廢棄混凝土再生水泥技術(shù)的研究

郎建輝

(中材國際環(huán)境工程（北京）有限公司，北京市 100102)

廢棄混凝土再生水泥技術(shù)的研究

郎建輝

(中材國際環(huán)境工程（北京）有限公司，北京市 100102)

通過以廢棄的混凝土作為制作材料，是實現(xiàn)對廢棄資源的循環(huán)利用而衍生出再生水泥的必經(jīng)環(huán)節(jié)。本文主要以了解廢棄混凝土再生水泥的相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，介紹相關(guān)該項技術(shù)最近的研究進展，并以廢棄的混凝土為出發(fā)點對未來關(guān)于再生水泥技術(shù)的研究提出展望。

廢棄混凝土 利用 再生水泥 技術(shù)

一、前言

混凝土是指由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料的統(tǒng)稱，它廣泛應(yīng)用于土木工程，也是全球使用最頻繁的建筑材料。假如混凝土被廢棄之后將會占據(jù)建筑垃圾行列的首要位置。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)結(jié)果表明，隨著建筑工程的迅猛發(fā)展，今后國內(nèi)的遭到廢棄的混凝土規(guī)模和數(shù)量將會按照8%的速度遞增，預(yù)測至2020年突破3.68億t，假如這么龐大的混凝土未得到再次利用，那么不僅對環(huán)境進而建材行業(yè)來說是種負(fù)擔(dān)，對資源本身也是種極大的浪費行為[1]。

廢棄物轉(zhuǎn)化為資源目前主要有原級資源化以及次級資源化這兩大途徑，其中前者指的是對被廢棄的材料進行再次利用，進而生產(chǎn)出新型的同類別的產(chǎn)品，這是實現(xiàn)廢棄資源利用較高的途徑。以被廢棄的混凝土作為再次利用的基本原料，進而生產(chǎn)出再生的水泥與骨料，這是對廢棄物進行原級資源化的過程，通過把兩種再生的產(chǎn)品再次使用在混凝土中，則可完成對混凝土廢棄材料的再次利用。近幾十年以來，很多研究重點關(guān)注得是再生骨料，然而混凝土內(nèi)部成分較為繁雜，加上受骨料技術(shù)等因素的制約，國內(nèi)當(dāng)前再生骨料的開發(fā)成本較高，并且在提高產(chǎn)品性能方面經(jīng)驗不足，制約其利用率的提高[2]。另外，再生骨料的核心技術(shù)是以被廢棄的混凝土內(nèi)部的粗骨料作為基本利用對象，并且對砂漿的利用將會消耗更多的成本，而大部分的水泥石卻未能得到高效的利用。國內(nèi)水泥的產(chǎn)量處在全球各國生產(chǎn)的前列，增速為18.14%，雖然如此，國內(nèi)的水泥生產(chǎn)卻面臨著其基本原料（如石灰石）的匱乏，這就使得通過對廢棄的混凝土作為基本材料進行再生水泥的配置和生產(chǎn)具備了現(xiàn)實意義[3]。

二、利用廢棄的混凝土進行制備再生水泥的基本研究

以廢棄的混凝土作為基本原料以制備和煅燒水泥，通常情況下是經(jīng)過如下兩中形式實現(xiàn)：選擇被廢棄的混凝土內(nèi)部的粗骨科作為部分替代原料以減少石灰石的使用量，發(fā)揮水泥鈣質(zhì)基本原料的作用；選擇被廢棄的混凝土絞碎后存在的砂漿或者是微粉以及硬化了的水泥石作為制備水泥的生料成分。

石灰石作為混凝土結(jié)構(gòu)成分中常用的粗骨科類型，是制備水泥不可或缺的重要鈣質(zhì)性原材料。以學(xué)者萬朝均為代表的等研究人員吧廢棄的混凝土作為試對象，將其破碎并分離后，以取得石灰石作為主要成分的且顆粒直徑大約在5～20毫米的顆粒，將其作為取代性原料代替了天然的石灰石作用，運用該技術(shù)制備出來的水泥前三天強度較低，但是經(jīng)過二十八天之后其強度可滿足52.5級別制備水泥的技術(shù)硬性要求，并且該項技術(shù)已經(jīng)獲得相應(yīng)的技術(shù)專利授權(quán)。

廢棄的混凝土在燒制再生骨料環(huán)節(jié)中，其中殘存量約為5%的顆粒其基本成分構(gòu)成是水泥石。捷克相關(guān)的技術(shù)研究隊伍對取得顆粒直徑約為 0～17mm的混凝土顆粒進行實驗研究，將其作為水泥生料的基本構(gòu)成成分，然后加入富含鈣質(zhì)的石灰石、CaF2的礦化劑和鐵質(zhì)的反應(yīng)原料，于一千四百多攝氏度的環(huán)境下煅燒熟料，最終生產(chǎn)出來的水泥其具備的強度竟高于一般原料制備的水泥[1-2]。被完全破碎的混凝土，其內(nèi)部的砂石同水泥石會充分粘連，難以被硬性分離。相關(guān)研究學(xué)者正是通過發(fā)揮內(nèi)含砂石的水泥石作為制備水泥的新原料。例如山東大學(xué)以陶珍東為代表的研究學(xué)者選擇熱處理，綜合機械粉碎的力量，將基質(zhì)膠凝組分從被廢棄的混凝土內(nèi)部成分中分離出，并將其作為制備水泥的基本原料，當(dāng)加入 20%的這類物質(zhì)時，制備出的水泥強度同一般使用生料制備水泥差異不顯著。

