石瑩，楊善順，連亞明，王偉

（1. 廈門市建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361004；2. 廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

0 引言

在可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟的號召下，建筑垃圾的資源化利用已成為當(dāng)前熱點之一，也是實踐節(jié)能減排的重要領(lǐng)域之一[1]。對于建筑垃圾的處置和利用，最普遍的方式就是制備成再生骨料，代替部分天然骨料應(yīng)用于砂漿、混凝土或者砌塊中。建筑垃圾的種類較多，其中廢棄混凝土約占其總量的 40%[2]，且隨著建筑物和構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，這一比例還會不斷增加，而廢棄混凝土制備再生骨料的過程中，會產(chǎn)生大量的再生微粉，約占總質(zhì)量的 15%～20%，研究再生微粉的性能與應(yīng)用技術(shù)，對于資源化利用建筑垃圾具有重要意義。

本研究收集廢棄混凝土破碎過程中產(chǎn)生的再生微粉，分析其基本性能，并通過試驗研究再生微粉摻量對混凝土性能的影響，研究結(jié)果可為再生微粉作為礦物摻合料在混凝土中的應(yīng)用提供一定的參考。

1 再生微粉基本性能

再生微粉是廢棄混凝土通過除雜、逐級破碎、篩分和機械強化等工藝制備再生骨料的過程中產(chǎn)生的粒徑小于 0.16mm 的微細(xì)粉末，主要由未水化的水泥顆粒、已水化的水泥石、骨料細(xì)粉等組成，其中 SiO2和 CaO 的含量較高。

1.1 再生微粉基本性能

按照 GB/T 208—2014《水泥密度測定方法》規(guī)定的水泥密度測定方法測試了再生微粉的密度，按照 GB/T 8074—2008《水泥比表面積測定方法 勃氏法》規(guī)定的水泥比表面積測定方法，使用勃氏法測試了再生微粉的比表面積，按照 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定的粉煤灰細(xì)度與需水量比試驗方法測試了再生微粉的細(xì)度與需水量比，結(jié)果見表1。試驗結(jié)果表明，再生微粉的細(xì)度和需水量比接近Ⅱ級粉煤灰，且比表面積大，有利于其發(fā)揮活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)，但應(yīng)用在混凝土中時，也可能會提高混凝土的需水量，影響混凝土的性能，因此需控制再生微粉的摻量[3]。

表1 再生微粉基本性能

1.2 再生微粉膠砂試驗

參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》規(guī)定的試驗方法，測試不同摻量再生微粉對水泥膠砂流動度和強度的影響，得到摻再生微粉的試驗?zāi)z砂與標(biāo)準(zhǔn)水泥對比膠砂的抗壓強度之比。所用水泥為 GSB 14—1510《粉煤灰檢驗用標(biāo)準(zhǔn)水泥》強度檢驗用水泥標(biāo)準(zhǔn)樣品，標(biāo)準(zhǔn)砂為符合 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》規(guī)定的中國 ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。通過查閱文獻(xiàn)資料可知，在應(yīng)用研究中，再生微粉的摻量大多集中在 5%～30%，最高為 40%[4～5]，防止對性能造成過大的影響，因此在膠砂試驗中，再生微粉摻量不超過 40%，試驗結(jié)果如表2、圖1 所示。

表2 再生微粉膠砂試驗及結(jié)果

圖1 再生微粉膠砂試驗結(jié)果

由表2 和圖1 可以看出，隨著再生微粉摻量的增加，膠砂流動度整體上逐漸下降，表明再生微粉會增大水泥膠凝材料體系的需水性；隨著再生微粉摻量的增加，雖然個別組抗折強度略有增大，但從整體來看，仍呈下降趨勢；再生微粉的抗壓強度比隨著摻量的增加而降低，當(dāng)摻量超過 15% 時，下降幅度增大，當(dāng)摻量為30% 時，抗壓強度比低于 70%，表明了再生微粉的活性不高，作為礦物摻合料使用時摻量不宜過大。

