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 單玉川1，  章雪峰1，  劉周洲2，  溫興水2，  孔德玉3

 （1浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，杭州310014；2杭州市交通運(yùn)輸發(fā)展服務(wù)中心，杭州310014；3浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，杭州310014）

[摘要]  采用廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒取代部分石英砂，用于生產(chǎn)加氣混凝土。研究了破碎細(xì)顆粒摻量對(duì)加氣混凝土料漿稠度和蒸壓養(yǎng)護(hù)后的加氣混凝土抗壓強(qiáng)度和干密度的影響。結(jié)果表明，破碎細(xì)顆粒摻量低于10%時(shí)，有助于提高料漿的流動(dòng)性，但隨著摻量的繼續(xù)增大，料漿流動(dòng)性迅速下降；在漿料擴(kuò)展度相近的條件下，隨破碎細(xì)顆粒摻量的增大，需水量增大，對(duì)減小加氣混凝土的干密度有利，但蒸壓養(yǎng)護(hù)后，加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度呈先增大后減小趨勢(shì)。

  [關(guān)鍵詞]  廢棄混凝土；破碎細(xì)顆粒；加氣混凝土

  中圖分類(lèi)號(hào)：TU528  文章編號(hào)：1002-848X( 2016) 06-0091-04

0  引言

 對(duì)于建筑廢棄物中含有的廢棄混凝土等塊體材料，國(guó)內(nèi)外普遍將其破碎后作為再生骨料使用。然而，在粒徑小于5mm的再生細(xì)骨料中，粒徑大于2.5 mm的顆粒通常高達(dá)50%以上，在進(jìn)行再生細(xì)骨料再利用時(shí)，這部分顆粒對(duì)新拌和硬化混凝土或砂漿性能的影響與再生粗骨料類(lèi)似，而粒徑小于2.5 mm的顆粒部分，由于存在大量水泥石粉末，用于取代天然細(xì)骨料時(shí)，不僅導(dǎo)致混凝土或砂漿拌合物需水量急劇增大，且嚴(yán)重影響硬化混凝土或砂漿力學(xué)性能。因此，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒尚未較好地再生利用。

 考慮到廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒中存在較多石英砂組分以及部分氫氧化鈣等水化產(chǎn)物，其中石英砂為加氣混凝土的主要原材料，而氫氧化鈣可提高加氣混凝土料漿中的堿含量，同時(shí)破碎細(xì)顆粒中含有的水化硅酸鈣凝膠在濕法球磨后可形成水化硅酸鈣納米粒子，納米粒子可作為水泥水化和蒸壓過(guò)程中水化產(chǎn)物的晶核，有助于提高加氣混凝土抗壓強(qiáng)度。因此，本文采用破碎混凝土細(xì)顆粒取代石英砂原材料，用于生產(chǎn)加氣混凝土，研究破碎細(xì)顆粒取代率對(duì)加氣混凝土性能的影響。

1  原材料與試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)原材料

 采用實(shí)驗(yàn)室科研后廢棄的原始強(qiáng)度等級(jí)為C30-C50的廢棄混凝土，先經(jīng)鄂式破碎機(jī)破碎，再篩分成粒徑在2. 36mm以上的再生粗骨料和在粒徑2. 36mm以下的再生細(xì)顆粒，得到的再生粗骨料另作他用，再生細(xì)顆粒用于取代石英砂。廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒的化學(xué)組成見(jiàn)表1。制備加氣混凝土的所用水泥為P．O42.5#水泥，其基本物理力學(xué)性能見(jiàn)表2。采用普通黃砂作為制備加氣混凝土的主要原材料，所用石膏粉為脫硫石膏。

1.2工藝流程

 采用廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒取代石英砂制備加氣混凝土的工藝流程見(jiàn)圖1。

