再生混凝土粉复合掺合料的制备及性能研究

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随着我国城市化进程的不断推进,我国建筑垃圾年产量逐年递增,现阶段对建筑垃圾主要的处理方式依然是放置和填埋,大量资源被浪费并对周边环境进行二次污染,建筑垃圾的资源化再利用的实行是个难题。其中,废弃混凝土的资源化再利用是首要难题,再生骨料、再生微粉在实际工程中应用难度很大,无法广泛应用,难以有效解决废弃混凝土资源再利用的问题。本文根据规范JG/T 573-2020《混凝土和砂浆用再生微粉》和JG/T486-2015《混凝土用复合掺合料》中的相关要求,研究制备再生混凝土粉复合掺和料,以达到降低废弃混凝土在水泥基材料中的使用难度和提高废弃混凝土利用率的目的。本文研究了一种新的再生混凝土粉的加工方式,并对加工后再生混凝土粉的材料基本性能进行表征;制备了以再生混凝土粉和矿渣为主要成分的复合掺合料,研究复合掺合料各组分(再生混凝土粉、矿渣、碱激发剂)对胶砂工作性能及力学性能的影响,并根据胶砂实际性能选择目标复合掺合料;制备了含再生混凝土粉复合掺合料的水泥基复合材料(净浆、砂浆、混凝土),研究目标复合掺合料对水泥基复合材料的工作性能、力学性能、干燥收缩和耐久性能的影响,以及目标复合掺合料对水泥水化产物、水化进程、孔结构的影响,并探究再生混凝土粉复合掺合料对胶砂、混凝土各项性能的影响机理。通过马尔文粒度分析、勃式法、扫描电镜等测试方法表征了经新加工方式加工后的再生混凝土粉的颗粒粒径分布、比表面积及颗粒的微观形貌。测试结果表明,烘干后的颗粒粒径低于4.75mm的废弃混凝土破碎物经粉磨30min后,粉体细度刚好满足Ⅰ级再生混凝土粉要求,粒径主要集中于45μm以下。随着粉磨时间的延长,再生混凝土粉颗粒粒径降低,颗粒更为规则,但粉体比表面积增大,需水量比大幅提高。通过不同复合掺合料胶砂试件的工作性能试验和力学性能试验,得到了各组分对试件性能的影响规律和目标复合掺合料的配合比。试验结果表明,复合掺合料中再生混凝土粉所占比例过高或过低时,复合掺合料流动度比均较低;矿渣含量越高,复合掺合料活性指数越大,当复合掺合料中矿渣所占比例为40%时,复合掺合料的28d活性指数可达到87%;但该体系整体受碱激发效果不明显,掺入碱激发剂后,28d活性指数无明显提升;综合考虑胶流动度比、活性指数以及废弃混凝土的利用率,最佳复合掺合料的配比为混凝土粉:矿渣为1:1,其中再生混凝土粉粉磨时间为30min、矿渣碱度系数为1.33。对掺有再生混凝土粉复合掺合料的胶砂、混凝土试样进行工作性能、力学性能、干燥收缩以及耐久性能测试。试验结果表明,随着再生混凝土粉复合掺合料掺量的提高,胶砂试件的流动度和抗强度降低、早期干燥收缩减小。复合掺合料掺量低于20%时,胶砂试件的工作性能和力学性能与基准试件相差不大,且具有良好的体积稳定性。当再生混凝土粉复合掺合料掺量为20%时,混凝土试件的工作性能、力学性能以及抗碳化性能与基准试件相差不大,抗氯离子渗透性能、抗冻性能有一定提高。通过XRD、扫描电镜、水化热和压汞法等测试方法测定再生混凝土粉复合掺合料的水泥水化产物、水化进程以及水化产物的孔结构特征。试验结果表明,掺入再生混凝土粉复合掺合料后,对比于基准组,无新的水化产物生成,水泥水化热降低且放热峰延后;当再生混凝土粉复合掺合料的掺量为20%时,水化产物的数量和种类与基准试件相差不大,掺合料中惰性粉体发挥填充作用,水泥石中的孔结构得到一定改善。
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