預拌混凝土中固廢復合摻和料的應用

1前言

預拌混凝土是現(xiàn)代建筑施工中不可或缺的材料，其生產(chǎn)規(guī)模和應用范圍不斷擴大。然而，傳統(tǒng)的預拌混凝土生產(chǎn)過程中，水泥等原材料的大量使用不僅消耗了大量自然資源，還增加了碳排放，對環(huán)境造成了較大壓力。與此同時，工業(yè)生產(chǎn)和建筑施工過程中產(chǎn)生的大量固體廢棄物（如粉煤灰、礦渣、鋼渣、建筑垃圾等）若得不到有效處理，將對生態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅。因此，如何在預拌混凝土中合理利用固廢材料，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，已成為建筑行業(yè)亟待解決的問題。固廢復合摻和料是指將兩種或多種固廢材料按一定比例復合而成的摻和料，通過優(yōu)化配比和工藝，可以充分發(fā)揮各組分的優(yōu)勢，彌補單一固廢摻和料的不足，從而顯著改善混凝土的性能。因此，深入研究固廢復合摻和料的應用技術(shù)，探索其在預拌混凝土中的最佳使用方案，對于推動建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2固廢復合摻和料的種類與特性

2.1常見固廢摻和料的種類

2.1.1粉煤灰

粉煤灰是燃煤電廠產(chǎn)生的固體廢棄物，主要成分為硅鋁質(zhì)玻璃相和莫來石。粉煤灰具有火山灰活性，能夠改善混凝土的流動性和耐久性。研究表明，通過化學激發(fā)劑（如NaOH）的加入，粉煤灰的活性可以被進一步激發(fā)，生成更多的硅鋁酸鹽凝膠狀產(chǎn)物。

2.1.2礦渣粉

礦渣粉是煉鐵過程中產(chǎn)生的水淬廢渣，主要成分為硅酸鹽和鋁酸鹽。礦渣粉具有較高的火山灰活性，粉磨后是一種高品質(zhì)礦物摻和料，能夠顯著提高混凝土的后期強度。

2.1.3鋼渣粉

鋼渣粉是鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，主要成分為硅酸鹽和氧化鈣。鋼渣粉具有潛在的膠凝性，但其低水化活性和安定性問題限制了其在混凝土中的應用。通過與其他固廢（如粉煤灰、礦渣）的協(xié)同作用，鋼渣粉的活性可以得到提升。

2.1.4建筑垃圾再生粉

建筑垃圾再生粉主要由廢棄混凝土骨料和部分膠凝材料硬化體組成。其主要成分為 CaCO₃ ，在混凝土中能夠起到\"晶種效應”，加速水泥水化，并在后期與鋁相反應生成碳鋁酸鹽。

2.2固廢復合摻和料的特性

2.2.1物理特性

固廢復合摻和料的物理特性包括粒度分布和堆積密度。研究表明，超細粉磨能夠有效激發(fā)固廢的潛在活性，優(yōu)化粒度分布，從而提高混凝土的密實度和強度。表1列出了不同固廢摻和料的粒度分布和堆積密度。

2.2.2化學特性

固廢摻和料的化學特性主要體現(xiàn)在其主要氧化物的含量和反應活性。表2列出了幾種常見固廢摻和料的主要化學成分。礦渣粉和鋼渣粉的CaO含量較高，具有較高的堿性，能夠激發(fā)其他固廢的活性。粉煤灰和建筑垃圾再生粉的 SiO₂ 和 Al₂O₃ 含量較高，具有較好的火山灰活性。

2.2.3環(huán)境特性

固廢摻和料的環(huán)境特性主要體現(xiàn)在其對環(huán)境的友好程度。研究表明，固廢復合摻和料的應用能夠顯著減少水泥的使用量，降低 CO₂ 排放，同時實現(xiàn)工業(yè)固廢的資源化利用。例如，粉煤灰和礦渣粉的利用能夠減少燃煤電廠和鋼鐵廠的固廢堆存，降低環(huán)境污染。

3固廢復合摻和料在預拌混凝土中的作用機制

3.1對工作性的影響

固廢復合摻和料能夠顯著改善預拌混凝土的工作性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）流動性。摻入粉煤灰、礦渣粉等固廢摻和料后，混凝土的流動性得到改善。研究表明，粉煤灰和礦渣粉的需水量比相對較低，能夠有效減少混凝土的用水量，從而提高流動性。（2）坍落度保持性。固廢摻和料的加入能夠延緩混凝土的凝結(jié)時間，改善坍落度的保持性。例如，粉煤灰的摻入能夠延長混凝土的初凝時間，使其在運輸和施工過程中保持良好的工作性。（3）可泵性。固廢摻和料的細顆粒特性能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，改善混凝土的可泵性，減少泵送過程中的阻力。實驗表明，適量的固廢摻和料可以提高混凝土的流動性和擴展度。這是由于固廢摻和料具有較高的細度，在混凝土中能夠起到潤滑和填充作用，減少顆粒間的摩擦，從而改善混凝土的和易性。不同固廢摻和料對混凝土坍落度的影響如表3所示，可以看出，隨著摻量的增加，混凝土坍落度也隨之增加，2h坍落度損失則隨之降低。從微觀結(jié)構(gòu)來看，固廢復合摻和料的顆粒形態(tài)和粒徑分布對混凝土的工作性也有影響，可以看出，細小的顆粒能夠填充粗顆粒間的空隙，形成更加致密的結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的流動性和穩(wěn)定性。

