固废碱激发材料强化废旧混凝土再生集料试验研究

[中图分类号]TU528 文献标识码： A[]

0 引言

废旧混凝土再生集料（以下简称再生集料）混凝土作为废旧混凝土的主要消纳方式正逐渐应用于实际工程建设中。然而，再生集料经破碎、筛分等多级处理后表面存在许多微裂缝和残余砂浆，使其表观密度、吸水率、压碎指标等基本物理性与天然集料相比较差，为提高再生集料混凝土性能，再生集料制备混凝土前需进行强化处理，常用的强化方法包括：物理方法，如研磨；化学方法，如化学溶液浸泡、酸洗、裹浆等；微生物方法，如微生物矿化[1-3]，其中，裹浆法耗时少、费用低、用能少，优势明显。

赵智慧[4]采用多种改性浆液并控制裹浆厚度对再生骨料和再生混凝土进行改性，发现浆体水灰比为0.8 且裹浆厚度为 0.035mm 时对骨料的改性效果最好，裹浆过薄或过厚对再生骨料的改性效果均不好；苏尚亮[5]发现采用不同水灰比硫铝酸盐水泥浆液和不同浓度的水玻璃溶液浸渍处理的方式均能有效提高骨料的力学性能。传统的裹浆法使用水泥作为主要胶凝材料，资源消耗量大，能耗高。

为解决上述问题，本研究使用碱性激发剂激发垃圾焚烧底渣、粒化高炉矿渣等固体废弃物活性，通过单因素试验，配置强化材料，研究不同配比对再生粗集料的表观密度、吸水率、压碎值影响，评价再生粗集料质量提高情况。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1）再生粗集料

再生粗集料由固安兴盛环保科技有限公司用废旧混凝土经破碎、筛分、后制得，粒径范围为 5.0～31.5mm ，其基本物理性能如表 1 所示。

表 1 再生粗集料基本物理性能

2）前驱体材料

前驱体由垃圾焚烧底渣、粒化高炉矿渣复配而成。试验用垃圾焚烧底渣为垃圾焚烧厂产生的底渣经磁选回收金属后，在露天环境熟化3 个月，过 0.0.75mm 方孔筛，筛下余留物，如图 1-1 所示，主要成分如表 2 所示。试验用粒化高炉矿渣为市售 S95 粒化高炉矿渣粉，如图1 所示，主要成分如表 2 所示。

2）碱激发材料

采用氢氧化钠和水玻璃复配碱激发材料。本研究使用的氢氧化钠为片状氢氧化钠，分析纯，天津市支援化学试剂有限公司生产；本研究使用的水玻璃为液体硅酸钠，海湾集团生产，3.3 模，模数的定义为水玻璃中SiO2 与 Na₂O 的物质的量之比如图 2 所示。

图 2 碱激发原料

1.2 试验方法与方案

1.2.1 试验方案

根据课题组对碱激发材料的研究成果确定再生集料强化单因素试验参数，通过试验研究各参数对裹浆强化再生集料基本物理性能的影响。碱性激发材料由水玻璃和氢氧化钠复配而成，模数为 1.3^[6] ；复配前驱体粒化高炉矿渣（GBFS）与垃圾焚烧底渣（MSWI-BA）质量比G/M（0.6、0.8、1.0、1.2、1.4）；碱当量（Alkali equivalen）（AE）取（ （6% 、 8% 、 10% 、 12% 、 14% ）；液固比（W/S），即为裹浆料中液体成份质量与固体成份质量之比，液体成份质量包括水玻璃中的溶剂质量和外加的自来水质量之和，固体成份质量包括前驱体质量和激发剂中的固体成份质量之和，固体成份包含NaOH固体、Na₂O 以及SiO2，本研究液固比（W/S）取（0.40、0.45、0.5、0.55、0.60）。

在进行单因素试验时，定值分别为G/M取 1.0，碱当量（AE）取 10% ，液固比（W/S）取 0.5。

1.2.2 试验方法

1）碱激发材料制备

首先称取一定重量的水玻璃，将 0.1712 倍水玻璃重量的片状氢氧化钠加入其中，60 ℃超声振荡至氢氧化钠完全溶解，在室温下密封陈化 24 h后使用。

2）裹浆浆液配置

根据试验方案给定比例，将前驱体材料投入水泥净浆搅拌机搅拌锅内，水（需折减碱激发材料中的水）以及碱激发材料，启动搅拌机，低速搅拌 2min，高速搅拌 2min。

3）再生粗集料裹浆

在裹浆浆液料斗中加入再生粗集料，保证裹浆浆液覆盖再生粗集料。将料斗置于混凝土振动台上震动 1min，静置 1min ，完成 3 个循环；将强化再生粗集料捞出、沥干，置于振动筛上，每 10min震动一次， 30min 后置于阴凉干燥处，养护 3 天，置于标养箱养护 25 天，完成强化再生粗集料的制备。

4）强化再生粗集料物理性能检测

根据《普通砂石检验方法标准》（ JGJ 52—2006） 分别测试再生粗集料、强化再生粗集料的表观密度、吸水率、压碎值。

本研究通过单因素试验，探讨了复配前驱体粒化高炉矿渣（GBFS）与垃圾焚烧底渣（MSWI-BA）质量比G/M、碱当量（AE）、液固比（W/S）对强化再生集料基本物理性能的影响。固废碱激发材料能够有效提高废旧混凝土再生集料质量。通过裹浆强化，废旧混凝土再生集料的表观密度增加，裹浆更加密实，能够有效的填充、覆盖再生集料表面瑕疵，强化再生集料吸水率减低，硬度提升，压碎值变小，当G/M为 1、AE为 10% 、W/S为 0.5 时强化再生集料表观密度最大，吸水率、压碎值最小。

本研究基于“以废强废、资源化利用”的理念，该技术节约成本，节能环保，提高了工业固体废弃物利用率及利用质量，节水节材，工艺简单，降低了再生粗集料的强化处理成本。

参考文献：

[1]李文贵，龙初，罗智予，等.再生骨料混凝土破坏机理与改性研究综述[J].建筑科学与工程学报，2016，33（06）：60-72.

[2]宋艳春.化学强化对再生骨料及再生混凝土性能的影响研究[J].中国建材科技，2021，30（05）：59-61.

[3]曹鑫铖，金宝宏，侯玉飞.包浆再生粗骨料对自密实混凝土力学性能及抗冻性的影响[J].土木与环境工程学报（中英文），2022，44（01）：149-159.

[4]赵智慧.再生骨料改性及其混凝土制备工艺研究[D].济南大学，2013.

[5]苏尚亮.骨料表面裹浆法对再生骨料混凝土改性机制研究[D].福州大学，20

[6]郑娟荣，覃维祖，张涛.碱-偏高岭土胶凝材料的凝结硬化性能研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2004，（04）：60-63+76.

基金项目：大学生创新创业训练计划项目“固废基碱激发材料强化建筑垃圾再生集料技术研究（202410100003）”资助。

作者简介：王永康（2005- ），男 ，衡水人，历史建筑保护工程本科在读。