废弃混凝土破碎细颗粒在加气混凝土中的应用研究

 单玉川1，  章雪峰1，  刘周洲2，  温兴水2，  孔德玉3

 （1浙江工业大学工程设计集团有限公司，杭州310014；2杭州市交通运输发展服务中心，杭州310014；3浙江工业大学建筑工程学院，杭州310014）

[摘要]  采用废弃混凝土破碎细颗粒取代部分石英砂，用于生产加气混凝土。研究了破碎细颗粒掺量对加气混凝土料浆稠度和蒸压养护后的加气混凝土抗压强度和干密度的影响。结果表明，破碎细颗粒掺量低于10%时，有助于提高料浆的流动性，但随着掺量的继续增大，料浆流动性迅速下降；在浆料扩展度相近的条件下，随破碎细颗粒掺量的增大，需水量增大，对减小加气混凝土的干密度有利，但蒸压养护后，加气混凝土的抗压强度呈先增大后减小趋势。

  [关键词]  废弃混凝土；破碎细颗粒；加气混凝土

  中图分类号：TU528  文章编号：1002-848X( 2016) 06-0091-04

0  引言

 对于建筑废弃物中含有的废弃混凝土等块体材料，国内外普遍将其破碎后作为再生骨料使用。然而，在粒径小于5mm的再生细骨料中，粒径大于2.5 mm的颗粒通常高达50%以上，在进行再生细骨料再利用时，这部分颗粒对新拌和硬化混凝土或砂浆性能的影响与再生粗骨料类似，而粒径小于2.5 mm的颗粒部分，由于存在大量水泥石粉末，用于取代天然细骨料时，不仅导致混凝土或砂浆拌合物需水量急剧增大，且严重影响硬化混凝土或砂浆力学性能。因此，目前国内外对废弃混凝土破碎细颗粒尚未较好地再生利用。

 考虑到废弃混凝土破碎细颗粒中存在较多石英砂组分以及部分氢氧化钙等水化产物，其中石英砂为加气混凝土的主要原材料，而氢氧化钙可提高加气混凝土料浆中的碱含量，同时破碎细颗粒中含有的水化硅酸钙凝胶在湿法球磨后可形成水化硅酸钙纳米粒子，纳米粒子可作为水泥水化和蒸压过程中水化产物的晶核，有助于提高加气混凝土抗压强度。因此，本文采用破碎混凝土细颗粒取代石英砂原材料，用于生产加气混凝土，研究破碎细颗粒取代率对加气混凝土性能的影响。

1  原材料与试验方法

1.1试验原材料

 采用实验室科研后废弃的原始强度等级为C30-C50的废弃混凝土，先经鄂式破碎机破碎，再筛分成粒径在2. 36mm以上的再生粗骨料和在粒径2. 36mm以下的再生细颗粒，得到的再生粗骨料另作他用，再生细颗粒用于取代石英砂。废弃混凝土破碎细颗粒的化学组成见表1。制备加气混凝土的所用水泥为P．O42.5#水泥，其基本物理力学性能见表2。采用普通黄砂作为制备加气混凝土的主要原材料，所用石膏粉为脱硫石膏。

1.2工艺流程

 采用废弃混凝土破碎细颗粒取代石英砂制备加气混凝土的工艺流程见图1。

1.3试验方法

 加气混凝土设计抗压强度和干密度等级分别为A2.5和B05。首先按表3中掺量比例将废弃混凝土破碎细颗粒、石英砂和水（表3中“+”号前面的用水量）加入振动球磨机，球磨2h。然后在球磨得到的浆料中按表3中掺量比例加入水泥、生石灰粉、石膏粉、温度约为60℃的水（表3中“+”号后面的用水量），搅拌1min后，按表3中掺量比例加入铝粉和稳泡剂溶液，继续搅拌0.5 min，得到加气混凝土浆料。再将得到的加气混凝土浆料加入ɸ50×50圆模中，表面刮平后，将圆模垂直向上提起，浆料扩展开来；采用钢尺测垂直水平两个方向的扩展度（图2），取平均值，得到浆料的扩展度，以浆料扩展度表征浆料稠度。同时将得到的浆料浇注入模，模具尺寸为70. 7mm×70. 7mm×70. 7mm，然后置于温度为60℃条件下静养发气4. 5h，将面包头切割平整、拆模后，将加气混凝土样品置于蒸压釜中，在1. 5MPa下蒸压养护10h，冷却出釜后，烘干加气混凝土试件，测其干密度和抗压强度。

2  结果分析与讨论

2.1废弃混凝土细颗粒物相组成分析

 图3为将废弃混凝土细颗粒球磨0. 5h后，采用X射线衍射分析得到的XRD图谱，由图3可见，废弃混凝土破碎细颗粒的最主要组成成分为d型石英（a-SiO2），另含有少量氢氧化钙(CH)，其他衍射峰所对应的成分为废弃混凝土细颗粒中含有的由于破碎而存在的粗骨料成分。此外废弃混凝土破碎细颗粒中还含有少量水泥水化产物水化硅酸钙( C-S-H)凝胶纳米粒子。由此可见，废弃混凝土破碎细颗粒可用于取代生产加气混凝土的原材料（石英砂），其中含有的少量CH可使加气混凝土料浆中碱含量增加，含有的C-S-H凝胶纳米粒子则可发挥晶核作用，有助于提高加气混凝土抗压强度。

