淺談再生摻合料特性及水泥凈漿試驗分析

顏冕樺

摘 要：目前，隨著拆遷改造和大批建筑物達到其使用壽命，每年產(chǎn)生大量廢棄混凝土，如果利用顆粒整形技術(shù)強化骨料，必然會產(chǎn)生大量粉體，這些粉體的存放和處理也會產(chǎn)生一系列問題。本文就再生粉體的基本性質(zhì)和應(yīng)用進行了初步研究和探討，以期促進混凝土的循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞：再生粉體；物理性質(zhì)；化學性質(zhì)；凝膠體；再生粉體凈漿；凝結(jié)時間；標準稠度需水量；延遲成核假說

本文所述的再生摻合料是指再生粗、細骨料在生產(chǎn)過程中形成的，粒徑小于75μm的顆粒，也叫再生粉體或微粉。

在歐洲，絕大多數(shù)廢棄混凝土的回收利用僅僅采用簡單破碎和骨料分級的方法，產(chǎn)生的粉體量很少，故這方面的研究也很少見到。在日本，骨料強化技術(shù)發(fā)達，主要有立式偏心研磨法、臥式回轉(zhuǎn)研磨法、加熱研磨法、沖擊磨碎法和濕式研磨比重選擇法等。除最后一種方法外，其他技術(shù)都會產(chǎn)生大量粉體，其中，加熱研磨法產(chǎn)生的粉體量約占原廢棄混凝土質(zhì)量的50%。但關(guān)于這部分粉體，日本也未找到有效的利用方法，一般主要用作路基墊層或利用具殘余的膠凝性代替砂漿作為陶瓷地板的找平、粘結(jié)材料。國內(nèi)這方面的研究也僅停留在試驗室階段。

1 再生粉體的物理性質(zhì)

（1）密度：再生粉體是一種質(zhì)地疏松的建筑垃圾粉末，其堆積密度為874kg/m3，密度為2593kg/m3。

（2）粒徑分布：使用HORIBA LA-300型激光粒度儀對再生粉體進行檢測，其平均粒徑為30.4μm，粒徑分布見表1，圖1。

（3）比表面積

使用DBT-127型勃氏透氣比表面積儀對其進行比表面積檢測的結(jié)果是350m2/kg，但是使用金埃譜公司的P-Sorb 2400型比表面積測試儀，利用氮氣吸附法所得到的結(jié)果是11620m2/kg。勃氏透氣比表面積儀的測試原理是根據(jù)一定量的空氣通過具有一定空隙率和固定厚度的物料層時，所受的阻力不同而引起流速的變化來測定樣品的比表面積。在一定空隙率的物料層中，孔隙的大小和數(shù)量是顆粒尺寸的函數(shù)，同時也決定了通過料層的氣流速度，根據(jù)一定體積的空氣通過料層的時間可以計算出樣品的比表面積，但該方法對多孔材料并不適用。金埃譜公司的F-Sorb 2400型比表面積測試儀測試比表面積的依據(jù)是BET理淪。該理淪認為，氣體在固體表面上的吸附是多分子層的，并且在不同壓力下，所吸附的層數(shù)也不同。只要在不同壓力下測得吸附平衡時樣品表面所吸附的氣體量，就能夠計算出樣品的比表面積，該比表面積包括顆粒外部和內(nèi)部通孔的表面積。由以上討淪可知，再生粉體雖然粒徑分布與水泥相似，但比表面積遠遠大于水泥，其主要原因是其內(nèi)部含有大量相互連通的孔隙，這主要是因為再生粉體中含有大量硬化水泥石顆粒。已有的研究表明，這些顆粒中的C-S-H凝膠比表面積在20000～30000m2/kg之間。所以，若要了解再生粉體的性質(zhì)，也應(yīng)對硬化水泥石粉末的性質(zhì)進行研究。

2 再生粉體的化學性質(zhì)

（1）再牛粉體化學成分

對再生粉休進行x射線熒光分析，結(jié)果見表2。

再生粉體的化學成分與水泥接近，但SiO2的含量較高，其原因是再生粉體中還含有一定量的砂石碎眉。氯離子含量<0.06%。經(jīng)滴定試驗測定，再生粉體的Ca（OH）2含量為28.5mg/g，對混凝土也有一定的不利影響。

