水熱作用下再生廢棄水泥基材料的再生研究

水熱作用下再生廢棄水泥基材料的再生研究

隨著建筑垃圾的蓬勃發(fā)展，廢棄混凝土占建筑垃圾的很大一部分。廢棄混凝土的堆放占用了大量土地,也會污染環(huán)境,而且隨著城市建設(shè)的發(fā)展,廢棄混凝土的量也在逐年增長。面對資源短缺和廢棄混凝土日益增加的現(xiàn)狀,各國政府和研究機(jī)構(gòu)都對廢棄混凝土回收利用予以高度重視,包括制定相關(guān)政策、研究新技術(shù)等,以促進(jìn)廢棄混凝土的再生利用。目前,國內(nèi)外對廢棄混凝土再生利用的研究主要集中在再生骨料方面,即將廢棄混凝土經(jīng)過破碎、清洗與分級后,按一定的比例和級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。但很少有按其化學(xué)成分和礦物組成直接利用廢棄混凝土生產(chǎn)硅酸鹽混凝土的研究。廢棄混凝土中的骨料,如石英巖、石英砂,可用作硅質(zhì)材料,用于生產(chǎn)硅酸鹽混凝土的原料;如果粗骨料是石灰?guī)r,或者細(xì)骨料是石灰石碎屑,則可通過高溫處理放出二氧化碳后用作鈣質(zhì)材料,也可用于生產(chǎn)硅酸鹽混凝土的原料。廢棄混凝土中的水泥石,可根據(jù)其水化程度的大小和被碳化程度的大小加以利用,因?yàn)樵诨炷羶?nèi)部的水泥石中含有氫氧化鈣和未水化的水泥顆粒核心等,在水熱作用下它們能與硅質(zhì)材料反應(yīng)形成硅酸鹽混凝土。本文主要試驗(yàn)研究3種廢棄水泥基材料的再生,即利用廢棄物中的硅質(zhì)材料和剩余膠凝材料,通過添加堿性激發(fā)劑氫氧化鈣的方法,在水熱(1.5~2.0MPa)作用下形成水化硅酸鈣,從而使廢棄水泥基材料得到利用。1實(shí)驗(yàn)1.1廢棄混凝土c廢棄水泥凈漿:采用水灰比為0.30的42.5級普通水泥凈漿,齡期為180~360d,經(jīng)烘干、磨細(xì)(0.08mm篩篩余為2.0%)后備用。廢棄水泥膠砂:采用m(42.5級普通水泥)∶m(水)∶m(標(biāo)準(zhǔn)砂)=1∶0.5∶3.0的水泥膠砂,齡期為180~360d,經(jīng)烘干、磨細(xì)(0.08mm篩篩余為2.5%)后備用。廢棄混凝土:采用m(42.5級普通水泥)∶m(水)∶m(石英砂)∶m(石英巖碎石)=1∶0.50∶1.88∶2.62的混凝土,齡期為180~360d,經(jīng)烘干、磨細(xì)(0.08mm篩篩余為2.5%)后備用。水泥:市售42.5級普通硅酸鹽水泥,其28d抗折和抗壓強(qiáng)度分別為7.6、48.2MPa,比表面積為346m2/kg。氫氧化鈣:分析純,粉末狀。1.2干表觀密度和吸水率的測定先用球磨機(jī)將實(shí)驗(yàn)所需要的廢棄水泥凈漿、廢棄水泥膠砂和廢棄混凝土等分別球磨90min后備用,將按比例稱好的氫氧化鈣粉末和廢棄水泥基材料充分干混均勻,再將拌合用水(水固比0.3)和上述混合料依次倒入攪拌鍋中,并按水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度攪拌程序充分?jǐn)嚢韬?放入模具(三聯(lián)試模31.6mm×31.6mm×50.0mm)中人工成型。成型后靜停12h,再放入蒸壓釜內(nèi),在設(shè)定的高溫高壓蒸汽(203℃、1.50MPa)中蒸壓養(yǎng)護(hù)12h。完成養(yǎng)護(hù)后,冷卻12h,至室溫后出釜。出釜后稱量m1,由此可計算得到試塊的濕表觀密度ρ0濕。再放入105℃的烘箱中干燥6h,在干燥器中冷卻到室溫后,進(jìn)行稱量m2,由此可以計算得到試塊的干表觀密度ρ0干。