再生烧结黏土砖粉活性及其在再生混凝土中的应用研究.pdf
《再生烧结黏土砖粉活性及其在再生混凝土中的应用研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《再生烧结黏土砖粉活性及其在再生混凝土中的应用研究.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 51 卷第 9 期2023 年 5 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.9May.2023再生烧结黏土砖粉活性及其在再生混凝土中的应用研究黄 虎1,马书强2,陈向阳2,张国岳2,刘德娥1,时 攀3,刘 杰4,何智海5,荣 辉1,张志皓1(1 天津城建大学材料科学与工程学院,天津 300384;2 中铁七局集团郑州工程有限公司,河南 郑州 450052;3 中国建筑第五工程局有限公司,河南 郑州 450000;4 天津三建建筑工程有限公司,天津 300170;5 绍兴文理学院,浙江 绍兴 312000)摘 要:针对黏土砖类建筑垃圾存量大、
2、处理难和利用率低的问题,研究了再生砖粉活性及其替代粉煤灰应用于再生混凝土的性能。结果表明:再生砖粉活性指数为 73%,满足水泥活性混合材料中粉煤灰的活性指数要求。再生砖粉活性源于其内部SiO2、Al2O3等与水泥水化产物 Ca(OH)2反应生成的硅酸盐和铝酸盐水合物使混凝土更加密实。28 d 时,50%取代率再生砖粉混凝土抗压强度明显优于粉煤灰混凝土。相对粉煤灰混凝土,再生砖粉混凝土中 Ca(OH)2减少速率较慢,密实较差。关键词:再生砖粉;矿物掺合料;性能机理中图分类号:TU525.9 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)09-0081-07 基金项目:天津市重点研发计划科
3、技支撑重点项目(No:20YFZCSN00520)。第一作者:黄虎(1998-),男,在读硕士生,主要从事固废建材研究。通讯作者:刘德娥(1990-),女,博士,讲师,主要从事绿色建材方面的研究工作。Study on Activity of Recycled Sintered Clay Brick Powder andIts Application Effect in Recycled ConcreteHUANG Hu1,MA Shu-qiang2,CHEN Xiang-yang2,ZHANG Guo-yue2,LIU De-e1,SHI Pan3,LIU Jie4,HE Zhi-hai5,R
4、ONG Hui1,ZHANG Zhi-hao1(1 School of Materials Science and Engineering,Tianjin ChengJian University,Tianjin 300384;2 Zhengzhou Engineering Co.,Ltd.of China Railway Seventh Group,Henan Zhengzhou 450052;3 China Construction Fifth Engineering Bureau Co.,Ltd.,Henan Zhengzhou 450000;4 Tianjin ThreeConstru
5、ction Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300170;5 Shaoxing University,Zhejiang Shaoxing 312000,China)Abstract:Aiming at the problems of large stock of clay brick-type construction waste,difficult treatment and lowutilization rate,the activity of recycled brick powder and its performance of replacing fly a
6、sh applied to recycled concretewere studied.The results showed that the activity index of recycled brick powder was 73%,which met the requirement ofactivity index of fly ash in cement active mixed materials.The activity of recycled brick powder came from the silicate andaluminate hydrate generated b
7、y the reaction of internal SiO2,Al2O3,etc with Ca(OH)2,a hydration product of cement,which made the concrete denser.The compressive strength of recycled brick powder concreted with 50%substitution ratewas significantly better than that of fly ash concrete at 28 d.The compressive strength of recycled
