废弃混凝土中硬化水泥浆体的分离与应用研究.pdf

2 0 1 4年 第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT P R0DUCTS 2 01 4 No 4 Ap r i l 废弃混凝土中硬化水泥浆体 的分离与应用研究 张 日华 ( 洛阳理工学 院， 4 7 1 0 2 3 ) 摘要 ： 采用 自行开发的废 弃混凝土回收装置 。 对工程拆除产生的废 弃混凝土进行破碎 、 分 离处理 验证 了该技 术 分 离废 弃 混 凝 土 的 效 果 ： 得 到 的 硬 化 水 泥 浆 体 经 磨 细后 进 行 了 水 泥 混合 材 料 以及 混 凝 土 掺 合料 的 性 能试 验 试 验 结果表明 ， 硬化 水泥浆体粉活性指数 大于 6 5 ， 具有 一定活性 ， 其他性能指标 ( 标准稠度 用水量 、 凝结 时间、 安定性 、 流动度 比) 符合水泥及掺合料有关技 术要 求， 可 以作为水泥混合材料及 混凝 土掺合料使 用。 关 键 词 ： 废 弃 混凝 土 ； 硬 化 水 泥 浆 体 ： 水 泥 混 合 材 料 ： 混凝 土掺 合 料 Ab s t r a c t ： ， r h e w e l l s e p a r a t e d a g g r e g a t e s a n d t h e h a r d e n e d c e me n t p a s t e a r e o b t a i n e d f r o m the w a s t e c o n c r e t e w h i c h i s thr o u g h a p r o c e s s o f c r u s h i n g a n d s e p a r a t i n g o f t h e wa s t e c o n c r e t e b y u s i n g s e l f - d e v e l o p e d wa s t e c o n c r e t e r e c y c l i n g e q u i p me n t T h e e x p e r i me n t s h o w s t h a t t h i s s e l f - d e v e l o p e d r e c y c l i n g e q u i p me n t i s e f f e c t i v e ， t h e o b t a i n e d s i z e o f h a r d e n e d c e me n t p a s t e i s s ma l l e r t h a n 0 1 5 mm wh i c h i s e a s y t o fi n e g r i n d i n g T h e g r o u n d h a r d e n e d c e me n t p a s t e i s u s e d a s a n a d mi x t u r e i n c e me n t a n d c o n c r e t e r e s p e c t i v e l y t o b e t e s t e d ， a n d t h e p r o p e r t i e s a r e t e s t e d a s w e l 1 T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t the h a r d e n e d c e me n t p a s t e p o s s e s s e s a c t i v i t y ，a n d i t s p o z z o l a n i c a c t i v i t y i n d e x i s g r e a t e r t h a n 6 5 P e r f o r ma n c e i n d e x e s s u c h a s wa t e r r e q u i r e me n t o f n o r ma l c o n s i s t e n c y ， s e t t i n g t i me a n d s o u n d n e s s a l l me e t t h e r e q u i r e me n t s o f c e me n t p e r f o r ma n c e s rr h e h a r d e n e d c e me n t p a s t e c a n b e u s e d a s c e me n t b l e