陕西建筑材料联盟

技术交流:用废弃建筑材料再生粉体制备RPC研究

中国商品混凝土网2018-04-15 16:57:44

王建,葛彬年

(临沂天元混凝土工程有限公司,山东临沂 276000

[随着城市的快速发展,高层及超高层建筑越来越多,这对混凝土的性能提出了更高的要求。特别是一些抢修工程,特种结构,军事工程等领域对混凝土要求更高。活性粉末混凝土(RPC)自1993年研制成功以来,已经成为了研究的热点,特别是RPC200的研究更有现实意义。RPC在工程上已经有成功的应用,但由于工艺复杂,成本高,不便现浇等原因制约了RPC的发展。我国每年产生的废弃混凝土和废弃砖粉数量巨大,用废弃建筑材料再生粉体代替部分硅灰生产RPC不仅可以节约资源还能降低生产成本。

[关键词废弃建筑材料  再生粉体

Using waste building materialsrecycled powder preparation of RPC

Wang Jian, Ge Binnian

Linyi tianyuan concreteengineering co., LTD. shandong province  linyiCity 276000

 

ABSTRACTWith the rapid development of city, tall and super-tall buildingmore and more, it puts forward higher requirements on the performance of theconcrete. Especially some repair engineering, special structure, militaryengineering and other fields of concrete requirements are higher. Reactivepowder concrete (RPC) has developed since 1993, has become the research hotspot, especially the RPC200's research more practical significance. RPC hasbeen successfully used on engineering, due to the complex process, high cost,inconvenience cast-in-situ reasons restrict the development of the RPC, etc. Eachyear of waste concrete in China and a huge number of abandoned brick powderwith waste building materials recycled powder to replace part of the silicafume production RPC can not only save resources can also reduce the cost ofproduction.

Keywords  waste building materials   powder preparation

前言

活性粉末混凝土作为一种新的高性能混凝土,有着非常好的发展前景,并且已经有工程应用实例。国外在此方面研究较多,目前在我国研究和利用RPC200尤为紧要。RPC的发展也遇到了很多问题,其中作为活性粉末硅灰的大掺量增加了RPC的制作成本。另一方面,我国处在快速发展阶段,城市建设过程中产生大量的以废弃混凝土为主的建筑垃圾。现阶段在我国建筑垃圾处理主要以填埋和露天堆放为主,这种处理方式造成了环境破坏且浪费了大量资源。而在国外,建筑垃圾的利用发展的已经很成熟,欧美发达国家的建筑垃圾资源化利用率达到80%左右,远高于我国。我国建筑垃圾的再利用研究也取得一些进展,主要是再生骨料的研究利用。在我国建筑垃圾加工成再生骨料的过程中会产生大量粉体,粉体的主要成分是混凝土中的水泥砂浆和骨料,具有潜在的活性。因此本研究主要是研究利用在粉体取代硅灰生产RPC。研究如果可行不仅可以降低RPC的制作成本,还可以为骨料生产中产生的粉体找到利用途径,实现资源可持续利用。

实验研究部分

本实验主要是要研究再生粉体替代硅灰制备RPC的可行性。在实验中通过用再生粉体替代不同比例的硅灰制作RPC混凝土试件,并与未加入再生粉体的RPC进行抗压、抗折强度等性能进行比较,从而得出结论。抗压、抗折强度分别用YAW4306微机控制全自动压力试验机和水泥电动抗折试验机测量。本实验将废弃建筑再生粉体分成两种,分别由废弃混凝土和废弃粘土砖制得。由于粘土砖对环境破坏太大,国家已经出台政策禁止实心粘土砖的生产,在工程应用中水泥砌块基本取代了粘土砖。因此实验会以混凝土再生粉体研究为主。

1.1  实验原料

水泥:本实验采用的水泥为玉锦山牌的P.S.A32.5矿渣硅酸盐水泥,济南玉锦山新型建材有限公司生产。

细砂:细砂采用学校建筑工地上的河砂,分别用0.9mm0.2mm的筛子筛分,因此细砂粒径范围为0.20.9mm。通过容量瓶排水实验测出其表观密度为2604kg/m³。通过烘干24 小时及浸泡24 小时实验测出其吸水率为3%

再生粉体:本实验使用的是济南本地建筑工地上以及拆迁的废弃碳酸钙骨料混凝土和废弃砖粉,经过手工锤子破碎加工,制成粒径在050mm范围内的颗粒。    

将初步破碎后的碳酸钙骨料混凝土和废弃粘土砖进行初级球磨,在球磨过程中,大块的混凝土表面附着的水泥砂浆在高速转动、撞击过程中脱落,有效地打掉较为突出的棱角和除去颗粒表面所附着的砂浆和水泥石。可以分别得到再生骨料和较细的再生粉体,这种骨料表面几乎没有水泥砂浆,且棱角也被打掉了,属于高质量的再生骨料。将过筛后的水泥砂浆和水泥石细小颗粒再次进行球磨,球磨6小时以上,过160目筛(0.097mm),得到更细的粉末。这种粉末就是本研究的一系列实验所使用的原材料,称之为再生粉体。

