提高再生混凝土强度的活化激发方式分析.pdf
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1、第 53 卷 第 16 期2023 年 8 月下建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.16Aug.2023DOI:10.19701/j.jzjg.LS220190河北省高等学校科学技术研究项目(ZC2023136),河北省建设科技研究指导性计划项目(2023-2093),河北建筑工程学院硕士研究生创新基金项目(XY2023062)。第第一一作作者者:张会芳,硕士,副教授,主要从事材料科学、绿色建材与节能建筑新体系、工农业废弃物综合利用技术研究,Email:42228449 。提高再生混凝土强度的活化激发方式分析张会芳1,2,颜政伟1,龚琳洋1,孙 鹏3,黄笑蕴4
2、,魏文博4,王晓东3,李玉宽5(1 河北建筑工程学院土木工程学院,张家口 075000;2 河北省高校绿色建材与建筑改造应用技术研发中心,张家口 075000;3 张家口建设发展集团有限公司,张家口 075000;4 张家口市建设工程质量监督站,张家口 075000;5 河北智诚检测技术服务有限公司,张家口 050081)摘要:为了提高再生混凝土的强度,研究了不同激发方式对再生混凝土活性的影响,为日后将再生材料在水泥基材料中的应用提供理论基础。通过室内试验,研究了化学激发和物理、化学混合激发对铁尾矿粉活性的影响,分析了碱激发对再生细骨料活性的影响。测定了再生材料混合水泥后的 28d 抗压强度,
3、计算出抗压强度比,并结合微观现象进行再生混凝土活性分析。结果表明:将铁尾矿粉粉磨并用 2%的盐酸溶液处理,其抗压强度能达到处理前的 119.19%;混凝土再生细骨料经 3%的硫酸钙溶液浸泡处理后,抗压强度能达到处理前的 101.78%。关键词:活化激发;再生材料;力学性能;铁尾矿粉;再生细骨料 中图分类号:TU525 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)16-0105-06引用本文 张会芳,颜政伟,龚琳洋,等.提高再生混凝土强度的活化激发方式分析J.建筑结构,2023,53(16):105-110.ZHANG Huifang,YAN Zhengwei,GONG Linyang
4、,et al.Analysis of activation excitation methods to improve strength of recycled concreteJ.Building Structure,2023,53(16):105-110.Analysis of activation excitation methods to improve strength of recycled concrete ZHANG Huifang1,2,YAN Zhengwei1,GONG Linyang1,SUN Peng3,HUANG Xiaoyun4,WEI Wenbo4,WANG X
5、iaodong3,LI Yukuan5(1 School of Civil Engineering,Hebei University of Architecture,Zhangjiakou 075000,China;2 Hebei University Green Building Materials and Building Reconstruction Application Technology Research and Development Center,Zhangjiakou 075000,China;3 Zhangjiakou Construction Development G
6、roup Co.,Ltd.,Zhangjiakou 075000,China;4 Zhangjiakou Construction Project Quality Supervision Station,Zhangjiakou 075000,China;5 Hebei Zhicheng Testing Technology Service Co.,Ltd.,Zhangjiakou 050081,China)Abstract:In order to improve the strength of recycled concrete,the effects of different excitat
7、ion methods on the activity of recycled concrete were studied,providing a theoretical basis for the future application of recycled materials in cement-based materials.Through laboratory tests,the effects of chemical excitation and physical and chemical mixed excitation on the activity of iron tailin
8、gs powder were studied,the effect of alkali excitation on the activity of recycled fine aggregate was analyzed.The 28d compressive strength of recycled materials mixed with cement was measured,and the compressive strength ratio was calculated,and the activity of recycled concrete was analyzed based
9、on microcosmic phenomena.The results show that the compressive strength of iron tailings powder after grinding and treating with 2%hydrochloric acid solution can reach 119.19%of that before treatment.After the recycled fine aggregate of concrete is soaked in 3%calcium sulfate solution,its compressiv