以內(nèi)富有砂的被廢棄的混凝土各成分作為制備水泥熟料的基本原料，主要是受核心技術(shù)的限制，就是如何使得結(jié)晶態(tài) SiO2實現(xiàn)活化技術(shù)。砂內(nèi)部多數(shù)的礦物組成是石英，內(nèi)含 SiO2具備高度的結(jié)晶度，難以在煅燒環(huán)節(jié)將其分解出反應(yīng)活體性，這樣就難以實現(xiàn)將其同CaO充分結(jié)合以生成C2S的目標(biāo)，進而制約了生料的燒制程度。正是由于這類型的顆粒直徑較大，可能會對熟料內(nèi)部成分的硅酸鹽類礦物的生成與晶型造成負(fù)面影響。以萬惠文為代表等人員的實踐研究顯示，一旦使用過多的被廢棄的混凝土作為替代石灰石數(shù)量增多，燒制出來的熟料內(nèi)部的f-CaO數(shù)量會相應(yīng)的升高，這就會導(dǎo)致熟料的水平和質(zhì)量降低；以陶珍東為代表的相關(guān)研究也出現(xiàn)了此類現(xiàn)象：隨著基質(zhì)膠凝組分加入的數(shù)量越多，越加重了生料的難燒性，導(dǎo)致熟料的強度顯著降低；以王曉波為代表的研究者選擇被廢棄的混凝土以及大部分屬于廢磚結(jié)構(gòu)的建筑垃圾作為基本原料燒制熟料，越多的建筑垃圾數(shù)量，那么熟料具備的強度越低，并且他們均將這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因解釋為被廢棄的混凝土作為原料內(nèi)部富含惰性SiO2[1-3]。

三、以全組分的視角對被廢棄混凝土制備再生水泥進行研究

當(dāng)前很多以被廢棄的混凝土作為制備再生水泥基本的原料，都須對給予組分和分離。理論上能夠?qū)⒈粡U棄的混凝土內(nèi)部的全部組成部分作為基本原料用以制備形成再生水泥，并且這樣的方式具備較多的優(yōu)勢：不用對廢棄的材料進行分離，又可以減少成本制作成本，滿足大量生產(chǎn)的經(jīng)濟需求；廢棄的材料內(nèi)部含有未水化的水泥顆粒，硬化的水泥石和各種雜質(zhì)離子均有助于燃燒，降低燃燒成本，促進熟料燒制的快速完成；通過利用科學(xué)的活化技術(shù)，促進 SiO2的活性反應(yīng)，有助于提高熟料的性能。

日本以Fuminori教授為代表的研究學(xué)者開展過相同的試驗活動，對廢棄的混凝土給予全面粉碎之后，添加含有SiO2、Al2O3以及Fe2O3的原料后，進行聯(lián)合制備生料以及燒制熟料，其結(jié)果顯示所得的熟料用于制備再生水泥其性能同一般的水泥無顯著差異，其膠砂的強度為 44MPa[2-3]。以全組分的新視角探究利用被廢棄的混凝土為基本原理制備再生水泥。主要是選擇以石灰?guī)r作為主要粗骨料的被廢棄的混凝土內(nèi)部所有的組分用以替代一部分的石灰石以及粘土，之后加入適量石灰石以及用以校正的原料，完成配料之后作為制備再生水泥所需的熟料。這提示了這類型的再生水泥所需的熟料具備C3S、β-C2S、C3A、C4AF等基本礦物組成成分：混凝土內(nèi)部存在多種微量例子具備促進燃燒和融化的作用，加快阿利特以及貝利特生產(chǎn)速度，進而燒制熟料的溫度能夠月降為一千三百三十三攝氏度；這樣的熟料不僅具備良好強度性能，也適應(yīng)硅酸鹽制備水泥所需熟料的技術(shù)硬性要求。

四、結(jié)束語

進入新的社會時期，國內(nèi)水泥工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了顯著性的發(fā)展，最矚目的變化則是倡導(dǎo)節(jié)約型的資源利用和發(fā)展，倡導(dǎo)應(yīng)用先進的技術(shù)以及鼓勵循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展作為帶領(lǐng)水泥工業(yè)發(fā)展內(nèi)部經(jīng)濟的重要方向，尤其注重對廢渣進行再次利用，以實現(xiàn)資源再生化的目標(biāo)。以被廢棄的混凝土作為制備再生性水泥的基本原料，不僅實現(xiàn)了對廢棄資源的初步利用，降低廢棄物對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)和污染，也有效地緩和了水泥原料供需不足的矛盾。隨著再生水泥技術(shù)的不斷發(fā)展，對環(huán)境以及資源的貢獻(xiàn)度越來越大，今后該領(lǐng)域的研究將會重點關(guān)注水泥混凝土技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，以將該領(lǐng)域的研究推向更加廣闊的方向，為人類社會創(chuàng)造更多的資源財富。

[1]王海霞,倪文,姜濤,李德忠.房山砂質(zhì)煤矸石熱活化的影響因素分析[J].化工學(xué)報,2011,7(06):118-119.

[2]王程,施惠生.廢棄混凝土再生利用技術(shù)的研究進展[J].材料導(dǎo)報,2010,7(01):121-151.

[3]萬朝均,袁啟濤,劉立軍,張廷雷,劉連川,李有光.廢棄混凝土代替天然石灰石煅燒水泥熟料實驗[J].重慶大學(xué)學(xué)報,2008,7(09):107-124.

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1007-6344（2015）02-0003-01