矿物掺合料活性评价方法对再生微粉的适用性研究

矿物掺合料活性评价方法对再生微粉的适用性研究

常智玮

（合肥工业大学，安徽省合肥市，230000）

摘要：再生微粉是废弃混凝土再利用过程中产生的粒径小于75μm的副产物，有研究表明再生微粉具有一定的作为辅助凝胶材料的潜力。由于目前国内再生微粉除了活性指数法以外并无其他通用的活性评价方法，因此有必要参考国内现有外矿物掺合料的活性评价方法，研究这些方法对再生微粉的适用性。

关键词：再生微粉；活性；评价方法

0引言

再生微粉是废弃混凝土再利用过程中产生的粒径小于75μm的副产物，是一种新型的辅助性胶凝材料[1]，但是目前对其活性的评价还是基于粉煤灰的活性指数法。因此，有必要参考其他矿物掺合料，研究矿物掺合料活性评价方法对再生微粉的适用性。目前，矿物掺合料常用的活性评价方法有活性指数法、酸碱溶出法、火山灰性试验法、电导率法[2]等等。本文将使用课题组的研究成果并借鉴他人的实验结果，说明这些方法对再生微粉的适用性。

在我国行业标准《混凝土和砂浆用再生微粉》中将再生微粉的活性通过活性指数来表征并对活性指数进行了规定，方法类似于粉煤灰的活性评价方法，通过试件28d的抗压强度比来计算得出。

本文使用的再生微粉由合肥市水泥研究设计院提供，选自三个批次，命名为RCP1、RCP2和RCP3，以30%的掺量取代水泥制备再生微粉胶砂试件，养护至相应龄期测定抗压强度，测得对照胶砂抗压强度为45.5MPa、受检胶砂分别为33.7MPa、29.1MPa和29.8MPa，计算出活性指数分别为74.1%、64.0%和65.5%，可以看出活性指数存在一定差异。

1 酸碱溶出法

1.1酸碱溶出法的定义

酸碱溶出法是指将材料置于一定浓度的酸或碱溶液中，等待相应时间后测定溶液中不溶渣的含量从而评价火山灰活性[3]。水杨酸是一种脂溶性的有机酸，不溶于水，在甲醇介质中能溶于水。水杨酸可以溶解水泥浆体中的氧化钙、氢氧化钙、硅酸二钙、硅酸三钙、水化硅酸钙和钙矾石等，无法溶解石英、石灰石、白云石等，无法溶解的物质多为惰性物质，这些物质也是再生微粉的主要晶相，故水杨酸-甲醇溶液溶解法可以测定再生微粉惰性物质的多少，可能能够反映再生微粉的相对活性。

1.2酸碱溶出法对再生微粉的适用性

实验方法如下：在20℃室温下将20g的水杨酸溶液溶解在100mL的甲醇溶液中，保证混合溶液过量，称取1.00g的再生微粉将其加入混合溶液中，静置2h后，将溶液过滤、烘干至恒重，得到不溶物的质量。选用的再生微粉为RCP1、RCP2和RCP3，每种再生微粉做两次实验取平均值。

通过实验发现RCP1的不溶渣质量分数为89.0%和88.0%，RCP2的不溶渣质量分数为85.0%和92.0%，RCP3的不溶渣平均质量分数为89.0%和88.0%。三种再生微粉的不溶物平均质量均为88.5%，只能说明再生微粉中含有较多的惰性物质，但与活性指数没有对应关系，水杨酸-甲醇溶液溶解法不适用于再生微粉的活性评价。

2 火山灰性试验法

2.1火山灰性试验法的定义

火山灰性实验法依据的是《用于水泥中的火山灰质混合材料》。做法为：在规定时间周期后，水化水泥接触的水溶液中存在的Ca(OH)2量与能使同一碱性溶液饱和的Ca(OH)2相比较来确定，即通过检测掺有火山灰材料的水泥浑浊液中Ca(OH)2量的变化判定材料是否具有火山灰性，是一种定性评价火山灰活性的方法。

