（材料学专业论文）硅铝酸盐脱水相综合利用研究.pdf

、 ，： 簟 f 、 一， 、 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：娶茂日期： 学位论文使用授权书 矽f d 2 6 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本 学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理 工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) c ：钠跏麴蝴叫 t _ 奶 摘要 充分利用建筑废料，实现建筑垃圾的资源化是解决资源和环境问题的有效 手段之一。然而，在废弃混凝土中，除部分粗骨料在经过适当处理后被再次利 用外，大量的硬化水泥浆体均被视为“废料”而被抛弃。这部分硬化水泥浆体 是水泥混凝土中资源、能源消耗最大、环境负荷最重、经济成本最高的。因此， 如何充分、合理的利用建筑垃圾中的硬化水泥浆体就成为了解决上述问题的关 键。相关研究表明：硬化后的水泥浆体在经过煅烧处理后能得到一种名为硅( 铝) 酸盐脱水相的物质，该物质遇水后能再次发生水化反应而得到具有强度的硬化 结构体。本文正是从此点着手，试图通过开发多种硅( 铝) 酸盐脱水相的应用途径， 为建筑垃圾中硬化水泥浆体的再利用提供一定的理论支持。 本文采用硬化水泥净浆模拟建筑垃圾中的废弃水泥浆体，并设计了相应的 工艺流程，制备出硅( 铝) 酸盐脱水相。本文第二章对硅( 铝) 酸盐脱水相的基本性 能进行了详细的研究，主要包括：不同温度处理得到的硅( 铝) 酸盐脱水相胶凝性 能的研究；脱水相含量对热处理后水泥浆再水化性能的影响；以及硅( 铝) 酸盐脱 水相改性后的胶凝性能研究。结果发现：硅( 铝) 酸盐脱水相是具有胶凝性能的一 类新型材料，但是由于其自身结构的限制( 如巨大的比表面积等) ，使其与水泥相 比标准稠度需水量更大、凝结时间更短、抗压强度相对更低，凝结硬化性能难 以调节。因此，将硅( 铝) 酸盐脱水相作为胶凝材料的主体来进行研究已很难再有 较大的进展，而需要改变研究角度，充分发挥其固有特性。 考虑到硅( 铝) 酸盐脱水相水化反应迅速、碱度和化学活性相对较高的特点， 本文第三章将其作为粉煤灰活性的激发剂，制备了一种以粉煤灰为主体的新型 胶凝材料。在研究的过程中，本章采用了一个新的概念一理论钙硅比( t - c a s i ) 。 试验结果表明：当体系的理论钙硅比的值控制在0 9 5 3 时，材料的抗压强度达到 最大值，甚至超过纯水泥的强度，并且可以通过调整体系的理论钙硅比达到控 制材料抗压强度的目的。x r d 和s e m 测试结果表明：选择合适的理论钙硅比值 能保证粉煤灰二次反应的顺利进行，从而使整个体系的结构相对密实，抗压强 度相对更高。此外，当原材料体系选定后，通过调整理论钙硅比值来控制材料 抗压强度的方法是可行的。 本文第四章系统研究了硅( 铝) 酸盐脱水相对水泥早期水化性能的影响，拟通 、 娟， 电 过该研究制备一种新型水泥混凝土早强剂。本章提出了一个新的概念理论 强度贡献值( r s c ) 。该概念可以帮助更好地评价硅( 铝) 酸盐脱水相对整个体系强 度的贡献。当硅( 铝) 酸盐脱水相的含量为1 0 时，t s c 的值达到最大。x r d 、 t g d s c 和s e m 的测试结果表明当硅( 铝) 酸盐脱水相的含量为1 0 时能最大程 度上加快水泥早期的水化速度，使体系中生成大量的钙矾石等早期水化产物， 从而使整体的结构更加密实，1 d 抗压强度更高。 为了进一步发挥硅( 铝) 酸盐脱水相对水泥和矿物材料的改性作用，本文第五 章系统的研究了硅( 铝) 酸盐脱水相颗粒的纳米效应。结果发现：本章设计的六偏 磷酸钠溶液和超声分散相结合的方法能使硅( 铝) 酸盐脱水相颗粒得到最大程度 上的分散，部分颗粒达到纳米尺度。利用该方法分散得到的纳米颗粒能有效的 提高水泥的抗压强度，如添加了4 硅( 铝) 酸盐脱水相纳米颗粒的试样3 d 、7 d 和 2 8 d 抗压强度能分别提高6 9 9 、6 2 0 和6 0 4 。x r d 和s e m 测试结果表明： 硅( 铝) 酸盐脱水相纳米颗粒的加入并没有使整个体系中生成新的水化产物，其对 整体抗压强度的最大贡献在于在水化初期提供了大量的反应晶核，使水化产物 以一系列的微小水化反应基团为基础而不断长大，并在水化后期均匀的分布在 整个体系中，使整体结构孔隙率降低、密实性更好。 通过本文的研究可以发现：将硅( 铝) 酸盐脱水相作为胶凝材料的主体很难得 到广泛的应用，而将其开发为火山灰材料的激发剂、水泥混凝土早强剂以及含 纳米颗粒的性能调节剂则具有相对较大的发展空间。本文的研究为硅( 铝) 酸盐脱 水相的综合利用提供了一定的理论基础和技术支持。 