芻議再生水泥漿料替代硅酸鹽水泥的性能應用

戴愛兵

（鹽城幼兒師范高等?？茖W校 江蘇鹽城 224000）

引言

據數據統計，全球水泥全年的產量就超過40億萬t，這就造成全球至少5%的二氧化碳的排放量。還有在水泥的生產過程中熟料的制備的過程中也至少產生65%的二氧化碳。其他二氧化碳的排放量主要來源于水泥生產過程中的能量的消耗。所以因為這個現象就會采用添加礦物添加劑來替代一部分熟料的生產水泥或者生成混凝土的材料，就是一種減低二氧化碳在全球排放量的有效方案之一。

在水泥的運用過程中，會大范圍地使用礦物添加劑。而一般添加劑包括粉煤灰、高爐礦渣、天然火山灰、硅灰和石灰石填料。最新結果研究卻發現，可以在舊的建筑碎片進行機械的預先處理（破碎、研磨和篩分這三個過程），從中可以添加再生水泥漿料細料來替代一般常用的礦物添加劑，例如石灰石填料。事實上，在不使用一般的礦物添加劑的情況下，可以通過破碎和處理混凝土中的廢料就是再生水泥漿料細料。之后再不經過任何的熱處理一部分的舊的破碎的混凝土可以部分取代熟料水泥。這種方法具有很多有利的方面：①通過直接的細料再循環利用，不需要預先的熱處理從而降低所產生的二癢化碳的全球排放量，就減少對這些材料處理的過程中造成的環境污染。②直接運用再生水泥漿料細料就減少熟料的使用量以及部分的礦物添加劑（石灰石填充），就減少自然資源的浪費。③也通過回收循環利用可再生細料就可以減少工業垃圾的產生。

一名國外的研究團隊將使用5年的混凝土加工形成的再生水泥漿料細料來直接代替水泥，并且考察了不同含量的再生水泥漿料細料對砂漿的性質和功能是否和硅酸鹽水泥相像，以及發掘再生水泥漿料細料的作用和影響。根據研究發現降低水含量的（低水力特性）可再生的水泥細料具有較低的無水性，它與礦物添加劑石灰石填料相比，比硅酸鹽水泥直接水化的性能更佳。也有舊的建筑碎片和被破碎的材料會含有其他的聚集物還有其他成分，因此從中可以得到的再生細料就會具有高變異性的特點。所以要控制再生水泥漿料細料的化學成分并且要了解它作為礦物添加劑的實際上的價值作用的有利影響顯得是十分困難的，當然再生水泥漿料細料的組成會對無水相會有潛在的功能反映具備著決定性作用。

本文對沒有使用拆除的混凝土進行研究實驗，通過實驗室自制的水泥漿料細料進行粉碎、研磨和80μm篩子經過篩選后然后獲得再生水泥漿料細料，再運用部分的再生水泥漿料細料或者全部替代的方法來研究與硅酸鹽成分進行對比。就這個步驟而言就得到砂漿混合物。為了讓實驗過程中能夠更好地控制再生水泥漿料細料的化學成分，用于生成再生水泥漿料細料要是用相同的制作于硅酸鹽水泥所制造的成分。和舊的混凝土中獲得細料不一樣的是，這種方法所獲得的再生水泥漿料的細料不一樣，所以這種方法所獲得是再生的水泥漿料細料會含有充足的無水相，把再生的水泥漿料細料加入砂漿中看看是否仍有可以研究下去的潛在反應性。

本文將對硅酸鹽水泥和再生水泥漿料細料的物理性能（密度、布萊恩比的表面積和粒度的分布分析）來進行試驗的研究。分析了由于砂漿中存在的再生水泥漿料細料而可能帶來的顆粒效應，就是類似石灰石的填充效應和一般硅酸鹽水泥和礦物添加劑混合的成核現象等，在這兩種粘合劑中就會開展礦物學的研究實驗（TGA、FT-IR和XRD）來確定再生水泥漿料細料中存在的無水相并且對它的量化和研究進行分析和討論，最后在砂漿中慢慢加水含量進行水化、微觀的顯示器結構上的觀察、機械和再生水泥漿料細料的耐久性的研究實驗。分析再生水泥漿料細料數量上的對砂漿的性質上的變化影響并且從中來反復試驗確實再生水泥漿料細料無水相的潛在反應情況。

