戴愛兵

（鹽城幼兒師范高等?？茖W(xué)校 江蘇鹽城 224000）

引言

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球水泥全年的產(chǎn)量就超過40億萬t，這就造成全球至少5%的二氧化碳的排放量。還有在水泥的生產(chǎn)過程中熟料的制備的過程中也至少產(chǎn)生65%的二氧化碳。其他二氧化碳的排放量主要來源于水泥生產(chǎn)過程中的能量的消耗。所以因?yàn)檫@個(gè)現(xiàn)象就會采用添加礦物添加劑來替代一部分熟料的生產(chǎn)水泥或者生成混凝土的材料，就是一種減低二氧化碳在全球排放量的有效方案之一。

在水泥的運(yùn)用過程中，會大范圍地使用礦物添加劑。而一般添加劑包括粉煤灰、高爐礦渣、天然火山灰、硅灰和石灰石填料。最新結(jié)果研究卻發(fā)現(xiàn)，可以在舊的建筑碎片進(jìn)行機(jī)械的預(yù)先處理（破碎、研磨和篩分這三個(gè)過程），從中可以添加再生水泥漿料細(xì)料來替代一般常用的礦物添加劑，例如石灰石填料。事實(shí)上，在不使用一般的礦物添加劑的情況下，可以通過破碎和處理混凝土中的廢料就是再生水泥漿料細(xì)料。之后再不經(jīng)過任何的熱處理一部分的舊的破碎的混凝土可以部分取代熟料水泥。這種方法具有很多有利的方面：①通過直接的細(xì)料再循環(huán)利用，不需要預(yù)先的熱處理從而降低所產(chǎn)生的二癢化碳的全球排放量，就減少對這些材料處理的過程中造成的環(huán)境污染。②直接運(yùn)用再生水泥漿料細(xì)料就減少熟料的使用量以及部分的礦物添加劑（石灰石填充），就減少自然資源的浪費(fèi)。③也通過回收循環(huán)利用可再生細(xì)料就可以減少工業(yè)垃圾的產(chǎn)生。

一名國外的研究團(tuán)隊(duì)將使用5年的混凝土加工形成的再生水泥漿料細(xì)料來直接代替水泥，并且考察了不同含量的再生水泥漿料細(xì)料對砂漿的性質(zhì)和功能是否和硅酸鹽水泥相像，以及發(fā)掘再生水泥漿料細(xì)料的作用和影響。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)降低水含量的（低水力特性）可再生的水泥細(xì)料具有較低的無水性，它與礦物添加劑石灰石填料相比，比硅酸鹽水泥直接水化的性能更佳。也有舊的建筑碎片和被破碎的材料會含有其他的聚集物還有其他成分，因此從中可以得到的再生細(xì)料就會具有高變異性的特點(diǎn)。所以要控制再生水泥漿料細(xì)料的化學(xué)成分并且要了解它作為礦物添加劑的實(shí)際上的價(jià)值作用的有利影響顯得是十分困難的，當(dāng)然再生水泥漿料細(xì)料的組成會對無水相會有潛在的功能反映具備著決定性作用。

本文對沒有使用拆除的混凝土進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)室自制的水泥漿料細(xì)料進(jìn)行粉碎、研磨和80μm篩子經(jīng)過篩選后然后獲得再生水泥漿料細(xì)料，再運(yùn)用部分的再生水泥漿料細(xì)料或者全部替代的方法來研究與硅酸鹽成分進(jìn)行對比。就這個(gè)步驟而言就得到砂漿混合物。為了讓實(shí)驗(yàn)過程中能夠更好地控制再生水泥漿料細(xì)料的化學(xué)成分，用于生成再生水泥漿料細(xì)料要是用相同的制作于硅酸鹽水泥所制造的成分。和舊的混凝土中獲得細(xì)料不一樣的是，這種方法所獲得的再生水泥漿料的細(xì)料不一樣，所以這種方法所獲得是再生的水泥漿料細(xì)料會含有充足的無水相，把再生的水泥漿料細(xì)料加入砂漿中看看是否仍有可以研究下去的潛在反應(yīng)性。

本文將對硅酸鹽水泥和再生水泥漿料細(xì)料的物理性能（密度、布萊恩比的表面積和粒度的分布分析）來進(jìn)行試驗(yàn)的研究。分析了由于砂漿中存在的再生水泥漿料細(xì)料而可能帶來的顆粒效應(yīng)，就是類似石灰石的填充效應(yīng)和一般硅酸鹽水泥和礦物添加劑混合的成核現(xiàn)象等，在這兩種粘合劑中就會開展礦物學(xué)的研究實(shí)驗(yàn)（TGA、FT-IR和XRD）來確定再生水泥漿料細(xì)料中存在的無水相并且對它的量化和研究進(jìn)行分析和討論，最后在砂漿中慢慢加水含量進(jìn)行水化、微觀的顯示器結(jié)構(gòu)上的觀察、機(jī)械和再生水泥漿料細(xì)料的耐久性的研究實(shí)驗(yàn)。分析再生水泥漿料細(xì)料數(shù)量上的對砂漿的性質(zhì)上的變化影響并且從中來反復(fù)試驗(yàn)確實(shí)再生水泥漿料細(xì)料無水相的潛在反應(yīng)情況。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原料：水、硅酸鹽水泥為：硅酸二鈣、硅酸三鈣等。顆粒直徑為0.4mm，密度為 2560kg/m3。