硅灰:硅灰在建材市场上购买,济南本地生产。表观密度为150250 kg/m3,比表面积20 m2/g ,平均粒径为0.10.2μm,无定形SiO2含量约为80%90%

水:实验拌合用水为普通干净自来水。其密度为1000kg/m³。

减水剂:萘系减水剂。

1.2  配合比设计

现阶段还没有统一的配合比设计理论,但国内外有人做了一些配制实验,找到了一些规律,在此我们可以借鉴。吴炎海、何雁斌做了《活性粉末混凝土( RPC200)的配制试验研究》,实验结果表明RPC的抗折强度和抗压强度随着水胶比的减小而增大, 流动度随着水胶比的增大而增大,在配制时水胶比宜取为0.22;水胶比固定在0.22 ,砂胶比在0.881.12 范围内, RPC具有很好的流动性;综合考虑RPC 的强度和工作性能,建议砂胶比取为0.88;考虑RPC工作性能和强度等因素,高效减水剂的适宜掺量为胶凝材料质量的2.5%3%;综合考虑RPC的强度和经济性能,硅灰的掺量宜取在0.20.3左右。

本次试验经过试配,在保证或的较为良好的和易性的情况下,原始配合比将水胶比固定在0.25,胶砂比固定在1.27,硅灰的掺量为0.22,高效减水剂掺量为3%


实验结果及分析

2.1  再生粉体的研究结果及分析

实验结果如图1 所示,从图中看出再生微粉中含有大量的CaCO3 SiO2,以及水泥水化后的各种凝胶。



由此可见碳酸钙骨料废弃混凝土中主要成分依次为碳酸钙、二氧化硅、水化硅酸钙凝胶。它们存在着化学活性和剩余利用价值,可以初步认定碳酸钙骨料混凝土磨细粉具有一定的活性,因此本研究中用再生粉体取代硅灰生产RPC有一定的可行性。

2.2  烧失量实验结果及分析

实验结果如表 1 所示。



GB175-92中对水泥烧失量是这样规定的:普通水泥中烧失量不得大于5.0%,Ⅰ型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.0%,Ⅱ型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.5%

本实验的结果是27.40%,与水泥的烧失量有很大的差别,分析其原因如下:

混凝土发生碳化,再生粉体中含有大量CaCO3,在高温下发生分解反应,生成CaOCO2CO2挥发。

再生粉体中含有的水泥绝大部分已经水化,其主要存在形式是凝胶体,含有大量结晶水。加热时,结晶水随温度升高而转变为自由水挥发,凝胶在高温下发生分解反应。

再生微粉中成分比较复杂,可能夹杂其他一些物质,在高温下发生分解反应。

由此可见混凝土再生粉体烧失量比较高,在混凝土中掺入该再生粉体后可能对混凝土的抗高温性能有所影响。

2.3  试件强度测试结果及分析

1)抗折强度分析

抗折强度结果记录如表2所示。由于抗折强度试验机量程限制,有些试件的抗折强度没能测出具体值,超过量程的均用大于11.7MPa表示。



从表中可以看出,RPC中未加再生粉体时抗折强度都高于11.7MPa。用混凝土再生粉体替代的硅灰后抗折强度没有明显下降,其中后期抗折强度均大于11.7MPa。在替代量为20%,抗折强度下降明显,可见混凝土再生粉体取代硅灰的量为20%时抗折强度较差。RPC中用砖粉取代20%30%的硅灰抗折强度变化不明显,取代量为10%40%时抗折强度降低。综上,一定量的再生粉体取代硅灰后RPC的抗折强度可以得到保证。

2)抗压强度分析

抗压结果如表3,从表中可以看出试件的抗压强度整体水平较高。其中第一组未掺加再生粉体作为对比组。






2、图 3和图 4中是两种再生粉体对RPC抗压强度的不同影响。随着再生粉体掺量的增多,试件强度逐渐升高,掺量高于30%后强度开始降低。比较分析可得,混凝土再生粉体和砖粉最佳取代量在20%30%之间。由三张图可看出,用混凝土再生粉体取代硅灰制备RPC早期强度好于砖粉。且用再生粉体取代部分硅灰后强度整体上得到提高,这是由于再生粉体具有活性,能够取代部分硅灰进行火化反应。由于再生粉体的粒径为0.097μm,硅灰粒径为0.1-0.2μm,加入不同比例再生粉体后使混合粉体紧密度提高,利于强度的提高。