（2）再生粉體礦物組成

再生粉體的x射線衍射分析結(jié)果如圖2所示。

從衍射圖中可見，再生粉體十最主要的礦物成分是SiO2，這說明廢棄混凝土砂石骨料中的碎屑在再生粉體中占有較大比例。衍射圖巾的噪聲很大且難以發(fā)現(xiàn)硅酸鈣、鋁酸鈣等晶體的衍射峰，說明再生粉體中的水泥顆粒已基本水化完全，主要以凝膠體形式存在。

3 再生粉體對膠凝材料性能的影響

再生粉體中含有Ca（OH）2硬化水泥石和骨料的細小顆粒，可能會對水泥的需水量和水化過程產(chǎn)生影響，另外在混凝土使用過程中，其表面會發(fā)生不同程度的碳化。根據(jù)滴定試驗結(jié)果，水泥石中Ca（OH）2含量為117.79mg/g，在摻量為5%、20℃標準稠度用水量條件下絕大部分不會被溶解。按照延遲成核假說，在水泥水化的誘導期階段，硅酸根離子抑制溶液中的Ca（OH）2的析晶，只有當溶液中建立了充分的過飽和度時，才能形成穩(wěn)定的Ca（OH）2晶核。當品核尺寸達到一定尺寸和數(shù)量，Ca（OH）2迅速析出，C3S溶解隨之加速，加速期開始。按此假說，再生粉體和水泥石中Ca（OH）2的晶體能夠縮短凈漿的凝結(jié)時間。為研究再生粉體、碳化再生粉體和水泥石對水泥凈漿的需水量和凝結(jié)時間的影響，將再生粉體和碳化再生粉休按10%、20%和30%取代水泥，超細再生粉體和超細水泥石（平均粒徑6.1μm）的摻量采用5%、10%和15%，按照《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》（GB/T 1346-2011）規(guī)定的試驗力法測定其凝結(jié)時間。其中碳化再生粉體是將再生粉體放入碳化箱中處理，直至利用酚酞試紙測試其飽和溶液不再變色為止。水泥采用P·I 52.5硅酸鹽水泥，再生粉體凝結(jié)時間見表3。

各種摻合料凈漿的標準稠度需水量變化如圖3所示。

從圖3可知，再生粉體凈漿標準稠度需水量隨摻量的提高逐漸增加，在摻量為30%時比純水泥凈漿的需水量多1.4%，而碳化再生粉體凈漿的標準稠度需水量與摻量無關(guān)。超細再生粉體與超細水泥石的標準稠度需水量變化規(guī)律基本相同，都隨摻量的提高逐漸增加。在摻量為15%時，其標準稠度需水量均提高1.2%。

各種摻合料凈漿的凝結(jié)時間如圖4所示，在各種摻量條件下再生粉體和碳化再生粉體的凝結(jié)時間相差不大。初凝時間在210min左右，終凝時間在240min左右，初凝與終凝間隔30min左右，與純水泥凈漿基本相同。這說明再生粉體和碳化再生粉體對凈漿的凝結(jié)時間無明顯影響。

由圖5可見，與再生粉體和碳化再生粉體不同，超綱再小粉體和超圳水泥石使凈漿的凝結(jié)時間延長且與摻量關(guān)系不大。與純水泥凈漿相比，超細再生粉體使凈漿凝結(jié)時間延長大約20 min；超細水泥石使凈漿凝結(jié)時間延長大約45min。另外，在不同摻量條件，兩種超細摻合料的凈漿初凝和終凝時間間隔均為大約30min。

此試驗結(jié)果不支持延遲成核假說。

參考文獻

[1]陳欣，鄭建嵐，王國杰.礦物摻合料對再生混凝土干燥收縮性能的影響[J].混凝土，2016，（10）：16-20.

[2]江南寧，楊元霞，趙興英.礦物摻合料對蒸養(yǎng)水泥凈漿性能的影響[J].粉煤灰，2010，22（3）：6-8.

（作者單位：云南省建筑科學研究院）