建筑垃圾再生微粉相關(guān)研究

周義輝

摘要：當(dāng)前對建筑垃圾的資源化的研究主要集中在再生骨料方面，忽視了建筑垃圾微粉的價(jià)值，若長期不處理，不僅會(huì)污染環(huán)境還會(huì)威脅人的生命健康安全。本文對建筑垃圾微粉的活性及其應(yīng)用提出了一些看法和建議。

Abstract： The current research on the recycling of construction waste mainly focuses on recycled aggregates， ignoring the value of construction waste micronized powder. If it is not treated for a long time， it will not only pollute the environment but also threaten human life and health. This article puts forward some opinions and suggestions on the activity and application of construction waste powder.

關(guān)鍵詞：建筑垃圾;再生微粉;活性;應(yīng)用

Key words： construction waste;recycled micropowder;activity;application

中圖分類號：[TU528.09] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）24-0238-02

1 ?再生微粉研究背景和現(xiàn)狀

1.1 研究背景

建筑垃圾不僅會(huì)在建筑拆除和改建過程中產(chǎn)生，戰(zhàn)爭、自然災(zāi)害、混凝土試塊和混凝土攪拌站的缺陷也會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，全世界每年會(huì)消耗30億噸建筑垃圾，約占全球經(jīng)濟(jì)的30～40%，而我國的建筑垃圾總量占到了城市垃圾總量的30～40%。在2016年，就已經(jīng)達(dá)到了18億噸，到2020將會(huì)達(dá)到30億噸。建筑垃圾是由混凝土、渣土、磚石、木材、金屬、砂漿、瀝青、裝飾材料和其他廢棄物組成，其中廢棄混凝土所占的比例最大，達(dá)到40%以上[1]。再生微粉是指建筑垃圾中的廢棄混凝土通過除雜、逐級破碎、篩分和機(jī)械強(qiáng)化等工藝制備再生骨料過程中產(chǎn)生的粒徑小于0.16mm的顆粒。再生微粉的體積小、質(zhì)量輕，極易漂浮于空氣中，若廢棄不處理，不僅會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，還會(huì)威脅人的生命健康安全。

我國政府已經(jīng)開始意識到建筑垃圾產(chǎn)品回收利用的重要性，出臺了相關(guān)政策來加速建筑垃圾資源化。

2019年5月南京市提出建設(shè)“無廢城市”，同年制定了《關(guān)于促進(jìn)建筑垃圾資源化利用的實(shí)施意見（試行）》。2019年10月，山東濟(jì)南市住房城鄉(xiāng)建設(shè)局印發(fā)了《關(guān)于濟(jì)南市建筑垃圾再生利用產(chǎn)品推廣和應(yīng)用的意見》，明確要求政府投資類項(xiàng)目、建設(shè)項(xiàng)目路面和停車廠需優(yōu)先使用建筑垃圾再生利用產(chǎn)品。2019年7月，中國城市環(huán)境衛(wèi)生協(xié)會(huì)與北京建筑大學(xué)聯(lián)合舉辦2019建筑垃圾與城市發(fā)展大會(huì)暨“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃建筑垃圾類項(xiàng)目協(xié)同創(chuàng)新研討會(huì)在北京召開。全會(huì)主要探討應(yīng)推進(jìn)建筑垃圾源頭簡量、資源化利用，提升城市發(fā)展。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國對建筑垃圾再生微粉尚處于研究階段，很多是把再生微粉作為摻合料進(jìn)行探究，分析其制備工藝、組成成分以及物理、化學(xué)性能。

有專家[2]把再生微粉加入泡沫混凝土中，發(fā)現(xiàn)是可以提升材料強(qiáng)度的，這是因?yàn)檫m量的再生微粉的加入使得體系水化更均勻，各顆粒級配能夠相互填充，使得泡沫混凝土骨架部分更加密實(shí)。也有把再生微粉[3]與其它摻合料——粉煤灰、礦粉混摻加入混凝土中，在1：1雙摻下，礦粉和粉煤灰混合加入后的混凝土強(qiáng)度最高，而微粉與粉煤灰混合加入后強(qiáng)度最低。在隨后進(jìn)行的礦粉、粉煤灰和微粉三摻的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，再生微粉和粉煤灰對混凝土強(qiáng)度影響差異很小。

