弃砖粉超高性能混凝土组的 区别仅在于省略废弃砖粉的添加，配合比见表1。
表1废弃砖粉超高性能混凝土的配合比(kg/m3)
Figure BDA0003715477120000111
表1中所用水泥皆为P·O52.5普通硅酸盐水泥。粉煤灰皆为一级粉煤灰。钢纤维为平直光滑的普通镀铜钢纤维，直径为0.2mm，长度为12mm，抗拉强度大于2000MPa。 减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率大于30％。水为干净无污染的普通自来水。
对实施例2中两组超高性能混凝土的性能进行检测，结果如下：
(1)抗压强度试验
两组UHPC的抗压强度试验结果如表2所示。
表2抗压强度试验结果
Figure BDA0003715477120000112
由表2可知，砖粉取代水泥后降低了UHPC的抗压强度，3d龄期时废弃砖粉UHP C的抗压强度仍能达到130MPa，仍能满足当前国内对于UHPC的抗压强度要求。在3 d龄期时，相对于B组，R组抗压强度降低了15.4％；28d龄期时，R组与B组相比， 抗压强度下降了6.5％。表明了随着龄期的增长，抗压强度的差距被缩短，废弃砖粉U HPC的28d抗压强度可达到150MPa左右。
(2)弯曲韧性试验
废弃砖粉UHPC弯曲韧性试验中荷载-挠度曲线如图15所示，其荷载-挠度曲线可分为三个阶段：①试验开始至初裂前阶段，此阶段内UHPC基体承担了大部分的应力， 曲线斜率较大，呈线弹性状态，材料的抗弯刚度较大。②当弯曲荷载超过某一值时， 曲线上面局部出现荷载值“陡降”，或者曲线偏离线性阶段，此时试件的下部开始出现 极其微小的裂缝，肉眼几乎无法观测，试件内部的应力由UHPC基体与钢纤维共同承 担，随着弯曲荷载的增加，曲线上偶尔出现荷载浮动的现象，曲线的斜率减小，试件 的抗弯刚度也变小，裂缝逐渐变大，直至达到极限荷载。③荷载由峰值慢慢下降，此 时试件下部的裂缝不断扩展延伸，试件内部的应力主要由钢纤维承担，伴随着“咔擦” 声的不断出传出，裂缝周围的钢纤维不断被拔出，荷载-挠度曲线上不断出现荷载上下 浮动的现象。在试件初裂后，荷载仍可增长至初裂荷载的2倍左右，证明该材料在初 裂后仍具有较好的承载能力。
废弃砖粉UHPC与基准UHPC两组试件的弯曲韧性相关指标计算结果见表3
表3两组试件的弯曲韧性指标计算结果
Figure BDA0003715477120000121
由表3可知，废弃砖粉UHPC的初裂荷载和初裂挠度要低于基准UHPC，初裂荷 载和初裂挠度主要由基体承担，抗压强度下降表明废弃砖粉UHPC的基体强度低于基 准UHPC，但是R组的极限荷载增大，表明废弃砖粉的极限承载能力要优于基准UHPC， 且R组相对于B组，各个韧性指数I5、I10、I20均有较大增长，废弃砖粉UHPC的弯曲 韧性要远远胜过基准UHPC。
(3)单轴拉伸试验
废弃砖粉UHPC拉伸试验中典型的应力-应变曲线如图16所示。废弃砖粉UHPC 在单轴拉伸荷载下的应力应变曲线可分为三个阶段：①线弹性阶段，在达到初裂荷载 之前，应力与应变呈线性关系，应力-应变曲线近似为一条直线，此阶段试件为弹性变 形，试件内的应力主要由基体承担。②应变硬化阶段，在试件的应变超过弹性极限应 变后，试件内的应力有小幅度的“跳动”，随着应变的不断增加，钢纤维在试件内积极 的发挥着作用，试件内的应力缓缓增加，不断发生着应力重分布的现象，此时试件表 面的裂纹逐渐变得清晰，材料内部的应力由钢纤维和基体共同承担。③应变软化阶段， 在超过抗拉应变后，随着应变的增加，应力慢慢减小，应力-应变曲线呈线锯齿状，表 明钢纤维不断滑移，试件内部的裂缝不断扩展，并达到某一极限，直至承载力丧失， 试验停止。试件的破坏形态如图17所示，在最大裂缝处，伴随着几条微小的裂缝，裂 缝曲折不平滑，证明钢纤维在其中发挥了积极的作用。图16中fte为弹性极限抗拉强度， μte为弹性极限拉应变，ftu为抗拉强度，μtu为抗拉强度对应的极限应变。
废弃砖粉UHPC与基准UHPC两组试件的单轴拉伸性能相关指标计算结果如表4 所示。
表4两组试件的拉伸性能指标
Figure BDA0003715477120000131
由表4可知，废弃砖粉UHPC的单轴拉伸性能良好，其抗拉强度要大于基准组U HPC。废弃砖粉UHPC在弹性阶段的极限应变较小，其拉伸弹性模量，抗拉应变皆远 远超过了基准组UHPC，证明砖粉取代水泥制备UHPC对其单轴拉伸性能具有良好的 优化作用。
(4)自收缩
废弃砖粉UHPC与基准UHPC两组UHPC的自收缩率随时间发展的曲线如图18 所示，两组试件在部分时间节点处的收缩率见表5。
