回收廢棄混凝土骨料硫酸處理與粉煤灰的性能及可行性研究

王正一 吳真鐘 劉浩薔 蘇子章 冉光花

（西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730000）

0 前言

近些年來(lái)我國(guó)每年因新建、換修和報(bào)廢等產(chǎn)生的建筑垃圾已經(jīng)達(dá)到上億噸，其中廢棄混凝土骨料占建筑垃圾的比重相對(duì)較大。廢棄建筑垃圾堆放面積需求很大，處理方式比較單一，代價(jià)較大，費(fèi)用也十分昂貴。

歐美、日本等部分國(guó)家的建筑垃圾資源化利用已達(dá)到較高水平，我國(guó)建筑垃圾資源化利用意識(shí)薄弱，利用率不足 10%。隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，回收并利用廢棄混凝土已經(jīng)刻不容緩，以求達(dá)到資源合理化利用、合理化分配。

該研究正是針對(duì)這一問(wèn)題提出一個(gè)相對(duì)較科學(xué)合理的解決方案，回收廢棄混凝土骨料經(jīng)濃硫酸處理制備礦物添加劑混凝土。將廢棄混凝土骨料篩分出粒徑在 4.75mm—20mm的顆粒，用濃度為1mol/L的濃硫酸完全浸泡不同時(shí)間，在相對(duì)濕度90%，溫度20℃左右環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天，之后研究其性能和細(xì)微結(jié)構(gòu)并分析可行性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

（1）普通硅酸鹽水泥：由硅酸鹽水泥熟料，5%—20%的混合材料及適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，強(qiáng)度為42.5MPa。

（2）廢棄混凝土骨料：混凝土骨料來(lái)源于C30強(qiáng)度的廢棄混凝土梁，先后經(jīng)過(guò)人工、機(jī)器破碎，之后進(jìn)行篩分4.75mm—20mm的骨料顆粒以作骨料原材料。

（3）砂：河砂，細(xì)度模數(shù)介于2.2—3.1之間的中砂。

（4）Ⅱ級(jí)粉煤灰：燒失量<8%，SO3含量<3%。

（5）水：未經(jīng)處理的自來(lái)水，PH=7.2左右的水。

（6）濃硫酸：濃度為1mol/L的濃硫酸。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）廢棄混凝土骨料處理

以強(qiáng)度為30MPa廢棄混凝土梁為原料，先由人工破碎，后經(jīng)破碎機(jī)破碎。篩分并保留所需粒徑大小的骨料，均分為A、B、C三組，用濃度為1mol/L的濃硫酸浸泡3d、7d和14d。

（2）再生粉煤灰添加劑混凝土的制備

按照標(biāo)準(zhǔn)C30強(qiáng)度的混凝土的配合比經(jīng)行制備，加入適量粉煤灰，將制好的混凝土編號(hào)，放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室24h，脫模后在相對(duì)濕度90%，溫度20℃左右環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表1 不同浸泡天數(shù)混凝土28d抗壓抗折強(qiáng)度表

表1是廢棄混凝土骨料濃硫酸處理不同天數(shù)后28d抗壓抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表，圖1是電鏡下的表觀結(jié)構(gòu)圖，對(duì)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行原因分析，原因如下：

1、再生骨料孔孔隙率較大，在單軸抗壓和抗折時(shí)容易形成應(yīng)力集中現(xiàn)象；2、由于再生骨料與新舊砂漿之間存在較為薄弱的粘結(jié)區(qū)域；3、再生骨料的強(qiáng)度本身較天然骨料低。4、粉煤灰的摻入，提高了再生混凝土的強(qiáng)度，摻入骨料中的效果明顯。在水膠比0.46的試驗(yàn)中，摻入粉煤灰再生混凝土立方體強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度加均提高了 6%。5、骨料和膠凝材料接觸處的孔洞數(shù)目較多，裂縫逐漸形成和發(fā)展。正常情況下骨料與漿體界面粘結(jié)得較好，表面密實(shí)、完整，僅有毛細(xì)管孔和少量的毛細(xì)裂縫存在，見(jiàn)圖1。6、在養(yǎng)護(hù)28d后骨料與膠凝材料接觸面區(qū)由于水化作用和礦物的脫水，致使?jié){體收縮產(chǎn)生許多大小不一的孔洞，導(dǎo)致骨料與膠凝材料接觸面粘結(jié)比較薄弱,7、由于骨料的膨脹和漿體的收縮,在膠凝材料接觸面區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力,使骨料與膠凝材料接觸面區(qū)產(chǎn)生裂縫。8、抗壓與抗折實(shí)驗(yàn)時(shí)，收到外力作用的骨料與膠凝材料接觸面粘結(jié)進(jìn)一步弱化，骨料與漿體間的裂縫迅速擴(kuò)展,骨料破壞比較嚴(yán)重，抗壓與抗折性能下降。

圖1 B組電鏡500倍下的表觀結(jié)構(gòu)

3 可行性分析

該實(shí)驗(yàn)制備的混凝土強(qiáng)度較標(biāo)準(zhǔn)混凝土地，適用性較廣，可用于力學(xué)強(qiáng)度較低的環(huán)境，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)資源的可回收利用，提高資源化利用率，為我國(guó)大量建筑垃圾分擔(dān)壓力，該項(xiàng)目具有一定的可行性。

4 結(jié)論

廢棄混凝土回收制備再生混凝土有著較好的前景和優(yōu)勢(shì)，但是在其力學(xué)性能方面，仍然還存在著一些缺陷。再生混凝土對(duì)實(shí)現(xiàn)混凝土的循環(huán)利用和保護(hù)環(huán)境有著非常重要的意義。再生混凝土的強(qiáng)度有所下降，粘結(jié)作用較低，強(qiáng)度較標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度下降了7—8MPa，但也有其自身的優(yōu)勢(shì)，該方面的研究將會(huì)大力進(jìn)行。

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