浅谈再生掺合料特性及水泥净浆试验分析

颜冕桦

摘 要：目前，随着拆迁改造和大批建筑物达到其使用寿命，每年产生大量废弃混凝土，如果利用颗粒整形技术强化骨料，必然会产生大量粉体，这些粉体的存放和处理也会产生一系列问题。本文就再生粉体的基本性质和应用进行了初步研究和探讨，以期促进混凝土的循环利用。

关键词：再生粉体；物理性质；化学性质；凝胶体；再生粉体净浆；凝结时间；标准稠度需水量；延迟成核假说

本文所述的再生掺合料是指再生粗、细骨料在生产过程中形成的，粒径小于75μm的颗粒，也叫再生粉体或微粉。

在欧洲，绝大多数废弃混凝土的回收利用仅仅采用简单破碎和骨料分级的方法，产生的粉体量很少，故这方面的研究也很少见到。在日本，骨料强化技术发达，主要有立式偏心研磨法、卧式回转研磨法、加热研磨法、冲击磨碎法和湿式研磨比重选择法等。除最后一种方法外，其他技术都会产生大量粉体，其中，加热研磨法产生的粉体量约占原废弃混凝土质量的50%。但关于这部分粉体，日本也未找到有效的利用方法，一般主要用作路基垫层或利用具残余的胶凝性代替砂浆作为陶瓷地板的找平、粘结材料。国内这方面的研究也仅停留在试验室阶段。

1 再生粉体的物理性质

（1）密度：再生粉体是一种质地疏松的建筑垃圾粉末，其堆積密度为874kg/m3，密度为2593kg/m3。

（2）粒径分布：使用HORIBA LA-300型激光粒度仪对再生粉体进行检测，其平均粒径为30.4μm，粒径分布见表1，图1。

（3）比表面积

使用DBT-127型勃氏透气比表面积仪对其进行比表面积检测的结果是350m2/kg，但是使用金埃谱公司的P-Sorb 2400型比表面积测试仪，利用氮气吸附法所得到的结果是11620m2/kg。勃氏透气比表面积仪的测试原理是根据一定量的空气通过具有一定空隙率和固定厚度的物料层时，所受的阻力不同而引起流速的变化来测定样品的比表面积。在一定空隙率的物料层中，孔隙的大小和数量是颗粒尺寸的函数，同时也决定了通过料层的气流速度，根据一定体积的空气通过料层的时间可以计算出样品的比表面积，但该方法对多孔材料并不适用。金埃谱公司的F-Sorb 2400型比表面积测试仪测试比表面积的依据是BET理沦。该理沦认为，气体在固体表面上的吸附是多分子层的，并且在不同压力下，所吸附的层数也不同。只要在不同压力下测得吸附平衡时样品表面所吸附的气体量，就能够计算出样品的比表面积，该比表面积包括颗粒外部和内部通孔的表面积。由以上讨沦可知，再生粉体虽然粒径分布与水泥相似，但比表面积远远大于水泥，其主要原因是其内部含有大量相互连通的孔隙，这主要是因为再生粉体中含有大量硬化水泥石颗粒。已有的研究表明，这些颗粒中的C-S-H凝胶比表面积在20000～30000m2/kg之间。所以，若要了解再生粉体的性质，也应对硬化水泥石粉末的性质进行研究。

2 再生粉体的化学性质

（1）再牛粉体化学成分

对再生粉休进行x射线荧光分析，结果见表2。

再生粉体的化学成分与水泥接近，但SiO2的含量较高，其原因是再生粉体中还含有一定量的砂石碎眉。氯离子含量<0.06%。经滴定试验测定，再生粉体的Ca（OH）2含量为28.5mg/g，对混凝土也有一定的不利影响。

（2）再生粉体矿物组成

再生粉体的x射线衍射分析结果如图2所示。

从衍射图中可见，再生粉体十最主要的矿物成分是SiO2，这说明废弃混凝土砂石骨料中的碎屑在再生粉体中占有较大比例。衍射图巾的噪声很大且难以发现硅酸钙、铝酸钙等晶体的衍射峰，说明再生粉体中的水泥颗粒已基本水化完全，主要以凝胶体形式存在。

3 再生粉体对胶凝材料性能的影响

再生粉体中含有Ca（OH）2硬化水泥石和骨料的细小颗粒，可能会对水泥的需水量和水化过程产生影响，另外在混凝土使用过程中，其表面会发生不同程度的碳化。根据滴定试验结果，水泥石中Ca（OH）2含量为117.79mg/g，在掺量为5%、20℃标准稠度用水量条件下绝大部分不会被溶解。按照延迟成核假说，在水泥水化的诱导期阶段，硅酸根离子抑制溶液中的Ca（OH）2的析晶，只有当溶液中建立了充分的过饱和度时，才能形成稳定的Ca（OH）2晶核。当品核尺寸达到一定尺寸和数量，Ca（OH）2迅速析出，C3S溶解随之加速，加速期开始。按此假说，再生粉体和水泥石中Ca（OH）2的晶体能够缩短净浆的凝结时间。为研究再生粉体、碳化再生粉体和水泥石对水泥净浆的需水量和凝结时间的影响，将再生粉体和碳化再生粉休按10%、20%和30%取代水泥，超细再生粉体和超细水泥石（平均粒径6.1μm）的掺量采用5%、10%和15%，按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T 1346-2011）规定的试验力法测定其凝结时间。其中碳化再生粉体是将再生粉体放入碳化箱中处理，直至利用酚酞试纸测试其饱和溶液不再变色为止。水泥采用P·I 52.5硅酸盐水泥，再生粉体凝结时间见表3。

各种掺合料净浆的标准稠度需水量变化如图3所示。

从图3可知，再生粉体净浆标准稠度需水量随掺量的提高逐渐增加，在掺量为30%时比纯水泥净浆的需水量多1.4%，而碳化再生粉体净浆的标准稠度需水量与掺量无关。超细再生粉体与超细水泥石的标准稠度需水量变化规律基本相同，都随掺量的提高逐渐增加。在掺量为15%时，其标准稠度需水量均提高1.2%。

各种掺合料净浆的凝结时间如图4所示，在各种掺量条件下再生粉体和碳化再生粉体的凝结时间相差不大。初凝时间在210min左右，终凝时间在240min左右，初凝与终凝间隔30min左右，与纯水泥净浆基本相同。这说明再生粉体和碳化再生粉体对净浆的凝结时间无明显影响。

由图5可见，与再生粉体和碳化再生粉体不同，超纲再小粉体和超圳水泥石使净浆的凝结时间延长且与掺量关系不大。与纯水泥净浆相比，超细再生粉体使净浆凝结时间延长大约20 min；超细水泥石使净浆凝结时间延长大约45min。另外，在不同掺量条件，两种超细掺合料的净浆初凝和终凝时间间隔均为大约30min。

此试验结果不支持延迟成核假说。

参考文献

[1]陈欣，郑建岚，王国杰.矿物掺合料对再生混凝土干燥收缩性能的影响[J].混凝土，2016，（10）：16-20.

[2]江南宁，杨元霞，赵兴英.矿物掺合料对蒸养水泥净浆性能的影响[J].粉煤灰，2010，22（3）：6-8.

（作者单位：云南省建筑科学研究院）