余其俊 馬婷 張同生，2? 郭奕群 陳燦峰 吳正德 韋江雄，2

（1.華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.廣東省建筑材料低碳技術(shù)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510640；3.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；4.廣州光達(dá)環(huán)?？萍纪顿Y有限公司，廣東 廣州 511300）

隨著城鎮(zhèn)化和舊城改造進(jìn)程的推進(jìn)，我國建筑廢棄物的產(chǎn)生量與堆存量日益增長。據(jù)統(tǒng)計，2020年建筑廢棄物存量已高達(dá)30億t，其中廢棄黏土磚占建筑廢棄物總量的50%～70%［1］。廢棄黏土磚制備的再生骨料孔隙率高、壓碎值大，會導(dǎo)致水泥基材料強(qiáng)度大幅度下降，多用于力學(xué)性能要求較低的路基材料［2］，無法實現(xiàn)廢棄黏土磚的高附加值利用。廢棄黏土磚的主要成分是SiO2和Al2O3，通常以石英、莫來石和無定形態(tài)活性硅鋁組分等形式存在［3］，其中活性硅鋁組分可與水泥漿體中的Ca（OH）2反應(yīng)生成C-（A）-S-H 凝膠。因此，利用廢棄黏土磚磨細(xì)制備的再生磚粉（RBP），具有作為輔助性膠凝材料的潛力。

大量研究發(fā)現(xiàn)，再生磚粉水化活性較低，會顯著降低水泥基材料的力學(xué)性能，尤其當(dāng)再生磚粉替代水泥的質(zhì)量大于20%時，再生磚粉復(fù)合膠凝材料相對強(qiáng)度不足硅酸鹽水泥的80%，且隨替代率的提高相對強(qiáng)度大幅度降低［4-11］。通常采用超細(xì)粉磨的方式提高再生磚粉活性，相同摻量下再生磚粉-硅酸鹽水泥的相對強(qiáng)度降低的幅度有所減小。然而，即使相同摻量和細(xì)度下體系的相對強(qiáng)度也差別較大，尚無法指導(dǎo)再生磚粉在水泥基材料中的應(yīng)用。超細(xì)粉磨過程中磚粉不僅僅是粒徑變小的過程，其顆粒表面可能發(fā)生非晶化、斷鍵增多等，導(dǎo)致再生磚粉-硅酸鹽水泥水化動力學(xué)過程發(fā)生顯著變化。因此，揭示超細(xì)粉磨過程中再生磚粉的物理-化學(xué)性質(zhì)變化，闡明再生磚粉對再生磚粉-硅酸鹽水泥水化動力學(xué)的影響機(jī)制，是再生磚粉在水泥基材料中高效利用的前提。

文中采用高能球磨制備了不同粒徑的再生磚粉，表征了再生磚粉的物理化學(xué)性質(zhì)與水化活性，系統(tǒng)分析了再生磚粉粒徑對再生磚粉-硅酸鹽水泥體系水化過程、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，并基于Krstulovic-Dabic 模型獲取體系的水化動力參數(shù)，實現(xiàn)水化進(jìn)程的量化評價，以期為再生磚粉在水泥基材料中高效利用奠定理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 粒徑對再生磚粉組成與水化活性的影響

采用錘式破碎機(jī)將拆遷產(chǎn)生的廢棄黏土磚破碎至粒徑（D）為5 mm 以下，然后采用行星式球磨機(jī)（QM-3SP2）將廢棄黏土磚顆粒進(jìn)一步磨細(xì)，測試參數(shù)為：轉(zhuǎn)速500 r/min，料球比4∶5。通過控制粉磨時間獲得中位徑（D50）分別為42.3、27.9、11.2 和2.9 μm的再生磚粉。隨著再生磚粉粒徑的減小和比表面積的增大，顆粒更趨近于球形（見圖1），再生磚粉和PⅡ52.5R硅酸鹽水泥的粒徑分布和化學(xué)組成分別如圖2 和表1 所示。由表1 可知，與硅酸鹽水泥相比，再生磚粉的SiO2和Al2O3含量較高，CaO含量較低，說明再生磚粉為硅鋁質(zhì)輔助性膠凝材料。

圖1 再生磚粉的制備過程Fig.1 Preparation process of RBP

圖2 再生磚粉和硅酸鹽水泥的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of RBP and Portland cement