10、e strength can reach 101.78%of that before treatment.Keywords:activation excitation;recycled material;mechanical property;iron tailing powder;recycled fine aggregate 0引言 随着建筑行业的发展,水泥基材料得到广泛应用,伴随着的是成本以及环境问题1。为满足低成本、绿色发展的需求,当务之急是寻找可以替代砂的材料,因此固体废弃物的开发利用愈发紧迫。2020 年我国建筑垃圾的数量达到 23.85 亿 t,综合利用率约为 50%,与欧美国家
11、 90%和日韩 95%的综合利用率相比,还有较大差距2。2020 年全年我国尾矿产生量为 12.75 亿 t,但综合利用 率 仅 为31.8%,尾矿堆积量为 222.6 亿 t3。建 筑 结 构2023 年国内外学者对再生混凝土骨料的应用和活化激发方式进 行 了 较 多 研 究。20 世 纪 30 年 代,Purdon4发现 NaOH 在水泥硬化过程中起到催化作用,并提出碱激发理论。Xu Shaoyun 等5研究了碱激发对绿色混凝土抗压强度和收缩率的影响,结果表明,随着硅酸钠模量的增加,抗压强度先增加后降低,硅酸钠模量为 1.4 时抗压强度达到最大值。刘曦6将再生骨料和碱激发混凝土相结合,将再
12、生细骨料代替石英砂,碱激发胶凝材料代替水泥,研究发现,再生混凝土的碱性特征能加速混凝土的快速凝结,提高早期凝结强度;碱激发浓度能促进混凝土的早凝。王怀亮7研究了碱激发再生混凝土的力学性能,发现在应力-应变曲线上升段中的线性部分较传统的水泥混凝土有所提高,下降段表现出较大的脆性。除了化学激发,常用的活化激发方式还有物理激发。赖泽成8通过加热和颗粒整形对再生粗骨料进行复合改性处理,发现经复合改性处理后,再生粗骨料的性能得到了强化。目前,铁尾矿作为一种废弃资源,被广泛应用在建筑、废水处理等许多领域,但实际上铁尾矿的利用率仍较低。朴春爱9使用球磨机粉磨铁尾矿粉成不同细度的骨料,发现球磨机粉磨 2h 的
13、铁尾矿活性较好,养护龄期为 7、28d 的铁尾矿活化指数达到最大值。崔孝炜等10采用机械粉磨铁尾矿粉,发现机械力可以破坏铁尾矿内部结构,从而提高其活性。姜楠11将采用化学方式激发铁尾矿活性,发现添加碱性物质进行煅烧可以提高铁尾矿的胶凝活性。现阶段学者对化学激发和物理激发的研究已有众多成果,但在将化学激发与物理激发两者混合应用于铁尾矿粉活化的研究仍较为稀少。本文将建筑工业固废材料(铁尾矿、混凝土)同时进行了物理激发与化学激发,这既是一种将建筑工业固废材料进行资源化、规模化利用的新型途径,也是探索低环境负荷、低能耗材料的新型制备工艺的一种方向,对固废材料的再生利用、发展有一定的促进作用。1试验概况
14、1.1 试验基本原料 试验基本材料包括水泥(硅酸盐水泥)、铁尾矿粉、再生细骨料、化学试剂。其中,水泥物理性能见表 1。采用河北某矿厂排放的废弃铁尾矿粉,其化学组成见表 2。再生细骨料是废弃混凝土经破碎、筛分后得到,颗粒直径为 2.360.15mm。化学试剂包括硫酸钙(分析纯)、硫酸钠(分析纯)、硅酸钠(分 表 1 水泥的物理性能细度 80m筛余量/%安定性凝结时间/min抗折强度/MPa 抗压强度/MPa初凝终凝7d28d7d28d4合格1253805.66.532.349.0表 2 铁尾矿粉的化学成分/%SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaONa2OK2OP2O5SO363.3215.02
15、11.214.253.210.790.810.730.66析纯)、乙二醇(分析纯)、盐酸等。1.2 试验配合比 本文主要考察不同激发方式对固废材料活性的影响,设计了 14 组试验,见表 3、4。表 3 为不同方式处理铁尾矿粉的铁尾矿粉再生混凝土试件,铁尾矿粉采用球磨机粉磨相同时间,加入 2%盐酸、6%乙二醇分别进行处理,其中 D 组为对照组。表 4 为不同方式处理再生细骨料的再生混凝土试件,再生细骨料用质量分数分别为 1%、2%、3%的硫酸钠溶液,1%、2%、3%的硫酸钙溶液和 3%、5%、7%的水玻璃溶液浸泡 24h 后烘干备用,其中 N 组为对照组。试验中净浆水胶比为 0.5,试块在(20
16、1)水中养护。表 3 掺入铁尾矿粉的再生混凝土试件试件组编号水泥/g铁尾矿粉/g盐酸浓度/%乙二醇浓度/%是否粉磨A1 16750020是B1 16750006是C1 16750000是D1 16750000否表 4 掺入再生细骨料的再生混凝土试件试件组编号水泥/g再生细骨料/g硫酸钠浓度/%硫酸钙浓度/%水玻璃浓度/%E1 1675001F1 1675002G1 1675003H1 1675001I1 1675002J1 1675003K1 1675003L1 1675005M1 1675007N1 1675001.3 试验方法 活性测试按照国家标准用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法(GB
17、/T 129572005)12中的相关规定,在水泥中掺加 30%的再生细骨料或铁尾矿粉,按表 3 和表 4 中设计的配合比称量好后倒入行星式砂浆搅拌机内,控制搅拌机为自动模式,搅拌完毕后将水泥胶砂装入三联试模(40mm 601第 53 卷 第 16 期张会芳,等.提高再生混凝土强度的活化激发方式分析40mm160mm)内放置,用抹刀刮掉试模外的拌合物并抹平,表面覆盖薄膜放置于标准环境静停 24h,之后脱模水平或竖直放在(201)水中养护 28d。水泥胶砂试件抗压强度测试应符合国家标准水泥胶砂 强 度 检 验 方 法(ISO 法)(GB/T 176712021)13规定。将制备的试件在养护 28
18、d 之后测定其抗压强度,进而计算出其抗压强度比。其中对照试件的抗压强度为水泥胶砂试件的抗压强度。抗压强度比 K 按公式(1)计算:K=R1/R2 100(1)式中:R1为掺铁尾矿粉或再生细骨料后的试件 28d抗压强度,MPa;R2为对照试件 28d 抗压强度,MPa。2试验分析2.1 宏观分析2.1.1 物理化学混合激发对铁尾矿粉活化的影响试验探究了纯粉磨、粉磨加 2%盐酸、粉磨加6%乙二醇 3 种活性激发方式处理铁尾矿粉后的活性。铁尾矿粉粉磨前后比表面积见表 5,铁尾矿粉经活性处理前后抗折、抗压强度见表 6。表 5 铁尾矿粉比表面积试件组编号ABCD比表面积/(m2/kg)542.6491.
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