韋鵬亮，余睿，蔡昱，陳露一，董恩來

（1.中鐵橋研科技有限公司，湖北 武漢 430040；2.武漢理工大學(xué) 硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢 430070）

0 引言

廢棄膠凝材料再生微粉是指廢棄混凝土在破碎過程中產(chǎn)生的粒徑小于0.15 mm，以硬化水泥石相（Hardened Cement Paste，簡稱HCP）為主要成分的微細粉末[1]。再生微粉在廢棄混凝土組分分離工藝中往往被忽視，通常作為惰性材料處理，但再生微粉中硬化水泥石相的存在一般會對混凝土的性能產(chǎn)生負面影響[2-4]。

為進一步提高再生微粉的活性，將其在較低溫度下煅燒，獲得再水化特性的脫水相材料DSP（Dehydrated Cementitious Powder，簡稱DSP）[5-7]。已有研究結(jié)果表明，脫水相可以替代混凝土中的水泥生產(chǎn)出UHPC、UHSC（Ultra-High Strength Concrete，簡稱UHSC），并且達到相應(yīng)工程的服役要求[8]，這對降低UHPC、UHSC的成本、保護環(huán)境、促進建筑垃圾資源化利用都具有重要意義。雖然脫水相的加入可以制備出優(yōu)異性能的生態(tài)UHPC，但值得關(guān)注的是，脫水相具有很強的吸附性，無法確認減水劑與脫水相結(jié)合能否像與水泥結(jié)合一樣發(fā)揮減水效果。因此，研究不同聚羧酸高性能減水劑與脫水相制備UHPC的相容性是非常必要的。

本文通過研究減水劑與脫水相制備UHPC的相容性及對UHPC工作性能、流變性能等方面的影響，為脫水相在UHPC中的大規(guī)模利用提供理論參考。

1 試驗

1.1 原材料

水泥（C）：P·I52.5水泥，華新水泥股份有限公司；石灰石粉（LP）：微細石粉，密度為2700 kg/m3，東莞新瑪特粉體化工原料有限公司；硅灰（SF）：比表面積達18.5 m2/g，表觀密度為2200 kg/m3，成都東南星科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)，膠凝材料的化學(xué)成分如表1所示；砂：粗細2種河砂，表觀密度為2610 kg/m3，其中粗砂（S1）粒徑為0.63～2.35mm、細砂（S2）粒徑為0.15～0.63mm；DSP：由廢棄膠凝材料在640℃下煅燒4 h所得到的產(chǎn)物；減水劑：PC-100型、SPT型、A97BS型聚羧酸高性能減水劑，均由中鐵橋研科技有限公司生產(chǎn)，其中PC-100型為醚類減水劑（固含量為20%，減水率約為40%），SPT型為醚酯共聚型減水劑（固含量為40%，減水率約為40%），A97BS型為酯類減水劑（固含量40%，減水率約為40%）。本文將PC-100型、SPT型、A97BS型減水劑分別稱為sp1減水劑、sp2減水劑、sp3減水劑。

表1 膠凝材料的主要化學(xué)成分 %

1.2 配合比設(shè)計

混凝土試驗配合比如表2所示，水灰比均為0.21，其中A-sp1、A-sp2、A-sp3三組為基準混凝土配合比，3種減水劑固含量不同，摻量也不同，折固摻量相同，均為8 kg/m3；對照組DCP-sp1、DCP-sp2、DCP-sp3為DCP等量替代水泥組，考察不同聚羧酸減水劑對脫水相制備UHPC性能的影響。

表2 摻不同減水劑UHPC的配合比 kg/m3

1.3 性能測試方法

（1）流動度：按照GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》進行測試。

（2）凝結(jié)時間：依據(jù)JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行測試。

（3）力學(xué)性能：按照GB17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》進行測試。

（4）流變性能：采用Brookfied公司生產(chǎn)的R/S SST 2000型黏滯系數(shù)測定儀，凈漿測試選用V20×10轉(zhuǎn)子進行測試。儀器轉(zhuǎn)速范圍為0.01～1000r/min，剪切應(yīng)力為0～3.4×104Pa。