1.1 再生磚粉礦物組成

采用X 射線衍射儀（X’Pert Pro）測定了再生磚粉的XRD 圖譜，結(jié)果如圖3 所示，其中測試參數(shù)如下：Cu靶（40 kV，40 mA），角度范圍5°～90°，掃描速度0.13°/步。圖3 表明，再生磚粉的主要礦物為石英、莫來石、透長石及少量玻璃體。隨著再生磚粉粒徑的減小，XRD圖譜中各種礦物的特征衍射峰均出現(xiàn)寬化現(xiàn)象。以透長石為例，當(dāng)再生磚粉的D50從42.3 μm 降 至2.9 μm 時，衍射 峰半高 寬從0.140 增大到0.255，表明再生磚粉粒徑越小，礦物晶格的畸變程度越大。

圖3 不同粒徑再生磚粉的XRD圖譜Fig.3 XRD patterns of RBPs with different particle sizes

1.2 再生磚粉表面結(jié)合能

采用X 射線光電子能譜（XPS）儀（Axis Ultra DLD）表征再生磚粉表面結(jié)合能，測試通過能量為160 eV，Al 為陽極材料（能量1 486.6 eV），再生磚粉的XPS 圖譜如圖4所示。從圖中可知，當(dāng)再生磚粉的D50從42.3 μm 降至2.9 μm 時，O 1s、Si 2p 和Al 2p的表面結(jié)合能分別從532.3、103.2和74.5 eV降 低至531.4、101.8 和73.4 eV，表 明Si—O 和Al—O鍵的鍵能隨粒徑的減小而降低，即破壞Si—O和Al—O 鍵所需的能量降低，顆粒表面斷鍵密度增加，化學(xué)活性顯著增加［12-13］。

圖4 不同粒徑再生磚粉的XPS圖譜Fig.4 XPS patterns of RBPs with different particle sizes

Al 2p 譜峰處結(jié)合能均低于75.00 eV，說明再生磚粉中的Al—O 鍵主要由Al2O3提供，具體包含［AlO4］（結(jié)合能為73.40～74.55 eV）與［AlO6］（結(jié)合能為74.10～75.00 eV）兩種配位［14］。通過XPS 譜圖分峰擬合（圖4（d））發(fā)現(xiàn)，隨著再生磚粉粒徑的減小，［AlO4］占比逐漸增大。與［AlO6］相比，［AlO4］中的Al—O 鍵鍵長更長、鍵能更低，表明［AlO4］更容易解離、參與水化反應(yīng)，最終使小粒徑再生磚粉具有較高的水化活性。

1.3 再生磚粉水化活性

將再生磚粉和Ca（OH）2粉末按質(zhì)量比9∶1混合，按液固比0.5與0.2 mol/L NaOH溶液混合均勻，采用TAM Air-08多通道等溫量熱儀測定再生磚粉-Ca（OH）2體系25 ℃時的水化放熱［15］，結(jié)果如圖5所示。顆粒表面潤濕和溶解，導(dǎo)致早期水化放熱速率先急劇增大，然后與Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)緩慢放出熱量。隨著再生磚粉粒徑的減小，達(dá)到水化放熱速率峰值的時間有所延遲，同時最大水化放熱速率增大：當(dāng)再生磚粉的D50從42.3 μm降至2.9 μm時，最大水化放熱速率增大2 倍左右；當(dāng)再生磚粉的D50從27.9 μm降至11.2 μm 時，3 d 的水化放熱量提高了82.6%，但D50繼續(xù)降至2.9 μm 時，3 d 的水化放熱量僅能再提高15.7%，表明再生磚粉粒徑降低至一定程度時，繼續(xù)粉磨對再生磚粉水化活性的提升效能減弱。

采用差熱分析儀測定再生磚粉-Ca（OH）2體系的熱重曲線，結(jié)果如圖6 所示，其中測試參數(shù)如下：N2氣氛，升溫速率10 ℃/min，升溫范圍30～1 000 ℃。從圖6（a）可知，30～200 ℃、350～460 ℃與530～700 ℃范圍的失重峰分別對應(yīng)于C-S-H 失水、Ca（OH）2和CaCO3分解。從圖6（b）可知：隨著再生磚粉粒徑的減小，C-S-H的失重量大幅度增大，Ca（OH）2的失重量減小；當(dāng)再生磚粉D50從42.3 μm降至2.9 μm時，C-S-H的失重量從0.43%增至1.35%，Ca（OH）2的失重量從1.64%降至1.24%，均表明，小粒徑再生磚粉參與水化，產(chǎn)生了更多的水化產(chǎn)物。

