刍议再生水泥浆料替代硅酸盐水泥的性能应用

戴爱兵

（盐城幼儿师范高等专科学校 江苏盐城 224000）

引言

据数据统计，全球水泥全年的产量就超过40亿万t，这就造成全球至少5%的二氧化碳的排放量。还有在水泥的生产过程中熟料的制备的过程中也至少产生65%的二氧化碳。其他二氧化碳的排放量主要来源于水泥生产过程中的能量的消耗。所以因为这个现象就会采用添加矿物添加剂来替代一部分熟料的生产水泥或者生成混凝土的材料，就是一种减低二氧化碳在全球排放量的有效方案之一。

在水泥的运用过程中，会大范围地使用矿物添加剂。而一般添加剂包括粉煤灰、高炉矿渣、天然火山灰、硅灰和石灰石填料。最新结果研究却发现，可以在旧的建筑碎片进行机械的预先处理（破碎、研磨和筛分这三个过程），从中可以添加再生水泥浆料细料来替代一般常用的矿物添加剂，例如石灰石填料。事实上，在不使用一般的矿物添加剂的情况下，可以通过破碎和处理混凝土中的废料就是再生水泥浆料细料。之后再不经过任何的热处理一部分的旧的破碎的混凝土可以部分取代熟料水泥。这种方法具有很多有利的方面：①通过直接的细料再循环利用，不需要预先的热处理从而降低所产生的二痒化碳的全球排放量，就减少对这些材料处理的过程中造成的环境污染。②直接运用再生水泥浆料细料就减少熟料的使用量以及部分的矿物添加剂（石灰石填充），就减少自然资源的浪费。③也通过回收循环利用可再生细料就可以减少工业垃圾的产生。

一名国外的研究团队将使用5年的混凝土加工形成的再生水泥浆料细料来直接代替水泥，并且考察了不同含量的再生水泥浆料细料对砂浆的性质和功能是否和硅酸盐水泥相像，以及发掘再生水泥浆料细料的作用和影响。根据研究发现降低水含量的（低水力特性）可再生的水泥细料具有较低的无水性，它与矿物添加剂石灰石填料相比，比硅酸盐水泥直接水化的性能更佳。也有旧的建筑碎片和被破碎的材料会含有其他的聚集物还有其他成分，因此从中可以得到的再生细料就会具有高变异性的特点。所以要控制再生水泥浆料细料的化学成分并且要了解它作为矿物添加剂的实际上的价值作用的有利影响显得是十分困难的，当然再生水泥浆料细料的组成会对无水相会有潜在的功能反映具备着决定性作用。

本文对没有使用拆除的混凝土进行研究实验，通过实验室自制的水泥浆料细料进行粉碎、研磨和80μm筛子经过筛选后然后获得再生水泥浆料细料，再运用部分的再生水泥浆料细料或者全部替代的方法来研究与硅酸盐成分进行对比。就这个步骤而言就得到砂浆混合物。为了让实验过程中能够更好地控制再生水泥浆料细料的化学成分，用于生成再生水泥浆料细料要是用相同的制作于硅酸盐水泥所制造的成分。和旧的混凝土中获得细料不一样的是，这种方法所获得的再生水泥浆料的细料不一样，所以这种方法所获得是再生的水泥浆料细料会含有充足的无水相，把再生的水泥浆料细料加入砂浆中看看是否仍有可以研究下去的潜在反应性。

本文将对硅酸盐水泥和再生水泥浆料细料的物理性能（密度、布莱恩比的表面积和粒度的分布分析）来进行试验的研究。分析了由于砂浆中存在的再生水泥浆料细料而可能带来的颗粒效应，就是类似石灰石的填充效应和一般硅酸盐水泥和矿物添加剂混合的成核现象等，在这两种粘合剂中就会开展矿物学的研究实验（TGA、FT-IR和XRD）来确定再生水泥浆料细料中存在的无水相并且对它的量化和研究进行分析和讨论，最后在砂浆中慢慢加水含量进行水化、微观的显示器结构上的观察、机械和再生水泥浆料细料的耐久性的研究实验。分析再生水泥浆料细料数量上的对砂浆的性质上的变化影响并且从中来反复试验确实再生水泥浆料细料无水相的潜在反应情况。

