碱激发矿渣水泥再生混合料配合比优化研究

李博瀚

摘要：为提高固废利用率，研究碱激发胶凝材料中的不同配比对再生骨料取代天然骨料的性能影响，以不同级配、水泥掺量、NaOH、石膏掺量为变量，高炉矿渣等质量取代30%的水泥，通过正交试验的方法，科学测定其抗压强度，评价其路用性能。通过正交试验，发现影响混凝土强度的因素由强到弱依次为水泥掺入量、石膏掺入量、NaOH加入量。研究发现，水泥含量5.0%，NaOH加入量6.0%，石膏加入量10%时，再生混凝土的抗压强度最大。

关键词：矿渣 再生骨料 碱激发 正交试验

Research on the Optimization of the Mix Ratio of the Recycled Mixture of Alkali-Activated Slag Cement

LI Bohan

The Bridge Engineering Co.，Ltd. of CTCE Group， Changchun， Jilin Province， 130000 China

Abstract： In order to improve the utilization of solid waste， this paper studies the influence of different ratios in alkali-activated cementitious materials on the performance of recycled aggregates instead of natural aggregates. Taking different gradations， cement content， NaOH， gypsum content as variables， using the quality of blast furnace slag to replace 30% of cement， it scientifically determinates its compressive strength through the orthogonal test and evaluates its road performance. Through the orthogonal test， it is found that the factors affecting the strength of concrete from strong to weak are cement addition， gypsum addition and NaOH addition， and that the maximum compressive strength of recycled concrete is obtained at 5.0% cement content， 6.0% NaOH addition and 10% gypsum addition.

Key Words： Slag; Recycled aggregate; Alkali activation; Orthogonal test

近些年，建筑行业对砂石资源的需求持续增长，废旧混凝土通过破碎成小块，清洗、筛分等工序处理后得到再生骨料。研究发现，再生骨料的性能比天然骨料差，但仍具有优秀的使用性能，再生骨料的生产和使用具备良好的发展潜力。

乔龙腾等人[1-2]研究了不同胶凝材料下，碱激发胶凝材料受水以及其他材料的强度影响。莫林强等人[3-4]对矿渣碱激发活化过程进行一系列的试验探究，探索铝硅酸盐中矿渣水化及其聚合反应的过程，并对其原理进行阐释。赵百超等人[5-6]以不同掺量再生骨料制备水稳料，测定其性能发现，再生骨料的使用会降低水稳料的力学强度。在此基础上，本文通过正交试验的科学试验方法，探索不同级配、水泥掺量、NaOH、石膏掺量对碱激发再生骨料混合料性能影响。

1 试验材料

试验采用高炉矿渣（GGBS）和P.O 42.5水泥，其组成参数如表1所示，再生骨料级配如表2所示。

本研究采用的碱激发剂有NaOH和Na2SiO3溶液，NaOH溶液利用纯度98%的固体NaOH粒配制，Na2SiO3溶液利用模数为1的固体Na2SiO3配制。

2 试验方案

将水泥熟料、矿渣和石膏粉按照质量比 65∶30∶5进行预混制备矿渣水泥，NaOH、Na2SiO3以矿渣掺入量为标准，按照Na2O含量的4%掺入。NaOH、石膏、水玻璃模数、水玻璃掺量的百分含量全部以矿渣加入量为基准。不同级配下水泥掺量（4.0%、 4.5%、5.0%）、NaOH（6%、8%、10%）、石膏（6%、8%、10%）配比如表3所示。

为满足交通荷载对半刚性基层要求，在正交试验的基础下，探究不同级配、水泥掺量、碱激发剂掺量、石膏对水稳料的影响。试件按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）为指导进行试件制备和养护。

3 试验结果和分析

3.1 击实试验结果

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中T 0804-1994无机结合料稳定材料击实试验方法测定混凝土混合料的最佳含水率和最大干密度，击实试验测试过程如图1所示，其结果如表4所示。

不同级配下，RCA取代率由0～100%，混合料的最大干密度减小，最佳含水量增大。在骨料种类一致，水泥掺量一定时，第二种级配的最大干密度降低和最佳含水率最大，第三种级配的最大干密度降低和最佳含水率最小，这是由于第二种级配为骨架密实型混合料级配中值，级配均匀，密度大，吸水率高，第三种级配大粒径较多，孔隙多，密度小，吸水率低。

3.2 正交试验结果分析

由表5和表6中的试验数据可知，不同级配、水泥掺量、石膏掺量都会影响再生混凝土的抗压强度。并且试验数据表明再生混凝土与普通混凝土一样，抗压强度不断增强；通过试验数据分析显示：加入NaOH会激发矿渣的性能，提高再生骨料混凝土的抗压强度。在抗压强度28d时，各因素的影响程度为水泥掺入量>石膏掺入量>NaOH加入量>级配比例。在抗压强度28d时，级配为中值骨料级配，水泥含量5.0%，NaOH加入量6.0%，石膏加入量10%时，再生混凝土的抗压强度最大。

4 结语

各因素的影响主次为水泥掺入量>石膏掺入量>NaOH加入量>级配比例。在抗压强度28d时，级配为中值骨料级配，水泥含量5.0%，NaOH加入量6.0%，石膏加入量10%时，再生混凝土的抗压强度最大。

参考文献

[1] 乔龙腾，宋志峰. 碱激发粉煤灰基胶凝材料的水化过程及力学性能[J].金属矿山，2023 （11）： 179-185.

[2] 冯天彦，张冬冬，谭波，等.碱激发胶凝材料固化/稳定化土壤重金属研究进展[J].化工矿物与加工，2021，50（3）：52-56.

[3] 莫林强，黄世源，魏炜，等. 热碱活化赤泥-矿渣地聚物砂浆强度性能及聚合机理研究[J].西部交通科技， 2023（9）： 1-3，12.

[4] 吴李杰.碱-硅反应中碱活化矿渣混凝土的耐久性研究[J].房地产世界， 2023（3）： 36-40.

[5] 赵百超.废弃混凝土对水泥稳定土疲劳特性影响研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2021.

[6] 胡力群，沙爱民.水泥稳定废粘土砖再生集料基层材料性能试验[J].中国公路学报，2012，25（3）：73-79，86.