关键词：硅( 铝) 酸盐脱水相、基础性能、激发剂、早强剂、纳米效应 q a b s t r a c t u t i l i z i n gc o n s t r u c t i o nw a s t e ss u f f i c i e n t l yi so n eo ft h e e f f e c t i v em e t h o d st o r e s o l v et h ep r o b l e m sf r o me n e r g y ，r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t h o w e v e r , i nt h ew a s t e c o n c r e t e ，e x c e p t i n gt h a tp a r to ft h et h ec o a r s ea g g r e g a t e sh a v eb e e ns e p a r a t e da n d r e u s e d ，al a r g em o u n to fh y d r a t e dc e m e n tp a s t ea r er e g a r d e da st h ew a s t ea n d a b a n d o n e d t h eh y d r a t e dc e m e n tp a s t ei st h eo n et h a tc o n s u m et h el a r g e s tm o u n to f e n e r g y , r e s o u r c ea n dm o n e y h e n c e ，e f f e c t i v ea n dr e a s o n a b l eu t i l i z i n go ft h eh y d r a t e d c e m e n tp a s t ef r o mc o n s t r u c t i o nw a s t e si st h ek e yp o i n tt os o l v et h ep r o b l e ma b o v e s o m er e s e a r c h e ss h o wt h a ta f t e rh e a tt r e a t m e n t ，t h eh a r d e nc e m e n tp a s t ec a nc h a n g e i n t oa n o t h e rs u b s t a n c ec a l l e dd e h y d r a t e dc e m e n tp a s t e ，w h i c hc o n t a i nt h ea b i l i t yo f r e h y d r a t i o na n ds t r e n g t hr e c o v e r y b a s e do ns u c ht h e o r y , t h i sp a p e rf o c u so nt h e u t i l i z a t i o no fd e h y d r a t e dc e m e n tp a s t ei ns e v e r a lw a y sa n db r i n gt h e o r e t i c a ls u p p o r t f o rt h ea p p l i c a t i o no fh a r d e nc e m e n tp a s t e 舶mc o n s t r u c t i o nw a s t e s t h eh a r d e nc e m e n tp a s t ei su s e dt os i m u l a t et h eh y d r a t e dc e m e n tp a s t ef r o m c o n s t r u c t i o nw a s t e si nt h i s p a p e r a f t e ras e r i e so ft r e a t m e n t s ，t h ed e h y d r a t e d a l u m i n o s i l i c a t ep h a s e s ( d e h y d r a t e dc e m e n tp a s t e d c p ) i sp r o d u c e df r o mh a r d e n c e m e n tp a s t e i nt h es e c o n dc h a p t e r ，t h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so fd c pa r ei n v e s t i g a t e d ， w h i c hm a i n l yi n c l u d i n gt h er e h y d r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fh y d r a t e dc e m e n tp a s t e st h a t s u b j e c t e dt oh i g ht e m p e r a t u r e ，i n f l u e n c e o ft h ec o n t e n to fd e h y d r a t e dp h a s e so n r e h y d r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fh y d r a t e dc e m e n tp a s t e sa f t e rh e a tt r e a t m e n t , a n dt h e m o d i f i e di n v e s t i g a t i o no fd c e1 1 1 ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ed c pi san e w k i n do fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l h o w e v e r ，d u et ot h el i m i t a t i o no fm i c r o s t r u c t u r e ( e g h u g es u f a c ea r e a ) ，s o m eo ft h ep r o p e r t i e so fd c p a r en e g a t i v ec o m p a r e dt op u r e c e m e n t ，s u c ha se x c e s s i v ew a t e rr e q u i r e m e n t ，s h o r ts e t t i n gt i m e s ，r e l a t i v e l yl o w c o m p r e s s i v es t r e n g t h e ta 1 a l li na l l ，t h es e t t i n ga n d h a r d e n i n gc h a r a c t e r i s t i c so fd c p a r eh a r dt oc o n t r 0 1 c o n s e q u e n t l y , t h ei n v e s t i g a t i o no fr e g a r d i n gt h ed c pa st h em a i n p a r to fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a li sh a r dt og e tm o r ep r o g r e s s t h ed c pc a no n l yb e u t i l i z e dr e a s o n a b l e l yw h e nt h ea d v a n t a g e so fi t ss t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c sa r e c o n s i d e r e d i i i i nc h a p t e r3 ，c o n s i d e r i n gt h ef a c tt h a tt h ed c pc o n t a i nh i 曲a c t i v i t ya n dh i g hp h v a l u e ，t h ed c p i su t i l i z e da sak i n do fa c t i v a t o ro ff l ya s ht op r o d u d ean e wk i n d c e m e n t i t i o u sm a t e r i a l ，w h i c hc o n t a i n sal a r g em o u n to ff l ya s h i nt h i sc h a p t e r , an e w c o n c e p t d e s i g n i n gt h ea c t i v a t e dn ya s h d c ps y s t e mb yu s i n gt h et h e o r e t i c a lr a t i oo f c a l c i u mt os i l i c o n ( t - c a s 0i sp r o p o s e d w h e nt h et - c a s iv a l u ei s0 9 5 3 ，t h e c o m p r e s s i v es t r e n g t ho ft h en e wc e m e n t i t i o u sm a t e r i a li sm a x i m u m ，e v e nh i g h e rt h a n t h a to f t h en e a tc e m e n t b ya d j u s t i n gt h ev a l u eo ft - c a s i ，t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t h o ft h en e wc e m e n t i t i o u sm a t e r i a lm a yb ec o n t r o l l e da c c o r d i n g t o p r a c t i c a l r e q u i r e m e n t s r e s u l t so f t h ex r da n a l y s i sa n ds e mi m a g i n gi n d i c a t et h a tw h e nt h e t - c a s ii sr e a s o n a b l eo ro p t i m u m ，t h es e c o n d a r yr e a c t i o n so ff l ya s ha r er e l a t i v e l y c o m p l e t ea n dt h em i c r o s t r u c t u r eb e c o m e sd e n s e a s ar e s u l t ，t h ea c t i v a t e df l y a s h d c ps y s t e mr e a c h e sah i 。