一種聚合氯化鋁再生材料的性能測試與應(yīng)用

摘 要：試驗通過聚合氯化鋁PAC廢渣代替水泥，制備了一種環(huán)保型混凝土材料，并對其性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，當(dāng)摻量小于18%時，摻入PAC廢渣試件的早期強(qiáng)度性能高于摻粉煤灰試件；當(dāng)摻量為6%時，摻PAC廢渣試件的28 d抗壓、抗折強(qiáng)度最高，分別為63.2、8.9 MPa；PAC廢渣在混凝土材料中具備火山灰效應(yīng)；摻入3%無水硫酸鈉和3%水玻璃可以激發(fā)PAC廢渣的活性，促進(jìn)水化反應(yīng)，增強(qiáng)材料強(qiáng)度性能；最佳PAC廢渣取代水泥率為12%。制備的環(huán)保型混凝土經(jīng)濟(jì)性好、強(qiáng)度良好，符合C30混凝土強(qiáng)度指標(biāo)要求，可以作為一種綠色環(huán)保混凝土材料使用。

關(guān)鍵詞：混凝土；PAC廢渣；強(qiáng)度；粉煤灰；無水硫酸鈉

中圖分類號：TQ177.6+7""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1001-5922（2024）07-0068-04

Performance test and application of a polyaluminum

chloride recycled material

ZHANG Yanju1，ZHANG Qingbo2

（1. Logistics Support Department，Logistics University of PAP，Tianjin 300309，China；

2. Tianjin Shengcheng Guotai Electromechanical Installation Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China）

Abstract： In this experiment，nbsp; an environmentally friendly concrete material was prepared by replacing cement with polyaluminum chloride PAC waste slag， and and its properties were studied. The experimental results showed that when the dosage was less than 18%， the early strength performance of the specimens mixed with PAC waste slag was higher than that of the specimens mixed with fly ash. When the dosage was 6%， the compressive and flexural strength of the specimens mixed with PAC waste residue at 28 days was the highest， with 63.2 and 8.9 MPa， respectively. PAC waste had a volcanic ash effect in concrete materials. Adding 3% anhydrous sodium sulfate and 3% water glass could stimulate the activity of PAC waste residue， promote hydration reaction， and enhance the strength performance of the material. The optimal PAC waste residue replacement rate for cement was 12%. The environmentally friendly concrete prepared in this experiment has good economy and strength， meeting the strength index requirements of C30 concrete， and can be used as a green and environmentally friendly concrete material.

Key words： concrete；pac waste residue；strength；fly ash；anhydrous sodium sulfate

關(guān)于綠色環(huán)保型混凝土材料的研究成為熱點。許多學(xué)者進(jìn)行了研究。如研究了一種建筑垃圾再生混凝土，通過控制變量法，探究建筑垃圾中的再生骨料種類與摻量對材料性能的作用效果［1］。通過在砌塊混凝土中摻入秸稈、粉煤灰進(jìn)行改性，制備環(huán)保型混凝土，并研究其性能［2］。除了建筑垃圾、秸稈、粉煤灰以外，對鐵尾礦進(jìn)行2次利用，制備陶粒并用于混凝土中，綜合性能較高［3］。以上學(xué)者的研究都為環(huán)保型混凝土的發(fā)展提供了參考?；诖?，試驗針對凈水材料聚合氯化鋁（PAC）制備工藝中產(chǎn)生的廢渣，進(jìn)行2次利用，制備了一種環(huán)保型混凝土材料，并研究其性能。