n d i n g ma t e r i a l a n d t h e c o n c r e t e a d mi x t u r e Ke y wo r d s ：W a s t e c o n c r e t e ； Ha r d e n e d c e me n t p a s t e ； C e me n t a d mi x t u r e ； Co n c r e t e a d mi x t u r e 中图分类号 ： T U 5 2 8 1 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 4 1 8 0 4 0前 言 据统计 ， 我国每拆除 旧楼 l 万 m ， 即产生近 0 5 万 i i 1 的废弃混凝土。预计到 2 0 2 0年 ， 我 国将产生 2 0亿 t 的废弃混凝土【 l l ： 并以每年产生约 3亿 t 的速 度增加 。因此 ， 废弃混凝土成为影响环境 的重要因 素 ， 必须对其进行再利用 。目前世界上很多 国家 已 不把废弃混凝土当成是一种垃圾 ， 废弃混凝土经过 处理 以后可以当作制备建筑材料的各种原料3 1 。混 凝土是水泥经过水化反应将 骨料 ( 石子和砂 ) 紧密 结合在一起 从而产生强度 。 废弃混凝土的组成基 本是硬化水泥浆体包裹着骨料 ( 石子和砂) ， 其 中骨 料 ( 石 子 和砂 ) 性 能 上没 有 发 生质 的变 化 ， 只是 水 泥 发生化学反应 ， 变成水泥硬化浆体。 作者采用一种 自行研究 的废 弃混凝土的分离 回收装置 ， 将废弃混凝土经过破碎 、 分离 ， 得到相 应 的骨料 ( 石子和砂) 和硬化水泥浆体混合料 ， 将混 合料进行筛分得到硬化水泥浆体 ， 并作为水泥混合 材料和混凝土掺合料 ， 通过试验研究其对水泥及混 凝土的施工性能和使用性能的影响。 基金项 目： 河南省 2 0 1 1 年科技攻关 计划项 目“ 废弃 混凝土中 硬化水泥浆体的应用研究( 项 目编号 ： 1 1 2 1 0 2 3 1 0 7 0 9 ) ” 。 一 1 8 1 硬 化水 泥浆体 的分 离 1 1 废 弃 混凝 土来 源 试验用废 弃混凝 土来 源于上 世纪 8 0年 代 中 期 ， 洛阳中油 一建公 司宿舍楼结构梁 ， 使用年 限约 2 8年 。原混凝 土设计强度等级 C 2 0 ，配合 比见表 1 。 表 1 废弃混凝 土的配合 比 说明 ： 该水泥强度等级为 2 0 0 1 年 以前 的旧标 准 ， 比现标准低 一 个强度等级。 1 2 废弃混凝土分离 本试验采用 自行研制的一种专 门用来 回收混 凝土的装置进行分离 ， 具体工艺为 ： 将试验用的废 弃混 凝土 采用 颚式破 碎 机破碎 至 5 0 m m 以下 ，进 入 该分离回收装置 ， 装置 内有分离介质 ， 通过机械磨 削方式 ，将粗骨料表面的硬化水泥砂浆进行剥离 ， 同时对硬化水泥砂浆也进行剥离 ， 将废 弃混凝土中 骨料( 石子 、 砂子 ) 、 硬化水泥浆体分离 ， 得到相应的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张 口华 废 弃混 凝 土巾硬 化水 泥浆 体 的分离 与应 研 究 混合料 为应川和研究办便 ， 将 分离后混合样采用 混凝_ l ： 川骨料检测套筛进行筛分 ，其r f 1 粒径大于 4 7 5 ra m 的 为 粗 骨 料 ， 4 7 5 o 1 5 ra m 的 为 细 骨 料 ， 0 1 5 I 1 I l l 以下的作为硬化水泥浆体。 废弃混凝土分离 的试 验结 果 表 2 、 网 l 、 I 2 。 从 表 2可 以看 分离 得 到 的粗 骨 料 量 较原 混 凝 土 的 少 而 细 骨料 量增 J J I 1 这 是 由 于在 分离 过 程 巾 部 分 卡 I 骨 料 的颗 粒 形 状 不规 则 ， 在 磨 削 过 程 巾 粒径 变小 ， 部 分变成粒径小 的细骨料 ， 同时 细骨 料 I l 存 部分 没 有 分 离 的 砂 浆 颗 粒 ，在 粒 径 小 于 0 1 5 ra n 的硬 化 水泥 浆 体 l f l 有 一 定 量 的 石粉 、砂 进 入 ， 此 其 成分 比较 复杂 。 