再放入養(yǎng)護(hù)室20℃的水中48h后,在飽和面干狀態(tài)下,進(jìn)行稱量m3,由此計算其吸水率。再在自然條件下干燥72h后,進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果精確到0.1MPa。2結(jié)果與討論2.1氫氧化鈣摻量廢棄水泥凈漿試樣的配比見表1,氫氧化鈣摻量對水熱產(chǎn)物表觀密度、吸水率與抗壓強(qiáng)度的影響分別見圖1~圖3。由圖1~圖3可知,在水熱作用下,廢棄水泥凈漿水熱產(chǎn)物的表觀密度基本在1.40g/cm3左右。抗壓強(qiáng)度以氫氧化鈣低摻量時較高,但最高值也僅為14.6MPa;氫氧化鈣摻量增加到5.0%時,抗壓強(qiáng)度降低到10.6MPa;隨氫氧化鈣摻量進(jìn)一步增加至7.5%、10.0%、15.0%,水熱產(chǎn)物試樣抗壓強(qiáng)度依次為9.5、8.9、9.3MPa,基本已不再隨氫氧化鈣摻量的增加而增大。在廢棄水泥凈漿中主要含有大量的水化硅酸鈣、氫氧化鈣和部分未水化水泥核心,幾乎不含游離的二氧化硅或石英等硅質(zhì)材料。因此,在不摻或摻入少量氫氧化鈣時具有較高的強(qiáng)度,這一強(qiáng)度的產(chǎn)生主要?dú)w功于廢棄水泥凈漿中的未水化水泥核心在水熱條件下的繼續(xù)水化。這一水熱過程中生成水化硅酸鈣極少,水熱產(chǎn)物孔隙率較大,從而表觀密度偏小,吸水率普遍較大。根據(jù)廢棄水泥凈漿的化學(xué)成分和礦物組成,應(yīng)當(dāng)摻入適量的硅質(zhì)材料。但由于其剩余膠凝材料有限,其增強(qiáng)效果也很微弱。2.2廢棄水泥凈漿水熱產(chǎn)物表觀密度和抗壓強(qiáng)度廢棄水泥膠砂試樣的配比見表2,氫氧化鈣摻量對水熱產(chǎn)物表觀密度、吸水率與抗壓強(qiáng)度的影響分別見圖4~圖6。由圖4~圖6可知,廢棄水泥膠砂水熱產(chǎn)物的表觀密度高于廢棄水泥凈漿水熱產(chǎn)物,基本為1.50g/cm3左右,以氫氧化鈣摻量為15%時最高,干表觀密度為1.59g/cm3?？箟簭?qiáng)度在氫氧化鈣摻量為15%時最高達(dá)39.6MPa,也是同系列的最高值。當(dāng)氫氧化鈣摻量繼續(xù)增加時,抗壓強(qiáng)度反而明顯下降。廢棄水泥膠砂中的石英砂與外摻的氫氧化鈣可在水熱作用下生成水化硅酸鈣,可以認(rèn)為在氫氧化鈣摻量約為15%時,廢棄水泥膠砂中的硅質(zhì)材料已充分參與了水熱條件下與氫氧化鈣的反應(yīng)。2.3廢棄混凝土水熱產(chǎn)物的干表觀密度廢棄混凝土試樣的配比見表3,氫氧化鈣摻量對水熱產(chǎn)物表觀密度、吸水率與抗壓強(qiáng)度的影響分別見圖7~圖9。由圖7~圖9可知,氫氧化鈣摻量為0、5%、10%、15%、20%、25%時,廢棄混凝土水熱產(chǎn)物的干表觀密分別為1.47、1.52、1.55、1.41、1.39、1.37g/cm3,當(dāng)氫氧化鈣摻量為10%時,表觀密度達(dá)到最大值1.55g/cm3,同時抗壓強(qiáng)度也為同系列的最大值46.4MPa。氫氧化鈣摻量超過10%后,隨摻量增加,抗壓強(qiáng)度逐漸下降,說明一味地增加氫氧化鈣摻量并不能達(dá)到最好效果。3在廢棄混凝土中(1)在廢棄水泥凈漿中,由于剩余膠凝材料的再水化,使其產(chǎn)生強(qiáng)度,但隨氫氧化鈣摻量的增加其抗壓強(qiáng)度增加不明顯,甚至降低。(2)在廢棄水泥膠砂中,由于骨料中硅質(zhì)材料的存