1"" 試驗部分

1.1"" 材料與設(shè)備

主要材料：P·O42.5 普通硅酸鹽水泥（工業(yè)純，河北麥克麥尼礦產(chǎn)）；標(biāo)準(zhǔn)砂（工業(yè)純，滄州精弘工程儀器）；聚合氯化鋁廢渣（河南元勝新材料，PAC廢渣）；粉煤灰（工業(yè)純，石家莊洽典新材料）；PC-1009型聚羧酸減水劑（化學(xué)分析純，濟(jì)南福鑫精細(xì)化工）；無水硫酸鈉（化學(xué)分析純，濟(jì)南浩文化工）；水玻璃（化學(xué)分析純，北京萬佳標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研發(fā)中心）；氫氧化鈉（化學(xué)分析純，山東中潤?；ぃ粴溲趸}（化學(xué)分析純，山東萬鼎化工）。

主要設(shè)備：RD1020型電子天平（深圳市榮達(dá)儀器）；DZF6090BZ型真空烘箱（紹興博緯儀器設(shè)備）；JJ-20H型水泥膠砂攪拌機(jī)（獻(xiàn)縣順暢試驗儀器）；HZJ-1型振動臺（河北三壽試驗儀器）；JITAI-S10KN型電子多功能試驗機(jī)（北京吉泰科儀檢測設(shè)備）。

1.2"" 試驗方法

1.2.1"" 配合比設(shè)計

試驗選擇的PAC廢渣粒徑大小為0～0.075 mm，并將PAC廢渣以不同水泥替代摻量加入水泥膠砂中，分別是6%、12%、18%、24%、30%，并以不同粉煤灰摻量為對照組，具體配比方案見表1［4?5］。

1.2.2"" 試件的制作

（1）根據(jù)表1 中的配合比設(shè)計情況，用電子天平稱量適量的水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂、水、PAC廢渣以及粉煤灰，備用；

（2）在攪拌機(jī)中倒入少量的標(biāo)準(zhǔn)砂、水泥，設(shè)置攪拌時間為2 min，進(jìn)行干攪拌處理，然后在攪拌機(jī)中加入適量的水，繼續(xù)攪拌2 min混合均勻；

（3）在攪拌機(jī)中加入剩下的標(biāo)準(zhǔn)砂、水泥，然后再加入適量的PAC廢渣或者適量的粉煤灰，繼續(xù)加入適量水、減水劑，設(shè)置攪拌時間為3 min，充分混合，獲得水泥膠砂；

（4）將水泥砂漿倒入準(zhǔn)備好的模具中，插搗成型，然后用抹灰刀抹平試件表面多余的漿料，并將試件放置在振動臺上處理1 min，振實并排出制備過程中試件內(nèi)部的氣泡；

（5）設(shè)置養(yǎng)護(hù)溫度為20 ℃左右，濕度90%左右，然后將混凝土試件放置其中養(yǎng)護(hù)1 d，然后脫模，繼續(xù)在養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)一定時間，最后貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3"" 性能測試

1.3.1"" 抗壓試驗

通過多功能試驗機(jī)對立方體試件進(jìn)行測試，分析其抗壓強(qiáng)度，其中，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，抗壓強(qiáng)度具體計算公式［6］："""""""""""""""""""" [fc=FA]""""""""""""""""""""""""""""""nbsp; （1）

式中： [fc]為抗壓強(qiáng)度；F為破壞荷載；A為承壓面積。

1.3.2"" 抗折試驗

通過多功能試驗機(jī)對材料進(jìn)行抗折試驗，其中，試件尺寸數(shù)據(jù)為100 mm×100 mm×400 mm，抗折強(qiáng)度具體計算公式［7］：""" [ff=FLbh2]"""""""""""""""""""""""""""""" （2）

式中： [ff]為抗折強(qiáng)度；F為破壞荷載；L為試驗支架間跨度；b為試件截面寬度；h為試件截面高度。

1.3.3"" PAC廢渣活性評定

采用物理法，以對照組與基準(zhǔn)試件強(qiáng)度比對PAC廢渣材料的活性進(jìn)行評定，強(qiáng)度比具體公式［8］：

[R=ac][ ≥62]%""""""""""""""""""""" """"（3）

式中：[ R]為強(qiáng)度比；a為PAC廢渣摻量30%的28 d水泥膠砂抗壓強(qiáng)度；c為28 d基準(zhǔn)水泥膠砂抗壓強(qiáng)度。

