再生微粉在水泥基材料中的應用與研究

章李偉

摘 要：再生微粉是再生骨料生產所產生的細微顆粒，含有大量二氧化硅和氧化鋁，屬于輔助膠凝材料。再生微粉具備集料填充效應和火山灰活性，能夠改善水泥基材料性能。此次研究主要是分析再生微粉在水泥基材料中的應用，希望能夠對相關人員其他參考性價值。

關鍵詞：再生微粉;水泥基材料;作用機理

在建筑行業施工建設中，對于混凝土的需求量比較大。水泥是混凝土的重要原材料，在生產期間會排放大量二氧化碳，加劇溫室效應。為了緩解溫室效應，減少資源消耗，需要采用硅灰和粉煤灰替代水泥。混凝土轉化為再生骨料時，會產生較多再生微粉，占據總原料的10%-20%。由于再生微粉具備火山灰、微集料填充效應，被廣泛應用于水泥基材料中，改善水泥基材料低拉伸、高脆性特點。

1、再生微粉的物化特性與活性

1.1物化特性分析

再生微粉屬于小粒徑、質地疏松粉末，表面分布細小顆粒和節理。該材料的堆積密度約為900-920 kg/m3，比表面積為4490-7640cm2/g，表觀密度約為2500-2650kg/m3。通過X射線衍射儀技術分析可知，再生微粉的化學成分主要包括氧化鈣、氧化鋁、二氧化硅。所以再生微粉中，氫氧化鈣會形成碳鋁酸鈣和碳硅酸鈣，火山灰活性良好，可以作為膠凝材料。

1.2激發活性

通過物理、化學激發法，可以提升再生微粉活性。通過相關研究可知，通過離心球磨法，可以加大微粉比表面積，提升活性，有效改善材料水化熱與孔隙問題，提升水泥基材料強度。部分學者認為，將再生微粉經過球磨機粉磨處理后，粒徑約為5-50μm，粒徑分度不集中，存在解理面。在機械作用力影響下，會導致二氧化硅晶體轉換面體結構出現畸變，形成無定形態，加強活性。再生微粉會釋放水化產物氫氧化鈣、未水化產物硅酸二鈣，同時與二氧化碳反應，加強結晶峰值，提升砂漿強度，促進水泥水化反應。相比于振動球磨機來說，采用氣流粉碎機處理之后，再生微粉粒徑相近，粒度呈均勻分布。二氧化硅具有較高的無定性化程度，碳酸鈣的結晶峰較強。

化學堿激發法主要是將酸堿鹽添加到再生微粉中，以此激發活性，加強水化硬化能力。通過相關研究可知，當再生微粉粒徑小于0.075mm時，活性比較高。同時，在堿性激發劑作用下會顯著提升活性。國內學者分析不同激發劑對再生微粉的影響，將孔隙率、抗壓強度、SEM作為指標，按照研究結果顯示，再生微粉激發效果排列如下：氯化鈣、生石膏、氫氧化鈉、氫氧化鈣、硫酸鈉、無激發。通過分析SEM圖像可知，無激發劑砂漿膠凝效果差，并且呈現塊狀板結物。氯化鈣試樣存在氯離子和鈣離子，容易擴散，并且會和氯化鈣及氧化鋁產生反應，從而形成水化氯鋁酸鈣，填充孔隙。化學激發機理是增加再生微粉的氫氧離子濃度，形成不飽和活性劑，使表面氧化鋁和二氧化硅形成網絡聚合體，以此激發活性成分，增加凝膠物質含量。