相較于我國的起步階段，某些國家已經(jīng)走在了我們的前面，早已開始把建筑垃圾資源化產(chǎn)品用于實(shí)際工程中。從上個(gè)世紀(jì)90年代開始，世界上許多發(fā)達(dá)國家為了保護(hù)城市環(huán)境，大力推行綠色發(fā)展，把建筑垃圾再生處理作為國家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，這推動(dòng)了國外專家、學(xué)者和商家對建筑垃圾再生產(chǎn)品的相關(guān)研究。

韓國某裝飾公司發(fā)明了從廢棄混凝土中分離水泥，制成再生水泥的技術(shù)。首先對廢棄混凝土水泥顆粒、砂石、鋼筋剝離，然后對分離出來的水泥進(jìn)行700℃加熱，再加入其他外加劑制成再生水泥。這種水泥強(qiáng)度與普通水泥無異，而且生產(chǎn)過程非常環(huán)保，基本不產(chǎn)生CO2。

日本某工廠使用破碎、加熱、摩擦等技術(shù)處理廢棄混凝土，將廢棄混凝土中的砂漿和石子分離，讓其得到有效利用。這種技術(shù)首先將廢棄混凝土破碎到40mm粒狀，再在300℃下高溫處理，最后在特殊機(jī)械處理下制成新混凝土。

2 ?再生微粉的基本性能

2.1 物理性能

因?yàn)閺U棄混凝土的使用年限、環(huán)境、氣候等原因，再生微粉物理性能有一些差異。從部分專家學(xué)者研究來看，再生微粉表觀密度在2300～2700kg/m3;比表面積一般在300～700m2/kg;而細(xì)度指標(biāo)差異較大，研究再生微粉時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測試，得出結(jié)果。

2.2 化學(xué)性能

通過對幾種再生微粉的化學(xué)成分測試，我們發(fā)現(xiàn)其主要成分是SiO2和CaO，這是因?yàn)樗嗟闹饕a(chǎn)原料是石灰石，這與粉煤灰、礦粉主要成分一致，只是含量有差異，可以推斷再生微粉有潛在活性，作為混凝土摻合料有一定的研究價(jià)值。

3 ?再生微粉活性研究

再生微粉中含有部分水化、已水化水泥和一些惰性材料，其原始活性并不是很高。為了提高再生微粉的活性，常用的激發(fā)方式有三種：物理激發(fā)、化學(xué)激發(fā)、熱力激發(fā)。

3.1 物理激發(fā)

再生微粉在機(jī)械研磨過程中，不僅粒徑減小，晶體結(jié)構(gòu)、表面物理化學(xué)性能也逐漸改變。在研磨再生微粉的過程中，其比表面積增大，從而加大了微粉與整個(gè)體系中液相的接觸面積，加快了體系的水化速率。微粉表面晶體結(jié)構(gòu)的晶格尺寸縮小、晶格應(yīng)變增大、結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變等等。微粉表面晶格尺寸減少，使得建筑垃圾微粉與體系中液相組分的接觸面積增大;晶格的應(yīng)變增大，提高了建筑垃圾微粉表面與體系中組分之間的作用力。以上條件使得體系中水分子更容易進(jìn)入微粉內(nèi)部，讓更多的具有潛在活性成分摻入到反應(yīng)中來，加速了整個(gè)體系的水化反應(yīng)[4]。

3.2 化學(xué)激發(fā)

再生微粉的化學(xué)激發(fā)有三種方法：堿激發(fā)、鹽激發(fā)、其它化學(xué)物質(zhì)激發(fā)。

堿激發(fā)原理是提升體系中OH-濃度。OH-的增多會(huì)加快微粉表面的SiO2、AL2O3的鍵位斷裂，提升再生微粉前期的水化速度。

鹽激發(fā)原理有兩種：①使用CaCl2、NaCl等氯鹽激發(fā)建筑垃圾再生微粉的活性。CaCl2對再生微粉的激發(fā)主要是通過提高體系中Ca2+濃度、生成水化氯鋁酸鹽來實(shí)現(xiàn)的。NaCl對再生微粉的激發(fā)則主要是通過水解作用提高體系堿度，從而提高微粉表面反應(yīng)活性來實(shí)現(xiàn)的。②使用Na2SO4等硫酸鹽激發(fā)微粉活性，其主要機(jī)理是硫酸鹽遇水分解出SO42-，在混凝土Ca2+作用下與Al2O3發(fā)生反應(yīng)，生成了鈣礬石，鈣礬石有利于連結(jié)再生微粉顆粒，并且更容易與微粉內(nèi)部活性成分反應(yīng)，提高體系的反應(yīng)活性。

