水泥浆体脱水相复合胶凝材料
水化物脱水相-粉煤灰二元复合胶凝材料
图14 原w/c=0.3脱水相-粉煤灰水化活性贡献率
图15 原w/c=0.5脱水相-粉煤灰水化活性贡献率
图16水泥-粉煤灰水化活性贡献率
粉煤灰对复合胶凝材料水化活性贡献率随龄期的增长而提高，而在 脱水相-粉煤灰复合胶凝材料的两个体系中，随粉煤灰掺量的增加，各龄 期水化活性均呈下降的趋势。
据粗略统计, 目前我国每年产生的废弃混凝土已 达2亿吨以上，其它通过蒸汽养护获得的硅酸盐 制品废弃物也有数千万吨。在矿物开采和加工 过程中产生的硅（铝）酸盐尾矿或废渣也达到 数亿吨。
同时，自然资源短缺的问题也日益突出，对于人类的生存 与发展提出了严峻的挑战。 作为经济建设大量需要的混凝土原材料－砂、石，已经出 现了不同程度的紧张甚至匮乏。
热膨胀率(%)
0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 温度(℃) 石灰石 C30－砂浆 硬化水泥浆
混凝土组分的 热不相容性
混凝土组成相的热膨胀系数(CTE) 温度/℃ CTE /×10-6/℃ 石灰石 砂浆 水泥石 100 7.6 11.9 8.1 200 8.8 7.6 -29.9 300 9.9 7.7 -31.4 400 11.3 7.9 -49.6 450 11.9 7.8 -58.4 500 12.6 7.6 -69.2 550 13.6 8.7 -56.0 600 14.6 13.1 -16.6
通过对废弃混凝土胶凝组分相热活化，采用粉煤灰和磷石膏 等改性固废材料制备建筑干混砂浆。
干混砂浆配合比优化
各组分掺量对再生干混砂抗压强度的影响
废弃混凝土胶凝砂组分经过加热脱水处理，其胶凝成分具有再水 化活性； 活化废弃混凝土胶凝砂混合粉中掺入工业废弃物粉煤灰、磷石膏 和少量水泥，可制备不同强度等级的再生干混砂浆；
2.3～2.4g/cm3
压碎值 12.1% 11.3%
>20%
针片状含量 10% 7%
>10%
骨料 类型 回收 天然
标号 C30
再生回收骨料 C30 混凝土的配制 配合比(质量比) 水泥 砂 石子 水 1 1.28 3.18 0.48 1 1.28 3.18 0.48
坍落度(cm) 5.0 6.0
28d 抗压强度 36.0MPa 36.7MPa
可循环胶凝材料的技术构架
废 弃 混 凝 土
粗 级 破
碎
筛 分
二 级 破
碎
筛 分
再 生 集 料
热-机械力分离
细集料
粗集料
热活化
再 生 混 凝 土
建 筑 砌 块
道 路 路 基
辅助材料
均化
制 备 混 凝 土
干混砂浆
如果上述问题能够得到解决，那么，大量以水 化产物形式存在的废弃材料，如水泥混凝土块、 砂浆块、蒸养和蒸压水热反应制备的硅酸盐制 品（如加气混凝土砌块、粉煤灰砖、硅钙板等） 和含硅（铝）酸盐的大量废弃矿产资源（如高 岭土尾矿、煤矸石等）有望通过这样的技术途 径得到再生利用。
0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 RT 300℃ 400℃ 500℃ 600℃ 700℃ 800℃ 900℃ DCP of different dehydration temperatures
Initial Final
60 50 40 30 20 10 300℃ 400℃ 500℃ 600℃ 700℃ 800℃ 900℃ DCP of different dehydration temperatures
差热－热失重分析
(a)
FRCA Mass change:-13.32% HCP Mass change:-2.74% Mass change:-2.31% Mass change:-3.96% Mass change:-2.67% Mass change:-0.96% Mass change:-0.47% Mass change:-2.82%
已进行的相关研究
5.
