高速公路廢舊混凝土再生微粉性能探究

張曉蕾

（河北高速公路集團(tuán)有限公司承德分公司，河北 承德 067000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，越來越多的高速公路開始呈現(xiàn)出通行能力不足、服務(wù)水平低下、存在安全隱患等問題，需要進(jìn)行改造、擴(kuò)容建設(shè)，這一過程中將產(chǎn)生大量的廢舊混凝土。這些廢舊混凝土若是經(jīng)簡單破碎后集中填埋，不僅會占用大量的土地資源，還會在清運(yùn)和填埋過程中產(chǎn)生揚(yáng)塵等問題，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，如何加大廢舊混凝土等原路資源的再利用，是當(dāng)前需要解決的主要問題之一，也是高速公路改擴(kuò)建工程實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。

目前，在廢舊混凝土的資源化利用上，主要集中于對再生骨料的應(yīng)用，而在再生骨料的生產(chǎn)過程中，會伴生出10%～20%的粒徑小于0.16mm的粉末，工程上對這些粉末的應(yīng)用很不充分，往往作為廢料處理。研究表明，廢舊混凝土再生的粉體材料除了已硬化的膠凝產(chǎn)物，還包含了未水化的膠凝顆粒及大量的具有潛在活性的惰性SiO2，若充分激發(fā)這種粉體材料，可替代礦物摻合料使用?，F(xiàn)階段對再生粉體材料的研究大多集中在試驗(yàn)室，由于再生微粉性能差異較大，相應(yīng)研究成果的可復(fù)制性較差。

一、原材料與試驗(yàn)方案

（一）原材料

水泥為P·Ⅰ42.5硅酸鹽水泥；砂為粒度0.5mm～1.0mm中級砂；再生微粉由山東省某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目自加工的再生細(xì)集料篩選得到；水為自來水；所用的化學(xué)激發(fā)劑硫酸鈉、硅酸鈉和偏鋁酸鈉均為某化學(xué)試劑公司的分析純試劑。

（二）試驗(yàn)方案

本文所有試驗(yàn)，再生微粉的摻加均為外摻法，即替代標(biāo)準(zhǔn)砂，這樣可以更好地與基準(zhǔn)組進(jìn)行比較。再生微粉的摻量均為水泥質(zhì)量的50%，由于外摻再生微粉后需水量增大，將用水量提高至245g，具體試驗(yàn)方案如表1所示。

二、不同粒徑再生微粉的活性

再生微粉一般是在廢舊混凝土生產(chǎn)再生細(xì)集料時產(chǎn)生的，其活性主要來源于未水化的水泥顆粒。一般認(rèn)為粒徑在0.16mm以下的顆粒都是再生微粉，也有研究證實(shí)再生微粉的活性與其粒徑大小有關(guān)，因此本文再次探究了不同粒徑再生微粉的活性，試驗(yàn)結(jié)果分別如圖1、圖2所示。

表1 試驗(yàn)方案表

從圖1、圖2可看出，各粒徑的再生微粉對抗折強(qiáng)度都有一定的負(fù)面影響。粒徑＜0.075mm和粒徑＜0.15mm的再生微粉表現(xiàn)出了一定的活性，粒徑超過0.15mm的再生微粉對強(qiáng)度不利，與現(xiàn)有研究成果基本一致。

三、熱處理激發(fā)

再生微粉中含有未水化的水泥顆粒和硬化水泥石，根據(jù)已有的研究成果，硬化水泥石主要是硅酸鈣、鋁酸鈣和鐵鋁酸鈣的水化產(chǎn)物，在高溫下會脫水形成脫水相，一方面，由于OH-離子的脫離，脫水相形成大量結(jié)構(gòu)空位，另一方面，原水化產(chǎn)物中與OH-離子相結(jié)合的Ca2+、Al3+離子和[SiO4]-四面體等脫水后表現(xiàn)為電荷不飽和狀態(tài)，可以預(yù)期各脫水相具有再次水化并發(fā)揮膠凝特性的能力。此外，由于廢舊混凝土大多服役時間在10年以上，再生微粉中含有的未水化的水泥顆?；咎幱诘突钚誀顟B(tài)，通過熱處理可再次激發(fā)其活性。因此，本文探究了不同溫度熱處理后粒徑＜0.15mm的再生微粉的活性變化，試驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖1 不同粒徑再生微粉的抗折強(qiáng)度

圖2 不同粒徑再生微粉的抗壓強(qiáng)度

圖3 不同熱處理方式再生微粉的抗折強(qiáng)度

圖4 不同熱處理方式再生微粉的抗壓強(qiáng)度

圖5 不同化學(xué)激發(fā)再生微粉的抗折強(qiáng)度

圖6 不同化學(xué)激發(fā)再生微粉的抗壓強(qiáng)度

從圖3和圖4可看出，熱處理溫度越高，對再生微粉活性的激發(fā)效果越好。800℃熱處理再生微粉與純水泥和未經(jīng)處理的再生微粉相比，抗折強(qiáng)度分別提高19%和43%，抗壓強(qiáng)度則分別提高30%和26%。

四、化學(xué)激發(fā)

研究表明，在堿性環(huán)境的作用下，再生微粉顆粒表面容易形成游離的不飽和活性鍵，使得顆粒表面SiO2、Al2O3形成的網(wǎng)絡(luò)聚合體聚合度降低，使其更容易與水泥漿體中的活性組分發(fā)生反應(yīng)，從而提高水化硅酸鈣和水化硅酸鋁等的生成量。此外，硫酸鹽水解出的離子在水泥漿體中存在Ca2+時，會與活性Al2O3發(fā)生反應(yīng)生成鈣礬石。本文探究了硫酸鈉、硅酸鈉、偏鋁酸鈉對粒徑＜0.15mm的再生微粉的活性激發(fā)效果，試驗(yàn)結(jié)果如圖5和圖6所示。

從圖5和圖6可看出，化學(xué)激發(fā)劑能顯著提高再生微粉抗折強(qiáng)度，也能顯著解決未經(jīng)處理的再生微粉引起的抗折強(qiáng)度降低問題，且硫酸鈉的激發(fā)效果較好，激發(fā)后再生微粉的抗折強(qiáng)度分別比純水泥和未經(jīng)處理的再生微粉提高16%和15%，抗壓強(qiáng)度則分別提高11%和5%；但化學(xué)激發(fā)劑對抗壓強(qiáng)度的提高不顯著。

五、結(jié)語

試驗(yàn)結(jié)果表明，再生微粉粒徑越小、活性越高。熱處理溫度越高，再生微粉活性的激發(fā)效果越好，且抗壓、抗折強(qiáng)度顯著提高?；瘜W(xué)激發(fā)劑能顯著提高再生微粉抗折強(qiáng)度，但提升抗壓強(qiáng)度的效果不明顯。