2.2火山灰性试验法对再生微粉的适用性

实验方法如下：

（1）配制盐酸溶液、甲基橙溶液、KOH溶液、CMP混合指示剂、三乙醇胺溶液、CaCO3标准溶液和EDTA标准溶液；

（2）将水泥和再生微粉按7：3质量比混合而成；

（3）准备一塑料瓶，洗净，干燥，冷却至室温后注入100ml蒸馏水（或纯净水），拧紧瓶口，在40℃恒温箱中静置1h；

（4）称取20.00g再生微粉，迅速倒入塑料瓶中并拧紧盖子，均匀摇晃20s，置于40℃的恒温箱中。在第8天或第15天后取出塑料瓶，将溶液过滤、冷却至室温，充分摇匀；

（5）氢氧根离子浓度（XOH-）通过0.1mol/L盐酸标准溶液滴定测得，氧化钙浓度（XCaO）通过EDTA标准溶液0.015mol/L滴定测得，单位均为毫摩尔每升（mmol/L）；

（6）最终结果以XOH-为横坐标，以XCaO为纵坐标，将坐标点画在火山灰活性图上，通过坐标点与曲线（Ca(OH)240℃时的溶解度曲线）的位置关系来体现材料是否具有火山灰性。若坐标点落在上方则需重做试验：若两次坐标点均在曲线上方，则说明该材料不具有火山灰活性（火山灰性不合格）。

对RCP1、RCP2进行火山灰性试验，将坐标点画在火山灰活性图上，见图1。

由图1可以看出，两次试验结果中再生微粉RCP1、RCP2的坐标点均在曲线上方，说明RCP1、RCP2不具有火山灰活性（或者说火山灰性不合格），火山灰性试验方法不适用于再生微粉的活性评价。

3 电导率法

3.1电导率法的定义

火山灰质材料中的活性SiO2和Al2O3可以与氢氧化钙发生反应，因此通过测定总体溶液电导率的变化可以间接衡量材料火山灰活性的大小[2]。理论上，随着反应的进行，溶液中Ca2+和OH-的含量逐渐降低，即电导率不断下降，因此可以通过测量溶液电导率下降的程度来衡量材料火山灰活性的大小。

3.2电导率法对再生微粉的适用性

广西大学张小利[4]通过课题组自制的水泥悬浮液电导率测定仪，以指针读数的方式将信号输出，对废弃混凝土再生微粉、石灰石粉、矿渣粉和粉煤灰粉进行了活性评价，采用氢氧化钙溶液浓度为0.3g·L-1。

其结果表明：加入废弃混凝土粉后Ca(OH)2溶液电导率值下降最大，大于粉煤灰和矿渣粉，即废弃混凝土再生微粉的活性高于粉煤灰和矿渣微粉。这与已知经验不符。经张小利课题组实验验证，原因为再生微粉含有水化产物Ca(OH)2，将其加入离子水时由于Ca(OH)2溶解，大量Ca2+溶出，导致了电导率值的上升；而将其加入0.3g·L-1的氢氧化钙溶液时，由于同离子效应，Ca2+的溶出速率小于其在去离子水中的溶出速率，导致再生微粉-氢氧化钙溶液体系的导电率变化程度高于无再生微粉-去离子水溶液体系，因此电导率值的下降并不完全由再生微粉中的活性物质和Ca(OH)2发生反应所致。

综上，电导率法不适用于再生微粉的活性评价。

4 结语

本文研究了矿物掺合料除活性指数法以外的活性评价方法对再生微粉的适用性，结果表明：

（1）酸碱溶出法中的水杨酸-甲醇溶液不适用于再生微粉的活性评价。

（2）火山灰性试验方法不适用于再生微粉的活性评价。

（3）再生微粉溶于水后溶出Ca2+，电导率法不适用于再生微粉的活性评价。

参考文献

[1]刘音, 路畅, 张浩强. 建筑垃圾再生微粉胶凝性的研究[J]. 中国粉体技术, 2015, 21(5): 33-36

[2]张思宇, 黄少文. 火山灰活性评价方法及其影响因素[J]. 材料导报, 2011, 25(15): 104-106+113.

[3]丁新榜. 钢渣的胶凝活性与化学溶出特性关系的研究[D]. 华南理工大学, 2009.

[4]张小利. 石灰石质粗骨料废弃混凝土的粉磨特性及其粉体性能评估研究[D]. 广西大学,

常智玮（1996-），男，安徽蚌埠人，合肥工业大学硕士生，研究方向固体废弃物资源化利用。

基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFC1909902）