曲c o m p r e s s i v es t r e n g t h a n da l s o ，w h e nt h ela w m a t e r i a l sa r ec h o s e n ，a d j u s t i n gt h ev a l u eo ft - c a s it oc o n t r o lt h ec o m p r e s s i v e s t r e n g t ho fn e w c e m e n t i t i o u ss y s t e mi sr e a s o n a b l e i nt h ef o u r t hc h a p t e r , t h ee f f e c to fd c pa d d i t i o no nt h e c e m e n t i t i o u s c h a r a c t e r i s t i c so fc e m e n ta tt h ee a r l ya g eh a sb e e ni n v e s t i g a t e d w j mt h ei n c r e a s eo f t h ec o n t e n to fd c p , t h ed c p c e m e n ts y s t e m sn e e dm o r ew a t e rt ok e e pt h es a m e s t a n d a r dc o n s i s t e n c y , a n ds h o r t e rt i m e st or e a c ht h ei n i t i a la n df i n a ls e t t i n gt i m e a c o n c e p tc a l l e ds t r e n g t hc o n t r i b u t i o np e r c e n ti nt h e o r y ( t s c ) w a sp u tf o r w a r d t oh e l p t oe v a l u a t et h ec o n t r i b u t i o no fd c pt ot h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho ft h ew h o l es y s t e m i ne a r l ya g e w h e nt h ec o n t e n to fd c pi sa b o u t10 ，t h ev a l u eo ft s cc a nr e a c ht h e m a x i m u m r e s u l t so fx r da n a l y s i s ，t g d s ca n a l y s i sa n ds e mi m a g i n gi n d i c a t e t h a tw h e nt h ec o n t e n to fd c pr e a c h e sa b o u t10 ，t h eh y d r a t i o ns p e e do ft h e d c p c e m e n ts y s t e m sc a nb ea c c e l e r a t e di nt h el a r g e s te x t e n t ，w h i c hr e s u l t si nm o r e e t t r i n g i t et ob ep r o d u c e da n dt h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ew h o l es y s t e mc a nb e c o m e d e n s e ra f t e rld i no r d e rt od e v e l o pt h ef u n c t i o no fm o d i f i c a t i o no fd c pt oc e m e n ta n do t h e r m a t e r i a l sf u r t h e r l y , t h ee f f e c to fn a n o - p a r t i c l e si nd c pa d d i t i o nt ot h ec e m e n t i t i o u s c h a r a c t e r i s t i c so fc e m e n ti si n v e s t i g a t e di nc h a p t e r5 t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w t h a tt h es e p a r a t i o nm e t h o dt h a td e s i g n e di nt h i sp a r tc a ns e p a r a t et h ed c pp a r t i c l e s e f f e c t i v e l y ， a n ds o m el l a n o - p a r t i c l e sc