固定在生土材料中加入6?%水泥的基础上研究了不同掺量再生微粉对生土材料吸放湿性能、冻融循环性能以及干湿循环性能的影响，并利用扫描电镜（SEM）检测了微观结构，探究再生微粉对生土材料影响，研究结论可支撑扩大再生微粉的应用领域，也可提高生土材料应用的绿色化水平。

1原材料与试验方法

1.1原材料

本试验中使用的水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥。生土取自北京市通州区，按照GB/T?50123–2019《土工试验方法标准》的要求，测试最大干密度ρdmax=1.79g/cm3，最佳含水率Wop为15.01%，土粒比重Gs为1.4，液限WL为13.44%。所使用的再生微粉为北京某建筑垃圾处理生产线加工后，集中收尘后得到，分为再生混凝土粉（RCP）和再生砖粉（RBP）两类。按照JG/T573—2020《混凝土和砂浆用再生微粉》的含水量及需水量比测试方法，测出RCP含水量为0.57%，需水量比为106.4%，RBP含水量为0.74%，需水量比为102.2%；利用勃式透气法测定的RCP、RBP比表面积分别为417、362㎡/kg；生土及两类再生微粉的粒度分布通过Malvern 3000型马尔文激光粒度分析仪测试，如图1所示；主要化学组成采用Rigaku Ultima Ⅳ型X射线荧光光谱仪进行分析，见表1。

图1粒度分布

                             表1主要化学组成                                   %

对生土、再生微粉进行微观形貌分析，生土单一土粒的表面被零星分散的片状粘粒所覆盖；RBP颗粒表面的团聚细小颗粒较少，相对平整光滑；RCP颗粒表面粗糙，覆盖有较多团聚的细小颗粒，棱角明显。

1.2试验方法

生土成型根据GB/T50123—2019《土工试验方法 标准》进行击实试验，以12%为基准，依次相差2%的加水量制备一组5个试样，测定每组5个加水量下干密度和含水率，以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线，曲线上峰值点纵、横坐标分别代表土最大干密度和最优含水率，生土材料拌和用水量为最佳含水率，试件成型尺寸为40mm×40mm×40mm，采用夯实成型，每层夯实前，对上一层夯实表面进行拉毛处理，从而提高层与层间的接触面粗糙程度，增强层与层间的 粘结力。

干湿循环按照GB/T11975—1997《加气混凝土干湿循环试验方法》进行，循环次数设定为12次，本实验以质量损失率及强度损失率为评价抗干湿循环 性能指标。

冻融循环按照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，将常温养护28d的40mm×40mm×40mm试件在（60±5）℃电热鼓风干燥箱内烘干3?h至恒重，取出置于（20±5）℃室内冷却20min，记录质量后置于混凝土慢冻箱（CDR6–9型混凝土冻融试验机）内，采用气动气融，设定机器参数为–20℃时慢冻2h，20℃时融化2h，以此为1次循环，循环25次记录循环结束时的质量和抗压强度，用质量损失率以及强度损失率表征抗冻融循环性能。

吸湿性能则将试块置于温度（20±2）℃，湿度95%以上标准养护室中模拟大湿度自然环境，以24h为间隔记录吸湿后试件质量，直至吸湿后试件质量差不超过0.05g，用吸湿率RM表征吸湿性能。

1.3配合比

再生微粉生土材料的配合比见表2。

表2 再生微粉的生土材料配合比

2试验结果与分析

随着两种微粉的掺入，材料的最佳含水率随着掺量的增加逐渐增大，随之最大干密度减小。由图2可以看出，当RBP掺量在10%以下，材料各龄期抗压强度较基准组均有不同程度增长，7d、28d强度增长最高分别约13.2%、17.5%，当微粉掺量超过10%时，各龄期抗压强度逐渐降低，逐渐低于基准组；当RCP掺量在10%以下时，微粉不会降低材料力学性能，但超过该掺量后强度逐渐降低。本实验后续选择抗压强度结果较好的6%、10%和14%两种微粉的生土材料进行耐久性能试验。

（a）

（b）

图2再生微粉掺量对生土材料抗压强度影响

（a）RBP；（b）RCP

2.1吸湿性能研究

由图3（a）可以看出，以微粉掺量10%为例，掺RBP和RCP两种微粉的试件质量在前期均处于快速增长阶段，之后增长趋于平缓。图3（b）为不同微粉掺量吸湿14?d的吸湿率，微粉掺量从6%~10%时，吸湿率随着掺量的增大逐渐降低，加入RBP组的生土材料吸湿率均大于加入RCP组，且微粉掺量在6%~10%时，两种材料的吸湿率均低于基准组。但随着掺量增加到14%时，此时吸湿率开始增大，且加入RCP组的生土材料吸湿率则大于加入RBP组。