2"" 結(jié)果與分析

2.1"" PAC廢渣摻量的影響

2.1.1"" 抗壓強(qiáng)度

圖1（a）為養(yǎng)護(hù)7 d的不同PAC廢渣或粉煤灰取代水泥量試件的抗壓強(qiáng)度；"" 圖1（b）為養(yǎng)護(hù)28d試件抗壓試驗結(jié)果。

由圖1（a）可知，隨取代量增加，抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)下降的趨勢，PAC廢渣試件的7 d抗壓強(qiáng)度基本上高于粉煤灰試件。對于沒有摻入PAC廢渣或粉煤灰的空白試件，其抗壓強(qiáng)度為44.1 MPa；當(dāng)摻量在6%～18%時，摻入PAC廢渣的試件抗壓強(qiáng)度明顯比摻入粉煤灰的試件高，當(dāng)摻量為12%時，摻入PAC廢渣試件的抗壓強(qiáng)度為37.9 MPa，摻入粉煤灰試件的抗壓強(qiáng)度為32.9 MPa，對比空白試件分別下降了14.1%、25.4%；當(dāng)摻量過高時，與摻PAC廢渣試件相比，摻入粉煤灰試件的抗壓強(qiáng)度下降幅度較大；當(dāng)摻量為30%時，摻入PAC廢渣或粉煤灰試件的抗壓強(qiáng)度分別為28.7、24.5 MPa，對比空白試件降幅分別為34.9%、44.4%。這些變化表明，與粉煤灰相比，PAC廢渣的摻入可以使水泥砂漿早期強(qiáng)度較高。因此，與粉煤灰相比，PAC廢渣的摻入可以提高水泥砂漿強(qiáng)度。但當(dāng)PAC廢渣大量代替水泥摻入時，會因為活性不夠水化反應(yīng)不充分，基本上只起到孔隙填補(bǔ)作用，因此，抗壓強(qiáng)度下降幅度較大［9?10］。

由圖1（b）可知，隨取代量的增加，摻PAC廢渣試件和摻粉煤灰試件的28 d抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)先增加后迅速下降的趨勢。當(dāng)沒有摻入PAC廢渣或粉煤灰時，空白對比試件的28 d抗壓強(qiáng)度為59.5 MPa；對于PAC廢渣和粉煤灰各摻量為6%的試件，28 d抗壓強(qiáng)度升至最高，并且比較接近，分別為63.2、62.8 MPa，對比空白試件升幅分別為6.2%、5.5%；此后，隨著摻量增多，各28 d抗壓強(qiáng)度均迅速下降，且摻入PAC廢渣的試件降幅較大；當(dāng)摻量為30%時，摻入PAC廢渣試件與摻粉煤灰試件的28 d抗壓強(qiáng)度分別降至44.3、47.6M Pa，對比空白試件降幅分別為25.5%、20.0%。發(fā)生這些現(xiàn)象的主要原因是，當(dāng)摻量較少時，PAC廢渣在水泥膠砂中發(fā)生微集料效用，增強(qiáng)材料后期強(qiáng)度。當(dāng)摻量較多時，PAC廢渣的活性低于粉煤灰，孔隙增多，材料密實度降低，因此，材料強(qiáng)度迅速降低［11］。綜上，與粉煤灰相比，PAC廢渣能使水泥膠砂早期強(qiáng)度更佳，考慮到環(huán)保性以及材料強(qiáng)度，PAC摻量為12%時最佳。

