高速公路废旧混凝土再生微粉性能探究

张晓蕾

（河北高速公路集团有限公司承德分公司，河北 承德 067000）

随着我国经济社会的快速发展，越来越多的高速公路开始呈现出通行能力不足、服务水平低下、存在安全隐患等问题，需要进行改造、扩容建设，这一过程中将产生大量的废旧混凝土。这些废旧混凝土若是经简单破碎后集中填埋，不仅会占用大量的土地资源，还会在清运和填埋过程中产生扬尘等问题，造成严重的环境污染。因此，如何加大废旧混凝土等原路资源的再利用，是当前需要解决的主要问题之一，也是高速公路改扩建工程实现绿色发展和生态文明建设的重要举措。

目前，在废旧混凝土的资源化利用上，主要集中于对再生骨料的应用，而在再生骨料的生产过程中，会伴生出10%～20%的粒径小于0.16mm的粉末，工程上对这些粉末的应用很不充分，往往作为废料处理。研究表明，废旧混凝土再生的粉体材料除了已硬化的胶凝产物，还包含了未水化的胶凝颗粒及大量的具有潜在活性的惰性SiO2，若充分激发这种粉体材料，可替代矿物掺合料使用。现阶段对再生粉体材料的研究大多集中在试验室，由于再生微粉性能差异较大，相应研究成果的可复制性较差。

一、原材料与试验方案

（一）原材料

水泥为P·Ⅰ42.5硅酸盐水泥；砂为粒度0.5mm～1.0mm中级砂；再生微粉由山东省某高速公路改扩建项目自加工的再生细集料筛选得到；水为自来水；所用的化学激发剂硫酸钠、硅酸钠和偏铝酸钠均为某化学试剂公司的分析纯试剂。

（二）试验方案

本文所有试验，再生微粉的掺加均为外掺法，即替代标准砂，这样可以更好地与基准组进行比较。再生微粉的掺量均为水泥质量的50%，由于外掺再生微粉后需水量增大，将用水量提高至245g，具体试验方案如表1所示。

二、不同粒径再生微粉的活性

再生微粉一般是在废旧混凝土生产再生细集料时产生的，其活性主要来源于未水化的水泥颗粒。一般认为粒径在0.16mm以下的颗粒都是再生微粉，也有研究证实再生微粉的活性与其粒径大小有关，因此本文再次探究了不同粒径再生微粉的活性，试验结果分别如图1、图2所示。

表1 试验方案表

从图1、图2可看出，各粒径的再生微粉对抗折强度都有一定的负面影响。粒径＜0.075mm和粒径＜0.15mm的再生微粉表现出了一定的活性，粒径超过0.15mm的再生微粉对强度不利，与现有研究成果基本一致。

三、热处理激发

再生微粉中含有未水化的水泥颗粒和硬化水泥石，根据已有的研究成果，硬化水泥石主要是硅酸钙、铝酸钙和铁铝酸钙的水化产物，在高温下会脱水形成脱水相，一方面，由于OH-离子的脱离，脱水相形成大量结构空位，另一方面，原水化产物中与OH-离子相结合的Ca2+、Al3+离子和[SiO4]-四面体等脱水后表现为电荷不饱和状态，可以预期各脱水相具有再次水化并发挥胶凝特性的能力。此外，由于废旧混凝土大多服役时间在10年以上，再生微粉中含有的未水化的水泥颗粒基本处于低活性状态，通过热处理可再次激发其活性。因此，本文探究了不同温度热处理后粒径＜0.15mm的再生微粉的活性变化，试验结果如图3和图4所示。

图1 不同粒径再生微粉的抗折强度

图2 不同粒径再生微粉的抗压强度

图3 不同热处理方式再生微粉的抗折强度

图4 不同热处理方式再生微粉的抗压强度

图5 不同化学激发再生微粉的抗折强度

图6 不同化学激发再生微粉的抗压强度

从图3和图4可看出，热处理温度越高，对再生微粉活性的激发效果越好。800℃热处理再生微粉与纯水泥和未经处理的再生微粉相比，抗折强度分别提高19%和43%，抗压强度则分别提高30%和26%。

四、化学激发

研究表明，在碱性环境的作用下，再生微粉颗粒表面容易形成游离的不饱和活性键，使得颗粒表面SiO2、Al2O3形成的网络聚合体聚合度降低，使其更容易与水泥浆体中的活性组分发生反应，从而提高水化硅酸钙和水化硅酸铝等的生成量。此外，硫酸盐水解出的离子在水泥浆体中存在Ca2+时，会与活性Al2O3发生反应生成钙矾石。本文探究了硫酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠对粒径＜0.15mm的再生微粉的活性激发效果，试验结果如图5和图6所示。

从图5和图6可看出，化学激发剂能显著提高再生微粉抗折强度，也能显著解决未经处理的再生微粉引起的抗折强度降低问题，且硫酸钠的激发效果较好，激发后再生微粉的抗折强度分别比纯水泥和未经处理的再生微粉提高16%和15%，抗压强度则分别提高11%和5%；但化学激发剂对抗压强度的提高不显著。

五、结语

试验结果表明，再生微粉粒径越小、活性越高。热处理温度越高，再生微粉活性的激发效果越好，且抗压、抗折强度显著提高。化学激发剂能显著提高再生微粉抗折强度，但提升抗压强度的效果不明显。