鉴于RP和RFA的缺点，需要添加一种辅助胶凝材料以提升RRCM的性能。近年来，随着纳米技术的发展，制备出了活性更高、性能更强的纳米颗粒，使得纳米材料在土木工程中的应用更加广泛［12］。纳米SiO2具有粒径小、比表面积大、表面吸附能力强、表面能大等优点，研究表明掺入纳米SiO2可以显著增强水泥基材料的性能［13-14］。相较于其他纳米材料，纳米SiO2具有极强火山灰活性、晶核作用和填充效应，掺入水泥基材料中可以促进水泥的水化反应，填充水泥基材料内部的孔隙，并与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，提高水泥基材料硬化后的强度［15-17］。肖建庄等［18］研究发现，纳米SiO2的掺入可提高再生混凝土的力学性能，但是会造成再生混凝土的坍落度降低。Mei等［19］研究发现纳米SiO2由于自身粒径较小，可以填充水泥砂浆中的纳米级孔隙，提高水泥砂浆的密实度。李振东等［20］研究发现纳米SiO2能促进水泥的水化反应，提高混凝土的抗压强度和抗折强度。因此，研究纳米SiO2对于RRCM性能的影响，具有重要的工程意义。

为了明确纳米SiO2对于RRCM性能的影响，本文采用不同质量替代率（1%、2%、3%、4%）的纳米SiO2等质量取代水泥、RFA等质量95%替代天然河砂、RP等质量5%替代天然河砂，制备RRCM，测定RRCM的抗压强度、抗折强度和折压比，并通过扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）分析掺入纳米SiO2后RRCM的微观形貌。

1 试验概况

1.1 试验材料

水泥（华新水泥有限公司，型号P.O 42.5），水泥详细的性能指标见表1；纳米SiO2（河北唐山日旭纳米材料有限公司），技术指标见表2；RFA为武汉建工提供的废旧小区拆除后的混凝土筛分所得，属Ⅱ区中砂，细度模数为2.6，符合《建筑用砂》（GB/T 14684—2011）的要求；水：武汉市天然自来水；减水剂：中建商品混凝土有限公司资助的聚羧酸高效减水剂，减水率为18%。

表1 水泥性能指标

Tab. 1 Performance indexes of cement

[型号 标准稠

度用水

量 / % 安定

性 凝结时间 / min 抗压强度 / MPa 抗折强度 / MPa 初凝 终凝 3 d 28 d 3 d 28 d P.O 42.5 27.6 合格 237 292 23.7 47.1 4.8 7.9 ]

表2 纳米SiO2技术指标

Tab. 2 Technical indexes of nano-SiO2

[型号 外观 表面性质 粒径 / nm 比表面积 / （m2/g） 纯度 /

% 堆密度 / （g/L） HN-SP1 白色疏松粉末 亲水 20~50 580~700 ≥99.5 ≤100 ]

1.2 试验方案

采用不同质量替代率（1%、2%、3%、4%）的纳米SiO2等质量取代水泥、RFA等质量95%替代天然河砂、RP等质量5%替代天然河砂，共制备7组水泥胶砂（cement mortar，CM）。本试验采用的配合比见表3，其中NCM代表天然水泥胶砂，RCM代表再生水泥胶砂，RRCM代表橡胶再生水泥胶砂，RRCM-x，其中x代表纳米SiO2的掺量。

参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》标准进行CM的制备，在40 mm×40 mm×160 mm砂浆三联模中成型试样，标准养护，并测定3、7、28 d的抗压强度和抗折强度。

表3 配合比

Tab. 3 Mix proportion

[试样 原材料用量 / （kg/m3） 水 水泥 RFA 标准砂 RP 纳米SiO2 附加水 NCM 225 450.0 0.0 1 350 0.0 0.0 0 RCM 225 450.0 1 350.0 0 0.0 0.0 81 RRCM 225 450.0 1 282.5 0 67.5 0.0 77 RRCM-1 225 445.5 1 282.5 0 67.5 4.5 77 RRCM-2 225 441.0 1 282.5 0 67.5 9.0 77 RRCM-3 225 436.5 1 282.5 0 67.5 13.5 77 RRCM-4 225 432.0 1 282.5 0 67.5 18.0 77 ]

2 结果与讨论

2.1 抗压强度和抗折强度

所有试验组的抗压强度和抗折强度见图1（a）和图1（b）。从图1（a）和图1（b）中可以看出，掺入RFA和RP后，RRCM的3、7、28 d的抗压强度、抗折强度均出现不同程度的降低，同时，随着纳米SiO2质量替代率的增加，RRCM的3、7、28 d的抗压强度、抗折强度都得到不同程度的提高，当纳米SiO2的质量替代率为3%、4%时，RRCM的各龄期抗压强度和抗折强度超过NCM。