8、 brick powder concretedwith 50%substitution rate was significantly better than that of fly ash concrete.Compared with fly ash concrete,Ca(OH)2reduction rate in recycled brick dust concrete was slower and the densification was poorer.Key words:recycled brick powder;mineral dopants;performance mechani
9、sm我国正处于城市化建设的关键时期,基础设施建设的加快加速了我国对建筑材料的需求,同时使得我国建筑垃圾在短时间内大量产生,大量堆放的建筑垃圾造成严重的资源浪费和环境污染。20 世纪 70-80 年代的建筑是目前我国拆除建筑垃圾的主要来源1,此年代的建筑多以黏土砖为主要材料。据统计,黏土砖类建筑垃圾占建筑垃圾总量的 60%以上1-2。当前,国内常见的建筑垃圾处理方式是将其破碎制备成再生骨料,用以替代天然骨料使用3-6,然而由于黏土砖类再生骨料存在强度低、孔隙率和吸水性高等不足,其资源化利用困难。矿物掺合料作为现代混凝土材料中不可或缺的部分,由于其能够减少水泥用量、降低水化热以及提高混凝土耐久性等
10、优82 广 州 化 工2023 年 5 月点而得到了广泛应用。目前,常用的矿物掺合料主要有工业固体废弃物粉煤灰、矿渣和硅灰等,其大规模应用在一定程度上解决了工业废渣处置难、利用难的问题,在提高混凝土性能的同时大大降低了混凝土材料的生产成本,同时解决了大规模堆放造成的环境污染和土地资源占用问题。然而,随着粉煤灰等矿物掺合料产业化的形成,质量参差不齐、价格上涨的情况逐渐凸显。因此,亟需寻找一种成本更低、更加绿色环保的混凝土矿物掺合料。黏土砖的主要化学组成为 SiO2、CaO、Al2O3等,同时矿物成分中含大量的火山灰成分。且其质软易磨,在低能耗下粉磨便能获得更高的细度。磨细的再生烧结黏土砖粉(再生
11、砖粉)具有替代水泥或粉煤灰在水泥基材料中应用的可行性。现有研究表明,将再生砖粉少量掺入水泥基材料中能细化其微观结构、强化界面过渡区、提高力学性能7-14,但相关实验仅是研究再生砖粉部分替代或一个取代率下的完全替代,对不同砖粉取代率对混凝土力学性能、工作性能、抗冻性等的影响研究较少。混凝土的抗冻性能是衡量混凝土能够适用于寒冷以及严寒地区的重要指标。力学性能、工作性能更是再生混凝土能否实际应用的关键。并且再生砖粉的有效利用对降低混凝土生产成本、消纳建筑垃圾以及减少碳排放等方面具有积极的现实意义。因此,本文通过选取拆迁现场破碎的黏土砖骨料,在球磨机中球磨后得到粒径范围在 0 75 m 的再生砖粉,测
12、定其活性指数并结合 X 射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(IR)和扫描电子显微镜(SEM)观察了其水化产物及微观结构,分析其活性作用形成机理。同时,制备不同砖粉取代率的再生混凝土,以研究再生砖粉不同取代率对混凝土力学性能、工作性能以及抗冻性能的影响,与同取代率下的粉煤灰混凝土相关性能形成对比,并结合 XRD、SEM 分析其水化产物及微观结构,以探明再生砖粉取代粉煤灰作为矿物掺合料使用的可行性。1 实 验1.1 实验材料(1)再生砖粉:本试验所用再生砖粉的原料来自天津某地拆迁所产生的建筑垃圾,在拆迁现场通过破碎机破碎后获得的再生骨料,再经过球磨机球磨后过 75 m 的方孔筛得到再生砖粉(RBP
13、)。通过测试,砖粉的亚甲蓝 MB 值为 0.6,含水率为2.2%。由于其含水率高于 JG/T 573 混凝土和砂浆用再生砖粉 中规定的含水率1%的要求,故试验前将其放置于 105 的烘箱中烘干后使用。再生砖粉以石英(SiO2)为主要组成矿物(矿物组成见图 1),这主要来自于粘土矿物层状结构中的硅氧四面体单元。再生砖粉化学组成(化学组成见表 2)包括 SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3和 MgO 等成分,与粉煤灰等火山灰材料相似的化学组成,具有潜在的火山灰活性。(2)水泥:本实验所用水泥为唐山某水泥公司生产的 PO42.5 水泥。其基本性能指标见表 1,化学组成见表 2。(3)粉煤灰:粉煤
14、灰(FA)采用天津某公司提供的级粉煤灰,粉煤灰化学组成见表 2。(4)水:本试验用水为天津市自来水。(5)粗骨料:天然粗骨料为天津地区 5 20 mm 具有连续级配的碎石。(6)细骨料:本实验所用天然细骨料为天津地区的二级天然河砂,细度模数 2.58,堆积密度 1590 kg/m3。(7)减水剂:减水剂采用天津某公司生产的高效聚羧酸减水剂。图 1 再生砖粉的矿物组成Fig.1 Mineral composition of recycled brick powder表 1 水泥基本性能指标Table 1 Basic performance indicators of cement水泥类型抗压强度
15、/MPa凝结时间/min3 d28 d初凝时间终凝时间安定性PO 42.518.646.890252合格表 2 再生砖粉、水泥、粉煤灰的化学组成Table 2 Chemical composition of recycled brick powder,cement and fly ash(%)材料名称SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOSO3Na2OK2O水泥21.229.2943.891.638.222.240.650.77粉煤灰45.4432.918.015.441.900.761.31再生砖粉68.9114.342.135.651.990.072.423.151.2 实验方案1.2.
