劉杰

隨著建筑業(yè)向環(huán)保發(fā)展的轉(zhuǎn)變以及環(huán)保混凝土配料廠的日益普及，綠色混凝土已成為市場(chǎng)的主流，環(huán)境保護(hù)為混凝土產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了新的機(jī)遇。傳統(tǒng)的混凝土配料廠在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的混凝土廢物，這些廢物經(jīng)常堆積并占用大面積的土地資源，嚴(yán)重的污染已成為攪拌站的主要問(wèn)題。廢渣可充分有效地回收利用，既可節(jié)約混凝土生產(chǎn)成本，又可消除攪拌站固體廢棄物對(duì)攪拌環(huán)境的污染。高性能綠色混凝土的使用，使復(fù)合摻合料替代傳統(tǒng)混凝土和工業(yè)固體廢物中的某些水泥，這降低了混凝土成本，提高了混凝土的耐久性。傳統(tǒng)的混凝土礦物混合料包括礦渣粉、硅灰和石膏，這些都是對(duì)資源的浪費(fèi)。在混凝土上使用固體廢物的復(fù)合混合物大大提高了混凝土的適用性，含有固體廢棄物的攪拌站可以對(duì)混凝土材料產(chǎn)生多組分進(jìn)行混合。本文的主要內(nèi)容是探討如何對(duì)混合固體廢棄物攪拌站進(jìn)行控制，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討最佳混合比，除了混合物的使用對(duì)混合物工作性能的影響外，混凝土的力學(xué)性能和耐久性還可以有效地控制固體廢棄物在混凝土生產(chǎn)和施工中的使用，并充分利用固體廢物混合物的優(yōu)勢(shì)。

1.固廢復(fù)合摻合料在混凝土中的應(yīng)用背景

1.1 混凝土的具體發(fā)展

混凝土是工程中最重要的材料，自從引入水泥并隨后進(jìn)行混凝土和鋼材混合以來(lái)，已有100 多年的歷史。攪拌混凝土改變了建筑工程的生產(chǎn)方式，世界上第一座混凝土廠建于1903 年的德國(guó)，建成之后迅速得到世界各國(guó)的高度贊賞。在20 世紀(jì)80 年代初期，預(yù)拌混凝土的裝運(yùn)量占發(fā)達(dá)國(guó)家所有混凝土的60%～80%，我國(guó)的混凝土攪拌站于20 世紀(jì)80 年代初在上海和常州建成。在過(guò)去的20 年中，由于建筑范圍的不斷擴(kuò)大，特別是東南沿海城市的快速發(fā)展，各級(jí)建筑管理部門采取了許多支持措施，城市工業(yè)混凝土的年產(chǎn)量為15%，上海、北京、廣州、大連等地的混凝土消費(fèi)量已達(dá)到60%以上，混凝土消費(fèi)總量已接近國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)水平。近年來(lái)商品混凝土的使用量逐年大幅度增加，從全國(guó)的落后水平提高到77467萬(wàn)m3，已達(dá)到全國(guó)先進(jìn)水平，行業(yè)整體發(fā)展良好。