a nb eo b s e r v e d s u c hn a n o - p a r t i c l e sc a n e n h a n c et h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fc e m e n to b v i o u s l y w h e n4 o fn a n o p a r t i c l e s i v 一 a r ea d d e di nt oc e m e n t ，t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fs u c hs y s t e mi n3 d , 7 da n d 2 8 d c a l lb ee n h a n c e db y6 9 9 ，6 2 0 a n d6 0 4 r e s p e c t i v e l y r e s u l t so fx r d a n a l y s i s a n ds e m i m a g i n gi n d i c a t et h a tt h ea d d i t i o no fd c pn a n o - p a r t i c l e sh a v e n tr e s u l e di n t h ea p p e a r a n c eo fn e wh y d r a t i o np r o d u c t s ，b u tal a r g em o u n to fc r y s t a ln u c l e u s ， w h i c hb r i n gm a n yt i n yr e a c t i o ng r o u p si nt h ee a r l ya g e sa n dh e l pt om a k et h et h e s y s t e mt ob e c o m ed e n s ew i t hl o wp o r o s i t ya n dh i g hc o m p r e s s i v es t r e n g t h a c c o r d i n gt ot h i ss t u d y ，i tc a l lb ec o n c l u d e dt h a tt h ei n v e s t i g a t i o no fr e g a r d i n g t h ed c pa st h em a i np a r to fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l i sh a r dt og e tm o r ep r o g r e s s ， e x c e p t i n gt h a tw h e nt h ed c p i sc o n s i d e r e da st h ea c t i v a t o ro fp o z z o l a n i cm a t e r i a l s ， e a r l ys t r e n g t ha g e n ta n dp e r f o r m a n c er e g u l a t o rt h a tc o n t a i n i n gl l a n o p a r t i c l e so f c e m e n to rc o n c r e t e t h ei n v e s t i g a t i o ni nt h i s p a p e rp r o v i d e ss o m et h e o r e t i c a l f o u n d a t i o na n dt e c h n i c a ls u p p o r tt ot h eu t i l i z a t i o no fa l u m i n o s i l i c a t e d e h y d r a t e d p h a s e s ，w h i c hc a nn o to n l yr e l e a s et h ep r e s s u r eo fr e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t ，b u t a l s ob r i n gg r e a te c o n o m i cb e n e f i t s k e yw o r d s ：d e h y d r a t e da l u m i n o s i l i c a t ep h a s e s ( d e h y d r a t e dc e m e n tp a s t e d c p ) ， b a s i cc h a r a c t e r i s t i c s ，a c t i v a t o r , e a r l ys h e n g t ha g e n t ，n a n o e f f e c t v 目录 第l 章绪论1 1 1 建筑垃圾资源化的研究背景及意义1 1 2 硅( 铝) 酸盐脱水相的简介3 1 2 1 硅( 铝) 酸盐脱水相的组成及性能特征3 1 2 2 硅( 铝) 酸盐脱水相再水化的作用机理7 1 3 硅( 铝) 酸盐脱水相的研究现状及面临的问题8 1 4 本课题的提出及主要工作9 1 4 1 课题的提出9 1 4 2 论文的主要内容9 第2 章硅( 铝) 酸盐脱水相基础性能研究1 1 2 1 概述1 1 2 2 试验材料及试验设计1 1 2 2 1 试验原材料及仪器1 1 2 2 2 硅( 铝) 酸盐脱水相的制备过程1 2 2 2 3 试验方法1 3 2 3 试验结果及讨论1 5 2 3 1 煅烧温度对脱水相标准稠度需水量的影响1 5 2 3 2 煅烧温度对脱水相初、终凝时间的影响1 6 2 3 3 煅烧温度对脱水相再水化强度的影响1 7 2 3 4 煅烧温度对脱水相再水化程度的影响1 8 2 3 5 煅烧温度对脱水相碱度的影响1 9 2 3 6 脱水相含量对热处理旧水泥浆标准稠度需水量的影响2 0 2 3 7 脱水相含量对热处理旧水泥浆凝结时间的影响2 1 2 3 8 脱水相含量对热处理旧水泥浆的水化程度的影响。