废弃混凝土磨细粉作水泥混合材的试验研究

田芳,叶青,章天刚

(1.衢州学院,浙江 衢州 324000;2.浙江工业大学 建筑工程学院,浙江 杭州310014)

随着我国城市化进程的加快,建筑工业的快速发展需要大量的混凝土材料,而每年拆除旧建筑产生了越来越多的废弃混凝土,给城市带来日益严重的环境负担。废弃混凝土未加处理直接填埋,不仅仅破坏了人类赖以生存的自然环境,同时也是资源的巨大浪费。如何将现有的废弃混凝土变成可以利用的材料,是许多学者关心的问题。现在世界上很多国家已不把废弃混凝土当成是一种垃圾,废弃混凝土经过处理以后可以当作制备建筑材料的各种原料。废弃混凝土的再生利用技术主要是通过将废弃混凝土清洗、破碎、筛分,得到一定级配的再生粗骨料,配制再生混凝土。由于将筛分后得到的大量水泥砂浆、破碎混合物作为建筑垃圾进行填埋来使用,造成废弃混凝土的利用率大大降低。当前我国对建筑废弃物的资源利用水平较低,对建筑垃圾的利用也主要局限于简单处理。本文就是将废弃混凝土经过洗净、破碎、分离后,除去粗骨料,运用废弃混凝土中水泥砂浆为主的颗粒磨细成粉制成的水泥混合材,并对其配制的水泥进行性能研究。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

废弃混凝土:来源于衢州市质监站,废料中不含有其他杂质。其化学成分如表1所示。

表1 废弃混凝土磨细粉的化学成分(%)Tab.1 Chief chemical component of waste concrete

水泥熟料:衢州巨化水泥有限公司生产的42.5普通硅酸盐水泥。

标准砂:国产ISO水泥胶砂强度检验标准砂。

激发剂:硅酸钠(Na2SiO3)、氢氧化钠(NaOH),最佳掺量和品种通过试验确定。

1.2 试验方法

将废弃混凝土样品用小型颚式破碎机进行破碎,取废弃混凝土中以砂浆为主的颗粒,采取四分法分别分选至50 kg左右。然后进入干燥箱干燥至含水率≤2%。移出干燥箱,放置于通风干燥处,自然冷却至环境温度。

将干燥过的砂浆颗粒进行研磨,研磨至比表面积(330±20)m2/kg。

设计三水平三因素正交试验表,三个因素分别为废混凝土掺量;激发剂;用水量。

2 试验结果分析

2.1 废弃混凝土磨细粉的XRD分析

从废弃混凝土磨细粉的XRD图谱分析,其主要成分依次为二氧化硅、水化硅酸钙凝胶。因此,可以初步认定废弃混凝土磨细粉具有一定的活性,可以作为水泥的掺合料。

2.2 试验结果分析

试样的设计配比及强度试验结果如表2所示。

从表2的数据可以看出当废弃混凝土粉掺量在10%时,Na2SiO3激发剂作用下,能达到42.5水泥;掺量在20%时,在两种激发剂的作用下,均能达到32.5水泥,掺量在30%时,在激发剂Na2SiO3的作用下,适当调整用水量也能达到32.5水泥。

随着废弃混凝土粉掺量的增大,试样强度下降较大,尤其是后期抗压强度下降更为明显。所以在大掺量使用废弃混凝土粉时,应采取相应的措施,减少用水量、加入激发剂等。

激发剂作用:当废弃混凝土粉掺量在10%时,激发剂Na2SiO3的效果比NaOH效果好。两种激发剂的早期作用明显,尤其对于抗折强度提高较大。

2.3 影响水泥胶砂强度的因素排列

从图2可以看出:对试样的强度影响最大的是废弃混凝土掺量,其次是激发剂的掺量,最后是用水量。

在两种激发剂的作用下,随着废弃混凝土磨细粉掺量的增加,3d试样的抗折强度和抗压强度下降幅度均小于28d试样的强度;28d的抗压强度下降幅度大于抗折强度下降幅度。这表明激发剂的作用对水泥胶砂的前期强度提高较大,对抗折强度提高较为明显。在两种激发剂的作用下,用水量的变化对试样强度的影响变化不大,若用此水泥配制混凝土时,水灰比还应做进一步的研究。激发剂Na2SiO3作用下,试样的后期强度随着用水量的增加而略有增加。

激发剂NaOH的掺量的增加对3d的强度有提高作用,但对28d的强度均有降低的作用。关于这方面的原因还需要进一步研究。激发剂Na2SiO3的掺量在1%时,试样的强度均达到最大,抗压强度则随着掺量的增加而有明显降低的趋势,抗折强度则略有降低。所以用Na2SiO3作激发剂时,比较合理的掺量是1%。

表2 废弃混凝土磨细粉不同掺量与强度的关系Tab.2 The relation between addition of waste concrete and strength of samples

3 结论

1)利用废弃混凝土磨细粉作为水泥的掺和料是可行的,随着废弃混凝土磨细粉掺量的增加,水泥的胶砂强度越低。用掺量为10%废弃混凝土磨细粉可以生产出42.5#水泥,掺量20%时强度要降低为32.5#水泥。

2)激发剂Na2SiO3的合适掺量是1%,激发剂NaOH的作用效果不明显。说明碱性激发剂对混凝土废弃物的激发效果不好,硅酸盐类激发剂对废弃混凝土有较好的激发效果。

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