表5两组试件在部分时间节点处的自收缩率(1×10-6)
Figure BDA0003715477120000132
Figure BDA0003715477120000141
结合图18与表5进行分析，两组试件在0～6h时自收缩曲线斜率较大，收缩发展 迅速，此阶段水泥水化反应剧烈，UHPC内部还未形成骨架，浆体内部不断有新物质 生成，水分不断被消耗，使材料宏观体积减小。在6～84h时曲线斜率开始减小，自收 缩缓慢增长，此时UHPC内部开始形成骨架，在一定程度上减小了收缩的发展，收缩 增长开始变得缓慢。在84～200h时UHPC的自收缩曲线基本平稳，自收缩停止增长， 此时UHPC内外已经完全硬化，产生了抵抗自收缩的强度。可以看出，两组材料的自 收缩都主要发生在前3.5d左右，之后自收缩基本停止增长。废弃砖粉UHPC与基准 UHPC相比，在最初的6个小时内自收缩曲线斜率一样，两者的自收缩以同样的速率 增长，在6～84h时废弃砖粉UHPC的自收缩曲线斜率相对于基准UHPC小，证明废弃 砖粉UHPC的自收缩发展相对于基准UHPC缓慢。从自收缩的终值上看，砖粉部分取 代水泥后极大降低了UHPC的自收缩终值，R组与B组相比，最终自收缩率降低了61.2％。 废弃砖粉UHPC相对于基准UHPC具有更好的抵抗自收缩的能力。
(5)干燥收缩
两组UHPC的干燥收缩率随试验龄期发展的曲线如图19所示，试件在部分时间节点的干燥收缩率值见表6。
表6两组试件在部分时间节点处的干燥收缩率(1×10-6)
Figure BDA0003715477120000142
结合图19与表6进行分析，两组试件的干燥收缩率在14d龄期之前发展较快，14d龄期之后干燥收缩率增长缓慢，在42d龄期时，UHPC的干燥收缩率基本已经平稳。R 组与B组相比56d干燥收缩率降低了45.7％。分析其原因：一方面，废弃砖粉的颗粒 粒径要小于水泥，能够填充与水泥颗粒之间，细化了UHPC的孔结构，对其干燥收缩 有一定的抑制作用。另一方面，废弃砖粉多孔的结构能够吸附一部分的水，当UHPC 处于相对干燥的环境中时，砖粉能够将部分吸附的水释放出来，减小了水分的流失， 从而降低了其干燥收缩。对B组与R组分析可知，两组试件的28d干燥收缩率值占整 个试验龄期干燥收缩率值的93.1％与92.6％，UHPC的干燥收缩主要发生在28d龄期之 前。UHPC的收缩以自收缩与干燥收缩为主，其中两组试件的干燥收缩占整个收缩的 18.5％与17.2％。
(6)微观试验
图20为水泥与砖粉放大1000倍的图像，其中，左图为水泥，右图为砖粉。从左 图中可以看到水泥颗粒大小形状较为一致，偶尔有几个颗粒黏附在一起形成相对较大 的团状，对比右图可知，砖粉经过物理激发(球磨45min)后其整体粒径要小于水泥颗 粒，且形状更加的无规则，比表面积更大。在右图中左部可以看到单个大于50μm的砖 粉颗粒，其表面有较多细微的孔洞，正是由于部分这样的颗粒存在，在早期吸收了少 量的用于水泥水化反应的水，造成了早期强度的降低，砖粉与水的反应程度很低，之 后UHPC内部砖粉周围相对湿度的差异使得这部分被吸收的水又被释放出来，形成内 养护作用，在一定程度上缩短了普通UHPC与废弃砖粉UHPC的28d强度差异。
XRD测试结果如图21所示。由图21可知，测得的主要晶体相为SiO2、未水化的 水泥熟料(C2S和C3S)、Ca(OH)2、C-S-H等。21°和27°左右的峰值为二氧化硅，从 图中可以看出，在B组中这两处的几乎没有峰存在，随着废弃砖粉的加入，二氧化硅 的相对含量增多，峰值逐渐变大。废弃砖粉加入后，C-S-H的峰值降低，分析原因为： 在未加入砖粉时，水泥水化产生大量的Ca(OH)2，这些Ca(OH)2与其他矿物掺和料反应 生成较多的C-S-H；但砖粉取代40％的水泥时，水泥用量较少，水泥水化产生的Ca(OH)2不足以与全部的矿物掺和料反应来生成足量的C-S-H，而图中Ca(OH)2的峰值随着砖粉 随着加入而消失同样从侧面印证了这一点。值得注意的是，C2S和C3S主要来自未水化 的水泥熟料，二者峰值的降低表明了砖粉部分取代水泥后，UHPC内部未水化水泥急 剧减少，水泥的利用率提高，结合SiO2峰值的变大，可认为作为填充的水泥颗粒基本 被砖粉取代。
两组UHPC试样的孔径分布曲线如图22所示，两组试样的孔结构参数见表7。
表7两组试件的孔结构参数
Figure BDA0003715477120000151
由图22可知，砖粉取代40％的水泥后，孔径分布曲线整体向左移动，表明废弃砖粉的加入细化了UHPC的孔结构，使材料内部的孔径整体减小。由表7可知，R组相 对于B组，各个孔结构参数均减小，孔隙率与表观密度变化较小而平均孔径、中值孔 径和最可几孔径变化较大。最可几孔径是材料的一个重要特征参数，它是孔径微分分 布曲线上峰值最大处对应的孔径，其物理意义是材料内部出现概率最大的孔径。