2 再生微粉在混凝土中的應(yīng)用

2.1 試驗原材料與方法

2.1.1 試驗原材料

試驗用攪拌機為 SJD60 型單臥軸強制式混凝土攪拌機，電機功率為 2.2kW，攪拌軸轉(zhuǎn)速 47r/min，出料容量 60L。

水泥：漳平紅獅水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5 水泥，其性能見表3。

表3 水泥性能

粉煤灰：廈門益材粉煤灰有限責(zé)任公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，其性能見表4。

表4 粉煤灰性能

礦粉：三鋼集團 S95 級礦渣粉，其性能見表5。

表5 礦粉性能

再生微粉：廢棄混凝土制備再生骨料過程中產(chǎn)生的微粉。

骨料：天然石子，粒徑 16～31.5mm（大石）、5～20mm（小石）；天然河砂，細(xì)度模數(shù) 2.7，含泥量0.9%。

減水劑：福建科之杰新材料有限公司 P-400S 型聚羧酸系減水劑。

水：自來水。

2.1.2 試驗方法

混凝土拌合物性能依據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行測試。

混凝抗壓強度依據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行測試，試件尺寸為 150mm×150mm×150mm。

2.2 試驗與結(jié)果

研究了水泥用量不變，再生微粉逐漸取代礦物摻合料配制混凝土?xí)r，其摻量變化對混凝土性能的影響，試驗配合比見表6，試驗結(jié)果見表7、圖2、圖3。

表6 試驗配合比 kg/m3

表7 試驗結(jié)果

圖2 再生微粉摻量對混凝土坍落度的影響

圖2 顯示了再生微粉摻量對混凝土坍落度的影響，由表6、表7 與圖2 可知，隨著再生微粉摻量的增加，為了獲得基本相同的坍落度，需相應(yīng)增加減水劑的用量，這說明，再生微粉應(yīng)用在混凝土中會降低拌合物的流動性，這種趨勢與膠砂流動度的結(jié)果一致。另外，隨著再生微粉摻量的增加，1h 坍落度損失逐漸減小，當(dāng)摻量為 10% 時，1h 坍落度損失僅為 10mm，工作性能有了明顯改善，此后再增加摻量，1h 坍落度損失明顯增大，當(dāng)摻量為 20% 時，拌合物的工作性能比 L1 組（不摻微粉）略好；當(dāng)摻量為 25% 時，1h 坍落度損失達(dá)到75mm。

這主要與再生微粉的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，再生微粉組分復(fù)雜，且未經(jīng)過精細(xì)粉磨，大部分再生微粉顆粒為多棱角不規(guī)則塊體，且表面粗糙，在漿體流動過程中，會增加顆粒間的內(nèi)摩阻力，對混凝土的工作性能不利；另一方面，再生微粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，含有大量連通孔隙，形成了多孔結(jié)構(gòu)，使得在拌合過程中甚至攪拌結(jié)束后能夠吸附一部分水和減水劑，減少了自由水，從而導(dǎo)致混凝土坍落度損失增大[6]。

圖3 再生微粉摻量對混凝土抗壓強度的影響

圖3 顯示了再生微粉摻量對混凝土抗壓強度的影響，由表7 與圖3 可知，隨著再生微粉摻量的增加，混凝土的抗壓強度先增大后減小。當(dāng)摻量為 5% 時，強度略有增長，表明再生微粉與粉煤灰、礦粉較好地發(fā)揮了摻合料間的復(fù)合效應(yīng)；此后再增加摻量，強度逐漸下降，當(dāng)摻量為 20% 時，7d、28d 抗壓強度下降幅度分別為 12.8%、12.6%；當(dāng)摻量為 25% 時，7d、28d 抗壓強度下降幅度分別為 17.2%、20.6%。