常規(guī)的英語學(xué)習(xí)，是通過中文解釋的方式，將陌生的英語詞匯轉(zhuǎn)換為學(xué)生熟悉的漢語，進(jìn)而對詞匯進(jìn)行理解和記憶。這種方式雖然高效快捷，但容易形成學(xué)生對英語詞匯的多余記憶轉(zhuǎn)化步驟，即“事物——漢語——英語”的三級記憶模式。新課標(biāo)背景下，可以嘗試將圖片教學(xué)運(yùn)用于高中英語學(xué)習(xí)的具體實踐中，通過幻燈片等多媒體手段，將事物的圖片向?qū)W生進(jìn)行了展示，讓學(xué)生熟練地說出圖片中所展示的事物，甚至可以解說圖片中所反映的場景或者故事，使學(xué)生的英語思維簡化為“事物——英語”的二級記憶模式，提升英語學(xué)習(xí)與運(yùn)用的效率。

圖6 養(yǎng)護(hù)3 d后再生磚粉-Ca（OH）2體系的熱重曲線Fig.6 Thermogravimetric curves of RBP-Ca（OH）2 system after 3-day curing

綜上可知，隨著再生磚粉粒徑的減小，硅鋁礦物晶格畸變的程度增大，表面結(jié)合能降低，Si—O和Al—O鍵易斷裂并解離出活性硅鋁參與水化反應(yīng)，導(dǎo)致再生磚粉-Ca（OH）2體系的水化放熱速率和放熱量急劇增大，同時生成了更多的C-S-H凝膠。

2 再生磚粉粒徑對水泥水化動力學(xué)的影響

采用再生磚粉替代30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）硅酸鹽水泥，以0.5水膠比制備水泥漿體，分析再生磚粉粒徑對再生磚粉-硅酸鹽水泥體系水化動力學(xué)、力學(xué)性能和硬化漿體微觀結(jié)構(gòu)的影響。

2.1 水化放熱曲線

在25 ℃養(yǎng)護(hù)條件下，采用TAM Air-08等溫量熱儀測定了再生磚粉-硅酸鹽水泥體系的水化熱，水化過程包含初始水解期、誘導(dǎo)期、加速期和減速期4個階段，如圖7所示。與硅酸鹽水泥相比，再生磚粉的摻入降低了水化放熱速率和水化放熱量。隨著再生磚粉粒徑的減小，誘導(dǎo)期結(jié)束時間滯后，但加速期的第二放熱峰峰值增大，表明再生磚粉越細(xì)、水化放熱速率越快。當(dāng)再生磚粉粒徑由27.9 μm 降低至2.9 μm時，再生磚粉-硅酸鹽水泥的7 d水化放熱量僅由255.8 J/g提高至288.2 J/g，表明再生磚粉越細(xì)越能加速復(fù)合膠凝材料早期水化，但差別較再生磚粉-Ca（OH）2體系的差別有所縮小。

圖7 再生磚粉-硅酸鹽水泥體系的水化放熱曲線Fig.7 Hydration heat curves of RBP-Portland cement system

2.2 水化動力學(xué)過程

根據(jù)Krstulovic-Dabic模型，膠凝材料水化過程包括結(jié)晶成核與晶體生長（NG）、相邊界反應(yīng)（I）和擴(kuò)散（D）3 個階段，其水化動力學(xué)方程如式（1）-（3）所示，整體水化反應(yīng)速率由速率最小的階段控制［16］。

式中，α為水化程度，n為幾何晶體生長指數(shù)，、和為表觀化學(xué)反應(yīng)速率的常數(shù)。

文中利用式（4）計算膠凝材料的最大水化放熱量（Qmax）［17］，然后根據(jù)式（5）和式（6）分別計算t時刻的水化程度α（t）和水化速率dα/dt。

式中，t1為水化時間，t0為誘導(dǎo)期結(jié)束時間，Q（t）為t0至t1過程的水化放熱量，Qmax為t0至tmax（終止水化時刻）過程的最大水化放熱量，t50為水化放熱量達(dá)最大放熱量50%所需的水化反應(yīng)時間。

