廢棄混凝土磨細(xì)粉作水泥混合材的試驗(yàn)研究

田芳,葉青,章天剛

(1.衢州學(xué)院,浙江 衢州 324000;2.浙江工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院,浙江 杭州310014)

隨著我國城市化進(jìn)程的加快,建筑工業(yè)的快速發(fā)展需要大量的混凝土材料,而每年拆除舊建筑產(chǎn)生了越來越多的廢棄混凝土,給城市帶來日益嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)擔(dān)。廢棄混凝土未加處理直接填埋,不僅僅破壞了人類賴以生存的自然環(huán)境,同時(shí)也是資源的巨大浪費(fèi)。如何將現(xiàn)有的廢棄混凝土變成可以利用的材料,是許多學(xué)者關(guān)心的問題。現(xiàn)在世界上很多國家已不把廢棄混凝土當(dāng)成是一種垃圾,廢棄混凝土經(jīng)過處理以后可以當(dāng)作制備建筑材料的各種原料。廢棄混凝土的再生利用技術(shù)主要是通過將廢棄混凝土清洗、破碎、篩分,得到一定級(jí)配的再生粗骨料,配制再生混凝土。由于將篩分后得到的大量水泥砂漿、破碎混合物作為建筑垃圾進(jìn)行填埋來使用,造成廢棄混凝土的利用率大大降低。當(dāng)前我國對(duì)建筑廢棄物的資源利用水平較低,對(duì)建筑垃圾的利用也主要局限于簡單處理。本文就是將廢棄混凝土經(jīng)過洗凈、破碎、分離后,除去粗骨料,運(yùn)用廢棄混凝土中水泥砂漿為主的顆粒磨細(xì)成粉制成的水泥混合材,并對(duì)其配制的水泥進(jìn)行性能研究。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

廢棄混凝土:來源于衢州市質(zhì)監(jiān)站,廢料中不含有其他雜質(zhì)。其化學(xué)成分如表1所示。

表1 廢棄混凝土磨細(xì)粉的化學(xué)成分(%)Tab.1 Chief chemical component of waste concrete

水泥熟料:衢州巨化水泥有限公司生產(chǎn)的42.5普通硅酸鹽水泥。

標(biāo)準(zhǔn)砂:國產(chǎn)ISO水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)砂。

激發(fā)劑:硅酸鈉(Na2SiO3)、氫氧化鈉(NaOH),最佳摻量和品種通過試驗(yàn)確定。

1.2 試驗(yàn)方法

將廢棄混凝土樣品用小型顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎,取廢棄混凝土中以砂漿為主的顆粒,采取四分法分別分選至50 kg左右。然后進(jìn)入干燥箱干燥至含水率≤2%。移出干燥箱,放置于通風(fēng)干燥處,自然冷卻至環(huán)境溫度。

將干燥過的砂漿顆粒進(jìn)行研磨,研磨至比表面積(330±20)m2/kg。

設(shè)計(jì)三水平三因素正交試驗(yàn)表,三個(gè)因素分別為廢混凝土摻量;激發(fā)劑;用水量。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 廢棄混凝土磨細(xì)粉的XRD分析

從廢棄混凝土磨細(xì)粉的XRD圖譜分析,其主要成分依次為二氧化硅、水化硅酸鈣凝膠。因此,可以初步認(rèn)定廢棄混凝土磨細(xì)粉具有一定的活性,可以作為水泥的摻合料。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試樣的設(shè)計(jì)配比及強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2的數(shù)據(jù)可以看出當(dāng)廢棄混凝土粉摻量在10%時(shí),Na2SiO3激發(fā)劑作用下,能達(dá)到42.5水泥;摻量在20%時(shí),在兩種激發(fā)劑的作用下,均能達(dá)到32.5水泥,摻量在30%時(shí),在激發(fā)劑Na2SiO3的作用下,適當(dāng)調(diào)整用水量也能達(dá)到32.5水泥。

隨著廢棄混凝土粉摻量的增大,試樣強(qiáng)度下降較大,尤其是后期抗壓強(qiáng)度下降更為明顯。所以在大摻量使用廢棄混凝土粉時(shí),應(yīng)采取相應(yīng)的措施,減少用水量、加入激發(fā)劑等。

激發(fā)劑作用:當(dāng)廢棄混凝土粉摻量在10%時(shí),激發(fā)劑Na2SiO3的效果比NaOH效果好。兩種激發(fā)劑的早期作用明顯,尤其對(duì)于抗折強(qiáng)度提高較大。

2.3 影響水泥膠砂強(qiáng)度的因素排列

從圖2可以看出:對(duì)試樣的強(qiáng)度影響最大的是廢棄混凝土摻量,其次是激發(fā)劑的摻量,最后是用水量。

在兩種激發(fā)劑的作用下,隨著廢棄混凝土磨細(xì)粉摻量的增加,3d試樣的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度下降幅度均小于28d試樣的強(qiáng)度;28d的抗壓強(qiáng)度下降幅度大于抗折強(qiáng)度下降幅度。這表明激發(fā)劑的作用對(duì)水泥膠砂的前期強(qiáng)度提高較大,對(duì)抗折強(qiáng)度提高較為明顯。在兩種激發(fā)劑的作用下,用水量的變化對(duì)試樣強(qiáng)度的影響變化不大,若用此水泥配制混凝土?xí)r,水灰比還應(yīng)做進(jìn)一步的研究。激發(fā)劑Na2SiO3作用下,試樣的后期強(qiáng)度隨著用水量的增加而略有增加。

激發(fā)劑NaOH的摻量的增加對(duì)3d的強(qiáng)度有提高作用,但對(duì)28d的強(qiáng)度均有降低的作用。關(guān)于這方面的原因還需要進(jìn)一步研究。激發(fā)劑Na2SiO3的摻量在1%時(shí),試樣的強(qiáng)度均達(dá)到最大,抗壓強(qiáng)度則隨著摻量的增加而有明顯降低的趨勢(shì),抗折強(qiáng)度則略有降低。所以用Na2SiO3作激發(fā)劑時(shí),比較合理的摻量是1%。

表2 廢棄混凝土磨細(xì)粉不同摻量與強(qiáng)度的關(guān)系Tab.2 The relation between addition of waste concrete and strength of samples

3 結(jié)論

1)利用廢棄混凝土磨細(xì)粉作為水泥的摻和料是可行的,隨著廢棄混凝土磨細(xì)粉摻量的增加,水泥的膠砂強(qiáng)度越低。用摻量為10%廢棄混凝土磨細(xì)粉可以生產(chǎn)出42.5#水泥,摻量20%時(shí)強(qiáng)度要降低為32.5#水泥。

2)激發(fā)劑Na2SiO3的合適摻量是1%,激發(fā)劑NaOH的作用效果不明顯。說明堿性激發(fā)劑對(duì)混凝土廢棄物的激發(fā)效果不好,硅酸鹽類激發(fā)劑對(duì)廢棄混凝土有較好的激發(fā)效果。

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