再生微粉在水泥基材料中的应用与研究

章李伟

摘 要：再生微粉是再生骨料生产所产生的细微颗粒，含有大量二氧化硅和氧化铝，属于辅助胶凝材料。再生微粉具备集料填充效应和火山灰活性，能够改善水泥基材料性能。此次研究主要是分析再生微粉在水泥基材料中的应用，希望能够对相关人员其他参考性价值。

关键词：再生微粉;水泥基材料;作用机理

在建筑行业施工建设中，对于混凝土的需求量比较大。水泥是混凝土的重要原材料，在生产期间会排放大量二氧化碳，加剧温室效应。为了缓解温室效应，减少资源消耗，需要采用硅灰和粉煤灰替代水泥。混凝土转化为再生骨料时，会产生较多再生微粉，占据总原料的10%-20%。由于再生微粉具备火山灰、微集料填充效应，被广泛应用于水泥基材料中，改善水泥基材料低拉伸、高脆性特点。

1、再生微粉的物化特性与活性

1.1物化特性分析

再生微粉属于小粒径、质地疏松粉末，表面分布细小颗粒和节理。该材料的堆积密度约为900-920 kg/m3，比表面积为4490-7640cm2/g，表观密度约为2500-2650kg/m3。通过X射线衍射仪技术分析可知，再生微粉的化学成分主要包括氧化钙、氧化铝、二氧化硅。所以再生微粉中，氢氧化钙会形成碳铝酸钙和碳硅酸钙，火山灰活性良好，可以作为胶凝材料。

1.2激发活性

通过物理、化学激发法，可以提升再生微粉活性。通过相关研究可知，通过离心球磨法，可以加大微粉比表面积，提升活性，有效改善材料水化热与孔隙问题，提升水泥基材料强度。部分学者认为，将再生微粉经过球磨机粉磨处理后，粒径约为5-50μm，粒径分度不集中，存在解理面。在机械作用力影响下，会导致二氧化硅晶体转换面体结构出现畸变，形成无定形态，加强活性。再生微粉会释放水化产物氢氧化钙、未水化产物硅酸二钙，同时与二氧化碳反应，加强结晶峰值，提升砂浆强度，促进水泥水化反应。相比于振动球磨机来说，采用气流粉碎机处理之后，再生微粉粒径相近，粒度呈均匀分布。二氧化硅具有较高的无定性化程度，碳酸钙的结晶峰较强。

化学碱激发法主要是将酸碱盐添加到再生微粉中，以此激发活性，加强水化硬化能力。通过相关研究可知，当再生微粉粒径小于0.075mm时，活性比较高。同时，在碱性激发剂作用下会显著提升活性。国内学者分析不同激发剂对再生微粉的影响，将孔隙率、抗压强度、SEM作为指标，按照研究结果显示，再生微粉激发效果排列如下：氯化钙、生石膏、氢氧化钠、氢氧化钙、硫酸钠、无激发。通过分析SEM图像可知，无激发剂砂浆胶凝效果差，并且呈现块状板结物。氯化钙试样存在氯离子和钙离子，容易扩散，并且会和氯化钙及氧化铝产生反应，从而形成水化氯铝酸钙，填充孔隙。化学激发机理是增加再生微粉的氢氧离子浓度，形成不饱和活性剂，使表面氧化铝和二氧化硅形成网络聚合体，以此激发活性成分，增加凝胶物质含量。

2、再生微粉与工作性的影响关系

在水泥基材料中，工作性属于重要性能，用水量会对水泥基材料工作性造成影响。通过研究可知，粉煤灰、再生微粉都可以改善混凝土流动性。将再生微粉添加量提升至30%时，混凝土初始坍落度增加51%，扩展度增加25.4%，坍落度损失率呈逐渐减小趋势。不断增加再生微粉掺加量，减少用水量，水泥砂浆流动性呈现增长趋势。将再生微粉掺加量设定为40%，用水量减少10%，水泥砂浆流动性将会增加40%。由于再生微粉中含有未反应硅酸二钙，该物质会与水产生水化反应，减少水泥用量后，会相应减少水泥标准稠度用水量。还有部分学者的研究显示，砂浆流动性减少率可能和再生微粉取代水泥的比例呈正相关性。按照国外学者的研究显示，当水泥基材料中含有30%再生微粉时，水泥浆黏度会降低40%，砂浆流动性降低22%，吸附系数增加40%。将再生微粉添加量设定为50%时，用水量增加7%，适当缩短初凝时间，不会改变终凝时间。再生微粉孔隙会吸收水分，氧化铝和三氧化二铁的含量比较多，相应减少游离水含量，进一步降低水泥基材料工作性。

3、再生微粉和水化反应的影响关系

水化反应属于放热过程，通过检测放热量与时间的关系，可以了解水化过程中，水泥浆体结构与时间变化关系。通过浆体化学结合水，可以得知水化产物生成量。分析可知，当再生微粉浆体温度在150℃-550℃时，会存在缓慢放热峰。到温度到达550℃时，会损失4.42%的质量。在550℃-750℃范围内，再生微粉凝胶失去结合水，分解成β-C2S，从而损失6.3%的质量。从上述结果，再生微粉具备潜在活性。

对再生微粉浆体化学结合水、水化热反应进行测试，结果显示，在不断增加再生微粉添加量时，会相应减小化学结合水与最大放热量，延缓最大放热量时间。当混凝土强度越高，所制备的再生微粉水化性能越明显。通过分析SEM图像可知，再生微粉的水化反应比较少，凝胶呈增长趋势，相应提升基体密实度。当水化反应达到28d时，基体密实度增加，氢氧化钙物质完全反应。通过相似试验可知，当混凝土龄期为7d时，再生微粉的过渡区域分布大量凝胶孔隙，且结构疏松。随着龄期不断增加，相应减少孔隙数量，加强结构密实度。当混凝土龄期达到180d时，界面过渡区结界限消失，有助于改善混凝土界面致密结构。

4、再生微粉与力学性能影响关系

再生微粉会影响水泥基材料的力学性能，将再生微粉添加到水泥基材料中，能够提升力学性能。通过相关研究显示，不断增加再生微粉添加量，砂浆抗折强度会先出现增长趋势，而后逐渐下降，因此再生微粉的最佳添加量为10%。在不断增加再生微粉添加量后，会相应降低胶砂抗压强度。由于再生微粉具备活性特点，会相应减弱胶砂折抗折强度。当再生微粉的添加量为30%时，胶砂抗折强度会下降45%以上。再生微粉的水化反应速率比较慢，次级水化反应比较强，因此后期強度高于前期强度。通过上述分析可知，再生微粉利用火山灰效应、集料填充作用，能够改善水泥基材料的力学性能。在再生微粉各类物质中，碳酸钙物质会和水泥中的铝酸三钙、硅酸三钙产生水化反应，从而生成晶核，增加凝胶含量。再生微粉添加量不断提升，由于比表面积大，粒度细，相应增加需水量。当水化反应不充分时，可能会降低水泥基材料的力学性能。

5、结束语

综上所述，在水泥基材料中已经推广应用再生微粉，通过相关研究显示，微粉微含有碳酸钙物质，且具备集料填充效应，可以促进水泥中硅酸酸钙和铝酸三钙产生水化反应，相应增加凝胶含量，改善水泥基材料结构。在激发剂作用下，能够改善水泥基材料的力学性能。使用再生微粉替代部分水泥，可以减少资源使用，缓解温室效应，应用价值比较高。

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