再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體的水化動力學(xué)曲線如圖8 所示，再生磚粉-硅酸鹽水泥的水化過程依次由結(jié)晶成核與晶體生長→相邊界反應(yīng)→擴(kuò)散控制，即NG→I→D 過程。由于再生磚粉稀釋了體系中硅酸鹽水泥含量，增大了有效水灰比，可促進(jìn)早期體系發(fā)生水化反應(yīng)，水化早期主要為C-S-H 和Ca（OH）2晶核的生成與長大，此時水化反應(yīng)速率由結(jié)晶成核與晶體生長過程控制。隨著水化時間的延長，反應(yīng)逐漸由相邊界反應(yīng)過程控制。在水化后期，大量水化產(chǎn)物包裹于顆粒表面，水和Ca2+以擴(kuò)散的方式通過產(chǎn)物層才能發(fā)生反應(yīng)，水化反應(yīng)開始由擴(kuò)散過程控制。

圖8 再生磚粉-硅酸鹽水泥體系的水化動力學(xué)曲線Fig.8 Hydration kinetic curves of RBP-Portland cement system

表2列出了再生磚粉-硅酸鹽水泥體系的水化動力學(xué)參數(shù)。與硅酸鹽水泥相比，摻入再生磚粉會降低水化各個階段的反應(yīng)速率。相同再生磚粉摻量下，隨著再生磚粉粒徑的減小，n和K'1值均增大，表明小粒徑再生磚粉可提供更多的成核位點，有利于促進(jìn)水化產(chǎn)物的結(jié)核與生長，表現(xiàn)為NG 過程的反應(yīng)速率提高。隨著再生磚粉粒徑的減小，水化產(chǎn)物均勻分布于顆粒表面，相邊界反應(yīng)階段的反應(yīng)速率系數(shù)（K'2）有所增加。由于再生磚粉的火山灰反應(yīng)速率低于硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)速率，體系內(nèi)部水化產(chǎn)物占比提高，使產(chǎn)物層較為致密，導(dǎo)致水與離子擴(kuò)散阻力更大，表現(xiàn)為D過程的反應(yīng)速率變慢（即K'3值變?。?。此外，α1和α2分別表示NG→I 和I→D 轉(zhuǎn)變時的水化程度，均隨著再生磚粉粒徑的減小而增大，表明再生磚粉越細(xì)，整體體系的反應(yīng)更加劇烈，在水化程度較高時發(fā)生水化動力學(xué)階段的轉(zhuǎn)變。

表2 粒徑對再生磚粉-硅酸鹽水泥體系水化動力學(xué)參數(shù)的影響（25 ℃下）Table 2 Effect of particle size on hydration kinetic parameters of RBP-Portland cement system（at 25 ℃）

3 再生磚粉粒徑對水泥強(qiáng)度的影響

參照GB/T 17671—2020，文中測定了摻入30%再生磚粉后硅酸鹽水泥的膠砂強(qiáng)度，計算了其各齡期活性指數(shù)，結(jié)果如圖9所示。當(dāng)再生磚粉的D50從42.3 μm降至2.9 μm時，3d活性指數(shù)從56.8%提高至75.5%，表明再生磚粉的早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)均較低，但隨著再生磚粉粒徑的減小，其早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)增大。隨著水化齡期的延長，再生磚粉的各齡期活性指數(shù)均有所增加。D50=42.3 μm的再生磚粉28 d活性指數(shù)為66.6%，90 d 活性指數(shù)也僅為74.7%。D50=11.2 μm的再生磚粉28 d和90 d活性指數(shù)分別為87.2%和99.5%，表明其后期活性指數(shù)持續(xù)提高，摻入30%再生磚粉后水泥的90 d強(qiáng)度與硅酸鹽水泥的強(qiáng)度幾乎相當(dāng)。當(dāng)再生磚粉的D50降低至2.9 μm時，28 d 活性指數(shù)為89.9%，56 d 和90 d 活性指數(shù)分別高達(dá)104.2%和103.8%，表明摻入30%再生磚粉后，體系的28 d強(qiáng)度雖低于硅酸鹽水泥的強(qiáng)度，但體系的56 d 和90 d 強(qiáng)度已經(jīng)高于硅酸鹽水泥的強(qiáng)度，再生磚粉的膠凝效能得到了充分發(fā)揮。

圖9 摻入不同細(xì)度再生磚粉的水泥砂漿Fig.9 Portland cement mortars with different particle sizes of RBPs