1 实验

实验原料：水、硅酸盐水泥为：硅酸二钙、硅酸三钙等。颗粒直径为0.4mm，密度为 2560kg/m3。

水吸附系数为1.4%。

其熟料与石膏的质量比为97∶3，硅酸盐水泥和再生水泥浆料细料的物理性质如表1所示，它熟料的主要组成成分如表2所示。

表1 硅酸盐水泥和再生水泥浆料细料的物理性质

表2 熟料主要组成部分

样本：再生水泥浆料细料的使用要代替部分和全部的硅酸盐水泥来获得砂浆的混合物，下面就标记为RCPF，将使用实验室里自设的水泥浆料来生产RCPF，能够更好地控制再生水泥浆料细料的化学成分组成，来消除被其他因素成分导致实验结果不正确，再生水泥浆料细料的步骤如下面所示：制作直径为16cm和高度高为32cm的模具，在温度为20℃左右的房间保存24h。然后将所有的圆柱体在浇铸后的第一天内拆除，并且房间的温度保持不变直到在水中固化到89d。当到了90d的时候，然后才开始压缩样本，粉碎样本来获得直径小于15cm的碎片。然后在实验室里进行球磨反复筛选，直到获得直径小于80μm的粉末为止，这个粉末就是再生水泥浆料细料。但在再次使用之前，得到的再生水泥浆料细料都需要在密封的条件下进行保存，避免和其他物质进行接触，如限制再生水泥浆料细料暴露在大气湿度和二氧化碳中，也避免空气于再生水泥浆料细料的物质发生反应，影响往后的实验效果。

再生水泥和砂浆混合物：

样品需要放到为温度在20度左右的水中在固化一天，水泥砂浆的混合物的物理参数以及和水泥砂浆混合物的样品的制备如下：将混合物投进4cm×4cm×16cm的模具里。用欧洲的EN196-1的标准存储在温度为2℃左右的房间中保存24h，一天后将样品模具脱落。在实验前，各参数比如表3所示。

表3 水泥砂浆混合物的物理参数及性能

2 结论

针对再生水泥浆料细料能够部分或者全部代替新浆料样品的矿物学的性质和机械性能和是否稳定性和耐久性等进行系统上的分析和评价，通过热重分析、FT-IR测试、抗拉强度测试及碳化动力学测试，进行反复的实验和研究而得出的结论：

（1）热重分析和FT-IR测试实验表明细度和粒度分布方面，与被取代的硅酸盐的水泥相比来说，再生水泥浆料细料在水泥砂浆中存在不会引起和产生任何额外其他的填料会产生的反应和成核反应。与此同时，经过水化动力性能测试，如果增加熟料能推动再生水泥浆料细料的水化反应，也会促进水化物中的氢氧化钙的生成，也随着熟料的含量的不断提高新的氢氧化钙的含量的不断提高。

（2）跟着再生水泥浆料细料的含量不断增加，材料的二氧化碳产生的孔隙度不断增加的同时所需要用生成的材料的抵抗强压的能力也不断增大。也由于再生水泥浆料细料中的呈现出的无水相中存在着熟料，它的水化作用就会导致M100D型号的砂浆的在水处理中到90d的时候抗压强度达到7.29MPa强度并且在28d的时候材料的孔缝隙率达到了31%。所以在再生水泥浆料细料中的无水相中不断地加入熟料进行混合和调稀，最后生成的材料中的孔隙度就会随着熟料的增加而减少。

（3）根据碳化动力学的结果分析，再生水泥浆料细料随着熟料不断增加的含量会增加水化能力的增强，也会导致碳化物的数量不断提高尤其是氢氧化钙的上升。导致二氧化碳的扩散率就会变缓慢，这使得阻止形成二氧化碳的碳化物会随着熟料的增加而增加。

（4）从综合来分析来看，再生水泥浆料细料可以替代传统硅酸盐水泥上有着更为显著的优势。这对我国的建筑行业有着重大的影响力，节省经济和能源有着很大的发掘潜力，也对建筑的牢固性能和伸缩性能有着更大的发展。再生水泥浆料细料不仅减少二氧化碳的对全球排放量的同时，而且提高了材料的孔隙度，使得材料的抗压性、伸缩性和承耐性不断地随熟料的增加而增强等重要的力学性能，就此而论，再生水泥浆料细料能够在未来与砂浆的混合中所产生的新材料的深度的研究和使用将会取得重大的作用和影响。

文章为2017年江苏省高校自然科学面上项目（17KJB560012）。