廢棄混凝土再生微粉的性能及應(yīng)用研究

石瑩，楊善順，連亞明，王偉

（1. 廈門市建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361004；2. 廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

0 引言

在可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟的號召下，建筑垃圾的資源化利用已成為當前熱點之一，也是實踐節(jié)能減排的重要領(lǐng)域之一[1]。對于建筑垃圾的處置和利用，最普遍的方式就是制備成再生骨料，代替部分天然骨料應(yīng)用于砂漿、混凝土或者砌塊中。建筑垃圾的種類較多，其中廢棄混凝土約占其總量的 40%[2]，且隨著建筑物和構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，這一比例還會不斷增加，而廢棄混凝土制備再生骨料的過程中，會產(chǎn)生大量的再生微粉，約占總質(zhì)量的 15%～20%，研究再生微粉的性能與應(yīng)用技術(shù)，對于資源化利用建筑垃圾具有重要意義。

本研究收集廢棄混凝土破碎過程中產(chǎn)生的再生微粉，分析其基本性能，并通過試驗研究再生微粉摻量對混凝土性能的影響，研究結(jié)果可為再生微粉作為礦物摻合料在混凝土中的應(yīng)用提供一定的參考。

1 再生微粉基本性能

再生微粉是廢棄混凝土通過除雜、逐級破碎、篩分和機械強化等工藝制備再生骨料的過程中產(chǎn)生的粒徑小于 0.16mm 的微細粉末，主要由未水化的水泥顆粒、已水化的水泥石、骨料細粉等組成，其中 SiO2和 CaO 的含量較高。

1.1 再生微粉基本性能

按照 GB/T 208—2014《水泥密度測定方法》規(guī)定的水泥密度測定方法測試了再生微粉的密度，按照 GB/T 8074—2008《水泥比表面積測定方法 勃氏法》規(guī)定的水泥比表面積測定方法，使用勃氏法測試了再生微粉的比表面積，按照 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定的粉煤灰細度與需水量比試驗方法測試了再生微粉的細度與需水量比，結(jié)果見表1。試驗結(jié)果表明，再生微粉的細度和需水量比接近Ⅱ級粉煤灰，且比表面積大，有利于其發(fā)揮活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)，但應(yīng)用在混凝土中時，也可能會提高混凝土的需水量，影響混凝土的性能，因此需控制再生微粉的摻量[3]。

表1 再生微粉基本性能

1.2 再生微粉膠砂試驗

參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》規(guī)定的試驗方法，測試不同摻量再生微粉對水泥膠砂流動度和強度的影響，得到摻再生微粉的試驗?zāi)z砂與標準水泥對比膠砂的抗壓強度之比。所用水泥為 GSB 14—1510《粉煤灰檢驗用標準水泥》強度檢驗用水泥標準樣品，標準砂為符合 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》規(guī)定的中國 ISO標準砂。通過查閱文獻資料可知，在應(yīng)用研究中，再生微粉的摻量大多集中在 5%～30%，最高為 40%[4～5]，防止對性能造成過大的影響，因此在膠砂試驗中，再生微粉摻量不超過 40%，試驗結(jié)果如表2、圖1 所示。

表2 再生微粉膠砂試驗及結(jié)果

圖1 再生微粉膠砂試驗結(jié)果

由表2 和圖1 可以看出，隨著再生微粉摻量的增加，膠砂流動度整體上逐漸下降，表明再生微粉會增大水泥膠凝材料體系的需水性；隨著再生微粉摻量的增加，雖然個別組抗折強度略有增大，但從整體來看，仍呈下降趨勢；再生微粉的抗壓強度比隨著摻量的增加而降低，當摻量超過 15% 時，下降幅度增大，當摻量為30% 時，抗壓強度比低于 70%，表明了再生微粉的活性不高，作為礦物摻合料使用時摻量不宜過大。

2 再生微粉在混凝土中的應(yīng)用

2.1 試驗原材料與方法

2.1.1 試驗原材料

試驗用攪拌機為 SJD60 型單臥軸強制式混凝土攪拌機，電機功率為 2.2kW，攪拌軸轉(zhuǎn)速 47r/min，出料容量 60L。

水泥：漳平紅獅水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5 水泥，其性能見表3。

表3 水泥性能

粉煤灰：廈門益材粉煤灰有限責(zé)任公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，其性能見表4。

表4 粉煤灰性能

礦粉：三鋼集團 S95 級礦渣粉，其性能見表5。

表5 礦粉性能

再生微粉：廢棄混凝土制備再生骨料過程中產(chǎn)生的微粉。

骨料：天然石子，粒徑 16～31.5mm（大石）、5～20mm（小石）；天然河砂，細度模數(shù) 2.7，含泥量0.9%。

減水劑：福建科之杰新材料有限公司 P-400S 型聚羧酸系減水劑。

水：自來水。

2.1.2 試驗方法

混凝土拌合物性能依據(jù)現(xiàn)行國家標準 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》的規(guī)定進行測試。

混凝抗壓強度依據(jù)現(xiàn)行國家標準 GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》的規(guī)定進行測試，試件尺寸為 150mm×150mm×150mm。

2.2 試驗與結(jié)果

研究了水泥用量不變，再生微粉逐漸取代礦物摻合料配制混凝土?xí)r，其摻量變化對混凝土性能的影響，試驗配合比見表6，試驗結(jié)果見表7、圖2、圖3。

表6 試驗配合比 kg/m3

表7 試驗結(jié)果

圖2 再生微粉摻量對混凝土坍落度的影響

圖2 顯示了再生微粉摻量對混凝土坍落度的影響，由表6、表7 與圖2 可知，隨著再生微粉摻量的增加，為了獲得基本相同的坍落度，需相應(yīng)增加減水劑的用量，這說明，再生微粉應(yīng)用在混凝土中會降低拌合物的流動性，這種趨勢與膠砂流動度的結(jié)果一致。另外，隨著再生微粉摻量的增加，1h 坍落度損失逐漸減小，當摻量為 10% 時，1h 坍落度損失僅為 10mm，工作性能有了明顯改善，此后再增加摻量，1h 坍落度損失明顯增大，當摻量為 20% 時，拌合物的工作性能比 L1 組（不摻微粉）略好；當摻量為 25% 時，1h 坍落度損失達到75mm。