4 再生磚粉粒徑對水泥漿體組成與結(jié)構(gòu)的影響

4.1 化學(xué)結(jié)合水量

文中采用化學(xué)結(jié)合水量半定量分析水泥漿體的水化程度，其計算公式為［18］

式中：m為硬化水泥漿體的化學(xué)結(jié)合水量，%；m1為30～105 ℃時硬化水泥漿體的失重量，%；m2為30～950 ℃時硬化水泥漿體的失重量，%；wm，c為再生磚粉-硅酸鹽水泥體系的燒失量，%；wc、wb分別為硅酸鹽水泥和再生磚粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；Lc、Lb分別為硅酸鹽水泥和再生磚粉的燒失量，%。

不同再生磚粉粒徑下再生磚粉-硅酸鹽水泥體系的化學(xué)結(jié)合水量如圖10 所示。由圖中可知：隨著再生磚粉D50的減小，各齡期化學(xué)結(jié)合水量逐漸增加；僅當(dāng)再生磚粉的D50小于11.2 μm 時，3 d 和7 d 齡期化學(xué)結(jié)合水量才有一定程度的增加，說明超細(xì)再生磚粉才具有明顯的水化活性；28 d 和90 d齡期化學(xué)結(jié)合水量隨著磚粉粒徑的減小而大幅度增加，當(dāng)再生磚粉的D50從42.3 μm降至2.9 μm時，28 d 齡期化學(xué)結(jié)合水量由15.14%提高至19.87%，表明再生磚粉越細(xì)，再生磚粉-硅酸鹽水泥體系的水化程度越高。與28 d 齡期化學(xué)結(jié)合水量相比，90 d齡期化學(xué)結(jié)合水量進(jìn)一步增加，特別是粗再生磚粉的化學(xué)結(jié)合水量增加的幅度較大，說明90 d齡期時大粒徑再生磚粉也可以發(fā)生一定程度的水化。

圖10 再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體的化學(xué)結(jié)合水量Fig.10 Chemically combined water content of RBP-Portland cement pastes

4.2 Ca（OH）2的相對含量

由于再生磚粉的火山灰反應(yīng)需要消耗Ca（OH）2，因此通過再生磚粉-硅酸鹽水泥體系中的Ca（OH）2含量變化，可間接反映再生磚粉的水化程度?；谠偕u粉-硅酸鹽水泥漿體的熱重曲線，可計算再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體中Ca（OH）2的相對含量，即

式中：M1和M'1分別為再生磚粉-硅酸鹽水泥和純硅酸鹽水泥漿體中Ca（OH）2的含量（400～480 ℃的失重量），%；M2和M'2分別為再生磚粉-硅酸鹽水泥體系和純硅酸鹽水泥硬化漿體中CaCO3的含量（530～700 ℃的失重量），%。

養(yǎng)護(hù)3、28 和90 d 后再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體中Ca（OH）2的相對含量如圖11 所示，漿體中Ca（OH）2是由水泥水化產(chǎn)生，同時再生磚粉火山灰反應(yīng)也會消耗Ca（OH）2，因此漿體中Ca（OH）2含量取決于兩者的相互作用。再生磚粉-硅酸鹽水泥體系漿體中Ca（OH）2的相對含量均為81%左右，表明水化前養(yǎng)護(hù)3 d 的再生磚粉粒幾乎沒有發(fā)生明顯的水化。當(dāng)水化28 d 后，隨再生磚粉D50的減小，Ca（OH）2的相對含量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢：再生磚粉的D50從42.3 μm 降至11.2 μm 時，MCa(OH)2從75.3% 增 至81.2%，D50繼續(xù)降 至2.9 μm 時，MCa(OH)2降至78.4%，說明小粒徑磚粉對水泥水化具有促進(jìn)作用（Ca（OH）2生成量增加），同時超細(xì)再生磚粉（如D50=2.9 μm）開始發(fā)生火山灰反應(yīng)，消耗大量的Ca（OH）2（消耗量超過生成量），這與圖11中化學(xué)結(jié)合水量結(jié)果相吻合。水化90 d后，硅酸鹽水泥顆?；旧线_(dá)到水化極限［19］，漿體中Ca（OH）2含量取決于再生磚粉的火山灰反應(yīng)程度。再生磚粉的D50為42.3和27.9 μm時，Ca（OH）2的相對含量幾乎相等，說明當(dāng)再生磚粉的D50超過27.9 μm時，其后期火山灰反應(yīng)程度的增長也較低。摻入D50=2.9 μm再生磚粉的漿體中Ca（OH）2含量僅為65.6%，說明小粒徑磚粉后期火山灰反應(yīng)程度的增長幅度較大。