（5）Zeta電位：采用英國Malvern公司生產(chǎn)的Zeta-sizer Nano ZS Zeta電位儀對減水劑作用下水泥漿與脫水相復(fù)合膠凝體系漿體電勢變化情況進行測試。樣品制備如下：首先配置不同的減水劑溶液，之后按配合比將1.0 g膠凝材料與10 g減水劑溶液混合并攪拌1 min，將制得的懸浮液稀釋后用于Zeta電位測試。

（6）相容性：按照JC/T 1083—2008《水泥與減水劑相容性試驗方法》進行測試。以流動度法按標準要求進行測試，并計算60 min經(jīng)時損失率，具體按式（1）計算：

式中：FL——流動度經(jīng)時損失率，%；

Fin——初始流動度，mm；

F60——60min流動度，mm。

2 結(jié)果與討論

摻不同減水劑UHPC的性能測試結(jié)果如表3所示。

表3 摻不同減水劑UHPC性能測試結(jié)果

2.1 初始流動度分析

從表3可以看出，對照組膠凝體系DCP組較基準組的流動度有所減小。這是因為，脫水相具有較強的強吸附效應(yīng)，會降低減水劑的分散效果，從而減小混凝土的流動性。從3種減水劑的效果對比來看，sp2減水劑制備的A、DCP兩組膠凝體系的流動性最好，sp3減水劑制備的A、DCP兩組膠凝體系的流動性次之，sp1減水劑制備的流動性最差。

2.2 凝結(jié)時間分析

從表3可以看出，6種配合比UHPC的凝結(jié)時間差別較大。（1）從基準組和對照組膠凝體系的比較可以看出，脫水相的摻入會較大程度縮短UHPC的初凝時間和終凝時間，Asp1的終凝時間為293 min，而DCP-sp1的終凝時間僅為136 min，這是因為脫水相中含有較多的高活性f-CaO成分，遇水后快速發(fā)生反應(yīng)，并釋放出大量熱量，進而導(dǎo)致膠凝材料整體水化反應(yīng)加速，漿體提前達到終凝時間。（2）對比sp1、sp2、sp3三種減水劑可以看出，摻入sp2和sp3減水劑均延長了A、DCP兩組膠凝體系的凝結(jié)時間。

2.3 相容性分析

從表3可以看出：

（1）基準組A-sp1組的初始、30 min、60 min流動度基本沒有變化，說明sp1減水劑與基準組的相容性較好，且具有較好的保坍效果；DCP-sp1組的流動度在前30 min內(nèi)減小幅度較大，在30～60 min之間流動度減小速率變緩；這可能是DCP的強吸附效應(yīng)導(dǎo)致其在成漿后30 min內(nèi)f-CaO快速反應(yīng)生成Ca（OH）2，消耗大量自由水，而30～60 min內(nèi)未反應(yīng)的f-CaO變少，流動度減小變緩。從A-sp2和A-sp3可以看出，sp2減水劑和sp3減水劑配制的基準組流動度較大，但兩者保坍效果要弱于sp1減水劑，導(dǎo)致基準組的流動度隨時間緩慢減小；sp2減水劑和sp3減水劑對對照組的流動度影響規(guī)律與sp1組基本一致。

（2）基準組的30 min、60 min流動度經(jīng)時損失率均較對照組小，且以A-sp1的保坍效果最好，再次證明基準組與sp1減水劑的相容性較好；從對照組可以看出，sp2減水劑和sp3減水劑均可以減小脫水相的流動度經(jīng)時損失率，這說明sp2減水劑和sp3減水劑與脫水相的相容性均優(yōu)于sp1減水劑。