在进行混凝土再生利用过程中，大约有15％以砂 浆为主的细颗粒物料产生。这部分物料原有价值 最高，但应用难度大，潜力通常没有发挥出来。 我们提出了在适宜温度下活化，使水泥水化产物 形成脱水相，同时，保证砂子处在”结构安全”范 围。这样的一个体系，既利用了水泥脱水相再水 化的能力，又保证了体系中的砂子的直接利用。
活化原理
• 180C以上水泥凝胶开始脱水 • 500 C以上Ca(OH)2开始快速分解 • 700 C以上水化硅酸钙大量分解 • 800 C以上CaCO3分解
砂子发生 晶型转换
脱水相具有 再水化的能 力
脱水水泥浆体的再水化
0.70
Requiring water ratio
80 70
Setting time(mins)
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Δ
Δ
Initial
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15 20
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15 20
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45
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5
45 50 55 60
10
25
30
35
40
50
55
60
5
10
25
30
35
40
脱水水泥石的脱水与再水化
由XRD图谱可以看出，D200钙矾石的峰 基本消失，D500图谱当中，出现了较明 显的CaO峰，D800图谱当中，Ca(OH)2 峰基本消失，出现了明显而尖锐的CaO峰。
水泥浆体脱水相复合胶凝材料
武汉理工大学 硅酸盐材料工程研究中心 2009年7月
内容提要
• 废弃混凝土再生利用的研究与实践 • 水泥浆体脱水相的制备与性质 • 水泥浆体脱水相复合胶凝材料 • 可循环胶凝材料的技术构架
废弃混凝土再生利用的研究 与实践
我国混凝土年产量占世界的一半以上。在建筑 垃圾中，废弃混凝土所占比例约为34 %。
200oC
400 oC
600 oC
800 oC
(b)
101.7 oC FRCA 455.1 oC 576.4 oC 721.4 oC
711.5 oC HCP 114.2 oC
454.0 oC
200oC
400 oC
600 oC
800 oC
Temperature oC
水泥浆体脱水相复合胶凝材料
CaO-MgO-Al2O3-SiO2胶凝材料体系的构建 1、脱水相-粉煤灰二元复合胶凝材料 2、脱水相-磷石膏二元复合胶凝材料 3、脱水相-石灰石粉二元复合胶凝材料 4、脱水相-石灰石-粉煤灰三元复合胶凝材料
获得的主要研究成果
1.
为得到高品质再生集料，对热处理－机械分离的原 理和方法进行了深入探讨，提出了在600C以下加 热，辅以适当的机械作用，实现石子和砂浆分离的 技术路线。跟其它废弃物（如磷石膏、粉 煤灰等）相结合，形成复合胶凝材料。
不同脱水温度处理后水泥石粉的浆体性能
W/C=0.5,α=0.80
脱水水泥石的再水化性能
35
Com pres sive strength(M Pa)
3d 7d 28d
30 25 20 15 10 5 0
RM 30 0℃ 40 0℃ 50 0℃ 60 0℃ 70 0℃ 80 0℃
W/C=0.5,α=0.80
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⊕ √
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Δ●
Δ
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◆
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500oC
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Rehydration
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Δ
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Δ
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200 C
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o
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Initial
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□
废弃混凝土的热－机械力分离
集料界面过渡区的细观热致损伤
(a)100℃ (b)500℃ (c)600℃ 不同处理温度后界面微裂纹形成与发展(×500)
裂缝也随着热循环的次数而逐渐扩展
废弃混凝土的热－机械力分离
砂浆 基体微裂纹
分离
相互碰撞磨擦 粗骨料 界面微裂纹
废旧混凝土块之间的相互碰撞磨擦分离过程
水泥水化物脱水相再水化与干混砂浆
绿色建筑干混砂浆正交实验方案 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 水固比 0.26 0.25 0.28 0.23 0.22 0.23 0.22 0.24 0.23 砂浆 1 1 1 1 1 1 1 1 1 水泥 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.10 粉煤灰 0.00 0.20 0.40 0.00 0.20 0.40 0.00 0.20 0.40 磷石膏 0.01 0.02 0.03 0.02 0.03 0.01 0.03 0.01 0.02