2.1.2"" 抗折強(qiáng)度

圖2為抗折試驗結(jié)果。

由圖2（a）可知，對于摻入PAC廢渣或粉煤灰的試件，其7 d抗折強(qiáng)度基本上隨摻量增多而降低。當(dāng)未摻入PAC廢渣或粉煤灰時，空白對比試件7 d抗折強(qiáng)度為6.9 MPa；當(dāng)摻量小于18%時，摻入PAC廢渣的試件7 d抗折強(qiáng)度優(yōu)于摻粉煤灰試件，當(dāng)摻量為6%時，摻入PAC廢渣和摻粉煤灰試件的7 d抗折測試結(jié)果分別為6.5、6.3 MPa；當(dāng)摻量大于或等于18%時，與摻粉煤灰試件相比，摻入PAC廢渣試件的7 d抗折強(qiáng)度較低，且下降幅度更大。

由圖2（b）可知，當(dāng)摻入的PAC廢渣或粉煤灰增多時，28 d抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)先升高后降低的變化，且摻PAC廢渣試件28 d抗折強(qiáng)度基本上低于摻粉煤灰試件。當(dāng)未摻入PAC廢渣或粉煤灰時，空白對比試件的28 d抗折強(qiáng)度為8.7 MPa；當(dāng)摻量為6%時，28 d抗折強(qiáng)度最高，摻入PAC廢渣試件和摻粉煤灰試件的28 d抗折強(qiáng)度分別是8.9、9.2 MPa，與摻粉煤灰試件相比，摻PAC廢渣試件降低了0.3 MPa；此后，隨摻量繼續(xù)增多，28 d抗折強(qiáng)度出現(xiàn)迅速降低，當(dāng)摻量為30%時，摻入PAC廢渣試件的28 d抗折強(qiáng)度降至6.4 MPa，而粉煤灰試件的28 d抗折強(qiáng)度為7.5 MPa。但是，過多的摻量，會減緩水泥砂漿水化反應(yīng)，材料中水化產(chǎn)物大量減少，材料密實度下降，因此，強(qiáng)度不斷降低［12?13］。綜上，當(dāng)摻量較少時，在水泥砂漿中摻入PAC廢渣可以提高材料抗折性能，考慮到環(huán)保性和材料強(qiáng)度，摻入12%PAC廢渣最佳。

2.2"" PAC活性評定

抗壓比強(qiáng)度系數(shù)如圖3所示。

由圖3可知，對于28 d試件，隨摻量的增加，摻入PAC廢渣試件的抗壓比強(qiáng)度系數(shù)呈現(xiàn)先上升后緩慢下降，最后趨于平緩的現(xiàn)象，且均大于1.0；對于摻粉煤灰的試件，其抗壓比強(qiáng)度系數(shù)曲線基本上呈現(xiàn)增加的變化，直至摻量大于24%時，抗壓比強(qiáng)度系數(shù)出現(xiàn)下降，但基本上高于摻PAC廢渣試件。但是，摻PAC廢渣試件的抗壓比強(qiáng)度系數(shù)曲線與摻粉煤灰大致類似，且數(shù)值均大于1.0。這說明，在水泥砂漿中摻入PAC廢渣，可以在一定程度上增強(qiáng)材料密實性，進(jìn)而使性能提升。

2.3"" 實際應(yīng)用情況

本試驗以12%PAC廢渣取代水泥量，并加入3%無水硫酸鈉和3%水玻璃作為激活劑，以5～20 mm再生粗骨料替代5～20 mm天然骨料，制備了一種環(huán)保混凝土，配比方案：水泥338.63 kg/m3；砂655.64 kg/m3；天然骨料608.81 kg/m3；再生骨料608.81 kg/m3；PAC廢渣12%；無水硫酸鈉3%；水玻璃3%；減水劑0.5%；水150.5 kg/m3。表2為性能測試情況。

由表2可知，該環(huán)?；炷翆嶋H應(yīng)用綜合性能良好，以PAC廢渣代替部分水泥降低成本，且滿足C30環(huán)?；炷翉?qiáng)度指標(biāo)要求，可以作為一種綠色環(huán)保型混凝土使用。