2硬 化水 泥 浆体 的处 理与分 析 为研究小 于 0 1 5 n i n l 的硬 化水泥浆体性能 ， 在 试验r f I 将该样进一步处理 ， 采用 0 0 8 0 ram方孑 L 筛进 行再筛分 ( 筛余 为 4 2 4 5 ) 、 磨细 ， 分析未筛分 的 混 合样 、 大 于 0 0 8 0 ram和 小 于 0 0 8 0 ra m i种 试样 的 化 学成 分及 其他性 能 、 2 1 硬 化水泥 浆体 化学 成分 对上述 三种 硬化 水 泥 浆体 试样 进行 化 学 分 析 ， 具体结 果见 表 3 通 过 化学 分 析 可 以看 出 ： 三 种 试样 化 学成 分 变 化 不 大 ，但 它们 的烧 失 量 、 S i O 、 C a O 含 有 一些 变 化 。其中 3号试样硬化 水泥浆体相埘含量较高 ， 冈 2废 卉 混 凝 土 分 离 试 验 结 果 ( a ) 末分 离样 ( b ) 分离后混合样 l 废 舟 混凝 分 离前 后 对 比 ( a ) 筛分后粗骨料 ( b ) 筛分后硬化水泥浆体 罔 2分离后经筛分的粗骨料及硬化水泥浆 体 表 3硬化水泥浆体的化学成分 说叫 ： 编 1 、 2 、 3分 圳代表粒 0 1 5 ra m 以下 的混合 样 、 0 1 5 0 0 8 O mm和小于 0 0 8 0 ra m试样 此烧火垃 、 C a O含量高 ： 2号试样相对砂的含量高 ， 此 S i O 禽量较 高 2 2 硬化 水泥 浆体 矿物 组 成 埘 I 述 硬化 水 泥 浆 体 1号试 样 进行 XR D 检测 和热分 析 ， 分析 其矿 物组 成 ， 具体结 果 网 3 、 4 。 3结果 示 硬化水泥浆体料粉巾l有石英 、 长 、 斛 、 羟钙石和羟 硅钙石等 ， 结 合【皋 1 4硬 化水泥浆体的热分析冈谱， 硬化水泥浆体料粉 可能 还 有 C S H凝 胶 石英 、 长石应 该是 南混 凝土 中的 骨 料 剥 离 中引 入 ：方 解 石 呵能 由灰 岩骨 料 引入 ， 也 町能 足 于 羟钙 石 的 碳化 ： 羟 钙 石 和羟 基 硅 钙石 是水泥水化产物 由此 可以初步认定硬化水泥浆体 磨细粉具柯一定的活性 ， 可以用作水泥混合材料和 混凝 土掺合 料I 3 _ 。 为研究废弃混凝土分离 的硬化水泥浆体用 于 水 泥 和 混凝 土 有 关性 能 ，同 时 考 虑 到 丁程 实 际情 况 ， 选择 l 、 3号 样 进 行 试验 。将 上述 1 、 3号 试 样进 行磨细处理 。在试验小磨中( 相同的球料比) ， 将试 样 1 分 圳粉磨 2 0 、 3 0 、 4 0 rai n ， 试样 3粉磨 2 0 rai n 。得 到不 同比表 面积的硬化水泥浆体粉料 ， 分别编号为 A、 R、 C及 D试样 ， 试样的比重和 比表面积等指标检 测 结 果 见表 4 。 从表 4看 小 试 样 的 密 度 较 水 泥 、 矿 渣 以 及 石 灰石 粉小 ， 但 比粉煤 灰 略大 。 3试验 方案 将上述制备的水泥硬化浆体试样 ( A、 B、 C、 D) ， 一 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 6期 憩 按 2 0 1 。 图 3 硬化水泥浆体 X R D图谱 表 4 硬化水泥浆体粉磨不 同时间的比表面积 、 密度 按照 G B T 1 2 9 5 7 -2 0 0 5 ( 用作水泥混合材的工业废 渣活性试验方法 ，用 3 0 制备的硬化水泥浆体替 代硅酸盐水泥 ， 对制得的试样进行水泥胶砂 2 8 d抗 压强度 比定量试验 检测试样的活性指数。 按照 G B T l 3 4 6 2 O 1 1 水泥标准稠度用水量 、 凝结时间 、 安 定性检验方法 对试样进行标 准稠度用水量 、 凝结 时间等性能检测 。采用 G B T 1 8 0 4 6 -2 0 0 8 ( 用 于水 泥和混凝土 中的粒化高炉矿渣粉 标准 ， 采用 5 0 硬化水泥浆体 、 1 5 硬化水泥浆体与 3 5 的矿渣粉 进行复合的试样替代硅酸盐水泥 ， 检测试样用于混 凝土掺合料的活性指数和流动度 比等性能指标 ， 试 样配合 比见表 5 。 4试 验结 果与 分析 根据试验方案及配比， 试样作水泥混合材料用 的活性指数及标准稠 度需水量 、 凝结时 间、 安定性 等有关性能 的试验结果见表 6 。试样作混凝土掺合 W 图 4 硬化水泥浆体热分析 图谱 料 的流动度 比、 活性指数等有关性能的试验结果 见 表 7 。 从 表 6可 以看 出 掺 加 3 0 硬化 水 泥浆 体 粉 作 水泥混合材料 。 所配试样 的标准稠度需水量 、 凝结 时间 、 安定性等性能指标均合格 ， 符合水泥生产技 术要求 。试样的 2 8 d抗压 比 6 8 一 7 0 ， 大于 6 5 ， 具有一定活性 但与粉煤灰等其他火 山灰质材料相 比偏低 这与该废弃混凝土的强度等级和使用的水 泥等级以及使用年限等有较大关系。 