3)抗压强度发展状况分析




由两图可看出,掺入混凝土再生粉体的试件相对与掺入砖粉的试件早期强度发展较快,后期发展相对慢些。这可能是砖粉里的活性物质活化反应缓慢,而混凝土粉末中的活性物质反应快。可见,混凝土粉末的加入有利于早期强度的发展,砖粉的加入更有利于后期强度。

2.4  吸水率实验结果及分析

吸水率和表观密度试验结果如表3所示。从表中可以看出RPC的吸水率比较小。这是由于RPC中去除了粗骨料,材料细度很高,并优化了颗粒粒径分布,内部结构得到改善,孔隙减少且孔的结构得到改善。从实验结果可以得出,加入再生粉体后RPC的吸水率有所提高,这是由于再生粉体粒径大于硅灰,活性不及硅灰,加入再生粉体的RPC没有未加的致密。可见加入再生粉体的RPC耐久性要稍差。



2.5  表观密度结果及分析

表观密度测试结果如表3。可以看出,实验中RPC表观密度2250-2350kg/m3之间,加入再生粉体后混凝土的表观密度有所增加。随着再生粉体掺量的增加,混凝土的表观密度逐渐升高。这可能是由于再生粉体的自身密度大于硅灰所致。

一般来说,普通混凝土的表观密度在1950-2500kg/m3之间,C10C20等级的混凝土其容重在2360-2400kg/m3之间,C35C40等级的混凝土容重在2420-2440kg/m3之间。因此,RPC的表观密度与其强度相对应的普通混凝土相比要低很多。由此可见,RPC相对于普通混凝土在减轻建筑物的自重有很大优势。

2.6  收缩实验结果

实验过程中用游标卡尺分别测试件三天、七天和十四天的尺寸实验中测出的数据没有变化。这是由于,混凝土中活性物质还没完全反应,早期收缩变形比较小难以测量。

3  

本研究经过对建筑垃圾的的分类、破碎、筛分得出再生粉体,分析再研究了生粉体的性质。然后用再生粉体替代部分硅灰制作RPC混凝土,通过分析对比RPC试件的各种性能,最后得出本研究的可行性分析。总结得出以下结论:

1)废弃混凝土中主要成分依次为碳酸钙、二氧化硅、水化硅酸钙凝胶,碳酸钙骨料混凝土磨细粉具有一定的活性,可以作为活性掺合料加入到混凝土中。

2)碳酸钙骨料混凝土再生粉体的烧失量与水泥的区别较大。再生粉体中有较多的碳酸钙和凝胶体,温度高时两者会分解。再生粉体加入混凝土中会使其高温稳定性降低。

3RPC中加入再生粉体后强度并没有明显降低,有些反而强度更高了,再生粉体的加入使混合粉体密实度提高。并且混凝土再生粉体对RPC强度发展要好于砖粉,混凝土再生粉体的最佳替代量在20%30%之间。

4RPC混凝土的吸水率和孔隙率较低,密实度较高。加入再生粉体使RPC的表观密度升高,加入砖粉的表观密度比加混凝土的高。RPC的早期收缩不明显。

最后,本实验只是对再生粉体替代硅灰制作活性粉末混凝土的可行性初步探讨。实验中有很多不足之处,活性粉末混凝土通常会用高标号水泥并加入钢纤维,鉴于实验设备不允许,故退而求其次。本实验仅仅采用32.5水泥,未加钢纤维,并且在搅拌、成型以及振捣过程中并没有用最有利于强度发展的方式进行。但所做的实验每一配合比均采用同一方式进行,保证了统一性,因此所得实验结果仍具有指导意义。

 

参考文献

[1]王震宇,王俊亭,袁杰.活性粉末混凝土配比试验研究[J].混凝土,2006,(6):80-85.

[2]蒋宗全,杨忠,郭晓安,刘士城,王文云.活性粉末混凝土配合比设计研究及生产工艺[J].铁道建筑,2010,(7):142-144.

[3]耿春雷,许零,陈红岩,张作泰 ,林翎,王秀腾,於定新.活性粉末混凝土的研究与工程应用进展[J].材料导报A:综述篇, 2012,26(3):70-73

[4]Dr. Ibrahim.Some Mechanical Properties Of Reactive Powder Light Weight Concrete,AnbarJournal for Engineering Sciences,29/3/2011.

[作者简介]王建 ,男,大学本科,天元建设集团混凝土公司

[通讯地址]山东省临沂市河东区天元工业园天元混凝土工程有限公司(276000


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