1 實驗

實驗原料：水、硅酸鹽水泥為：硅酸二鈣、硅酸三鈣等。顆粒直徑為0.4mm，密度為 2560kg/m3。

水吸附系數為1.4%。

其熟料與石膏的質量比為97∶3，硅酸鹽水泥和再生水泥漿料細料的物理性質如表1所示，它熟料的主要組成成分如表2所示。

表1 硅酸鹽水泥和再生水泥漿料細料的物理性質

表2 熟料主要組成部分

樣本：再生水泥漿料細料的使用要代替部分和全部的硅酸鹽水泥來獲得砂漿的混合物，下面就標記為RCPF，將使用實驗室里自設的水泥漿料來生產RCPF，能夠更好地控制再生水泥漿料細料的化學成分組成，來消除被其他因素成分導致實驗結果不正確，再生水泥漿料細料的步驟如下面所示：制作直徑為16cm和高度高為32cm的模具，在溫度為20℃左右的房間保存24h。然后將所有的圓柱體在澆鑄后的第一天內拆除，并且房間的溫度保持不變直到在水中固化到89d。當到了90d的時候，然后才開始壓縮樣本，粉碎樣本來獲得直徑小于15cm的碎片。然后在實驗室里進行球磨反復篩選，直到獲得直徑小于80μm的粉末為止，這個粉末就是再生水泥漿料細料。但在再次使用之前，得到的再生水泥漿料細料都需要在密封的條件下進行保存，避免和其他物質進行接觸，如限制再生水泥漿料細料暴露在大氣濕度和二氧化碳中，也避免空氣于再生水泥漿料細料的物質發生反應，影響往后的實驗效果。

再生水泥和砂漿混合物：

樣品需要放到為溫度在20度左右的水中在固化一天，水泥砂漿的混合物的物理參數以及和水泥砂漿混合物的樣品的制備如下：將混合物投進4cm×4cm×16cm的模具里。用歐洲的EN196-1的標準存儲在溫度為2℃左右的房間中保存24h，一天后將樣品模具脫落。在實驗前，各參數比如表3所示。

表3 水泥砂漿混合物的物理參數及性能

2 結論

針對再生水泥漿料細料能夠部分或者全部代替新漿料樣品的礦物學的性質和機械性能和是否穩定性和耐久性等進行系統上的分析和評價，通過熱重分析、FT-IR測試、抗拉強度測試及碳化動力學測試，進行反復的實驗和研究而得出的結論：

（1）熱重分析和FT-IR測試實驗表明細度和粒度分布方面，與被取代的硅酸鹽的水泥相比來說，再生水泥漿料細料在水泥砂漿中存在不會引起和產生任何額外其他的填料會產生的反應和成核反應。與此同時，經過水化動力性能測試，如果增加熟料能推動再生水泥漿料細料的水化反應，也會促進水化物中的氫氧化鈣的生成，也隨著熟料的含量的不斷提高新的氫氧化鈣的含量的不斷提高。

（2）跟著再生水泥漿料細料的含量不斷增加，材料的二氧化碳產生的孔隙度不斷增加的同時所需要用生成的材料的抵抗強壓的能力也不斷增大。也由于再生水泥漿料細料中的呈現出的無水相中存在著熟料，它的水化作用就會導致M100D型號的砂漿的在水處理中到90d的時候抗壓強度達到7.29MPa強度并且在28d的時候材料的孔縫隙率達到了31%。所以在再生水泥漿料細料中的無水相中不斷地加入熟料進行混合和調稀，最后生成的材料中的孔隙度就會隨著熟料的增加而減少。

（3）根據碳化動力學的結果分析，再生水泥漿料細料隨著熟料不斷增加的含量會增加水化能力的增強，也會導致碳化物的數量不斷提高尤其是氫氧化鈣的上升。導致二氧化碳的擴散率就會變緩慢，這使得阻止形成二氧化碳的碳化物會隨著熟料的增加而增加。

（4）從綜合來分析來看，再生水泥漿料細料可以替代傳統硅酸鹽水泥上有著更為顯著的優勢。這對我國的建筑行業有著重大的影響力，節省經濟和能源有著很大的發掘潛力，也對建筑的牢固性能和伸縮性能有著更大的發展。再生水泥漿料細料不僅減少二氧化碳的對全球排放量的同時，而且提高了材料的孔隙度，使得材料的抗壓性、伸縮性和承耐性不斷地隨熟料的增加而增強等重要的力學性能，就此而論，再生水泥漿料細料能夠在未來與砂漿的混合中所產生的新材料的深度的研究和使用將會取得重大的作用和影響。

文章為2017年江蘇省高校自然科學面上項目（17KJB560012）。