圖11 養(yǎng)護(hù)3 d、28 d 和90 d 后再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體中Ca（OH）2的相對含量Fig.11 Relative content of Ca（OH）2 in RBP-Portland cement pastes after curing for 3 d，28 d，and 90 d

4.3 孔結(jié)構(gòu)

采用全自動壓汞儀測定硬化漿體的孔隙率和孔徑分布，測試時取干燥水泥漿體1.0～1.5 g（精確至0.000 1 g），先后進(jìn)行低壓與高壓測試，進(jìn)汞壓力為0.01～206.84 MPa，進(jìn)汞完成后退汞至0.128 MPa，測點平衡時間為10 s。再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體的孔隙率和孔徑分布見圖12。圖12（a）表明，摻入再生磚粉后養(yǎng)護(hù)3 d 的漿體孔隙率由36.4%增加至44.2%，且再生磚粉粒徑對養(yǎng)護(hù)3 d 的漿體孔隙率的影響非常小，也驗證了水化早期再生磚粉幾乎不會水化。隨再生磚粉粒徑的減小，養(yǎng)護(hù)28 d的硬化漿體孔隙率顯著減小，摻入D50=42.3 μm 再生磚粉的水泥漿體孔隙率為37.0%，摻入D50=2.9 μm再生磚粉的漿體孔隙率僅為30.2%，降低了6.8%。

圖12 再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體的孔隙率和孔徑分布Fig.12 Porosity and pore size distribution of RBP-Portland cement pastes

膠凝材料中的孔可分為凝膠孔（粒徑0～10 nm）、介孔（粒徑10～100 nm）、毛細(xì)管孔（粒徑100 nm～1 μm）和大孔（粒徑大于1 μm），有研究表明，粒徑在100 nm 以下的孔對膠凝材料無害或危害較?。?0-21］。隨著再生磚粉粒徑的減小，硬化漿體的有害孔（粒徑大于100 nm）含量和最可幾孔徑顯著減小。在養(yǎng)護(hù)3 d的情況下，摻入D50=42.3 μm再生磚粉的水泥漿體的有害孔含量為68.5%，而摻入D50=2.9 μm 再生磚粉的水泥漿體的有害孔含量僅為43.2%。特別是在養(yǎng)護(hù)28 d 的情況下，摻入D50=2.9 μm再生磚粉的水泥漿體的有害孔含量僅為7.8%，比硅酸鹽水泥漿體還要低；摻入D50=11.2 μm再生磚粉的水泥漿體的最可幾孔徑為50.4 nm，而摻入D50=2.9 μm再生磚粉的水泥漿體的最可幾孔徑降至32.4 nm（見圖12（d）），小于硅酸鹽水泥漿體的最可幾孔徑（40.3 nm）。孔分布和最可幾孔徑測試結(jié)果均說明：超細(xì)再生磚粉具有顯著的微集料效應(yīng)和水化效應(yīng)，可大幅度降低早期和后期有害孔含量，使水泥漿體更加致密，更有利于強(qiáng)度的發(fā)展。

4.4 微觀形貌

圖13為養(yǎng)護(hù)3 d和90 d后再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體的SEM 照片。與硅酸鹽水泥漿體相比，摻入D50=42.3 μm 的再生磚粉后水泥漿體的孔隙較多，特別是養(yǎng)護(hù)90 d后漿體仍較為疏松，是導(dǎo)致其早期和后期強(qiáng)度均較低的主要原因。摻入D50=11.2 μm再生磚粉后水泥漿體仍然存在較多孔隙，表明再生磚粉粒徑由42.3 μm降至11.2 μm對養(yǎng)護(hù)3 d的漿體微結(jié)構(gòu)的影響不大。養(yǎng)護(hù)90 d后水泥漿體中大孔數(shù)量大幅度減小，致密程度與硅酸鹽水泥漿體幾乎相當(dāng)，使其強(qiáng)度達(dá)到了未摻入再生磚粉的硅酸鹽水泥的強(qiáng)度。當(dāng)摻入30%的D50=2.9 μm再生磚粉時，養(yǎng)護(hù)3 d后水泥漿體的大孔較少，說明磚粉細(xì)顆粒的填充效應(yīng)使?jié){體結(jié)構(gòu)明顯致密。養(yǎng)護(hù)90 d后水泥漿體僅存在部分細(xì)小孔隙，其致密度甚至超過了硅酸鹽水泥漿體，因此其強(qiáng)度超過了硅酸鹽水泥的強(qiáng)度。