2、再生微粉與工作性的影響關系

在水泥基材料中，工作性屬于重要性能，用水量會對水泥基材料工作性造成影響。通過研究可知，粉煤灰、再生微粉都可以改善混凝土流動性。將再生微粉添加量提升至30%時，混凝土初始坍落度增加51%，擴展度增加25.4%，坍落度損失率呈逐漸減小趨勢。不斷增加再生微粉摻加量，減少用水量，水泥砂漿流動性呈現增長趨勢。將再生微粉摻加量設定為40%，用水量減少10%，水泥砂漿流動性將會增加40%。由于再生微粉中含有未反應硅酸二鈣，該物質會與水產生水化反應，減少水泥用量后，會相應減少水泥標準稠度用水量。還有部分學者的研究顯示，砂漿流動性減少率可能和再生微粉取代水泥的比例呈正相關性。按照國外學者的研究顯示，當水泥基材料中含有30%再生微粉時，水泥漿黏度會降低40%，砂漿流動性降低22%，吸附系數增加40%。將再生微粉添加量設定為50%時，用水量增加7%，適當縮短初凝時間，不會改變終凝時間。再生微粉孔隙會吸收水分，氧化鋁和三氧化二鐵的含量比較多，相應減少游離水含量，進一步降低水泥基材料工作性。

3、再生微粉和水化反應的影響關系

水化反應屬于放熱過程，通過檢測放熱量與時間的關系，可以了解水化過程中，水泥漿體結構與時間變化關系。通過漿體化學結合水，可以得知水化產物生成量。分析可知，當再生微粉漿體溫度在150℃-550℃時，會存在緩慢放熱峰。到溫度到達550℃時，會損失4.42%的質量。在550℃-750℃范圍內，再生微粉凝膠失去結合水，分解成β-C2S，從而損失6.3%的質量。從上述結果，再生微粉具備潛在活性。

對再生微粉漿體化學結合水、水化熱反應進行測試，結果顯示，在不斷增加再生微粉添加量時，會相應減小化學結合水與最大放熱量，延緩最大放熱量時間。當混凝土強度越高，所制備的再生微粉水化性能越明顯。通過分析SEM圖像可知，再生微粉的水化反應比較少，凝膠呈增長趨勢，相應提升基體密實度。當水化反應達到28d時，基體密實度增加，氫氧化鈣物質完全反應。通過相似試驗可知，當混凝土齡期為7d時，再生微粉的過渡區域分布大量凝膠孔隙，且結構疏松。隨著齡期不斷增加，相應減少孔隙數量，加強結構密實度。當混凝土齡期達到180d時，界面過渡區結界限消失，有助于改善混凝土界面致密結構。

4、再生微粉與力學性能影響關系

再生微粉會影響水泥基材料的力學性能，將再生微粉添加到水泥基材料中，能夠提升力學性能。通過相關研究顯示，不斷增加再生微粉添加量，砂漿抗折強度會先出現增長趨勢，而后逐漸下降，因此再生微粉的最佳添加量為10%。在不斷增加再生微粉添加量后，會相應降低膠砂抗壓強度。由于再生微粉具備活性特點，會相應減弱膠砂折抗折強度。當再生微粉的添加量為30%時，膠砂抗折強度會下降45%以上。再生微粉的水化反應速率比較慢，次級水化反應比較強，因此后期強度高于前期強度。通過上述分析可知，再生微粉利用火山灰效應、集料填充作用，能夠改善水泥基材料的力學性能。在再生微粉各類物質中，碳酸鈣物質會和水泥中的鋁酸三鈣、硅酸三鈣產生水化反應，從而生成晶核，增加凝膠含量。再生微粉添加量不斷提升，由于比表面積大，粒度細，相應增加需水量。當水化反應不充分時，可能會降低水泥基材料的力學性能。

5、結束語

綜上所述，在水泥基材料中已經推廣應用再生微粉，通過相關研究顯示，微粉微含有碳酸鈣物質，且具備集料填充效應，可以促進水泥中硅酸酸鈣和鋁酸三鈣產生水化反應，相應增加凝膠含量，改善水泥基材料結構。在激發劑作用下，能夠改善水泥基材料的力學性能。使用再生微粉替代部分水泥，可以減少資源使用，緩解溫室效應，應用價值比較高。

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