建筑垃圾再生微粉性能及活化研究

冯泽平 ,李蕾蕾

摘要：本文研究了两种建筑垃圾再生微粉的性能，并对其进行机械活化。结果表明建筑垃圾所制得的两种再生微粉比表面积较小，主要组分为SiO2、Al2O3和CaO，具备一定的活性，经机械活化后，其比表面积和活性指数可大幅度提高。

关键词:建筑垃圾，再生微粉，混凝土，活性指数

1 概述

我国建筑垃圾主要包括废砖和废混凝土两大类，国内外针对建筑垃圾的资源化开展了大量研究，包括作为再生骨料、路基材料、再生混凝土、再生砖、再生混凝土外加剂等。但是，资源化利用过程中会产生大量粒径小于75μm的再生微粉，造成资源浪费，同时对环境造成二次污染。经研究，再生微粉中含有部分未水化水泥、具备一定的活性，同时由于填充效应，具有作为混凝土外加剂的潜力。再生微粉的活性不仅与其化学组成和矿物组成相关，和颗粒粒径大小也有关系。因此，本文研究了两种建筑垃圾的再生微粉，在对其性能分析的基础上，采用机械活化方式，研究了机械活化对其比表面积和活性指数的影响

2 原料及再生微粉生产工艺

再生微粉主要分为废红砖粉、废混凝土粉。废红砖粉由建筑拆除现场收集的碎红砖进行筛分、粉磨处理所得。废混凝土粉由建筑拆除现场收集的碎混凝土块进行筛分、粉磨处理所得。

3 再生微粉性能及其活化

3.1 废红砖粉

废红砖粉的化学组成见表1；由表1可知，废红砖粉的比表面积相对较小，此时的活性指数也较小；从废红砖粉的化学成分可知，主要有SiO2和Al2O3组成，表明废红砖粉主要来源于制砖黏土矿物。Al2O3、CaO、SiO2含量分别为15.96%、1.40%和68.71%。

表1 废红砖粉的化学成分                       单位：%

化学成分	SiO2	CaO	Al2O3	Fe2O3	SO3	MgO	K2O	Na2O	其他
质量分数	68.71	1.40	15.96	4.87	0.12	1.66	1.68	1.89	3.71

3.2 废混凝土粉

废混凝土粉的化学组成见表2；由表2可知，废混凝土粉的比表面积相对较小，此时的活性也不高；从废混凝土粉的化学组成可知，主要由SiO2、Al2O3和CaO组成，废混凝土粉中的SiO2主要来源于混凝土中磨细的砂，Al2O3主要来源于砂、水泥水化产物及未水化的水泥，CaO则来源于混凝土中水泥的水化产物及未水化的水泥。Al2O3、CaO、SiO2含量分别为10.61%、10.57%和58.27%。

表2 废混凝土粉的化学成分                      单位:%

化学成分	SiO2	CaO	Al2O3	Fe2O3	SO3	MgO	K2O	Na2O
质量分数	58.27	10.57	10.61	2.54	0.36	1.36	1.92	1.79

由两种再生微粉的性能可知，废红砖粉和废混凝土粉均具有一定的活性，废红砖粉的活性主要来自于具有火山灰活性的硅、铝矿物。废混凝土粉主要由未水化的水泥颗粒、已水化的水泥石和砂石骨料细粉组成。活性主要取决于未水化的胶凝材料和具有潜在活性的组分，如果再生微粉在制备过程中进行磨细处理和适当的温度控制，或者在使用过程中加入适当的激发剂，或者几种措施同时采取，可以提高其活性。

3.3 机械活化

3.3.1 机械活化过程

为了进一步提高再生微粉的活性，采用机械活化的方法。试验采用3ZM35型振动研磨机对再生微粉进行粉磨处理。每次取5kg废红砖粉和废混凝土粉，将粉磨时间按0min、5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min进行粉磨，最后收集并编号粉磨过的粉体。

将不同粉磨时间的粉体用激光粒度分析仪测定比表面积。得到废红砖粉和废混凝土粉的比表面积和粒径随粉磨时间的变化规律如图1所示。

图1 不同粉磨时间下废红砖粉与废混凝土粉比表面积变化曲线图

从图1的曲线可知废红砖粉的比表面积随着粉磨时间呈现上升的趋势，当粉磨时间从0增加10min继而到20min、30min时，比表面积增幅较大，每增加10min粉磨时间，比表面积可增加100m2/kg，在30min到60min之间，比表面积增幅较前30min减小；废混凝土粉的比表面积随着粉磨时间也是呈现上升的趋势，当粉磨时间从0增加10min继而到20min、30min时，比表面积增幅较大但低于废红砖粉，在30min到60min之间，比表面积增幅较前30min减小。

3.3.2 活性指数

将水泥、水、ISO标准砂按一定的比例制作参照胶砂样品，废红砖粉和废混凝土粉分别制作试验胶砂1和2。取养护时间为7d和28d的试块，按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》对成型的试块进行抗压强度试验，试验胶砂和对比胶砂的抗压强度之比为试验胶砂的活性指数。

由试验可知，当废红砖粉的比表面积为364m2/kg时，7d和28d活性指数分别为73%和80%，当废红砖粉的比表面积为时525

m2/kg，7d和28d活性指数分别增加至79%和88%；废混凝土粉的比表面积为390m2/kg时，7d和28d活性指数分别为75%和82%，当废混凝土粉比表面积为565m2/kg时，7d和28d活性指数分别增加至78%和87%；废红砖粉与废混凝土粉的活性指数随着比表面积的增大，呈现上升的趋势，这可能是因为通过粉磨后，晶体矿物的结构发生畸变，比表面积也增大，从而使粉体的活性提高。

4 结论

   （1）废红砖粉Al2O3、CaO、SiO2含量分别为15.96%、1.40%和68.71%，比表面积为399.17m2/kg，活性指数较低。

（2）废混凝土粉Al2O3、CaO、SiO2含量分别为10.61%、10.57%和58.27%，比表面积相为390m2/kg，活性指数较低。

（3）机械活化可有效提高再生微粉的比表面积和活性指数。机械研磨后，废红砖粉和废混凝土粉的比表面积增大，效果显著，活性指数可提高至80%以上。

参考文献

[1]高敏, 郭启龙, 杜磊, 等. 再生微粉对干混砂浆性能的影响研究[J]. 硅酸盐通报, 2022: 1-12.

[2]刘力, 刘小艳, 李田雨, 等. 再生微粉对水泥浆早期性能和流变性能的影响[J]. 混凝土, 2021(07): 114-117.

[3]王凯, 张述雄. 废旧混凝土材料的建材资源化利用研究进展[J]. 交通节能与环保, 2020, 16(04): 114-117.