再生粉体在活性粉末混凝土中的应用研究

张德磊，葛彬年

（临沂天元混凝土工程有限公司，山东　临沂　276000）

再生粉体在活性粉末混凝土中的应用研究

张德磊，葛彬年

（临沂天元混凝土工程有限公司，山东临沂276000）

本试验使用废弃混凝土和废弃粘土砖制得废弃建筑再生粉体，研究将其替代硅灰制备活性粉末混凝土的可行性。试验结果证明，废弃混凝土和废弃粘土砖经磨细后具有一定活性，可以作为活性掺合料加入到混凝土中，制备活性粉末混凝土。

废弃建筑材料；再生粉体；活性粉末混凝土

0　前言

活性粉末混凝土作为一种新的高性能混凝土，有着非常好的发展前景，并且已经有工程应用实例。国外在此方面研究较多。我国建筑垃圾的再利用研究也取得一些进展，主要是再生骨料的研究利用。在我国建筑垃圾加工成再生骨料的过程中会产生大量粉体，粉体的主要成分是混凝土中的水泥砂浆和骨料，具有潜在的活性。因此本文主要是研究利用再生粉体取代硅灰生产活性粉末混凝土。研究如果可行不仅可以降低活性粉末混凝土的制作成本，还可以为骨料生产中产生的粉体找到利用途径，实现资源可持续利用。

1　试验研究部分

本试验主要是要研究再生粉体替代硅灰制备活性粉末混凝土的可行性。在试验中通过用再生粉体替代不同比例的硅灰制作活性粉末混凝土试件，并与未加入再生粉体的活性粉末混凝土进行抗压、抗折强度等性能进行比较。本试验将废弃建筑再生粉体分成两种，分别由废弃混凝土和废弃粘土砖制得。由于粘土砖对环境破坏太大，国家已经出台政策禁止实心粘土砖的生产，在工程应用中水泥砌块基本取代了粘土砖。因此试验会以混凝土再生粉体研究为主。

1.1试验原料

水泥：水泥为玉锦山牌的 P·S.A32.5矿渣硅酸盐水泥，由济南玉锦山新型建材有限公司生产。

细砂：细砂采用河砂，分别用0.9mm 和0.2mm 的筛子筛分，因此细砂粒径范围为0.2～0.9mm。通过容量瓶排水试验测出其表观密度为2604kg/m³。通过烘干24小时及浸泡24小时试验测出其吸水率为3%。

再生粉体：本试验使用的是本地建筑工地上以及拆迁的废弃石灰石骨料混凝土和废弃砖粉，经过手工锤子破碎加工，制成粒径在0～50mm 范围内的颗粒。

将初步破碎后的石灰石骨料混凝土和废弃粘土砖进行初级球磨，在球磨过程中，大块的混凝土表面附着的水泥砂浆在高速转动、撞击过程中脱落，有效地打掉较为突出的棱角和除去颗粒表面所附着的砂浆和水泥石，可以分别得到再生骨料和较细的再生粉体。这种骨料表面几乎没有水泥砂浆，且棱角也被打掉了，属于高质量的再生骨料。将过筛后的水泥砂浆和水泥石细小颗粒再次进行球磨，球磨6小时以上，过160目筛（0.097mm），得到更细的粉末。这种粉末就是本研究的一系列试验所使用的原材料，称之为再生粉体。

硅灰：济南本地生产。表观密度为150～250kg/m3，比表面积20m2/g，平均粒径为0.1～0.2μm，无定形 SiO2含量约为80%～90%。

水：为普通干净自来水。其密度为1000kg/m3。减水剂：萘系减水剂。

1.2配合比设计

本次试验经过试配，在保证获得较为良好和易性的情况下，原始配合比将水胶比固定在0.25，胶砂比固定在1.27，硅灰的掺量为0.22，高效减水剂掺量为2%。

2　试验结果及分析

2.1再生粉体的研究结果及分析

再生粉体的 XRD 衍射图像见图1所示，从图中看出再生微粉中含有大量的 CaCO3和 SiO2，以及水泥水化后的各种凝胶。

图1　再生微粉的 XRD 衍射图像

由此可见石灰石骨料废弃混凝土中主要成分依次为石灰石、二氧化硅、水化硅酸钙凝胶。它们存在着化学活性和剩余利用价值，可以初步认定石灰石骨料混凝土磨细粉具有一定的活性，因此本研究中用再生粉体取代硅灰生产活性粉末混凝土有一定的可行性。