1.3試驗(yàn)方法

 加氣混凝土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度和干密度等級(jí)分別為A2.5和B05。首先按表3中摻量比例將廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒、石英砂和水（表3中“+”號(hào)前面的用水量）加入振動(dòng)球磨機(jī)，球磨2h。然后在球磨得到的漿料中按表3中摻量比例加入水泥、生石灰粉、石膏粉、溫度約為60℃的水（表3中“+”號(hào)后面的用水量），攪拌1min后，按表3中摻量比例加入鋁粉和穩(wěn)泡劑溶液，繼續(xù)攪拌0.5 min，得到加氣混凝土漿料。再將得到的加氣混凝土漿料加入ɸ50×50圓模中，表面刮平后，將圓模垂直向上提起，漿料擴(kuò)展開(kāi)來(lái)；采用鋼尺測(cè)垂直水平兩個(gè)方向的擴(kuò)展度（圖2），取平均值，得到漿料的擴(kuò)展度，以漿料擴(kuò)展度表征漿料稠度。同時(shí)將得到的漿料澆注入模，模具尺寸為70. 7mm×70. 7mm×70. 7mm，然后置于溫度為60℃條件下靜養(yǎng)發(fā)氣4. 5h，將面包頭切割平整、拆模后，將加氣混凝土樣品置于蒸壓釜中，在1. 5MPa下蒸壓養(yǎng)護(hù)10h，冷卻出釜后，烘干加氣混凝土試件，測(cè)其干密度和抗壓強(qiáng)度。

2  結(jié)果分析與討論

2.1廢棄混凝土細(xì)顆粒物相組成分析

 圖3為將廢棄混凝土細(xì)顆粒球磨0. 5h后，采用X射線衍射分析得到的XRD圖譜，由圖3可見(jiàn)，廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒的最主要組成成分為d型石英（a-SiO2），另含有少量氫氧化鈣(CH)，其他衍射峰所對(duì)應(yīng)的成分為廢棄混凝土細(xì)顆粒中含有的由于破碎而存在的粗骨料成分。此外廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒中還含有少量水泥水化產(chǎn)物水化硅酸鈣( C-S-H)凝膠納米粒子。由此可見(jiàn)，廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒可用于取代生產(chǎn)加氣混凝土的原材料（石英砂），其中含有的少量CH可使加氣混凝土料漿中堿含量增加，含有的C-S-H凝膠納米粒子則可發(fā)揮晶核作用，有助于提高加氣混凝土抗壓強(qiáng)度。

2.2破碎細(xì)顆粒摻量對(duì)加氣混凝土性能的影響

 圖4為在用水量相同條件下，破碎細(xì)顆粒摻量對(duì)加氣混凝土料漿擴(kuò)展度的影響，由圖4可見(jiàn)，用水量相同條件下，隨破碎細(xì)顆粒摻量增加，加氣混凝土料漿的流動(dòng)性呈先微弱增大后明顯下降的趨勢(shì)。當(dāng)破碎細(xì)顆粒摻量為5%和10%時(shí)，料漿流動(dòng)性反而有所增大，這可能是由于在濕法球磨時(shí)，破碎細(xì)顆粒中的納米水化硅酸鈣凝膠粒子極易被磨細(xì)，這部分微細(xì)納米粒子發(fā)揮了填充效應(yīng)所致。然而，隨破碎細(xì)顆粒摻量的進(jìn)一步增大，漿料擴(kuò)展度急劇下降，這可能是由于其中納米水化硅酸鈣凝膠粒子具有很大的比表面積所致。

 圖5為在用水量相同條件下，破碎細(xì)顆粒摻量對(duì)加氣混凝土抗壓強(qiáng)度f(wàn) e和干密度的影響。結(jié)合表3和圖5可見(jiàn)，在用水量相同情況下，隨著破碎細(xì)顆粒摻量增大至20%時(shí)，料漿擴(kuò)展度開(kāi)始下降，此時(shí)，由于料漿黏度較大，靜停發(fā)氣時(shí)，漿料的膨脹較小，因此，得到的加氣混凝土干密度急劇增大，但相應(yīng)抗壓強(qiáng)度也有所增大。根據(jù)《蒸壓加氣混凝土砌塊》( GB 11968-2006)可以看出，當(dāng)破碎細(xì)顆粒摻量超過(guò)20%時(shí)，雖然其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到A2.5要求，但其干密度卻遠(yuǎn)超過(guò)B05級(jí)要求。