2.4 力學(xué)性能分析

從表3可以看出：（1）對照組與基準組UHPC的28 d抗壓強度基本相同，雖然對照組略低，但影響不大；（2）不同減水劑對不同膠凝材料體系的影響是不同的。在基準組中，摻sp2減水劑的UHPC抗壓強度相對最低，這是因為在試驗過程中發(fā)現(xiàn)sp2減水劑具有較強的引氣能力，混凝土氣泡較多，混凝土密實度稍差，導(dǎo)致強度偏低；另外2種減水劑對UHPC的抗壓強度影響較小，較為穩(wěn)定。

2.5 流變性能分析

不同減水劑對UHPC流變性能的影響如圖1所示。

圖1 不同減水劑對UHPC流變性能的影響

從圖1可以看出，隨著剪切速率的增大，UHPC漿體的剪切應(yīng)力幾乎呈線性增大，符合典型的脹流型流體的特征。對比基準組和對照組發(fā)現(xiàn)，脫水相替代部分水泥制備UHPC時，在剪切速率相同情況下會導(dǎo)致UHPC漿體的剪切應(yīng)力增大，這是因為基準組膠凝體系與對照組膠凝體系中活性膠凝材料總量不變，采用脫水相替代水泥時，脫水相遇水反應(yīng)迅速，內(nèi)部重新生成C-S-H凝膠以及Ca（OH）2且釋放出大量熱量，這會加速整個膠凝體系的水化速率，漿體中快速積累的水化產(chǎn)物以及脫水相的絮凝狀結(jié)果的形成會使整個膠凝材料顆粒間作用力增大，屈服應(yīng)力和塑性黏度都會增大。

2.6 Zeta電位分析

為研究3種減水劑對UHPC膠凝材料Zeta電位的影響，試驗增設(shè)了分別為基準組和對照組在不摻減水劑情況下2組對比樣A-sp0、DCP-sp0，其他6組按表2配合比測試膠凝材料的Zeta電位，結(jié)果如表4所示。

表4 不同減水劑對UHPC膠凝材料Zeta電位的影響

從表4可以看出，不摻減水劑時，A-sp0和DCP-sp0組的Zeta電位絕對值較為接近，這是因為脫水相作為再生水泥，其自身礦物組成與水泥還是非常接近，且基準組和對照組活性膠凝材料總量相同，區(qū)別只是25%脫水相替代了水泥，所以2組試樣的Zeta絕對值較為接近。從3種減水劑的效果來看，sp2減水劑與sp3減水劑均增大了基準組和對照組2種膠凝材料體系的Zeta電位絕對值，Zeta電位絕對值的變大說明膠凝材料的絮凝結(jié)構(gòu)減少或者是團聚變?nèi)?，代表體系的分散效果較穩(wěn)定。另外，sp2減水劑和sp3減水劑對膠凝材料基準組的Zeta電位絕對值提升效果較對照組的要弱，說明sp2和sp3減水劑相對sp1減水劑而言，與脫水相的相容性較好。

3 結(jié)論

（1）SPT型、A97BS型聚羧酸減水劑可以優(yōu)化脫水相制備UHPC的工作性能，且SPT型、A97BS型與脫水相的相容性優(yōu)于PC-100型減水劑。

（2）對照組與基準組UHPC的28 d抗壓強度基本相同，雖然對照組略低，但影響不大。摻SPT型減水劑UHPC的抗壓強度較摻PC-100型和A97BS型減水劑低，這是因為sp2減水劑具有較強的引氣性能。

（3）SPT型與A97BS型減水劑會增大摻加脫水相制備UHPC漿體的塑性黏度。

（4）摻SPT型、A97BS型減水劑含脫水相膠凝材料的Zeta電位絕對值較摻PC-100型減水劑的高，表明SPT型、A97BS型減水劑與脫水相的相容性較好，有利于脫水相分散過程中的穩(wěn)定性。