3"" 結(jié)語

（1）抗壓、抗折試驗表明，當(dāng)摻量小于18%時，摻入PAC廢渣試件的早期材料強(qiáng)度高于摻粉煤灰；摻量為6%時，摻PAC廢渣試件的28 d抗壓、抗折強(qiáng)度最高，分別為63.2、8.9 MPa；

（2）活性評定試驗表明，PAC廢渣作用與粉煤灰類似，具備火山灰效應(yīng)；

（3）摻入3%無水硫酸鈉和3%水玻璃可以激發(fā)PAC廢渣的活性，促進(jìn)水化反應(yīng)，增強(qiáng)材料性能；

（4）本試驗確定最佳PAC廢渣取代水泥率為12%，并加入3%無水硫酸鈉和3%水玻璃作為激活劑，此時，制備的環(huán)保型混凝土成本低、強(qiáng)度性能良好，符合C30混凝土強(qiáng)度指標(biāo)要求。

【參考文獻(xiàn)】

［1］""" 潘勇，王麗利，陳博，等.建筑垃圾再生骨料中雜質(zhì)對其制備再生混凝土性能影響研究［J］.四川環(huán)境，2023，42（1）：33?39.

［2］""" 張喜明，李向遠(yuǎn)，何子璇，等.秸稈-粉煤灰混凝土砌塊試驗研究［J］.節(jié)能，2023，42（1）：39?42.

［3］""" 趙威，曹寶月，崔孝煒，等.鐵尾礦基陶?；炷恋闹苽浼靶阅苎芯浚跩］.礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2022，42（6）：89?93.

［4］""" 宋寶峰，王保權(quán)，李和玉，等.納米氧化硅對粉煤灰混凝土路面工作性能的影響［J］.遼東學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，29（4）：293?299.

［5］""" 何青峰，曾利群，何朝暉，等.除氯處理的PAC廢渣的細(xì)度和摻量對水泥性能影響的研究［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2020，52（4）：84?87.

［6］""" 李淵，劉紫洋，蔡龍.機(jī)制砂再生粗骨料混凝土抗壓強(qiáng)度分析［J］.廣東石油化工學(xué)院學(xué)報，2023，33（1）：52?56.

［7］""" 閆淏軒，李可娜，劉靖陽，等.纖維單摻和混摻對高強(qiáng)混凝土抗壓和抗折強(qiáng)度影響［J］.山西建筑，2023，49（4）：1?4.

［8］""" 張鳳英，南輝，薛彩紅.球磨工藝對粉煤灰活性及地質(zhì)聚合物抗壓強(qiáng)度的影響［J］.青海大學(xué)學(xué)報，2022，40（3）：7?13.

［9］""" 許建疆，何明勝，郭軍林，等.粉煤灰微珠-沙漠砂陶?；炷琳辉囼炑芯浚跩］.非金屬礦，2022，45（5）：83?88.

［10］""" 王同康，曾亮，姜建松.鋼渣礦渣水泥在干混砌筑砂漿" 中的應(yīng)用及性能研究［J］.江西建材，2023（1）：49?50.

［11］""" 胡彪，吳赤球，呂偉，等.改性磷石膏礦渣水泥在混凝" 土和路基材料中的應(yīng)用研究［J］.混凝土與水泥制品，" 2022（4）：94?99.

［12］""" 賈磊.超細(xì)沙漠砂替代率和粉煤灰摻量對混凝土力學(xué)" 性能的影響研究［J］.四川水泥，2022（7）：11?13.

［13］""" 呂鵬飛，劉杰.建筑廢料粉煤灰混凝土凍融作用下耐" 久性分析［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2021，48（22）：133?136.

［14］""" 史筆鋒.礦用充填材料粉煤灰活性激發(fā)的研究［J］.當(dāng)" 代化工研究，2021（14）：179?180.

［15］""" 艾慶一，黃博文，陳浩旭.粉煤灰活性骨料在砂漿中的 "水化特性研究［J］.非金屬礦，2021，44（3）：50?54.