這主要與再生微粉的組分有關(guān)，廢棄混凝土中粗骨料為花崗巖碎石，經(jīng)破碎整形后收集的再生微粉顆粒中含有較多 SiO2成分，在堿性環(huán)境激發(fā)下，部分顆粒能生成 C-S-H 凝膠體，填充水泥石中的孔隙，改善孔結(jié)構(gòu)；另一方面，再生微粉中不具有活性的顆粒，可發(fā)揮微集料填充的作用，提高混凝土的密實度；此外，再生微粉中未充分水化的部分也能發(fā)揮一定的活性效應(yīng)[7]。這幾方面作用在再生微粉與粉煤灰、礦粉復(fù)摻且摻量較低時較好地發(fā)揮出來。但是，當(dāng)摻量增加時，再生微粉顆?？紫抖?、粒形差的劣勢逐漸凸顯出來，摻量越多，再生微粉吸附的水和減水劑也越多，不利于水化反應(yīng)；另外，隨著再生微粉摻量增加，便相應(yīng)地減少了粉煤灰與礦粉的用量，且再生微粉活性偏低，從而導(dǎo)致混凝土的強度逐漸下降。因此在抗壓強度上表現(xiàn)為：當(dāng)摻量為 5% 時，混凝土的抗壓強度有所提高；當(dāng)摻量不超過20% 時，強度下降幅度不大；當(dāng)摻量達(dá)到 25% 時，強度下降幅度較大。

綜合工作性能和力學(xué)性能兩個方面來看，再生微粉作為礦物摻合料應(yīng)用于混凝土中時，其摻量不宜超過20%，且宜與粉煤灰、礦粉復(fù)摻使用。

3 結(jié)論

（1）再生微粉主要由未水化的水泥顆粒、已水化的水泥石、骨料細(xì)粉等組成，其中 SiO2和 CaO 的含量較高，細(xì)度與需水量比接近Ⅱ級粉煤灰；膠砂試驗結(jié)果表明，再生微粉具有一定的活性，但活性不高，作為礦物摻合料使用時摻量不宜過多。

（2）再生微粉在混凝土中應(yīng)用時，由于未經(jīng)粉磨，為多孔多棱角結(jié)構(gòu)，摻量過多會對混凝土的性能造成不利影響。綜合考慮混凝土的工作性能和力學(xué)性能，再生微粉作為礦物摻合料使用時，摻量不宜超過 20%，且宜與粉煤灰、礦粉復(fù)摻使用。

再生微粉除了應(yīng)用于混凝土中，還可應(yīng)用于預(yù)拌砂漿或其他水泥制品中，既能變廢為寶，節(jié)約資源，又能保護(hù)環(huán)境，減少二次污染，同時也擴展了建筑垃圾再生材料的使用范圍和空間，符合綠色生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的要求。

[1]李建勇，馬雪英，尚百雨，等．建筑廢棄物再生微粉在混凝土中應(yīng)用的試驗研究[J]．江西建材，2014,(12): 244-250．

[2]龔志起，丁銳，陳柏昆．廢棄混凝土處理方式的環(huán)境影響比較[J]．工程管理學(xué)報，2011,25(3): 266-270．

[3]馬郁，張敬，謝小元．建筑垃圾再生砂粉的基本性能試驗研究[J]．商品混凝土，2016,(8): 44-45．

[4]毛新奇，屈文俊，朱鵬．建筑垃圾再生微粉的研究現(xiàn)狀[J]．混凝土與水泥制品，2015,(8): 89-93．

[5]石瑩，楊善順，連亞明．廢棄混凝土再生微粉研究現(xiàn)狀[J]．磚瓦，2017,(4): 47-51．

[6]呂雪源．再生微粉的基本性能及應(yīng)用[D]．青島：青島理工大學(xué)，2009．

[7]呂雪源，張健，毛高峰，等．再生微粉對混凝土用水量和強度的影響[C]．首屆全國再生混凝土研究和應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會，215-222．