水热作用下再生废弃水泥基材料的再生研究

水热作用下再生废弃水泥基材料的再生研究

随着建筑垃圾的蓬勃发展，废弃混凝土占建筑垃圾的很大一部分。废弃混凝土的堆放占用了大量土地,也会污染环境,而且随着城市建设的发展,废弃混凝土的量也在逐年增长。面对资源短缺和废弃混凝土日益增加的现状,各国政府和研究机构都对废弃混凝土回收利用予以高度重视,包括制定相关政策、研究新技术等,以促进废弃混凝土的再生利用。目前,国内外对废弃混凝土再生利用的研究主要集中在再生骨料方面,即将废弃混凝土经过破碎、清洗与分级后,按一定的比例和级配混合形成再生骨料,部分或全部代替砂石等天然骨料配制混凝土。但很少有按其化学成分和矿物组成直接利用废弃混凝土生产硅酸盐混凝土的研究。废弃混凝土中的骨料,如石英岩、石英砂,可用作硅质材料,用于生产硅酸盐混凝土的原料;如果粗骨料是石灰岩,或者细骨料是石灰石碎屑,则可通过高温处理放出二氧化碳后用作钙质材料,也可用于生产硅酸盐混凝土的原料。废弃混凝土中的水泥石,可根据其水化程度的大小和被碳化程度的大小加以利用,因为在混凝土内部的水泥石中含有氢氧化钙和未水化的水泥颗粒核心等,在水热作用下它们能与硅质材料反应形成硅酸盐混凝土。本文主要试验研究3种废弃水泥基材料的再生,即利用废弃物中的硅质材料和剩余胶凝材料,通过添加碱性激发剂氢氧化钙的方法,在水热(1.5~2.0MPa)作用下形成水化硅酸钙,从而使废弃水泥基材料得到利用。1实验1.1废弃混凝土c废弃水泥净浆:采用水灰比为0.30的42.5级普通水泥净浆,龄期为180~360d,经烘干、磨细(0.08mm筛筛余为2.0%)后备用。废弃水泥胶砂:采用m(42.5级普通水泥)∶m(水)∶m(标准砂)=1∶0.5∶3.0的水泥胶砂,龄期为180~360d,经烘干、磨细(0.08mm筛筛余为2.5%)后备用。废弃混凝土:采用m(42.5级普通水泥)∶m(水)∶m(石英砂)∶m(石英岩碎石)=1∶0.50∶1.88∶2.62的混凝土,龄期为180~360d,经烘干、磨细(0.08mm筛筛余为2.5%)后备用。水泥:市售42.5级普通硅酸盐水泥,其28d抗折和抗压强度分别为7.6、48.2MPa,比表面积为346m2/kg。氢氧化钙:分析纯,粉末状。1.2干表观密度和吸水率的测定先用球磨机将实验所需要的废弃水泥净浆、废弃水泥胶砂和废弃混凝土等分别球磨90min后备用,将按比例称好的氢氧化钙粉末和废弃水泥基材料充分干混均匀,再将拌合用水(水固比0.3)和上述混合料依次倒入搅拌锅中,并按水泥标准稠度搅拌程序充分搅拌后,放入模具(三联试模31.6mm×31.6mm×50.0mm)中人工成型。成型后静停12h,再放入蒸压釜内,在设定的高温高压蒸汽(203℃、1.50MPa)中蒸压养护12h。完成养护后,冷却12h,至室温后出釜。出釜后称量m1,由此可计算得到试块的湿表观密度ρ0湿。再放入105℃的烘箱中干燥6h,在干燥器中冷却到室温后,进行称量m2,由此可以计算得到试块的干表观密度ρ0干。再放入养护室20℃的水中48h后,在饱和面干状态下,进行称量m3,由此计算其吸水率。再在自然条件下干燥72h后,进行抗压强度试验,试验结果精确到0.1MPa。2结果与讨论2.1氢氧化钙掺量废弃水泥净浆试样的配比见表1,氢氧化钙掺量对水热产物表观密度、吸水率与抗压强度的影响分别见图1~图3。由图1~图3可知,在水热作用下,废弃水泥净浆水热产物的表观密度基本在1.40g/cm3左右。抗压强度以氢氧化钙低掺量时较高,但最高值也仅为14.6MPa;氢氧化钙掺量增加到5.0%时,抗压强度降低到10.6MPa;随氢氧化钙掺量进一步增加至7.5%、10.0%、15.0%,水热产物试样抗压强度依次为9.5、8.9、9.3MPa,基本已不再随氢氧化钙掺量的增加而增大。在废弃水泥净浆中主要含有大量的水化硅酸钙、氢氧化钙和部分未水化水泥核心,几乎不含游离的二氧化硅或石英等硅质材料。因此,在不掺或掺入少量氢氧化钙时具有较高的强度,这一强度的产生主要归功于废弃水泥净浆中的未水化水泥核心在水热条件下的继续水化。这一水热过程中生成水化硅酸钙极少,水热产物孔隙率较大,从而表观密度偏小,吸水率普遍较大。根据废弃水泥净浆的化学成分和矿物组成,应当掺入适量的硅质材料。但由于其剩余胶凝材料有限,其增强效果也很微弱。2.2废弃水泥净浆水热产物表观密度和抗压强度废弃水泥胶砂试样的配比见表2,氢氧化钙掺量对水热产物表观密度、吸水率与抗压强度的影响分别见图4~图6。由图4~图6可知,废弃水泥胶砂水热产物的表观密度高于废弃水泥净浆水热产物,基本为1.50g/cm3左右,以氢氧化钙掺量为15%时最高,干表观密度为1.59g/cm3。抗压强度在氢氧化钙掺量为15%时最高达39.6MPa,也是同系列的最高值。当氢氧化钙掺量继续增加时,抗压强度反而明显下降。废弃水泥胶砂中的石英砂与外掺的氢氧化钙可在水热作用下生成水化硅酸钙,可以认为在氢氧化钙掺量约为15%时,废弃水泥胶砂中的硅质材料已充分参与了水热条件下与氢氧化钙的反应。2.3废弃混凝土水热产物的干表观密度废弃混凝土试样的配比见表3,氢氧化钙掺量对水热产物表观密度、吸水率与抗压强度的影响分别见图7~图9。由图7~图9可知,氢氧化钙掺量为0、5%、10%、15%、20%、25%时,废弃混凝土水热产物的干表观密分别为1.47、1.52、1.55、1.41、1.39、1.37g/cm3,当氢氧化钙掺量为10%时,表观密度达到最大值1.55g/cm3,同时抗压强度也为同系列的最大值46.4MPa。氢氧化钙掺量超过10%后,随掺量增加,抗压强度逐渐下降,说明一味地增加氢氧化钙掺量并不能达到最好效果。3在废弃混凝土中(1)在废弃水泥净浆中,由于剩余胶凝材料的再水化,使其产生强度,但随氢氧化钙掺量的增加其抗压强度增加不明显,甚至降低。(2)在废弃水泥胶砂中,由于骨料中硅质材料的存