預(yù)拌混凝土中固廢復(fù)合摻和料的應(yīng)用

1前言

預(yù)拌混凝土是現(xiàn)代建筑施工中不可或缺的材料，其生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。然而，傳統(tǒng)的預(yù)拌混凝土生產(chǎn)過程中，水泥等原材料的大量使用不僅消耗了大量自然資源，還增加了碳排放，對(duì)環(huán)境造成了較大壓力。與此同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)和建筑施工過程中產(chǎn)生的大量固體廢棄物（如粉煤灰、礦渣、鋼渣、建筑垃圾等）若得不到有效處理，將對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。因此，如何在預(yù)拌混凝土中合理利用固廢材料，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，已成為建筑行業(yè)亟待解決的問題。固廢復(fù)合摻和料是指將兩種或多種固廢材料按一定比例復(fù)合而成的摻和料，通過優(yōu)化配比和工藝，可以充分發(fā)揮各組分的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單一固廢摻和料的不足，從而顯著改善混凝土的性能。因此，深入研究固廢復(fù)合摻和料的應(yīng)用技術(shù)，探索其在預(yù)拌混凝土中的最佳使用方案，對(duì)于推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2固廢復(fù)合摻和料的種類與特性

2.1常見固廢摻和料的種類

2.1.1粉煤灰

粉煤灰是燃煤電廠產(chǎn)生的固體廢棄物，主要成分為硅鋁質(zhì)玻璃相和莫來石。粉煤灰具有火山灰活性，能夠改善混凝土的流動(dòng)性和耐久性。研究表明，通過化學(xué)激發(fā)劑（如NaOH）的加入，粉煤灰的活性可以被進(jìn)一步激發(fā)，生成更多的硅鋁酸鹽凝膠狀產(chǎn)物。

2.1.2礦渣粉

礦渣粉是煉鐵過程中產(chǎn)生的水淬廢渣，主要成分為硅酸鹽和鋁酸鹽。礦渣粉具有較高的火山灰活性，粉磨后是一種高品質(zhì)礦物摻和料，能夠顯著提高混凝土的后期強(qiáng)度。

2.1.3鋼渣粉

鋼渣粉是鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，主要成分為硅酸鹽和氧化鈣。鋼渣粉具有潛在的膠凝性，但其低水化活性和安定性問題限制了其在混凝土中的應(yīng)用。通過與其他固廢（如粉煤灰、礦渣）的協(xié)同作用，鋼渣粉的活性可以得到提升。

2.1.4建筑垃圾再生粉

建筑垃圾再生粉主要由廢棄混凝土骨料和部分膠凝材料硬化體組成。其主要成分為 CaCO₃ ，在混凝土中能夠起到\"晶種效應(yīng)”，加速水泥水化，并在后期與鋁相反應(yīng)生成碳鋁酸鹽。

2.2固廢復(fù)合摻和料的特性

2.2.1物理特性

固廢復(fù)合摻和料的物理特性包括粒度分布和堆積密度。研究表明，超細(xì)粉磨能夠有效激發(fā)固廢的潛在活性，優(yōu)化粒度分布，從而提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度。表1列出了不同固廢摻和料的粒度分布和堆積密度。

2.2.2化學(xué)特性

固廢摻和料的化學(xué)特性主要體現(xiàn)在其主要氧化物的含量和反應(yīng)活性。表2列出了幾種常見固廢摻和料的主要化學(xué)成分。礦渣粉和鋼渣粉的CaO含量較高，具有較高的堿性，能夠激發(fā)其他固廢的活性。粉煤灰和建筑垃圾再生粉的 SiO₂ 和 Al₂O₃ 含量較高，具有較好的火山灰活性。

2.2.3環(huán)境特性

固廢摻和料的環(huán)境特性主要體現(xiàn)在其對(duì)環(huán)境的友好程度。研究表明，固廢復(fù)合摻和料的應(yīng)用能夠顯著減少水泥的使用量，降低 CO₂ 排放，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)固廢的資源化利用。例如，粉煤灰和礦渣粉的利用能夠減少燃煤電廠和鋼鐵廠的固廢堆存，降低環(huán)境污染。

3固廢復(fù)合摻和料在預(yù)拌混凝土中的作用機(jī)制

3.1對(duì)工作性的影響

固廢復(fù)合摻和料能夠顯著改善預(yù)拌混凝土的工作性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）流動(dòng)性。摻入粉煤灰、礦渣粉等固廢摻和料后，混凝土的流動(dòng)性得到改善。研究表明，粉煤灰和礦渣粉的需水量比相對(duì)較低，能夠有效減少混凝土的用水量，從而提高流動(dòng)性。（2）坍落度保持性。固廢摻和料的加入能夠延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間，改善坍落度的保持性。例如，粉煤灰的摻入能夠延長混凝土的初凝時(shí)間，使其在運(yùn)輸和施工過程中保持良好的工作性。（3）可泵性。固廢摻和料的細(xì)顆粒特性能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，改善混凝土的可泵性，減少泵送過程中的阻力。實(shí)驗(yàn)表明，適量的固廢摻和料可以提高混凝土的流動(dòng)性和擴(kuò)展度。這是由于固廢摻和料具有較高的細(xì)度，在混凝土中能夠起到潤滑和填充作用，減少顆粒間的摩擦，從而改善混凝土的和易性。不同固廢摻和料對(duì)混凝土坍落度的影響如表3所示，可以看出，隨著摻量的增加，混凝土坍落度也隨之增加，2h坍落度損失則隨之降低。從微觀結(jié)構(gòu)來看，固廢復(fù)合摻和料的顆粒形態(tài)和粒徑分布對(duì)混凝土的工作性也有影響，可以看出，細(xì)小的顆粒能夠填充粗顆粒間的空隙，形成更加致密的結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。