16、1 试样制备及配比设计(1)再生砖粉活性实验:再生砖粉活性试验按照 JG/T 573混凝土和砂浆用再生微粉 中相关规定进行,按表 3 所示配比制备尺寸为 40 mm40 mm160 mm 的水泥砂浆试样。同时制备同尺寸、同配比的水泥净浆和砖粉净浆试样,配合比见表 4。上述试样均在室温下养护 1 d 脱模后放入标准养护室内养护至28 d 后进行后续试验。表 3 再生砖粉活性试验试样配比Table 3 Reclaimed brick powder activity testspecimen proportioning试样编号混合比例再生砖粉/g水泥/g水/gw/b细骨料/g对照组(DZ)04502
17、250.51350实验组(SY)1353152250.51350第 51 卷第 9 期黄虎,等:再生烧结黏土砖粉活性及其在再生混凝土中的应用研究83 表 4 水泥净浆和砖粉净浆试样配合比Table 4 Cement net slurry and brick powder net slurryspecimen fitting ratio试样编号混合比例再生砖粉/g水泥/g水/gw/b对照组(DZ)04502250.5实验组(SY)1353152250.5(2)混凝土性能实验:制备再生混凝土时,保证总胶凝材料用量、粗骨料和细骨料用量不变,改变再生砖粉取代率。研究再生砖粉取代率对再生混凝土力学性能、
18、工作性能、耐久性以及微观结构影响,同时与同取代率下的粉煤灰混凝土性能进行对比分析,以研究再生砖粉取代粉煤灰应用于混凝土等水泥基材料中的可行性。由于再生砖粉的加入会导致混凝土坍落度等的工作性能出现严重的劣化,因此本试验采取保证混凝土塌落度不变的情况下,使用减水剂用量用来反应再生混凝土工作性能的变化趋势和规律。本试验共设置 7 组配合比,固定水胶比为 0.38,再生砖粉和粉煤灰分别采用 30%、40%、50%取代率取代水泥用以制备再生混凝土。再生混凝土的配合比如表 5 所示。其中,AC 组为基准组,BC 组、CC 组分别为含有粉煤灰和对应再生砖粉混凝土,30%、40%和 50%取代率分别赋予编号
19、1、2、3。表 5 再生混凝土配合比方案Table 5 Recycled concrete ratio scheme编号混合比例/(kg/m3)水泥粉煤灰再生砖粉细骨料粗骨料减水剂w/b塌落度/mmAC37000BC12591110BC22221480BC31851850CC12590111CC22220148CC3185018584113142.962.592.592.223.334.444.810.38797676768581801.2.2 测试方法(1)活性指数:根据 JG/T 573 混凝土和砂浆用再生微粉 中相关规定,再生砖粉粉活性指数的计算见公式 1。w=R1R0100%(1)式中
20、,R1 为再生微粉水泥砂浆 28 d 抗压强度,MPa;R0为标准水泥砂浆28 d 抗压强度,MPa;w 为再生砖粉活性指数。(2)力学性能(抗压强度):按照国家标准 GB/T 50081 混凝土物理力学性能试验方法标准 分别测定标准养护条件下养护龄期为 7 d、28 d 和 56 d 下的再生混凝土的抗压强度。(3)工作性能(塌落度):采用强制式混凝土单卧轴搅拌机进行混凝土拌合物的制备。根据国家标准 GB/T 50080 普通混凝土拌合物性能试验方法标准,分别测定各组混凝土拌合物的坍落度并记录达到(805)mm 坍落度时的高效聚羧酸减水剂用量。(4)抗冻性能:根据国家标准 GB/T 5008