水吸附系數(shù)為1.4%。

其熟料與石膏的質(zhì)量比為97∶3，硅酸鹽水泥和再生水泥漿料細(xì)料的物理性質(zhì)如表1所示，它熟料的主要組成成分如表2所示。

表1 硅酸鹽水泥和再生水泥漿料細(xì)料的物理性質(zhì)

表2 熟料主要組成部分

樣本：再生水泥漿料細(xì)料的使用要代替部分和全部的硅酸鹽水泥來獲得砂漿的混合物，下面就標(biāo)記為RCPF，將使用實(shí)驗(yàn)室里自設(shè)的水泥漿料來生產(chǎn)RCPF，能夠更好地控制再生水泥漿料細(xì)料的化學(xué)成分組成，來消除被其他因素成分導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確，再生水泥漿料細(xì)料的步驟如下面所示：制作直徑為16cm和高度高為32cm的模具，在溫度為20℃左右的房間保存24h。然后將所有的圓柱體在澆鑄后的第一天內(nèi)拆除，并且房間的溫度保持不變直到在水中固化到89d。當(dāng)?shù)搅?0d的時(shí)候，然后才開始壓縮樣本，粉碎樣本來獲得直徑小于15cm的碎片。然后在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行球磨反復(fù)篩選，直到獲得直徑小于80μm的粉末為止，這個(gè)粉末就是再生水泥漿料細(xì)料。但在再次使用之前，得到的再生水泥漿料細(xì)料都需要在密封的條件下進(jìn)行保存，避免和其他物質(zhì)進(jìn)行接觸，如限制再生水泥漿料細(xì)料暴露在大氣濕度和二氧化碳中，也避免空氣于再生水泥漿料細(xì)料的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，影響往后的實(shí)驗(yàn)效果。

再生水泥和砂漿混合物：

樣品需要放到為溫度在20度左右的水中在固化一天，水泥砂漿的混合物的物理參數(shù)以及和水泥砂漿混合物的樣品的制備如下：將混合物投進(jìn)4cm×4cm×16cm的模具里。用歐洲的EN196-1的標(biāo)準(zhǔn)存儲在溫度為2℃左右的房間中保存24h，一天后將樣品模具脫落。在實(shí)驗(yàn)前，各參數(shù)比如表3所示。

表3 水泥砂漿混合物的物理參數(shù)及性能

2 結(jié)論

針對再生水泥漿料細(xì)料能夠部分或者全部代替新漿料樣品的礦物學(xué)的性質(zhì)和機(jī)械性能和是否穩(wěn)定性和耐久性等進(jìn)行系統(tǒng)上的分析和評價(jià)，通過熱重分析、FT-IR測試、抗拉強(qiáng)度測試及碳化動力學(xué)測試，進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和研究而得出的結(jié)論：

（1）熱重分析和FT-IR測試實(shí)驗(yàn)表明細(xì)度和粒度分布方面，與被取代的硅酸鹽的水泥相比來說，再生水泥漿料細(xì)料在水泥砂漿中存在不會引起和產(chǎn)生任何額外其他的填料會產(chǎn)生的反應(yīng)和成核反應(yīng)。與此同時(shí)，經(jīng)過水化動力性能測試，如果增加熟料能推動再生水泥漿料細(xì)料的水化反應(yīng)，也會促進(jìn)水化物中的氫氧化鈣的生成，也隨著熟料的含量的不斷提高新的氫氧化鈣的含量的不斷提高。

（2）跟著再生水泥漿料細(xì)料的含量不斷增加，材料的二氧化碳產(chǎn)生的孔隙度不斷增加的同時(shí)所需要用生成的材料的抵抗強(qiáng)壓的能力也不斷增大。也由于再生水泥漿料細(xì)料中的呈現(xiàn)出的無水相中存在著熟料，它的水化作用就會導(dǎo)致M100D型號的砂漿的在水處理中到90d的時(shí)候抗壓強(qiáng)度達(dá)到7.29MPa強(qiáng)度并且在28d的時(shí)候材料的孔縫隙率達(dá)到了31%。所以在再生水泥漿料細(xì)料中的無水相中不斷地加入熟料進(jìn)行混合和調(diào)稀，最后生成的材料中的孔隙度就會隨著熟料的增加而減少。

（3）根據(jù)碳化動力學(xué)的結(jié)果分析，再生水泥漿料細(xì)料隨著熟料不斷增加的含量會增加水化能力的增強(qiáng)，也會導(dǎo)致碳化物的數(shù)量不斷提高尤其是氫氧化鈣的上升。導(dǎo)致二氧化碳的擴(kuò)散率就會變緩慢，這使得阻止形成二氧化碳的碳化物會隨著熟料的增加而增加。

（4）從綜合來分析來看，再生水泥漿料細(xì)料可以替代傳統(tǒng)硅酸鹽水泥上有著更為顯著的優(yōu)勢。這對我國的建筑行業(yè)有著重大的影響力，節(jié)省經(jīng)濟(jì)和能源有著很大的發(fā)掘潛力，也對建筑的牢固性能和伸縮性能有著更大的發(fā)展。再生水泥漿料細(xì)料不僅減少二氧化碳的對全球排放量的同時(shí)，而且提高了材料的孔隙度，使得材料的抗壓性、伸縮性和承耐性不斷地隨熟料的增加而增強(qiáng)等重要的力學(xué)性能，就此而論，再生水泥漿料細(xì)料能夠在未來與砂漿的混合中所產(chǎn)生的新材料的深度的研究和使用將會取得重大的作用和影響。

文章為2017年江蘇省高校自然科學(xué)面上項(xiàng)目（17KJB560012）。