3.2對力學性能的影響

固廢復合摻和料對混凝土的力學性能有顯著影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）抗壓強度。研究表明，摻入適量的粉煤灰和礦渣粉能夠提高混凝土的抗壓強度。粉煤灰的火山灰效應和礦渣粉的高活性能夠促進水泥水化反應，生成更多的水化產(chǎn)物，從而提高混凝土的強度。（2）早期強度。固廢摻和料的加入可能會延緩混凝土的早期強度發(fā)展，但通過優(yōu)化摻量和配合比，可以有效改善這一問題。例如，礦渣粉的高活性能夠在后期顯著提高混凝土的強度。（3）耐久性。固廢摻和料能夠改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，減少孔隙率，從而提高混凝土的耐久性。實驗結(jié)果表明，適量的固廢摻和料可以提高混凝土的抗壓強度和抗折強度。這是由于固廢摻和料中的活性成分在水泥水化過程中發(fā)生二次水化反應，生成更多的水化產(chǎn)物，填充混凝土內(nèi)部的孔隙，提高混凝土的密實度和強度。不同固廢摻和料對混凝土抗壓強度的影響如表4所示。可以看出，隨著摻量的增加，混凝土的抗壓強度先增大后減小，存在一個最佳摻量范圍。從微觀結(jié)構(gòu)分析，固廢復合摻和料的水化產(chǎn)物能夠與水泥水化產(chǎn)物形成相互交織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高混凝土的力學性能，可以看出，摻入固廢復合摻和料的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，水化產(chǎn)物分布更加均勻，孔隙率降低，從而提高了混凝土的強度。

3.3對耐久性的影響

固廢復合摻和料對混凝土的耐久性有顯著改善作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）抗?jié)B性。固廢摻和料能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，減少水化產(chǎn)物的孔隙率，從而提高混凝土的抗?jié)B性。研究表明，摻入粉煤灰和礦渣粉的混凝土抗?jié)B等級可達到P8以上。（2）抗凍性。固廢摻和料的加入能夠改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高其抗凍性能。實驗表明，摻入適量礦渣粉的混凝土在凍融循環(huán)后的強度損失率顯著降低。（3）抗碳化性。固廢摻和料能夠減少混凝土內(nèi)部的孔隙率，延緩二氧化碳的滲透，從而提高混凝土的抗碳化性能。實驗研究表明，摻入適量的固廢摻和料可以降低混凝土的碳化深度，提高其抗?jié)B性和抗凍性。這是由于固廢摻和料的細小顆粒能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，減少有害物質(zhì)的侵入通道，同時其水化產(chǎn)物能夠提高混凝土的密實度和抗侵蝕能力。不同固廢摻和料對混凝土耐久性的影響如表5所示。可以看出，隨著摻量的增加，碳化深度逐漸減小，混凝土的耐久性得到顯著提高。從微觀結(jié)構(gòu)來看，固廢復合摻和料的摻入能夠改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低孔隙率，提高混凝土的抗?jié)B性。可以看出，摻入固廢復合摻和料后，混凝土的孔隙率明顯降低，孔徑分布更加均勻，從而提高了混凝土的耐久性。

4預拌混凝土中固廢復合摻和料的應用

以某企業(yè)開發(fā)的固體廢棄物混合材料制備工藝為案例，該企業(yè)遵循特定的配比，將固體廢棄物、石膏、爐渣、粉煤灰等多種原料進行磨碎處理。在粉末的比表面積達標之后，該粉末生產(chǎn)線的年產(chǎn)量可達到峰值5000噸（詳見表6）。在混凝土養(yǎng)護期7天內(nèi)，其強度可達到設(shè)計標準的 60% 至 90% ，而在28天養(yǎng)護后，混凝土強度可達到 100% 至 140% ，極大地增強了混凝土的保水性能和粘結(jié)性能。特別是C30至C45強度級別的預拌混凝土中添加的固體廢棄物混合材料，其應用效果顯著，遠超C20強度級別以下的混凝土。顯然，混凝土的強度級別越高，混合材料在預拌混凝土中的應用成效越顯著。粉煤灰和爐渣粉的減水效果，使得實際用水量低于原設(shè)計用水量。當固體廢棄物混合材料的細度有所變化時，混凝土的單位用水量也會相應受到影響，例如，混合材料細度越小，減水量就越大。雖然固體廢棄物混合材料在預拌混凝土中的應用能提升混凝土的流動性和泵送性，但在實際操作中，仍需確保混凝土中水泥砂槳的含量充足，以有效防止混凝土在泵送過程中發(fā)生離析、堵板等問題。

5結(jié)論

固廢復合摻和料在預拌混凝土中的應用是實現(xiàn)資源循環(huán)利用和綠色建筑發(fā)展的重要途徑。通過合理選擇和復合不同種類的固廢摻和料，可以顯著改善混凝土的工作性、力學性能和耐久性，同時降低生產(chǎn)成本和環(huán)境影響。盡管在實際應用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進步和標準的逐步完善，固廢復合摻和料的應用前景將更加廣闊。未來，應進一步加強相關(guān)研究和工程實踐，推動固廢摻和料在預拌混凝土中的廣泛應用，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

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