 表4為控制料漿擴(kuò)展度約為180—185mm時(shí)，破碎細(xì)顆粒摻量對(duì)加氣混凝土抗壓強(qiáng)度和干密度的影響。由表4可見(jiàn)，破碎細(xì)顆粒摻量為20%~40%時(shí)，需適當(dāng)提高漿料用水量，才能保證漿料與未摻破碎細(xì)顆粒時(shí)的料漿具有相同的擴(kuò)展度。同時(shí)，由表4可見(jiàn)，漿料擴(kuò)展度相近條件下，隨破碎細(xì)顆粒摻量增大，其需水量增大，對(duì)減小加氣混凝土干密度有利，但蒸壓養(yǎng)護(hù)后，加氣混凝土抗壓強(qiáng)度卻呈先增大后減小趨勢(shì)，其原因可能與破碎細(xì)顆粒中含有C-S-H凝膠納米粒子有關(guān)。

 水泥水化、硬化速度及其微觀結(jié)構(gòu)形成取決于水化產(chǎn)物形成的初始過(guò)程。對(duì)于水泥的早期水化，“晶核形成延緩理論”認(rèn)為其誘導(dǎo)期是由Ca( OH)2或C-S-H凝膠納米粒子的晶核形成和生長(zhǎng)來(lái)控制。通過(guò)加入晶核，可以提供巨大的成核表面積，降低成核所需跨越的勢(shì)壘，且由于晶核的結(jié)構(gòu)與產(chǎn)物相近，使晶格更加容易形成，成核密度增大很大。因此，摻加破碎細(xì)顆粒后，類(lèi)似于在加氣混凝土料漿中摻人部分C-S-H凝膠納米粒子晶核，影響了晶體的大小及分布形態(tài)，因而影響了加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度。

 然而，當(dāng)破碎細(xì)顆粒摻量過(guò)大時(shí)，其中的非活性物質(zhì)增多，需水量有所增大，這將導(dǎo)致加氣混凝土抗壓強(qiáng)度有所下降，其對(duì)抗壓強(qiáng)度的副作用可能會(huì)抵消甚至超過(guò)由于C-S-H凝膠納米粒子晶核效應(yīng)引起加氣混凝土抗壓強(qiáng)度增大的正效應(yīng)，因此，當(dāng)廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒取代率為40%時(shí)，與未摻加破碎細(xì)顆粒相比，加氣混凝土抗壓強(qiáng)度有所下降，但最終得到的加氣混凝土強(qiáng)度和干密度仍能滿足A2.5，B05性能指標(biāo)要求。

3  結(jié)論

 (1)廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒以石英砂為主，同時(shí)還含有少量氫氧化鈣，理論上可采用破碎細(xì)顆粒取代生產(chǎn)加氣混凝土的部分原材料（石英砂）。

 (2)破碎細(xì)顆粒摻量低于10%時(shí)，摻加破碎細(xì)顆粒有助于提高料漿的流動(dòng)性，但隨摻量繼續(xù)增大，料漿流動(dòng)性迅速下降，其原因可能與磨細(xì)細(xì)顆粒中的C-S-H凝膠納米粒子一方面具有填充作用，另一方面又具有很高比表面積有關(guān)。

 (3)在用水量相同條件下，破碎細(xì)顆粒摻量在10%以下時(shí)，料漿發(fā)氣正常，可制備得到強(qiáng)度等級(jí)為A2.5、干密度等級(jí)為B05的加氣混凝土，但隨摻量增大，料漿稠度增大，漿料發(fā)氣難度加大，雖然制備得到的加氣混凝土抗壓強(qiáng)度增大，但干密度也急劇增大。

 (4)在漿料擴(kuò)展度相近條件下，隨破碎細(xì)顆粒摻量增大，需水量增大，這對(duì)減小加氣混凝土干密度有利，但蒸壓養(yǎng)護(hù)后，加氣混凝土抗壓強(qiáng)度卻呈先增大后減小趨勢(shì)，其原因可能與破碎細(xì)顆粒中含有C -S-H凝膠納米粒子有關(guān)。廢棄混凝土破碎細(xì)顆粒摻量為20%時(shí)，與未摻破碎細(xì)顆粒時(shí)相比，相同配比下的加氣混凝土抗壓強(qiáng)度約提高8%~10%。