随粉磨 比表 面积 的提高( 幅度不大) ， 试样 7 d 、 2 8 d龄期的抗压 比增进率很小 ，说明比表面积增值 不大时对其活性影响不大。虽然粉磨的比表面积很 大 但试样 的标准稠度需水量增加不大。 试 样 7 d抗 压 比达 到 6 O 左 右 ， 7 d至 2 8 d抗 压 比增进率很小 ， 与磨细粉煤灰相比低很多。从编号 C 3 0试样 7 d 、 2 8 d的水化 X R D分析( 图 5 、 图 6 ) 可以 看出 ， 两个龄期的水化 产物基本没有变化 ， 大量的 石英 ( s i o ) 和方解石未参与水化反应 ， 因此降低 了 试 样 的活性 。 试 样 D 的 相 关 性 能 指 标 与 试 样 A、 B 、 C接 近 ， 说明筛分处理对硬化水泥浆体相关性能影响较小。 从表 7可以看 出 掺加 5 O 的硬化水泥浆体作 表 5 水泥硬化浆体试样活性检测配合 比 一 2 O一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张 日华 废弃混凝土中硬化水泥浆体 的分离与应用研究 表 7 试样流动度 比、 活性 指数试 验结 果 注 ： 括 号内数值 为流动度实际测定值。 l 2 0 0 1 0 0 0 8 0 0 皤6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 O 20 。 图 5编号 C 3 0试样 7 d水化样 品 X R D图谱 1 2 o 0 1 O 0 0 8 0 0 嘿 6 0 0 4 o 0 2 0 0 0 1 O 2 O 3 O 4 0 5 0 6 0 7 O 8 O 2o ， 。 图 6 编号 C 3 0试样 2 8 d水化样 品 X R D图谱 混凝土掺合料 ， 所配制试样 的活性指数 ( 7 d 、 2 8 d ) 常低 ， 活性指数只有 3 2 3 6 ， ， 而且 7 d至 2 8 d活 性指数几乎没有增加 ， 这与水泥混合材料试验结果 一 致 ，进一步说 明该硬化水泥浆体粉活性指数不 高 ， 但流动度比均达到技术要求。 在总掺量不变的条件下 ， 随矿渣微粉替代量 的 增加 ， 所 配试样 的活性指数 ( 7 d 、 2 8 a ) 也逐步提高 ， 说明其与矿渣微粉的复合效应很好 ， 比单掺 3 0 硬 化水泥浆体粉活性指数高。当采用硬化水泥浆体粉 与矿渣微粉 1 ： 1 配 比时 ( 即 B 2 5 一 C 2 5 ) ， 复合掺合料 相当于 $ 7 5矿渣微粉。 要提高硬化水泥浆体粉活性 ， 需要通过其他方 式进行激发 有待以后进一步研究。 5结 论 ( 1 ) 采用将废弃混凝土破碎至 5 0 mm以下 ， 通过 机械磨削方式 ， 将粗骨料表面 的硬化水泥砂浆进行 剥离 同时对硬化水泥浆体也进行剥离 可实现废 弃混凝土 中骨料 ( 石子 、 砂子 ) 、 硬化水泥浆体 的有 效分离 ， 为废弃混凝土再利用提供前提条件。 ( 2 ) 分离得到 的硬化水泥浆体通过磨细处理 ， 具有一定活性 ， 可用于水泥混合材料 和混凝土掺合 料 ， 但最好采用与矿渣或其他活性较高 的材料进行 复合使用。 ( 3 ) 不 同时期或使用年限不 同的废弃混凝土分 离的硬化水泥浆体活性有 区别 。 需通过试验确定。 参考文献 ： 【 1 林翔， 苗英豪 ， 张 金喜， 等 废 弃水泥 混凝 土再生 利用发 展 现状 J 市政技术， 2 0 0 9( 5 ) ： 1 - 2 f 2 江苏省 混凝土 行业 2 0 1 0年发 展情况 和十 二五发展 分析 的报告 3 】 田芳， 叶青， 章天刚 废弃混凝土磨细粉作水泥混合材的试 验研究J 1 河北工程 大学学报： 自然科学版， 2 O L O ( 4 ) ： 2 5 - 2 7 4 张 日华 “ 废弃 混凝土 回收装置 ” 中国实用新 型专利说 明 书 Z L 2 0 0 8 2 0 0 6 9 8 1 5 5 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 2 1 6 作者简介 ： 张 日华 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 教授 级高工。 通 讯地址 ： 洛 阳市王城大道洛 阳理工学院东区 联 系电话 ： 0 3 7 9 6 5 9 2 8 3 1 7 、 1 3 0 1 7 6 3 1 7 8 1 E- ma i l ： z h a n g r i h u a l y 1 2 6c o m 一 2l一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m