（a）

（b）

图3 再生微粉生土材料吸湿变化

（a）生土材料吸湿质量变化关系；（b）掺量与吸湿率关系

（1）生土内的孔隙作为水分传输的通道，生土材料毛细孔吸水量基本与时间平方根呈线性关系，随着吸水时间的延长，毛细吸水速率均呈下降趋势。

（2）当少量的微粉掺入生土后，不会改善材料的吸湿率，当微粉掺量大于6%时，干密度逐渐下降，虽然孔隙率变大，此时微粉发生微集料效应填充微小孔隙，使毛细孔减少，生土内部更加紧密，吸湿率降低。

（3）再生微粉RBP中的活性物质多于RCP，微粉水化生成的C–S–H凝胶包裹生土微粒，通过化学连接形成网状的骨架结构，随着水化的不断进行，自由水的减少，新生成的C–S–H凝胶的增多，快速填充由于失水形成的孔隙，使生土材料更加致密。

（4）但当微粉掺量过高为14%时，此时水泥占比减少，强度降低，孔隙率变大，吸湿率变大。

2.2干湿循环性能研究

由图4可知，微粉掺量在14%以下时，在同等掺量下掺RBP组的试件质量损失率和强度损失率都比RCP组低，当微粉掺量在6%~10%时，掺加两种微粉的生土材料质量损失率和强度损失率随着掺量的增大逐渐增大，掺量为14%时，RCP组的质量和强度损失最大，分别为4.71%、28.76%。

（a）

（b）

图4再生微粉掺量对生土材料干湿循环影响

（a）掺量与质量损失率关系；（b）掺量与强度损失率关系

（1）干湿循环过程中土体的含水率是一个动态的变化过程，水分和土体之间的相互作用，改变土体的强度特性，再生微粉的加入，由于其比表面积较大，需水量增加，且发挥微集料效应填充缝隙使结构更紧密，所以微粉掺量在6%时RBP组质量损失率低于基准组。

（2）RBP较RCP活性物质含量更多，材料水化产物更多，更密实，因此，掺加RBP的材料质量损失率和强度损失率都低于RCP。

（3）但随着再生微粉掺量的进一步增大，水泥占比减少，且受到微粉活性的影响，细度较细，比表面积较大，易导致需水量增加，水化反应不完全导致材料力学性能降低，使质量和强度的损失率加大。

2.3冻融循环性能研究

由图5可知，微粉掺量在14%以下时，加入RCP的生土材料的质量损失率和强度损失率均高于加入RBP组，且质量损失率满足低于5%的要求，强度损失率均大于基准组。微粉掺量在6%~14%时，随着再生微粉掺量增加，质量损失和强度损失呈上升趋势。RCP–14%的质量损失和强度损失最大，分别为3.03%、11.96%。

（a）

（b）

图5再生微粉掺量对生土材料冻融循环性能影响

（a）掺量与质量损失率关系；（b）掺量与强度损失率关系

（1）随着适量再生微粉的掺入，生土材料最大干密度降低，生土材料孔隙率变大，但微粉具有微集料效应填充生土内部孔隙中，改善生土材料内部孔结构，减小冻胀作用对结构的破坏，增强材料的抗冻性，但随着掺量的加大，受到微粉活性的影响，强度变低，抗冻性变差。

（2）RBP较RCP活性物质SiO2和Al2O3含量更多，RBP活性表现优于RCP，RCP组土体内部极其松散，孔隙数量较多，土粒表面和孔隙周围的絮状或网状凝胶产物较少，如图6（a）所示；水泥化学反应生成絮状或网状凝胶产物以及RBP二次水化填充，土粒表面和孔隙周围被更加致密、饱满的絮状或网状凝胶产物覆盖，使有害毛细孔减少，加强了土体的整体性，减少因微裂缝导致的损伤，缓解了冻融过程中产生冰胀压，表现为抗冻融循环性能好，如图6（b）所示。

（a）

（b）

图6再生微粉生土材料SEM图像

（a）RCP；（b）RBP

3结论

研究再生微粉对生土吸湿性能、干湿和冻融循环等耐久性能的影响，实验条件下当再生微粉掺量控制在6%内时，可制备出耐久性能优良的生土材料。

（1）生土材料的最佳含水率随微粉掺量的增高而增大，最大干密度随微粉掺量的增高而降低。

（2）当微粉掺量在6%~10%时对生土吸湿性能提升最好，加入RBP的生土吸湿率高于加入RCP的生土材料，吸湿率随着掺量的增大逐渐降低。随着掺量增加到14%时，吸湿率开始增大，此时加入RCP组的生土材料吸湿率则大于加入RBP组。

（3）再生微粉掺量在6%以内时，微粉的掺入可有效改善生土的干湿循环及冻融循环性能，加入RBP的生土材料的抗冻融循环和抗干湿循环较加入RCP的好。