3.2對(duì)力學(xué)性能的影響

固廢復(fù)合摻和料對(duì)混凝土的力學(xué)性能有顯著影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）抗壓強(qiáng)度。研究表明，摻入適量的粉煤灰和礦渣粉能夠提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。粉煤灰的火山灰效應(yīng)和礦渣粉的高活性能夠促進(jìn)水泥水化反應(yīng)，生成更多的水化產(chǎn)物，從而提高混凝土的強(qiáng)度。（2）早期強(qiáng)度。固廢摻和料的加入可能會(huì)延緩混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展，但通過優(yōu)化摻量和配合比，可以有效改善這一問題。例如，礦渣粉的高活性能夠在后期顯著提高混凝土的強(qiáng)度。（3）耐久性。固廢摻和料能夠改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，減少孔隙率，從而提高混凝土的耐久性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適量的固廢摻和料可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。這是由于固廢摻和料中的活性成分在水泥水化過程中發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成更多的水化產(chǎn)物，填充混凝土內(nèi)部的孔隙，提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度。不同固廢摻和料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響如表4所示?？梢钥闯?，隨著摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度先增大后減小，存在一個(gè)最佳摻量范圍。從微觀結(jié)構(gòu)分析，固廢復(fù)合摻和料的水化產(chǎn)物能夠與水泥水化產(chǎn)物形成相互交織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高混凝土的力學(xué)性能，可以看出，摻入固廢復(fù)合摻和料的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，水化產(chǎn)物分布更加均勻，孔隙率降低，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。

3.3對(duì)耐久性的影響

固廢復(fù)合摻和料對(duì)混凝土的耐久性有顯著改善作用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）抗?jié)B性。固廢摻和料能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，減少水化產(chǎn)物的孔隙率，從而提高混凝土的抗?jié)B性。研究表明，摻入粉煤灰和礦渣粉的混凝土抗?jié)B等級(jí)可達(dá)到P8以上。（2）抗凍性。固廢摻和料的加入能夠改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高其抗凍性能。實(shí)驗(yàn)表明，摻入適量礦渣粉的混凝土在凍融循環(huán)后的強(qiáng)度損失率顯著降低。（3）抗碳化性。固廢摻和料能夠減少混凝土內(nèi)部的孔隙率，延緩二氧化碳的滲透，從而提高混凝土的抗碳化性能。實(shí)驗(yàn)研究表明，摻入適量的固廢摻和料可以降低混凝土的碳化深度，提高其抗?jié)B性和抗凍性。這是由于固廢摻和料的細(xì)小顆粒能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，減少有害物質(zhì)的侵入通道，同時(shí)其水化產(chǎn)物能夠提高混凝土的密實(shí)度和抗侵蝕能力。不同固廢摻和料對(duì)混凝土耐久性的影響如表5所示?？梢钥闯?，隨著摻量的增加，碳化深度逐漸減小，混凝土的耐久性得到顯著提高。從微觀結(jié)構(gòu)來看，固廢復(fù)合摻和料的摻入能夠改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低孔隙率，提高混凝土的抗?jié)B性。可以看出，摻入固廢復(fù)合摻和料后，混凝土的孔隙率明顯降低，孔徑分布更加均勻，從而提高了混凝土的耐久性。

4預(yù)拌混凝土中固廢復(fù)合摻和料的應(yīng)用

以某企業(yè)開發(fā)的固體廢棄物混合材料制備工藝為案例，該企業(yè)遵循特定的配比，將固體廢棄物、石膏、爐渣、粉煤灰等多種原料進(jìn)行磨碎處理。在粉末的比表面積達(dá)標(biāo)之后，該粉末生產(chǎn)線的年產(chǎn)量可達(dá)到峰值5000噸（詳見表6）。在混凝土養(yǎng)護(hù)期7天內(nèi)，其強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的 60% 至 90% ，而在28天養(yǎng)護(hù)后，混凝土強(qiáng)度可達(dá)到 100% 至 140% ，極大地增強(qiáng)了混凝土的保水性能和粘結(jié)性能。特別是C30至C45強(qiáng)度級(jí)別的預(yù)拌混凝土中添加的固體廢棄物混合材料，其應(yīng)用效果顯著，遠(yuǎn)超C20強(qiáng)度級(jí)別以下的混凝土。顯然，混凝土的強(qiáng)度級(jí)別越高，混合材料在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用成效越顯著。粉煤灰和爐渣粉的減水效果，使得實(shí)際用水量低于原設(shè)計(jì)用水量。當(dāng)固體廢棄物混合材料的細(xì)度有所變化時(shí)，混凝土的單位用水量也會(huì)相應(yīng)受到影響，例如，混合材料細(xì)度越小，減水量就越大。雖然固體廢棄物混合材料在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用能提升混凝土的流動(dòng)性和泵送性，但在實(shí)際操作中，仍需確?；炷林兴嗌皹暮砍渥?，以有效防止混凝土在泵送過程中發(fā)生離析、堵板等問題。

5結(jié)論

固廢復(fù)合摻和料在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用和綠色建筑發(fā)展的重要途徑。通過合理選擇和復(fù)合不同種類的固廢摻和料，可以顯著改善混凝土的工作性、力學(xué)性能和耐久性，同時(shí)降低生產(chǎn)成本和環(huán)境影響。盡管在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，固廢復(fù)合摻和料的應(yīng)用前景將更加廣闊。未來，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)研究和工程實(shí)踐，推動(dòng)固廢摻和料在預(yù)拌混凝土中的廣泛應(yīng)用，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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