2 2 2 3 9 脱水相含量对热处理旧水泥浆再水化强度的影响2 3 2 3 1 0 脱水相初凝时间的调节2 5 2 3 1 1 脱水相标准稠度需水量的调节2 6 2 3 1 2 脱水相抗压强度的调控2 6 2 3 1 3 脱水相及其再水化产物的x r d 分析2 8 v i 2 3 1 4 脱水相再水化产物的s e m 分析3l 2 4 试验结论31 2 5 本章小结3 2 第3 章硅( 铝) 酸盐脱水相激发粉煤灰的研究3 4 3 1 概述3 4 3 2 原材料与试验设计3 6 3 2 1 试验原材料3 6 3 2 2 硅( 铝) 酸盐脱水相制备过程的优化3 6 3 2 3 试验方案设计3 8 3 3 试验结果及讨论4 l 3 - 3 1 脱水相粉煤灰体系标准稠度需水量和凝结时间的测试结果4 1 3 3 2 理论钙硅比与抗压强度之间的关系4 2 3 3 3 脱水相一粉煤灰体系x r d 分析4 3 3 3 4 脱水相粉煤灰体系s e m 分析。4 4 3 4 试验结论4 5 3 5 本章小结4 5 第4 章硅( 铝) 酸盐脱水相对水泥早期水化的影响4 7 4 1 概述4 7 4 2 原材料及试验设计4 9 4 2 1 试验原材料4 9 4 2 2 试验方案设计一5 0 4 3 试验结果及讨论51 4 3 1 脱水相水泥体系标准稠度需水量和凝结时间的测试结果5 l 4 3 2 理论强度贡献值和脱水相含量之间的关系5 2 4 3 3 脱水相一水泥体系x r d 分析5 3 4 3 4 脱水相水泥体系热分析5 4 4 3 5 脱水相水泥体系s e m 分析一5 5 4 4 试验结论5 6 4 5 本章小结5 6 第5 章硅( 铝) 酸盐脱水相颗粒纳米效应的研究5 8 5 1 概述5 8 5 2 原材料及试验方案设计6 0 v 5 2 1 试验原材料及仪器6 0 5 2 2 试验方案设计6 0 5 3 试验结果及讨论6 2 5 3 1 硅( 铝) 酸盐脱水相颗粒的超细分散试验结果6 2 5 3 2 硅( 铝) 酸盐脱水相纳米颗粒对水泥强度的影响6 4 5 3 3 含硅( 铝) 酸盐脱水相纳米颗粒的水泥试样x r d 分析6 5 5 3 4 含硅( 铝) 酸盐脱水相纳米颗粒的水泥试样s e m 分析6 6 5 4 试验结论6 7 5 5 本章小结6 8 第6 章结论与展望6 9 6 1 结论6 9 6 2 展望7 0 参考文献7 2 致 谢7 6 附录7 8 v i i i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 近几十年以来，随着科技水平的不断提高，我国的工业化程度在世界范围 内得到了迅猛的发展。其中，建筑行业的发展显得尤为突出。然而，长期以来 传统建筑工业的生产方式基本上可以概括为一种高投入、高污染、低效益的粗 放型生产方式。从资源的开采、原材料的加工、建筑物的施工、建筑物的使用 和维护，到建筑物的拆除，最后除很少一部分建筑废弃物回收利用外，绝大部 分建筑物均直接排向自然界，整个过程中很少考虑对资源和环境的不利影响。 大量建筑垃圾的产生不仅占用了大量耕地，而且带来了巨大的环境负荷，这已 经引起了世界各国的共同关注。发达国家的研究和实践表明：实现建筑垃圾的 资源化是切实解决这一社会问题的最优方法。 1 1 建筑垃圾资源化的研究背景及意义 目前，我国正处于大规模建设时期，建筑行业的发展可谓是日新月异。然 而，建筑垃圾的资源化以及相应的管理工作却相对滞后，这就给资源节约、环 境保护以及社会发展带来一系列不利的影响【l 。2 1 。尤其是在经济危机过后，国家 出台了以基础设施建设为重点的扩大内需的政策，全国各地都在进行道路扩建、 城市规划和房屋拆迁等基础建设项目。如此大量基础设施的兴建一方面使得我 国水泥混凝土材料的消费达到了顶峰，另一方面也产生了大量的固体废弃物。 相关资料显示：经对砖混结构、全现浇混凝土结构等建筑类型的施工材料统计 分析，每1 万平方米的建筑施工中，会产生5 0 0 6 0 0 吨的建筑垃圾。按此推算， 我国每年仅建筑施工就产生超过4 0 0 0 万吨的建筑垃圾【3 1 。由此可见，建筑垃圾 的处理及利用成为社会急需研究和解决的重要课题，国家有关部门和有实力的 施工企业应投入必要的资金和人力，专项开展建筑垃圾的综合利用的研究。 在所谓的建筑垃圾中，废弃混凝土约占3 0 - 4 0 ，其主要来源见图1 1 。对 于这些废弃混凝土的处置而言，传统的处理方法是将其直接掩埋。然而，这种 处理手段在占用大量良田的同时导致额外的垃圾清运费用增加，还会污染环境、 浪费资源，对生态环境造成严重的破坏。