2.2试件强度测试结果及分析

混凝土的配合比及强度检测结果见表1。

表1　活性粉末混凝土配合比及抗折强度

（1）抗折强度分析

从表中可以看出，活性粉末混凝土中未加再生粉体时抗折强度都高于11.7MPa。用混凝土再生粉体替代的硅灰后抗折强度没有明显下降，其中后期抗折强度均大于11.7MPa。在替代量为20%，抗折强度下降明显，可见混凝土再生粉体取代硅灰的量为20% 时抗折强度较差。活性粉末混凝土中用砖粉取代20% 和30% 的硅灰抗折强度变化不明显，取代量为10% 和40% 时抗折强度降低。综上，一定量的再生粉体取代硅灰后活性粉末混凝土的抗折强度可以得到保证。

（2）抗压强度分析

从表中可以看出试件的抗压强度整体水平较高。其中第一组未掺加再生粉体作为对比组。

由表可看出，掺入混凝土再生粉体的试件相对于掺入砖粉的试件早期强度发展较快，后期发展相对慢些。这可能是由于砖粉里的活性物质活化反应缓慢，而混凝土粉末中的活性物质反应快。可见，混凝土粉末的加入有利于早期强度的发展，砖粉的加入更有利于后期强度。

2.3表观密度结果及分析

试验中活性粉末混凝土表观密度在2250～2350kg/m3之间，加入再生粉体后混凝土的表观密度有所增加。随着再生粉体掺量的增加，混凝土的表观密度逐渐升高。这可能是由于再生粉体的自身密度大于硅灰所致。

一般来说，普通混凝土的表观密度在1950～2500kg/m3之间，C10至 C20等级的混凝土其容重在2360～2400kg/m3之间，C35到 C40等级的混凝土容重在2420～2440kg/m3之间。因此，活性粉末混凝土的表观密度与其强度相对应的普通混凝土相比要低很多。由此可见，活性粉末混凝土相对于普通混凝土在减轻建筑物的自重方面有很大优势。

2.4收缩试验结果

试验过程中用游标卡尺分别测试件3天、7天和14天的尺寸。试验中测出的数据没有变化。这是由于，混凝土中活性物质还没完全反应，早期收缩变形比较小难以测量。

3　结论

本研究经过对建筑垃圾的分类、破碎、筛分得出再生粉体，分析研究了再生粉体的性质。然后用再生粉体替代部分硅灰制作活性粉末混凝土，通过分析对比活性粉末混凝土试件的各种性能，最后得出本研究的可行性分析。总结得出以下结论：

（1）废弃混凝土中主要成分依次为石灰石、二氧化硅、水化硅酸钙凝胶，石灰石骨料混凝土磨细粉具有一定的活性，可以作为活性掺合料加入到混凝土中。

（2）石灰石骨料混凝土再生粉体的烧失量与水泥的区别较大。再生粉体中有较多的石灰石和凝胶体，温度高时两者会分解。再生粉体加入混凝土中会使其高温稳定性降低。

（3）活性粉末混凝土中加入再生粉体后强度并没有明显降低，有些反而强度更高了，再生粉体的加入使混合粉体密实度提高。并且混凝土再生粉体对活性粉末混凝土强度发展要好于砖粉，混凝土再生粉体的最佳替代量在20%～30% 之间。

（4）活性粉末混凝土的吸水率和孔隙率较低，密实度较高。加入再生粉体使活性粉末混凝土的表观密度升高，加入砖粉的表观密度比加混凝土的高。活性粉末混凝土的早期收缩不明显。

[1]王震宇，王俊亭，袁杰．活性粉末混凝土配比试验研究[J].混凝土，2006,(6):80-85．

[2]蒋宗全，杨忠，郭晓安，等．活性粉末混凝土配合比设计研究及生产工艺[J]．铁道建筑，2010,(7):142-144．

[3]耿春雷，许零，陈红岩，等．活性粉末混凝土的研究与工程应用进展[J]．材料导报A：综述篇，2012,26(3):70-73．

［通讯地址］山东省临沂市河东区天元工业园天元混凝土工程有限公司（276000）

张德磊（1981—），男，本科。