2.2破碎细颗粒掺量对加气混凝土性能的影响

 图4为在用水量相同条件下，破碎细颗粒掺量对加气混凝土料浆扩展度的影响，由图4可见，用水量相同条件下，随破碎细颗粒掺量增加，加气混凝土料浆的流动性呈先微弱增大后明显下降的趋势。当破碎细颗粒掺量为5%和10%时，料浆流动性反而有所增大，这可能是由于在湿法球磨时，破碎细颗粒中的纳米水化硅酸钙凝胶粒子极易被磨细，这部分微细纳米粒子发挥了填充效应所致。然而，随破碎细颗粒掺量的进一步增大，浆料扩展度急剧下降，这可能是由于其中纳米水化硅酸钙凝胶粒子具有很大的比表面积所致。

 图5为在用水量相同条件下，破碎细颗粒掺量对加气混凝土抗压强度f e和干密度的影响。结合表3和图5可见，在用水量相同情况下，随着破碎细颗粒掺量增大至20%时，料浆扩展度开始下降，此时，由于料浆黏度较大，静停发气时，浆料的膨胀较小，因此，得到的加气混凝土干密度急剧增大，但相应抗压强度也有所增大。根据《蒸压加气混凝土砌块》( GB 11968-2006)可以看出，当破碎细颗粒掺量超过20%时，虽然其抗压强度可达到A2.5要求，但其干密度却远超过B05级要求。

 表4为控制料浆扩展度约为180—185mm时，破碎细颗粒掺量对加气混凝土抗压强度和干密度的影响。由表4可见，破碎细颗粒掺量为20%~40%时，需适当提高浆料用水量，才能保证浆料与未掺破碎细颗粒时的料浆具有相同的扩展度。同时，由表4可见，浆料扩展度相近条件下，随破碎细颗粒掺量增大，其需水量增大，对减小加气混凝土干密度有利，但蒸压养护后，加气混凝土抗压强度却呈先增大后减小趋势，其原因可能与破碎细颗粒中含有C-S-H凝胶纳米粒子有关。

 水泥水化、硬化速度及其微观结构形成取决于水化产物形成的初始过程。对于水泥的早期水化，“晶核形成延缓理论”认为其诱导期是由Ca( OH)2或C-S-H凝胶纳米粒子的晶核形成和生长来控制。通过加入晶核，可以提供巨大的成核表面积，降低成核所需跨越的势垒，且由于晶核的结构与产物相近，使晶格更加容易形成，成核密度增大很大。因此，掺加破碎细颗粒后，类似于在加气混凝土料浆中掺人部分C-S-H凝胶纳米粒子晶核，影响了晶体的大小及分布形态，因而影响了加气混凝土的抗压强度。

 然而，当破碎细颗粒掺量过大时，其中的非活性物质增多，需水量有所增大，这将导致加气混凝土抗压强度有所下降，其对抗压强度的副作用可能会抵消甚至超过由于C-S-H凝胶纳米粒子晶核效应引起加气混凝土抗压强度增大的正效应，因此，当废弃混凝土破碎细颗粒取代率为40%时，与未掺加破碎细颗粒相比，加气混凝土抗压强度有所下降，但最终得到的加气混凝土强度和干密度仍能满足A2.5，B05性能指标要求。

3  结论

 (1)废弃混凝土破碎细颗粒以石英砂为主，同时还含有少量氢氧化钙，理论上可采用破碎细颗粒取代生产加气混凝土的部分原材料（石英砂）。

 (2)破碎细颗粒掺量低于10%时，掺加破碎细颗粒有助于提高料浆的流动性，但随掺量继续增大，料浆流动性迅速下降，其原因可能与磨细细颗粒中的C-S-H凝胶纳米粒子一方面具有填充作用，另一方面又具有很高比表面积有关。

 (3)在用水量相同条件下，破碎细颗粒掺量在10%以下时，料浆发气正常，可制备得到强度等级为A2.5、干密度等级为B05的加气混凝土，但随掺量增大，料浆稠度增大，浆料发气难度加大，虽然制备得到的加气混凝土抗压强度增大，但干密度也急剧增大。

 (4)在浆料扩展度相近条件下，随破碎细颗粒掺量增大，需水量增大，这对减小加气混凝土干密度有利，但蒸压养护后，加气混凝土抗压强度却呈先增大后减小趋势，其原因可能与破碎细颗粒中含有C -S-H凝胶纳米粒子有关。废弃混凝土破碎细颗粒掺量为20%时，与未掺破碎细颗粒时相比，相同配比下的加气混凝土抗压强度约提高8%~10%。