掺入RFA和RP导致RRCM抗压强度和抗折强度降低，这是由于RFA相较于天然细骨料，含有大量的老旧砂浆块，自身强度较低；RP属于有机材料，与水泥砂浆的黏结较差，致使凝固后的水泥砂浆强度降低。与此同时，掺入纳米SiO2可以有效地改善掺入RFA和RP对于RRCM强度造成的负面影响，文献［21-23］研究表明，纳米SiO2具有较高的火山灰活性，可以促进水泥砂浆的水化反应，改善水泥砂浆的孔结构，使得CM的内部结构更加密实，提高CM硬化后的强度。

2.2 折压比

折压比可以有效地反映水泥基材料的延性和抗裂性能，折压比越高，材料的延性和抗裂性能越好，反之，则延性和抗裂性能越差［24-26］。所有试验组的折压比见图1（c），掺入RFA和RP后，RRCM的折压比降低，表明掺入RFA和RP后，RRCM的延性和抗裂性能降低，但随着纳米SiO2的掺入，RRCM的折压比随之增加。当质量替代率为3%、4%时，RRCM的折压比远大于NCM的，表明纳米SiO2可以有效提升CM的延性和抗裂性能。

由于RFA内含有大量的老旧砂浆，强度较低，且老旧砂浆和新水泥砂浆之间的界面过度强度低，是CM内部的薄弱区域之一；同时，RP属于一种有机材料，与水泥砂浆的黏结能力较弱，因此，RP和水泥砂浆的界面过渡区是CM内部另一个薄弱区域，导致CM的内部破坏往往从这两个界面过渡区开始，致使RRCM的延性和抗裂性能较差。但随着纳米SiO2的掺入，这种负面影响得到改善，甚至在一定掺量下，RRCM的延性和抗裂性能要优于NCM。这是因为纳米SiO2粒径较小，活性大，自身含有大量的活性硅离子，可以促进水泥的水化反应，填补水泥砂浆内部纳米级的孔隙，和氢氧化钙晶体反应生成强度更高的水化硅酸钙凝胶，提高水泥砂浆的黏结能力和硬化后的强度，有效弥补掺入RFA和RP后对于CM力学性能和内部结构的影响。

2.3 微观结构

采用SEM对所有试验组的试样进行微观结构测试，结果如图2所示。图2（a）中NCM的内部结构较密实，水泥砂浆中水化产物分布均匀，孔隙较少，并且水泥砂浆和砂石之间的连接紧密，裂缝较小，裂缝中填充大量的水化硅酸钙凝胶（calcium silicate hydrate，C-S-H）和氢氧化钙（calcium hydroxide，CH）晶体。图2（b）中RCM内部结构较松散，RFA和水泥砂浆之间存在明显裂缝，裂缝内部无明显的水化产物填充，是RCM内部的薄弱区域之一。图2（c）中RP和水泥砂浆之间存在较大的裂缝，体现RP和水泥砂浆的之间的黏结很差，导致RRCM内部结构疏松，是RRCM内部另外一个薄弱区域，RRCM受力破坏往往是从这类薄弱区域开始。图2（d）中掺入纳米SiO2后，RRCM的内部结构更加密实，裂缝和孔洞被纳米SiO2填充，C-S-H凝胶相互连接成一个连续相材料，CH晶体被细化，水化产物的分布均匀，RFA和水泥砂浆之间的裂缝变小，且裂缝中填充大量的水化硅酸钙凝胶和钙矾石，RFA和水泥砂浆之间的黏结得到修复，RRCM硬化后的强度得到提升。

3 结 论

本文研究不同质量替代率下的纳米SiO2对RRCM的抗压强度、抗折强度、折压比和微观结构的影响，得到以下结论：

（1）RFA和RP的掺入会导致RRCM的3、7、28 d抗压强度和抗折强度降低，延性和抗裂性能变差。

（2）纳米SiO2的掺入可以提高CM的3、7、28 d抗压强度和抗折强度，增强RRCM的延性和抗裂性能，有效弥补掺入RFA和RP后对于RRCM性能的影响，尤其是当纳米SiO2的质量替代率超过2%时，其抗压强度、抗折强度和折压比要优于NCM。基于本研究的数据和经济性的原则，纳米SiO2的质量替代率宜为3%。

（3）RFA和RP与水泥砂浆之间的黏结性能较差，存在着明显的裂缝，致使RFA、RP与水泥砂浆之间的界面过渡区是RRCM内部的薄弱区域。掺入纳米SiO2后，可以减少RRCM内部的孔隙，促进水泥砂浆的水化反应，生成更多的水化硅酸钙凝胶填充RFA、RP与水泥砂浆界面过渡区内的裂缝，增强RFA、RP和水泥砂浆之间的黏结，提高RRCM结构的密实度。

纳米SiO2的掺入可以有效改善RRCM的强度和延性，但由于纳米SiO2的团聚效应，导致质量替代率过大时，在水泥基材料中的分散性变差，不能达到预期效果，进而降低纳米SiO2增强水泥基材料性能的上限。若纳米SiO2能够均匀地分散在水泥基材料中，得到充分反应，纳米SiO2在水泥基材料中的应用将更加广泛。