這主要與再生微粉的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，再生微粉組分復(fù)雜，且未經(jīng)過精細粉磨，大部分再生微粉顆粒為多棱角不規(guī)則塊體，且表面粗糙，在漿體流動過程中，會增加顆粒間的內(nèi)摩阻力，對混凝土的工作性能不利；另一方面，再生微粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，含有大量連通孔隙，形成了多孔結(jié)構(gòu)，使得在拌合過程中甚至攪拌結(jié)束后能夠吸附一部分水和減水劑，減少了自由水，從而導(dǎo)致混凝土坍落度損失增大[6]。

圖3 再生微粉摻量對混凝土抗壓強度的影響

圖3 顯示了再生微粉摻量對混凝土抗壓強度的影響，由表7 與圖3 可知，隨著再生微粉摻量的增加，混凝土的抗壓強度先增大后減小。當摻量為 5% 時，強度略有增長，表明再生微粉與粉煤灰、礦粉較好地發(fā)揮了摻合料間的復(fù)合效應(yīng)；此后再增加摻量，強度逐漸下降，當摻量為 20% 時，7d、28d 抗壓強度下降幅度分別為 12.8%、12.6%；當摻量為 25% 時，7d、28d 抗壓強度下降幅度分別為 17.2%、20.6%。

這主要與再生微粉的組分有關(guān)，廢棄混凝土中粗骨料為花崗巖碎石，經(jīng)破碎整形后收集的再生微粉顆粒中含有較多 SiO2成分，在堿性環(huán)境激發(fā)下，部分顆粒能生成 C-S-H 凝膠體，填充水泥石中的孔隙，改善孔結(jié)構(gòu)；另一方面，再生微粉中不具有活性的顆粒，可發(fā)揮微集料填充的作用，提高混凝土的密實度；此外，再生微粉中未充分水化的部分也能發(fā)揮一定的活性效應(yīng)[7]。這幾方面作用在再生微粉與粉煤灰、礦粉復(fù)摻且摻量較低時較好地發(fā)揮出來。但是，當摻量增加時，再生微粉顆粒孔隙多、粒形差的劣勢逐漸凸顯出來，摻量越多，再生微粉吸附的水和減水劑也越多，不利于水化反應(yīng)；另外，隨著再生微粉摻量增加，便相應(yīng)地減少了粉煤灰與礦粉的用量，且再生微粉活性偏低，從而導(dǎo)致混凝土的強度逐漸下降。因此在抗壓強度上表現(xiàn)為：當摻量為 5% 時，混凝土的抗壓強度有所提高；當摻量不超過20% 時，強度下降幅度不大；當摻量達到 25% 時，強度下降幅度較大。

綜合工作性能和力學(xué)性能兩個方面來看，再生微粉作為礦物摻合料應(yīng)用于混凝土中時，其摻量不宜超過20%，且宜與粉煤灰、礦粉復(fù)摻使用。

3 結(jié)論

（1）再生微粉主要由未水化的水泥顆粒、已水化的水泥石、骨料細粉等組成，其中 SiO2和 CaO 的含量較高，細度與需水量比接近Ⅱ級粉煤灰；膠砂試驗結(jié)果表明，再生微粉具有一定的活性，但活性不高，作為礦物摻合料使用時摻量不宜過多。

（2）再生微粉在混凝土中應(yīng)用時，由于未經(jīng)粉磨，為多孔多棱角結(jié)構(gòu)，摻量過多會對混凝土的性能造成不利影響。綜合考慮混凝土的工作性能和力學(xué)性能，再生微粉作為礦物摻合料使用時，摻量不宜超過 20%，且宜與粉煤灰、礦粉復(fù)摻使用。

再生微粉除了應(yīng)用于混凝土中，還可應(yīng)用于預(yù)拌砂漿或其他水泥制品中，既能變廢為寶，節(jié)約資源，又能保護環(huán)境，減少二次污染，同時也擴展了建筑垃圾再生材料的使用范圍和空間，符合綠色生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的要求。

[1]李建勇，馬雪英，尚百雨，等．建筑廢棄物再生微粉在混凝土中應(yīng)用的試驗研究[J]．江西建材，2014,(12): 244-250．

[2]龔志起，丁銳，陳柏昆．廢棄混凝土處理方式的環(huán)境影響比較[J]．工程管理學(xué)報，2011,25(3): 266-270．

[3]馬郁，張敬，謝小元．建筑垃圾再生砂粉的基本性能試驗研究[J]．商品混凝土，2016,(8): 44-45．

[4]毛新奇，屈文俊，朱鵬．建筑垃圾再生微粉的研究現(xiàn)狀[J]．混凝土與水泥制品，2015,(8): 89-93．

[5]石瑩，楊善順，連亞明．廢棄混凝土再生微粉研究現(xiàn)狀[J]．磚瓦，2017,(4): 47-51．

[6]呂雪源．再生微粉的基本性能及應(yīng)用[D]．青島：青島理工大學(xué)，2009．

[7]呂雪源，張健，毛高峰，等．再生微粉對混凝土用水量和強度的影響[C]．首屆全國再生混凝土研究和應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會，215-222．