1.2 摻合料在混凝土中的應(yīng)用情況

隨著混凝土摻合料技術(shù)的發(fā)展，摻合料在混凝土中的應(yīng)用發(fā)展迅速，特別在高性能混凝土的研究和應(yīng)用方面。但從摻合料使用的歷史來(lái)看，摻合料的使用在不同的時(shí)間段是不同的。從20 世紀(jì)50 年代到80 年代，我國(guó)的水泥產(chǎn)量低，品種相對(duì)單一，人們通常使用一定量的摻合料代替水泥來(lái)混合混凝土材料。在70 年代和80 年代，隨著人們對(duì)固廢復(fù)合摻合料的認(rèn)識(shí)增加，一些固廢復(fù)合摻合料被添加到散裝混凝土中，從而降低了混凝土的水化熱并降低了用于水利工程和大型建筑的基礎(chǔ)材料的開(kāi)裂溫度。至今，人們對(duì)固廢復(fù)合摻合料的認(rèn)識(shí)發(fā)生了很大變化，它們不再作為一些工業(yè)廢混凝劑使用，而是作為混凝劑的基本改性材料。因此，來(lái)自固體復(fù)合材料混合物的應(yīng)用技術(shù)也得到了極大地改善。然而，由于科研和管理水平的不同，不同地區(qū)和部門在實(shí)際項(xiàng)目中使用礦物摻合料的情況并不常見(jiàn)。例如，在北京、上海等科研能力和管理水平較高的地區(qū)開(kāi)始使用礦物混合料時(shí)，許多國(guó)家對(duì)礦物混合物的使用才剛剛開(kāi)始。同時(shí)，對(duì)礦物添加劑的生產(chǎn)和使用缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和管理制度，礦物摻合料的生產(chǎn)和供應(yīng)存在諸多問(wèn)題，是制約摻合料使用和推廣的主要障礙[1]。

2.混凝土摻合料的作用機(jī)理

當(dāng)前主要通過(guò)物理和化學(xué)作用來(lái)改善混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

（1）活性粉煤灰的化學(xué)作用與其活性成分有關(guān)。粉煤灰的活性提取取決于石灰的活性，即取決于化學(xué)活性二氧化硅，氧化鋁和粉煤灰的反應(yīng)產(chǎn)物，例如水合硅酸鈣和水合鋁酸鈣，類似于水泥水合的產(chǎn)物，以及一些水化合物，可用作膠凝材料的一部分以增加效果。粉煤灰是水泥水合沉淀的產(chǎn)物，在初始階段（即二次水合反應(yīng)），氫氧化鈣被吸附在飛灰顆粒的表面上。

（2）粉煤灰的形態(tài)學(xué)效應(yīng)是指粉煤灰對(duì)粉煤灰顆粒物理性能的影響，例如內(nèi)部結(jié)構(gòu)，表面性能和粒度分布。由高溫燃燒形成的顆粒主要是玻璃珠，它們是由二氧化硅-氧化鋁玻璃制成的具有近似光滑外觀的準(zhǔn)球形顆粒。由于球形顆粒的表面是光滑的，所以在攪拌混凝土后，它們可以起到球潤(rùn)滑的作用，而不會(huì)增加或減少混凝土拌合料的耗水量，從而可以減少水量。當(dāng)粗粒、多孔和不規(guī)則顆粒利用物理效應(yīng)時(shí)，它們不僅失去混凝土的均勻性，而且破壞了混凝土的原始結(jié)構(gòu)和性能。

（3）粉煤灰的微焦效應(yīng)是指粉煤灰的細(xì)顆粒均勻分布在水泥流中，填充孔隙，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)度。微集合體的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①玻璃珠強(qiáng)度高。②微聚集效應(yīng)自然提高了硬化漿體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，粉煤灰與水泥漿體界面形成的凝膠的微波硬度大于水泥凝膠。③粉煤灰顆粒比水泥漿的分散形式更好，對(duì)填充和細(xì)化混凝土孔和細(xì)孔具有積極作用。在某些情況下，混凝土的某些性能可能占主導(dǎo)地位[2]。

