鑄造水玻璃廢砂在鹽凍混凝土再利用中的應(yīng)用研究

李鵬飛，劉文斌

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 07500；2.張家口市機(jī)場(chǎng)建設(shè)發(fā)展有限公司，河北 張家口 0750000)

由于氯化鈣融雪劑價(jià)格低廉并且冰點(diǎn)低是目前北方寒冷地區(qū)冬季拋灑融化冰雪最廣泛的做法。但氯化鈣在快速融化冰雪、保證交通暢達(dá)、安全的同時(shí)，也帶來很大的負(fù)面影響，比如加快道路老化、影響綠化植物生長等。雖然減少用鹽量已成為世界趨勢(shì)，但目前國內(nèi)外冬季公路養(yǎng)護(hù)還不得不繼續(xù)撒鹽。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國公路的建設(shè)突飛猛進(jìn)，根據(jù)交通運(yùn)輸部《交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，我國公路總里程由2010年的400。8萬公里增加到2015年的457。7萬公里，至2030年，預(yù)計(jì)我國公路網(wǎng)總規(guī)模將達(dá)到580萬公里，其中水泥混凝土路面里程能占到30%～40%，受鹽凍損害的廢棄混凝土的量巨大。鹽凍混凝土的特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、耐久性差。而在我國的鑄造業(yè)中，90%以上的都是砂型鑄造，而且鑄件的年產(chǎn)量高達(dá)1000萬噸，砂的循環(huán)利用非常重要，但是砂在循環(huán)利用后還是會(huì)產(chǎn)生很多的廢砂，我國每年廢棄的砂料多達(dá)1000萬噸，生產(chǎn)一噸鑄件就要有一噸新砂的補(bǔ)充，也會(huì)產(chǎn)生一噸的廢砂。如今，除了極少數(shù)的廢砂可以回收利用，大多數(shù)廢砂都被企業(yè)丟棄，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響。所以，廢砂的處理和利用非常的必要，廢砂可以作為一類新型的材料，重新運(yùn)用在新的工程中，但是在實(shí)現(xiàn)廢砂的循環(huán)利用中，消耗的資金非常巨大，而且能耗大，再生砂的各項(xiàng)性能也不能得到保障。在本次分析中，對(duì)水玻璃廢砂作為混凝土的集料進(jìn)行分析，可以節(jié)約天然的集料改善鹽凍混凝土的性能。

1 試驗(yàn)原料及儀器

原材料選用普通硅酸鹽水泥，粗骨料分別選擇5-25毫米碎石和鹽凍混凝土塊體，細(xì)骨料選擇天然河砂，廢砂選用鑄造公司粉碎的鑄造廢砂，外加劑選用JC-4緩凝高效減水劑。試驗(yàn)的儀器主要有熒光分析儀和半定量分析測(cè)量軟件，運(yùn)用X射線管檢測(cè)廢砂中的主要成分。

2 試驗(yàn)方法

將混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)成C40，基準(zhǔn)試樣的編號(hào)為S0，廢砂混凝土的實(shí)驗(yàn)分成兩個(gè)不同的部分，其一是運(yùn)用廢砂代替20%、40%和60%的河砂，設(shè)計(jì)試樣的編號(hào)為S1，S2和S3，其二運(yùn)用廢砂完全的代替河砂，試樣的編號(hào)設(shè)計(jì)為SF，每個(gè)試樣都有五組，混凝土的配合比如表1所示。

表1 廢砂混凝土配合比

3 混凝土的坍落度對(duì)比

表2 不同試樣的混凝土的坍落度對(duì)比

通過對(duì)表2的數(shù)據(jù)分析，可以看出廢砂在混凝土中的含量越高，混凝土的流動(dòng)性能越低，在采用廢砂完全代替天然砂時(shí)，其流動(dòng)性也會(huì)下降，造成這類問題的原因主要在于廢砂的粒徑比較小，而且在混凝土中應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生較大的表面積，而且吸附水泥的效果比較好，并且其本身的吸附性也比天然砂的效果好，所以，在進(jìn)行混凝土的配置中，采用水玻璃廢砂，要確保其流動(dòng)性完好，應(yīng)該提高水灰比，或者采用減水劑。

4 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

表3 廢砂石子混凝土立方體抗壓強(qiáng)度分析

通過對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，廢砂在混凝土中的含量越高，混凝土立方體試件的抗壓能力在下降，而且當(dāng)廢砂的含量在40%以上時(shí)，混凝土的強(qiáng)度降低非?？?，強(qiáng)度比S0試樣低10%以上。

通過對(duì)混凝土立方體強(qiáng)度降低的主要原因進(jìn)行分析，造成這類問題的主要原因在鑄造的過程中，受到鑄造工藝的影響，鑄造廢砂在表面上會(huì)形成一層硅酸鈉，這層膜具有惰性特征，而且這些物料的黏結(jié)能力非常差，不能與骨料結(jié)合在一起，所以混凝土的強(qiáng)度降低。

表4 廢砂鹽凍再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度分析

通過對(duì)表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，廢砂在鹽凍再生混凝土中的含量越高，混凝土立方體試件的抗壓能力在下降，但降低程度較小，而且當(dāng)廢砂的含量在40%以上時(shí)，混凝土的強(qiáng)度降低也不快。分析原因是水玻璃鑄造廢砂的表層有一層膜，這層膜具有惰性特征，構(gòu)成這層膜的主要成分是水玻璃膠體，這層膜的表面還含有大量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，粗骨料改為鹽凍混凝土碎塊后，除冰鹽中的主要成分氯化鈣和硅酸鹽會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，產(chǎn)生白色晶體就是CaSiO3?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式：Na2SiO3+CaCl2 = CaSiO3↓+2NaCl破壞了廢砂中的表面惰性膜，使混凝土強(qiáng)度得到提升。廢砂表面的玻璃膠體發(fā)生了溶解，形成了含有鈉元素的水玻璃溶液，這種溶液可以與水泥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成硅酸鈣膠體。在化學(xué)反應(yīng)中，大量的氫氧化鈉會(huì)進(jìn)一步的促進(jìn)水泥的水化，使混凝土的強(qiáng)度進(jìn)一步提升。

5 結(jié)語

鑄造后產(chǎn)生的廢砂和氯化鈣除冰鹽破壞的廢棄水泥混凝土路面對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大的負(fù)荷，產(chǎn)生大量不可降解固體廢棄物。將這兩種廢棄物合理配合使用，在進(jìn)行再生混凝土的配制中，提高水灰比或者采用減水劑可以確保其流動(dòng)性完好。而且鹽凍混凝土中的氯化鈣可以破壞廢砂表面惰性膜，使得再生混凝土強(qiáng)度大大提升，將其運(yùn)用在鹽凍混凝土再生利用中，可以達(dá)到雙贏的效果，不足之處是其他除冰鹽效果較差尚待研究。