利用废弃混凝土生产绿色水泥的研究.doc

摘　要：废弃混凝土中含有的部分石灰石和硅质原料， 硬化的水泥浆体在高温下脱水形成氧化钙、氧化硅和氧化铁等氧化物， 都是制造水泥所必须的氧化物。实验室分别利用40%、60% 和80% 的废弃混凝土代替石灰石制造水泥，XRD 分析结果显示， 利用60% 的废弃混凝土代替石灰石可生正常的水泥熟料， 熟料中4个矿物的衍射峰清楚， C3S和C2S特征峰尖锐；岩相分析表明熟料的A 矿和B 矿发育较好， 晶体尺寸小， 轮廓清晰， 且熟料的强度可达到47.4M Pa。
关键词：废弃混凝土；　绿色水泥；　XRD 分析
    混凝土是当今世界上用量最大的人造建筑材料。在我国， 每年浇注混凝土约15～ 20亿m3， 而混凝土中砂石骨料又占总重量的70% 以上， 用量十分巨大。长期以来， 由于砂石材料来源广泛， 价格又低廉， 被认为是取之不尽的原材料， 从而导致到处开山劈岭， 滥采滥伐， 严重浪费了大量的自然资源。与此同时， 我国解放初期浇注的许多混凝土与钢筋混凝土建筑， 部分已进入老化毁坏阶段， 城市改造建设也会拆除部分老化的建筑与结构， 导致混凝土解体量越来越多， 我国每年解体混凝土量约800万m3， 而这些废弃的混凝土往往被填埋在垃圾场和地势低洼的地方， 很少被利用。大量的研究表明， 废弃混凝土可用作再生混凝土的骨料， 也可取代部分优质石灰石生产水泥。在实验室利用部分废弃混凝土作钙质原料， 并在高温炉中煅烧成熟料， 对其熟料性质和磨制成水泥的性能进行了研究。
1　原材料及实验方法
1. 1　原材料
    废弃混凝土、石灰石、粘土和铁粉的化学成分见表1。

1. 2　实验方法
    将废弃混凝土、石灰石、粘土和铁粉分别烘干、破碎并粉磨成细粉(0. 08 mm 方孔筛筛余3% 左右)。按40%、60% 和80% 的废弃混凝土分别取代部分石灰石， 与粘土、铁粉配制3 个水泥生料试样， 且熟料的三率值控制为：KH = 0. 90、SM = 2. 6、IM =1. 3；将生料粉压制成直径50mm、高5mm 的薄饼，放入硅钼棒的高温炉中煅烧；高温炉升温速率为200℃/h ， 并在1 450 ℃下保温45min， 熟料出炉后用电风扇冷却。
    将熟料分别进行XRD 和岩相分析， 并加入3% 石膏制成水泥后， 按GB/T 134622001 进行强度试验。
2　实验结果与分析
利用40%、60% 和80% 的废弃混凝土取代石灰石的配料组成分别见表2、表3 和表4。

    从表2～ 表4 可以看出， 随着废弃混凝土取代石灰石的量不断增加， 石灰石料耗从0.765 下降到0. 262， 而废弃混凝土的用量从0. 510上升到1.049；虽然理论上所配制的熟料成分非常接近， 但在相同煅烧制度条件下， 熟料的质量有较大的差异， 这一点可从后面的岩相分析和强度数据得到证实。

    试样B的熟料XRD 分析如图1。从图1 中可以看出， 熟料的4 个矿物都有自已的特征峰， 硅酸盐矿物C3S、C2S 的特征峰明显， CPS 值相对量也较大，说明熟料中以硅酸盐矿物占优；熔剂化矿物C3A、C4AF的特征峰不十分明显， CPS 值相对量也较小，说明在熟料中的含量相对较少。
    3 个试样的熟料岩相分析分别如图2、图3 和图4所示。从这些岩相分析来看， 试样A 中的A 矿和B 矿发育较好， 轮廓清晰， 少有熔蚀现象；试样B 中的A矿、B 矿发育也较好， 晶体尺寸小， 轮廓也清晰， 但表面熔蚀较严重。试样C 中含圆形、双晶纹的B 矿较多， 边缘较模糊， 表面熔蚀也较重， 熟料的质量明显比前2 个试样差， 这与表5 的力学强度性能相一致。
    上述3 个试样的熟料分别加入3% 的石膏后，磨细至4 900 孔筛筛余为2% ， 进行水泥强度实验( 净浆，W/C = 0.32， 试体为20 mm ×20 mm ×20mm ) ， 其结果见表5。
表5　利用部分废弃混凝土生产的水泥物性指标
从表5 可知， 随着利用废弃混凝土的比例越来越高， 水泥的强度有较大幅度的降低。尽管表2～ 表4 显示的熟料的硅酸盐矿物(C3+ C2S) 含量变化不大(采用Bogue 公式计算) ， 但实际上， 硅酸盐矿物的含量在减少， 质量也越来越差， 这主要与废弃混凝土中含砂量有关。因为混凝土中的河砂含有的SiO 2 活性特别差，大多是结晶的SiO2， 既难磨， 又难烧， 因此， 会导致f2CaO 含量增加， 熟料质量下降。

3　结　论
    利用废弃混凝土可作生产水泥的原料， 随着废弃混凝土利用率越高， 生产水泥熟料的质量越差。适宜的废弃混凝土取代石灰石的比例为60% ， 可煅烧出正常的水泥熟料， 熟料中4 个矿物的衍射峰清楚，C3S 和C2S特征峰尖锐， 且熟料的强度可达到47.4MPa