3.攪拌站固廢復(fù)合摻合料

在攪拌設(shè)備過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢物，例如沉淀和污泥?；炷翑嚢柙O(shè)備中的廢渣、廢混凝土和混凝土碎片通常很難處理，工業(yè)和固體廢物水泥基復(fù)合材料在混凝土中只能通過(guò)水化反應(yīng)形成部分水泥硬化產(chǎn)物，但是水泥的產(chǎn)狀只能在初始階段用大量的非水化顆粒填充，主要是由于粉體的粒徑分布不合適，凝膠結(jié)構(gòu)中存在大量的非水化顆粒。攪拌站的固體廢物大部分是部分氫化水泥，設(shè)備將固體粉末混合到適當(dāng)?shù)牧６?，以形成具有固體粒徑的固體廢物粉。研磨后的固體廢舊復(fù)合粉體在早期具有成核作用，可以促進(jìn)水泥的水合作用，促使混凝土獲得較高的早期強(qiáng)度。在水合反應(yīng)的后期，磨碎的固體巖石復(fù)合粉末具有一定的水合活性，可以進(jìn)一步水合，以確保后期的混凝土具有較高的強(qiáng)度。通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)研究，筆者所在的公司建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的固體廢物混合石膏混合料的混合裝置，具有不同比表面積的礦渣和粉煤灰的混合裝置，以及固體廢物混合料的生產(chǎn)技術(shù)[3]。

4.固廢復(fù)合摻合料對(duì)工作性能的影響

保持水泥、砂骨料、水、外加劑用量不變，試驗(yàn)中采用固體廢棄物摻合料代替粉煤灰混凝土的流動(dòng)性和不同含量的固廢復(fù)合摻合料，分析固廢復(fù)合摻合料的合理?yè)胶媳壤?。隨著固體廢棄物含量的增加，初始膨脹率明顯增加，表明固體廢棄物含量對(duì)混凝土流動(dòng)性影響較大，混凝土含量相對(duì)較好。這是因?yàn)榛炷梁退嗷抑泄腆w廢物摻合料的用量小于水，相當(dāng)于拌和用水量的增加，混凝土流動(dòng)性好，與固體廢棄物復(fù)合粉體細(xì)度高，在加入塑化劑的機(jī)械攪拌和分散在水泥顆粒的共同作用下，改善了顆粒的狀態(tài)，改變了混凝土性能。然而，適量的固體混合物并不都是好的，當(dāng)用量增加到一定量時(shí)，混凝土的流動(dòng)性都在下降，這是因?yàn)楣腆w廢物過(guò)多導(dǎo)致復(fù)合粉體早期水化較少，影響混凝土的性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，用固體廢棄物混合物代替水泥顆粒，可以提高混凝土的流動(dòng)性[4]。

5.固廢復(fù)合摻合料對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

固體混合料能否安全地應(yīng)用于成品混凝土中，其對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響尚需試驗(yàn)研究，C60 試驗(yàn)用于確定整個(gè)攪拌站的攪拌部分，固體廢棄物混合物對(duì)不同強(qiáng)度的緊湊地板力學(xué)性能的影響，當(dāng)然也會(huì)影響到具體的混合部位。試驗(yàn)了不同固含量的固灰分對(duì)混凝土的穩(wěn)定流動(dòng)性和抗壓性能的影響，當(dāng)固灰分含量為0.6 時(shí)，同一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的流動(dòng)性沒(méi)有明顯提高，混凝土的抗壓性能也有一定程度的提高。其原因是利用地面固體廢棄物攪拌混凝土?xí)r，可以優(yōu)化混合粉體和膠體顆粒的粒徑分布，采用填充密度的攪拌體系可以提高密實(shí)度，縮小空隙，從而改善硬化混凝土的孔結(jié)構(gòu)。因此，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為致密，相應(yīng)的流動(dòng)性和力學(xué)性能也更強(qiáng)。

6.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)和生產(chǎn)結(jié)果分析，攪拌站復(fù)合粉磨產(chǎn)生的廢料和工業(yè)廢料可用于大體積混凝土和水下混凝土，可提高工業(yè)廢礦礦渣復(fù)合摻合料的含量。復(fù)合外摻合料由固體廢物攪拌站經(jīng)超細(xì)粉碎而成，摻入混凝劑，不僅可以提高混凝劑的加工性能，而且能提高混凝土的密實(shí)度，還可以提高混凝劑的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性。同時(shí)，可減少固體廢物拌和站，回收利用，無(wú)害化處理，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)的目的。