再生微粉在水泥基材料中的应用与研究进展
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基金项目：国家自然科学基金（４１５７２３０５） 作者简介：周长顺（１９８２），男，博士，讲师．主要从事先进水泥基材料的研究．Ｅｍａｉｌ：３２３１６７７１５９＠ｑｑ．ｃｏｍ． 通讯作者：赵丽颖，硕士，讲师．Ｅｍａｉｌ：１８２１１６５７２＠ｑｑ．ｃｏｍ．
第 ８期
周长顺等：再生微粉在水泥基材料中的应用与研究进展
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＲｅｃｙｃｌｅｄＭｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｓ ｉｎＣｅｍｅｎｔＢａｓｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ
ＺＨＯＵＣｈａｎｇｓｈｕｎ１，２，ＪＩＨｏｎｇｂｏ３，ＺＨＡＯＬｉｙｉｎｇ１
（１．ＹｕａｎｐｅｉＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｈａｏｘｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｏｘｉｎｇ３１２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ４３０１００，Ｃｈｉｎａ；３．ＺｈｅｊｉａｎｇＺｈｏｎｇｃｈｅｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｏｘｉｎｇ３１２０００，Ｃｈｉｎａ）
摘要：再生微粉是再生骨料生产过程中的细微颗粒，其含有大量的 ＳｉＯ２ 和 Ａｌ２Ｏ３，具有作为辅助胶凝材料的应用潜 力。因其火山灰活性和微集料填充效应可以显著改善水泥基材料性能，已经成为节能环保材料在水泥混凝土领域 的关注热点。介绍了再生微粉的物理化学特性和水化活性潜质，以及对水泥基材料工作性、力学性能和耐久性的 影响，综述了其对水泥基材料性能的作用机理，分析了当前研究存在的问题，指出了再生微粉水泥基材料的发展 趋势。 关键词：再生微粉；水泥基材料；力学性能；作用机理 中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１１６２５（２０１９）０８２４５６０８
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｉｓａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｆｒｏｍ ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｒｅｃｙｃｌｅｄａｇｇｒｅｇａｔｅ，ｂｕｔｉｔｉｓｒｉｃｈｉｎａｃｔｉｖｅＳｉＯ２ ａｎｄＡｌ２Ｏ３，ａｎｄｈａｓｇｒｅａｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌａｓｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓａｄｄｉｔｉｖｅｓ．Ｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｈａｓｂｅｅｎａ ｆｏｃｕｓｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｅｌｄ，ｂｅｃａｕｓｅｉｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｉｔｓｓｔｒｏｎｇｐｏｚｚｏｌａｎｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄ ｍｉｃｒｏａｇｇｒｅｇａｔｅｆｉｌｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ． Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｈｙｄｒａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖｉｔｙａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｏｎｔｈｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ，ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆｉｔｓｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒ；ｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
第 ３８卷 第 ８期 ２０１９年 ８月
硅 酸 盐 通 报
ＢＵＬＬＥＴＩＮ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＥＳＥ ＣＥＲＡＭＩＣ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．８ Ａｕｇｕｓｔ，２０１９
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
再生微粉在水泥基材料中的应用与研究进展
周长顺１，２，吉红波３，赵丽颖１
（１．绍兴文理学院元培学院，绍兴 ３１２０００；２．中南大学土木工程学院，长沙 ４３０１００； ３．浙江中成建工集团有限公司，绍兴 ３１２０００）
１ 引 言
建筑业的高速发展使混凝土成为当前使用量最大，使用面最广的土木工程材料，我国每年大约生产 ２００ 亿吨混凝土［１］。而生产混凝土需要消耗大量的水泥，在生产水泥过程中会排放大量 ＣＯ２，加剧全球温室效应 以及产生了大量的建筑垃圾。为了减少自然资源消耗以及缓解温室效应，最有效的方法就是使用粉煤灰、硅 灰等胶凝材料代替部分水泥［２］。混凝土转化为再生骨料的过程中不可避免的产生粒径小于 ７５μｍ的再生 微粉［３］，约占原料质量 １０％ ～２０％［４］，其主要成分为未水化的部分水泥、惰性材料、硬化水泥石以及砂、石骨 料碎屑。再生微粉良好的微集料填充效应［５］以及火山灰效应［６］已受到了水泥基材料研究和应用领域的青 睐和重视，将其作为一种矿物掺合料取代水泥掺加到水泥基材料中，基于微结构调控以改善其相关性能［７］， 为克服水泥基材料高脆性、易开裂和低拉伸等技术缺点提供了一种新的思路和途径。
２４５７
２ 再生微粉的物理化学特性及活性
２．１ 物理化学特性 混凝土再生微粉是一种粒径较小且质地疏松的粉末，微粉颗粒表面具有部分节理面和许多细小微粒（图 １
（ａ））。其堆积密度为 ９０３～９１７ｋｇ／ｍ３，表观密度为 ２５１５～２６５１ｋｇ／ｍ３，比表面积稳定在 ４５００～７５００ｃｍ２／ｇ［８９］。 通过 ＸＲＤ分析（图 １（ｂ））发现，再生微粉的化学成分主要为 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ等，其含量详见表 １。由此可 知，再生微粉中 Ｃａ（ＯＨ）２、未水化水泥颗粒水化分别形成碳铝酸钙、碳硅酸钙，具有作为水泥水化晶核和继 续水化形成凝胶产物的能力，表现出良好的火山灰活性［１７］，其作为胶凝材料在理论层面是可行的。
