高速公路廢舊混凝土再生微粉性能探究

張曉蕾

（河北高速公路集團有限公司承德分公司，河北 承德 067000）

隨著我國經濟社會的快速發展，越來越多的高速公路開始呈現出通行能力不足、服務水平低下、存在安全隱患等問題，需要進行改造、擴容建設，這一過程中將產生大量的廢舊混凝土。這些廢舊混凝土若是經簡單破碎后集中填埋，不僅會占用大量的土地資源，還會在清運和填埋過程中產生揚塵等問題，造成嚴重的環境污染。因此，如何加大廢舊混凝土等原路資源的再利用，是當前需要解決的主要問題之一，也是高速公路改擴建工程實現綠色發展和生態文明建設的重要舉措。

目前，在廢舊混凝土的資源化利用上，主要集中于對再生骨料的應用，而在再生骨料的生產過程中，會伴生出10%～20%的粒徑小于0.16mm的粉末，工程上對這些粉末的應用很不充分，往往作為廢料處理。研究表明，廢舊混凝土再生的粉體材料除了已硬化的膠凝產物，還包含了未水化的膠凝顆粒及大量的具有潛在活性的惰性SiO2，若充分激發這種粉體材料，可替代礦物摻合料使用?，F階段對再生粉體材料的研究大多集中在試驗室，由于再生微粉性能差異較大，相應研究成果的可復制性較差。

一、原材料與試驗方案

（一）原材料

水泥為P·Ⅰ42.5硅酸鹽水泥；砂為粒度0.5mm～1.0mm中級砂；再生微粉由山東省某高速公路改擴建項目自加工的再生細集料篩選得到；水為自來水；所用的化學激發劑硫酸鈉、硅酸鈉和偏鋁酸鈉均為某化學試劑公司的分析純試劑。

（二）試驗方案

本文所有試驗，再生微粉的摻加均為外摻法，即替代標準砂，這樣可以更好地與基準組進行比較。再生微粉的摻量均為水泥質量的50%，由于外摻再生微粉后需水量增大，將用水量提高至245g，具體試驗方案如表1所示。

二、不同粒徑再生微粉的活性

再生微粉一般是在廢舊混凝土生產再生細集料時產生的，其活性主要來源于未水化的水泥顆粒。一般認為粒徑在0.16mm以下的顆粒都是再生微粉，也有研究證實再生微粉的活性與其粒徑大小有關，因此本文再次探究了不同粒徑再生微粉的活性，試驗結果分別如圖1、圖2所示。

表1 試驗方案表

從圖1、圖2可看出，各粒徑的再生微粉對抗折強度都有一定的負面影響。粒徑＜0.075mm和粒徑＜0.15mm的再生微粉表現出了一定的活性，粒徑超過0.15mm的再生微粉對強度不利，與現有研究成果基本一致。

三、熱處理激發

再生微粉中含有未水化的水泥顆粒和硬化水泥石，根據已有的研究成果，硬化水泥石主要是硅酸鈣、鋁酸鈣和鐵鋁酸鈣的水化產物，在高溫下會脫水形成脫水相，一方面，由于OH-離子的脫離，脫水相形成大量結構空位，另一方面，原水化產物中與OH-離子相結合的Ca2+、Al3+離子和[SiO4]-四面體等脫水后表現為電荷不飽和狀態，可以預期各脫水相具有再次水化并發揮膠凝特性的能力。此外，由于廢舊混凝土大多服役時間在10年以上，再生微粉中含有的未水化的水泥顆?；咎幱诘突钚誀顟B，通過熱處理可再次激發其活性。因此，本文探究了不同溫度熱處理后粒徑＜0.15mm的再生微粉的活性變化，試驗結果如圖3和圖4所示。

圖1 不同粒徑再生微粉的抗折強度

圖2 不同粒徑再生微粉的抗壓強度

圖3 不同熱處理方式再生微粉的抗折強度

圖4 不同熱處理方式再生微粉的抗壓強度

圖5 不同化學激發再生微粉的抗折強度

圖6 不同化學激發再生微粉的抗壓強度

從圖3和圖4可看出，熱處理溫度越高，對再生微粉活性的激發效果越好。800℃熱處理再生微粉與純水泥和未經處理的再生微粉相比，抗折強度分別提高19%和43%，抗壓強度則分別提高30%和26%。

四、化學激發

研究表明，在堿性環境的作用下，再生微粉顆粒表面容易形成游離的不飽和活性鍵，使得顆粒表面SiO2、Al2O3形成的網絡聚合體聚合度降低，使其更容易與水泥漿體中的活性組分發生反應，從而提高水化硅酸鈣和水化硅酸鋁等的生成量。此外，硫酸鹽水解出的離子在水泥漿體中存在Ca2+時，會與活性Al2O3發生反應生成鈣礬石。本文探究了硫酸鈉、硅酸鈉、偏鋁酸鈉對粒徑＜0.15mm的再生微粉的活性激發效果，試驗結果如圖5和圖6所示。

從圖5和圖6可看出，化學激發劑能顯著提高再生微粉抗折強度，也能顯著解決未經處理的再生微粉引起的抗折強度降低問題，且硫酸鈉的激發效果較好，激發后再生微粉的抗折強度分別比純水泥和未經處理的再生微粉提高16%和15%，抗壓強度則分別提高11%和5%；但化學激發劑對抗壓強度的提高不顯著。

五、結語

試驗結果表明，再生微粉粒徑越小、活性越高。熱處理溫度越高，再生微粉活性的激發效果越好，且抗壓、抗折強度顯著提高。化學激發劑能顯著提高再生微粉抗折強度，但提升抗壓強度的效果不明顯。