有研究表明[5]，三乙醇胺能促進(jìn)再生微粉-水泥體系的C3A和C3S水化，生成Ca（OH）2。生成Ca（OH）2能使體系中SiO2和Al2O3進(jìn)行二次水化，活性激發(fā)效果良好。

3.3 熱力激發(fā)

再生微粉含有有機(jī)質(zhì)和部分惰性成分——碳，隨著溫度的升高，破壞了碳質(zhì)惰性成分的晶格使其形成活性成分——CaO。在一定程度上起到了熱力激發(fā)再生微粉活性的作用。

4 ?再生微粉利用途徑

4.1 再生微粉用于砂漿中

有研究表明[6]，再生微粉取代部分水泥制備再生砂漿是可行的。其試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，再生微粉摻量不超過20%時(shí)，是可以滿足砂漿的各項(xiàng)指標(biāo)的;當(dāng)摻量超過20%時(shí)，砂漿的需水量隨著摻量增加而增大，砂漿分層度逐漸增加，表觀密度、含氣量減小。

4.2 再生微粉用于混凝土中

抗壓強(qiáng)度是混凝土重要的力學(xué)性能指標(biāo)，經(jīng)多位學(xué)者試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混凝土在一定范圍內(nèi)是可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。他們[7]測試了單摻再生微粉混凝土的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)再生微粉摻量低于10%時(shí)是可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，但超過30%時(shí)，強(qiáng)度下降得非常明顯。

總所周知，混凝土的耐久性對工程壽命十分重要。而滲透性和碳化是影響混凝土耐久性兩個(gè)重要的方面。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[8]，再生微粉摻量在10%時(shí)，混凝土電通量很小，說明微粉提高了混凝土的抗?jié)B性，有利于混凝土微觀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，增加了混凝土密實(shí)度;混凝土的抗碳性能在微粉摻量在30%以下是可以滿足要求的，超過30%后，抗碳能力就有所降低。上述說明摻入一定量的再生微粉有利于混凝土耐久性。

5 ?存在的問題和建議

綜上所述，再生微粉在低摻量下是可以改善混凝土的工作性能的。目前的再生微粉現(xiàn)在還面臨著下面幾個(gè)問題：

在原材料方面，廢棄混凝土所處的地理位置、氣候、環(huán)境和使用年限等原因，這使得廢棄混凝土種類的千差萬別，也對再生微粉的性能產(chǎn)生一定的影響，所以我們應(yīng)該對廢棄混凝土等建筑垃圾進(jìn)行較為細(xì)致的分類處理。

在活性激發(fā)方面，物理激發(fā)的再生微粉雖能提高一部分活性，但十分有限，無法大摻量用于混凝土中;從實(shí)際水泥粉磨工藝來看，需要添加助磨劑來提高傳統(tǒng)機(jī)械粉磨效率，能耗高、經(jīng)濟(jì)性差等問題也十分突出?；瘜W(xué)激發(fā)和熱力激發(fā)方式處理再生微粉，則會(huì)出現(xiàn)耐久性和生產(chǎn)成本問題。我們應(yīng)該尋找一種或多種方法混合處理再生微粉，保證其經(jīng)濟(jì)性和效果達(dá)到我們的要求。

在相關(guān)政策方面，由于起步晚，我們國家很多地方?jīng)]有推行關(guān)于建筑垃圾再生微粉的優(yōu)惠政策，這阻礙了建筑垃圾微粉研究的發(fā)展。政府部門應(yīng)該在政策上大力扶持，推動(dòng)再生微粉資源化的研究。

6 ?結(jié)束語

建筑垃圾再生微粉的研究潛力很大，合理的利用再生微粉既可以實(shí)現(xiàn)“原料-產(chǎn)品-再生資源”的循環(huán)流動(dòng)，又可以緩解了我國面對建筑垃圾“圍城”的巨大壓力?？梢灶A(yù)見，在未來相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，再生微粉的相關(guān)研究會(huì)是專家學(xué)者們的熱門課題。

參考文獻(xiàn)：

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