将废弃建筑垃圾进行简单遗弃既不符 合资源的可持续发展战略，又是对自然资源的极大浪费，如此传统的废物处理 机制已经不再与建筑垃圾的迅猛增长相适应。基于此点，国内外研究学者们开 武汉理工大学硕士学位论文 展了大量的研究工作来实现废弃混凝土的再生资源化利用。其中，最主要的技 术途径就是利用废弃混凝土制备再生骨料混凝土，并取得了较为显著的成果。 例如，由水中和教授主持的武汉理工大学与襄樊市公路管理处合作的湖北省交 通科技项目“旧混凝土路面评价与再生利用研究”利用旧混凝土路面板作 为再生骨料铺筑混凝土面层的试验段正在襄樊服役。该试验段长1 0 0 米，位于 襄十高速公路隆中入口附近。这是继再生混凝土骨料大量用于道路基层取得成 功后，将再生骨料用于道路面层的一次尝试。该试验段对于拓展和提升道路废 弃物的再生利用水平，具有重要意义。再者，同济大学于2 0 0 4 年在校园内铺设 了一段以再生混凝土为原材料的道路，至今服役状况良好【4 5 1 。后期对上述道路 的检测表明：再生混凝土道路能够满足普通混凝土道路的相关要求。再生混凝 土技术的开发应用很大程度上解决了废弃混凝土的堆放和处理等相关问题，既 能缓解废弃混凝土所带来的环境污染问题，又能节约天然资源、减轻骨料供需 矛盾，具有显著的社会、经济及环境效益，是发展绿色混凝土的重要途径之一【6 】。 图1 1 废弃混凝土的主要来源 然而，尽管再生骨料具有比较大的应用价值，但与天然骨料相比其自身仍 然具有部分缺陷：如较差的工作性能、较低的强度等级以及较差的耐久性能等 7 - 1 2 1 。造成上述缺陷的原因主要是废弃混凝土在破碎过程中常常不可避免地产生 裂缝，得到的再生骨料结构疏松多孔、颗粒级配不良，同时硬化水泥浆体粘附 于其表面使其具有较大的吸水率。针对上述问题，不少学者已进行了大量的研 2 武汉理工大学硕士学位论文 究，以期改变再生骨料混凝土各方面的性能。如意大利的v a l e r i ac o r i n a l d e s i 等1 1 3 j 系统的研究了矿物掺合料的加入对1 0 0 再生集料混凝土的影响，并指出：在再 生集料混凝土中加入合适的粉煤灰或者硅灰之后，可以使强度达到甚至超过原 始集料混凝土。因此，再生集料混凝土的抗压强度达到3 0 m p a 是可行的。在外 加剂存在的情况下，再生集料混凝土的工作性能能够和原始集料混凝土的工作 性能保持一致。研究还表明：粉煤灰的加入很好的改善了再生集料混凝土的孔 结构，从而增强了其机械性能；再生集料混凝土的化学干缩所带来的问题并不 严重；粉煤灰的加入还能够很有效的降低碳化合氯离子渗透的程度。另外，澳 大利亚的m l b e m d t 1 4 】研究了掺加了不同比例粉煤灰和高炉矿渣的再生集料混 凝土的各方面性能。研究表明：掺加了5 0 高炉矿渣的再生集料混凝土在各方 面的性能表现都相对优异，包括抗压强度、抗折强度、弹性模量、渗透系数以 及在氯盐溶液和硫酸盐溶液中的耐久性；而掺加了5 0 粉煤灰的再生集料混凝 土在各方面的性能则相对较差。与此同时，z e g a c j ，d im a i o a a i l5 j 采用了 一种比较新颖的技术手段，他们将集料置于5 0 0 0 c 的环境中加热一个小时后用来 配置再生混凝土，并通过超声波方法、共振频率、静态弹性模量以及抗压强度 等方法对这种混凝土进行了评价，最后将加热前后的混凝土性能进行了比较。 实验结果表明：热处理后的再生集料能够具有相对较好的性能。 1 2 硅( 铝) 酸盐脱水相的简介 在废弃的混凝土中，除骨料以外，硬化水泥浆体约占混凝土质量分数的2 5 以上，这部分是水泥混凝土中资源、能源消耗最大、环境负荷最重、经济成本 最高的。此外，在硬化的水泥浆体中还包含部分未水化的水泥颗粒，尤其是在 低水胶比的混凝土中，未水化的水泥颗粒更多。因此，如果能将这部分废弃的 材料利用起来，不仅能提高建筑废弃物的利用率、降低环境负荷，还能创造巨 大的经济效益。 1 2 1 硅( 铝) 酸盐脱水相的组成及性能特征 在硬化的水泥浆体中水化产物成分相对复杂，既含有大量的c s h 凝胶等 无定形物质，又包括钙矾石、a f m 、c a ( o h ) 2 等晶相物质。这就造成了硬化水泥 浆体的热分解过程比较复杂，不同温度段会生成不同的脱水产物。因此，充分 了解硬化水泥浆体每一种水化产物在煅烧过程中的物理、化学变化是对硅( 铝) 武汉理工大学硕士学位论文 酸盐脱水相进行综合利用的基础。 1 2 1 1c s h 的脱水相 作为水泥水化产物中的主要物质，c s h 凝胶受到了水泥科学工作者的普遍 关注。c s h 是一种由不同聚合度的水化物构成的非晶态、无定形的凝胶物质， 对于其结构模型，被学者们广泛接受的是由著名学者_ t a y l o r 提出的两相模型 d 6 - 1 7 】：即类似于1 4 r i mt o b e r m o r i t e 结构的准结晶相c s h ( i ) 和类似于j e n n i t e 结构的c s h ( i i ) 。在加热过程中，随着温度的升高c s - h 凝胶逐渐脱水，其结 构也将发生显著变化。其中，c s h 凝胶含水量、聚合度以及比表面积三项指标 的改变是最为显著的。 c s h 凝胶含有以各种形式存在的水，其中主要包括凝胶表面的吸附水、凝 胶层间水和与c a 原子和s i 原子相连接的以“o h 。形式存在的羟基水。在上述 三种类型的“水 中，由于各自结合力的不同，其脱去温度也不尽相同。游离 水大约在1 0 0 1 2 0 0 c 左右脱去，而s i o h