实施例3
与实施例2中废弃砖粉超高性能混凝土技术方案的区别仅在于，水泥的配合比为350kg/m3，废弃砖粉的配合比为350kg/m3。
结果：本实施例所制备的废弃砖粉超高性能混凝土的28d抗压强度为147.5MPa，弯曲韧性I5、I10、I20的值分别为8.231、20.025、33.149。
实施例4
与实施例2中废弃砖粉超高性能混凝土技术方案的区别仅在于，水泥的配合比为490kg/m3，废弃砖粉的配合比为210kg/m3。
结果：本实施例所制备的废弃砖粉超高性能混凝土的28d抗压强度为150.9MPa，弯曲韧性I5、I10、I20的值分别为7.536、13.303、17.810
对比例1
与实施例2中废弃砖粉超高性能混凝土技术方案的区别仅在于，所用废弃砖粉为未经过机械激发活性的废弃砖粉。
本对比例所用废弃砖粉的制备步骤为：
(1)将建筑垃圾中的废砖块进行分拣，晒干之后利用鄂式破碎机初步破碎成细小颗粒状；
(2)采用SM500×500型球磨机中对其进行初次球磨，球磨时间为15min；
(3)将球磨后的砖粉进行筛分，选取粒径为0.075mm的微细颗粒，得到废弃砖粉。
结果：本对比例所制备的废弃砖粉超高性能混凝土的28d抗压强度为121.3MPa，弯曲韧性I5、I10、I20的值分别为5.135、10.264、21.247。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案 做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种废弃砖粉超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过机械激发活性的方式激发砖粉活性，得到废弃砖粉；
按水泥与废弃砖粉质量比为5:5-7:3的配比制备超高性能混凝土，得到所述废弃砖粉超高性能混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种废弃砖粉超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述机械激发活性的方式具体为利用球磨机以大于45r/min的速率球磨45min粒径为8～75μm砖粉的方式来激发砖粉的活性。
3.根据权利要求1所述的一种废弃砖粉超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，按质量份数计，所述废弃砖粉超高性能混凝土的原料包括水泥35～42份，砖粉28～35份，粉煤灰10份，硅灰20份，砂100份，钢纤维15.6份，减水剂30份，水17份；
所述砖粉与所述水泥的用量总和为70份。
4.根据权利要求3所述的一种废弃砖粉超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述水泥为P·O52.5普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的一种废弃砖粉超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的一种废弃砖粉超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述钢纤维为镀铜钢纤维。
7.根据权利要求1所述的一种废弃砖粉超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述减水剂的减水率大于30％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的废弃砖粉超高性能混凝土。
9.如权利要求8所述的废弃砖粉超高性能混凝土在建筑领域中的应用。
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张德磊等: "再生粉体在活性粉末混凝土中的应用研究", 《商品混凝土》 *
楼聪等: "再生微粉活性对水泥胶砂性能的影响" *
田青;屈孟娇;张苗;吴计旭;蔡基伟;: "废弃混凝土再生微粉激活方式研究进展" *
田青;屈孟娇;张苗;吴计旭;蔡基伟;: "废弃混凝土再生微粉激活方式研究进展", 硅酸盐通报 *

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