4.5 再生磚粉粒徑對水泥漿體微結(jié)構(gòu)演變的影響機(jī)制

隨著顆粒粒徑的減小，再生磚粉的比表面積增大，硅鋁礦物晶格畸變的程度提高，導(dǎo)致活性硅鋁容易溶出并參加火山灰反應(yīng)，因此Ca（OH）2的消耗量顯著提升，漿體微觀結(jié)構(gòu)更加均勻。此外，超細(xì)再生磚粉具有顯著的“微集料”效應(yīng)，細(xì)化初始孔隙，最終使超細(xì)再生磚粉具有較高的活性指數(shù)。基于上述實驗結(jié)果，可得到再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體的微結(jié)構(gòu)發(fā)展過程，如圖14 所示。早期水化過程中再生磚粉主要發(fā)揮“微集料”效應(yīng)，填充并細(xì)化初始孔隙。再生磚粉粒徑越小，其巨大的比表面積為水化產(chǎn)物沉積與生長提供位點，從而促進(jìn)水泥的水化。另一方面，再生磚粉的火山灰反應(yīng)速率主要取決于粒徑。當(dāng)再生磚粉粒徑大于27.9 μm時，水化90 d后再生磚粉才開始發(fā)生火山灰反應(yīng)，即使經(jīng)過長時間養(yǎng)護(hù)仍僅有少量水化，導(dǎo)致再生磚粉-硅酸鹽水泥體系的早期與后期強(qiáng)度均明顯下降。當(dāng)再生磚粉粒徑為11.2 μm 時，水化28 d 后再生磚粉開始發(fā)生火山灰反應(yīng)，水化90 d后生成一定量的水化產(chǎn)物，導(dǎo)致?lián)郊?0%再生磚粉且水化90 d的抗壓強(qiáng)度與硅酸鹽水泥的強(qiáng)度基本相當(dāng)。當(dāng)再生磚粉粒徑降至2.9 μm 時，水化3 d 后再生磚粉即可開始發(fā)生火山灰反應(yīng)，消耗大量的Ca（OH）2，同時生成更多的水化產(chǎn)物填充孔隙，使硬化漿體的微結(jié)構(gòu)更加致密，有害孔含量和最可幾孔徑大幅度減小，水化28 d和90 d后的強(qiáng)度甚至高于硅酸鹽水泥的強(qiáng)度。

圖14 再生磚粉-硅酸鹽水泥漿體的微結(jié)構(gòu)演變示意圖Fig.14 Schematic diagram of microstructure evolution of RBP-Portland cement pastes

5 結(jié)論

（1）隨再生磚粉粒徑的減小，硅鋁礦物晶格畸變的程度增大，且表面化學(xué)鍵易斷裂，本征水化活性提高，宏觀表現(xiàn)為當(dāng)再生磚粉粒徑從42.3 μm 降至2.9 μm 時，再生磚粉-Ca（OH）2體系的3 d水化放熱總量提高了207.7%。

（2）再生磚粉-硅酸鹽水泥體系的水化過程由NG→I→D 依次控制，再生磚粉粒徑的減小，既提供了大量水化產(chǎn)物成核位點，也有利于磚粉本征水化活性的提高，導(dǎo)致結(jié)晶成核與晶體生長、相界面反應(yīng)兩個階段的反應(yīng)速率增大，NG→I和I→D轉(zhuǎn)變時的水化程度提高。顆粒表面水化產(chǎn)物層更致密，增大水分子和離子的擴(kuò)散阻力，使擴(kuò)散控制階段的水化反應(yīng)速率減小。

（3）水化早期再生磚粉主要起物理填充作用，小粒徑再生磚粉可細(xì)化初始孔徑，為水化產(chǎn)物提供更多的成核點，使其3 d 活性指數(shù)從56.8%提高至75.6%。隨再生磚粉粒徑的減小，火山灰反應(yīng)開始時間顯著提前且反應(yīng)程度提高，大量水化產(chǎn)物填充使?jié){體的微觀結(jié)構(gòu)更加密實，摻加30%小粒徑再生磚粉（D50<11.2 μm）水泥養(yǎng)護(hù)90 d的強(qiáng)度超過了純水泥的強(qiáng)度。