21、2 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准,采用慢冻法进行再生混凝土抗冻试验,冻融循环次数设置为200 次,每经历25 次冻融循环进行称重记录并观察再生混凝土试样表面形貌的变化。(5)微观测试:将破碎后的水泥净浆、砖粉净浆以及再生混凝土试样放入无水乙醇中以终止水化,在试验前取出研磨成粉末并放置于 70 的烘箱中干燥。再生砖粉活性指数实验:采用 X 射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(IR)和扫描电子显微镜(SEM)分别对砖粉净浆和水泥净浆的微观结构及水化产物进行分析,以探明再生砖粉的活性作用形成机理。再生混凝土性能实验:采用 X 射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对再生混凝土
22、的矿物组成和微观形貌进行测试和分析,以探明再生混凝土的性能作用机理。2 结果与分析2.1 再生砖粉活性2.1.1 再生砖粉活性指数再生砖粉的活性指数结果见表 6。表 6 再生砖粉活性指数Table 6 Recycled brick powder activity index试样编号抗压强度/MPa活性指数/%对照组(DZ)40.8-实验组(SY)29.973表 6 为再生砖粉活性指数的试验结果。从表 6 中可知,与DZ 组水泥砂浆相比,掺入再生砖粉后,SY 组砂浆强度出现显著降低。DZ 组和 SY 组水泥砂浆的 28 d 抗压强度分别为 40.8MPa 和 29.9 MPa,通过活性指数计算得
23、再生砖粉活性指数为73%,这说明再生砖粉与粉煤灰类似,是具有一定活性的水泥活性材料。根据 GB/T 1596-2017 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 中相关要求,用作水泥活性混合材的粉煤灰活性指数要求不低于 70%,该再生砖粉满足活性指数性能的要求。2.1.2 再生砖粉活性机理分析为解释再生砖粉在水泥基材料中活性作用的形成机理,对水泥净浆(DZ 组)和掺入砖粉的水泥净浆(SY 组)的试样进行了矿物组成、红外光谱以及微观形貌分析。(1)矿物组成分析:XRD 测试结果见图 2。图 2 为 DZ 组和 SY 组净浆试样的 XRD 图。从图 2 中可以看出,DZ 组净浆与 SY 组净浆之间相比,其水化产
24、物的物相无明显差别,均可见有 SiO2、C2S 和 Ca(OH)2等晶相。DZ 组净浆和 SY 组净浆中都存在明显的 C2S 特征衍射峰,这是由于 C2S水化反应较慢所致。与 DZ 组净浆相比,SY 组净浆中的 C2S 特征衍射峰强度较弱,这是由于再生砖粉的掺入导致水泥用量的减少。同时,SY 组净浆中 SiO2晶体的特征衍射峰强于对照组,84 广 州 化 工2023 年 5 月这是由于再生砖粉中 SiO2含量明显高于水泥所致。然而,SY组净浆中 Ca(OH)2特征衍射峰强度却明显低于 DZ 组水泥净浆,造成上述结果的原因包括两方面:首先水泥用量的减少导致水化产物 Ca(OH)2含量的降低,从而
25、使得特征衍射峰强度降低;其次,再生砖粉具有的火山灰活性能够消耗 Ca(OH)2并生成额外的水化产物,这导致了其水化产物体系中 Ca(OH)2含量的降低,特征衍射峰强度减弱。图 2 DZ 组和 SY 组净浆的矿物组成Fig.2 Mineral composition of net slurry of DZ group and SY group(2)红外光谱分析:IR 测试结果见图 3。图 3 DZ 组和 SY 组净浆的红外光谱图Fig.3 IR spectrum of the net slurry in the DZ and SY groups图 3 为 DZ 组和 SY 组净浆试样的红外光谱图
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 再生 烧结 黏土 活性 及其 混凝土 中的 应用 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。