第 ８期
周长顺等：再生微粉在水泥基材料中的应用与研究进展
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＲｅｃｙｃｌｅｄＭｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｓ ｉｎＣｅｍｅｎｔＢａｓｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ
ＺＨＯＵＣｈａｎｇｓｈｕｎ１，２，ＪＩＨｏｎｇｂｏ３，ＺＨＡＯＬｉｙｉｎｇ１
（１．ＹｕａｎｐｅｉＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｈａｏｘｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｏｘｉｎｇ３１２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ４３０１００，Ｃｈｉｎａ；３．ＺｈｅｊｉａｎｇＺｈｏｎｇｃｈｅｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｏｘｉｎｇ３１２０００，Ｃｈｉｎａ）
摘要：再生微粉是再生骨料生产过程中的细微颗粒，其含有大量的 ＳｉＯ２ 和 Ａｌ２Ｏ３，具有作为辅助胶凝材料的应用潜 力。因其火山灰活性和微集料填充效应可以显著改善水泥基材料性能，已经成为节能环保材料在水泥混凝土领域 的关注热点。介绍了再生微粉的物理化学特性和水化活性潜质，以及对水泥基材料工作性、力学性能和耐久性的 影响，综述了其对水泥基材料性能的作用机理，分析了当前研究存在的问题，指出了再生微粉水泥基材料的发展 趋势。 关键词：再生微粉；水泥基材料；力学性能；作用机理 中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１１６２５（２０１９）０８２４５６０８
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｉｓａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｆｒｏｍ ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｒｅｃｙｃｌｅｄａｇｇｒｅｇａｔｅ，ｂｕｔｉｔｉｓｒｉｃｈｉｎａｃｔｉｖｅＳｉＯ２ ａｎｄＡｌ２Ｏ３，ａｎｄｈａｓｇｒｅａｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌａｓｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓａｄｄｉｔｉｖｅｓ．Ｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｈａｓｂｅｅｎａ ｆｏｃｕｓｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｅｌｄ，ｂｅｃａｕｓｅｉｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｉｔｓｓｔｒｏｎｇｐｏｚｚｏｌａｎｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄ ｍｉｃｒｏａｇｇｒｅｇａｔｅｆｉｌｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ． Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｈｙｄｒａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖｉｔｙａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｏｎｔｈｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ，ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆｉｔｓｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｙｃｌｅｄｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒ；ｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
第 ３８卷 第 ８期 ２０１９年 ８月
硅 酸 盐 通 报
ＢＵＬＬＥＴＩＮ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＥＳＥ ＣＥＲＡＭＩＣ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．８ Ａｕｇｕｓｔ，２０１９
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
再生微粉在水泥基材料中的应用与研究进展
周长顺１，２，吉红波３，赵丽颖１
（１．绍兴文理学院元培学院，绍兴 ３１２０００；２．中南大学土木工程学院，长沙 ４３０１００； ３．浙江中成建工集团有限公司，绍兴 ３１２０００）
１ 引 言
建筑业的高速发展使混凝土成为当前使用量最大，使用面最广的土木工程材料，我国每年大约生产 ２００ 亿吨混凝土［１］。而生产混凝土需要消耗大量的水泥，在生产水泥过程中会排放大量 ＣＯ２，加剧全球温室效应 以及产生了大量的建筑垃圾。为了减少自然资源消耗以及缓解温室效应，最有效的方法就是使用粉煤灰、硅 灰等胶凝材料代替部分水泥［２］。混凝土转化为再生骨料的过程中不可避免的产生粒径小于 ７５μｍ的再生 微粉［３］，约占原料质量 １０％ ～２０％［４］，其主要成分为未水化的部分水泥、惰性材料、硬化水泥石以及砂、石骨 料碎屑。再生微粉良好的微集料填充效应［５］以及火山灰效应［６］已受到了水泥基材料研究和应用领域的青 睐和重视，将其作为一种矿物掺合料取代水泥掺加到水泥基材料中，基于微结构调控以改善其相关性能［７］， 为克服水泥基材料高脆性、易开裂和低拉伸等技术缺点提供了一种新的思路和途径。
２４５７
２ 再生微粉的物理化学特性及活性
２．１ 物理化学特性 混凝土再生微粉是一种粒径较小且质地疏松的粉末，微粉颗粒表面具有部分节理面和许多细小微粒（图 １
（ａ））。其堆积密度为 ９０３～９１７ｋｇ／ｍ３，表观密度为 ２５１５～２６５１ｋｇ／ｍ３，比表面积稳定在 ４５００～７５００ｃｍ２／ｇ［８９］。 通过 ＸＲＤ分析（图 １（ｂ））发现，再生微粉的化学成分主要为 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ等，其含量详见表 １。由此可 知，再生微粉中 Ｃａ（ＯＨ）２、未水化水泥颗粒水化分别形成碳铝酸钙、碳硅酸钙，具有作为水泥水化晶核和继 续水化形成凝胶产物的能力，表现出良好的火山灰活性［１７］，其作为胶凝材料在理论层面是可行的。