建筑垃圾再生微粉相关研究

周义辉

摘要：当前对建筑垃圾的资源化的研究主要集中在再生骨料方面，忽视了建筑垃圾微粉的价值，若长期不处理，不仅会污染环境还会威胁人的生命健康安全。本文对建筑垃圾微粉的活性及其应用提出了一些看法和建议。

Abstract： The current research on the recycling of construction waste mainly focuses on recycled aggregates， ignoring the value of construction waste micronized powder. If it is not treated for a long time， it will not only pollute the environment but also threaten human life and health. This article puts forward some opinions and suggestions on the activity and application of construction waste powder.

关键词：建筑垃圾;再生微粉;活性;应用

Key words： construction waste;recycled micropowder;activity;application

中图分类号：[TU528.09]                                 文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）24-0238-02

1  再生微粉研究背景和现状

1.1 研究背景

建筑垃圾不仅会在建筑拆除和改建过程中产生，战争、自然灾害、混凝土试块和混凝土搅拌站的缺陷也会产生大量的建筑垃圾。相关数据表明，全世界每年会消耗30亿吨建筑垃圾，约占全球经济的30～40%，而我国的建筑垃圾总量占到了城市垃圾总量的30～40%。在2016年，就已经达到了18亿吨，到2020将会达到30亿吨。建筑垃圾是由混凝土、渣土、砖石、木材、金属、砂浆、沥青、装饰材料和其他废弃物组成，其中废弃混凝土所占的比例最大，达到40%以上[1]。再生微粉是指建筑垃圾中的废弃混凝土通过除杂、逐级破碎、筛分和机械强化等工艺制备再生骨料过程中产生的粒径小于0.16mm的颗粒。再生微粉的体积小、质量轻，极易漂浮于空气中，若废弃不处理，不仅会严重污染环境，还会威胁人的生命健康安全。

我国政府已经开始意识到建筑垃圾产品回收利用的重要性，出台了相关政策来加速建筑垃圾资源化。

2019年5月南京市提出建设“无废城市”，同年制定了《关于促进建筑垃圾资源化利用的实施意见（试行）》。2019年10月，山东济南市住房城乡建设局印发了《关于济南市建筑垃圾再生利用产品推广和应用的意见》，明确要求政府投资类项目、建设项目路面和停车厂需优先使用建筑垃圾再生利用产品。2019年7月，中国城市环境卫生协会与北京建筑大学联合举办2019建筑垃圾与城市发展大会暨“十三五”国家重点研发计划建筑垃圾类项目协同创新研讨会在北京召开。全会主要探讨应推进建筑垃圾源头简量、资源化利用，提升城市发展。

1.2 国内外研究现状

我国对建筑垃圾再生微粉尚处于研究阶段，很多是把再生微粉作为掺合料进行探究，分析其制备工艺、组成成分以及物理、化学性能。

有专家[2]把再生微粉加入泡沫混凝土中，发现是可以提升材料强度的，这是因为适量的再生微粉的加入使得体系水化更均匀，各颗粒级配能够相互填充，使得泡沫混凝土骨架部分更加密实。也有把再生微粉[3]与其它掺合料——粉煤灰、矿粉混掺加入混凝土中，在1：1双掺下，矿粉和粉煤灰混合加入后的混凝土强度最高，而微粉与粉煤灰混合加入后强度最低。在随后进行的矿粉、粉煤灰和微粉三掺的试验中发现，再生微粉和粉煤灰对混凝土强度影响差异很小。

相较于我国的起步阶段，某些国家已经走在了我们的前面，早已开始把建筑垃圾资源化产品用于实际工程中。从上个世纪90年代开始，世界上许多发达国家为了保护城市环境，大力推行绿色发展，把建筑垃圾再生处理作为国家战略发展目标，这推动了国外专家、学者和商家对建筑垃圾再生产品的相关研究。

韩国某装饰公司发明了从废弃混凝土中分离水泥，制成再生水泥的技术。首先对废弃混凝土水泥颗粒、砂石、钢筋剥离，然后对分离出来的水泥进行700℃加热，再加入其他外加剂制成再生水泥。這种水泥强度与普通水泥无异，而且生产过程非常环保，基本不产生CO2。

日本某工厂使用破碎、加热、摩擦等技术处理废弃混凝土，将废弃混凝土中的砂浆和石子分离，让其得到有效利用。这种技术首先将废弃混凝土破碎到40mm粒状，再在300℃下高温处理，最后在特殊机械处理下制成新混凝土。

2  再生微粉的基本性能

2.1 物理性能

因为废弃混凝土的使用年限、环境、气候等原因，再生微粉物理性能有一些差异。从部分专家学者研究来看，再生微粉表观密度在2300～2700kg/m3;比表面积一般在300～700m2/kg;而细度指标差异较大，研究再生微粉时需要根据实际情况进行测试，得出结果。

2.2 化学性能

通过对几种再生微粉的化学成分测试，我们发现其主要成分是SiO2和CaO，这是因为水泥的主要生产原料是石灰石，这与粉煤灰、矿粉主要成分一致，只是含量有差异，可以推断再生微粉有潜在活性，作为混凝土掺合料有一定的研究价值。

3  再生微粉活性研究

再生微粉中含有部分水化、已水化水泥和一些惰性材料，其原始活性并不是很高。为了提高再生微粉的活性，常用的激发方式有三种：物理激发、化学激发、热力激发。

3.1 物理激发

再生微粉在机械研磨过程中，不仅粒径减小，晶体结构、表面物理化学性能也逐渐改变。在研磨再生微粉的过程中，其比表面积增大，从而加大了微粉与整个体系中液相的接触面积，加快了体系的水化速率。微粉表面晶体结构的晶格尺寸缩小、晶格应变增大、结构发生畸变等等。微粉表面晶格尺寸减少，使得建筑垃圾微粉与体系中液相组分的接触面积增大;晶格的应变增大，提高了建筑垃圾微粉表面与体系中组分之间的作用力。以上条件使得体系中水分子更容易进入微粉内部，让更多的具有潜在活性成分掺入到反应中来，加速了整个体系的水化反应[4]。

3.2 化学激发

再生微粉的化学激发有三种方法：碱激发、盐激发、其它化学物质激发。

碱激发原理是提升体系中OH-浓度。OH-的增多会加快微粉表面的SiO2、AL2O3的键位断裂，提升再生微粉前期的水化速度。

盐激发原理有两种：①使用CaCl2、NaCl等氯盐激发建筑垃圾再生微粉的活性。CaCl2对再生微粉的激发主要是通过提高体系中Ca2+浓度、生成水化氯铝酸盐来实现的。NaCl对再生微粉的激发则主要是通过水解作用提高体系碱度，从而提高微粉表面反应活性来实现的。②使用Na2SO4等硫酸盐激发微粉活性，其主要机理是硫酸盐遇水分解出SO42-，在混凝土Ca2+作用下与Al2O3发生反应，生成了钙矾石，钙矾石有利于连结再生微粉颗粒，并且更容易与微粉内部活性成分反应，提高体系的反应活性。

有研究表明[5]，三乙醇胺能促进再生微粉-水泥体系的C3A和C3S水化，生成Ca（OH）2。生成Ca（OH）2能使体系中SiO2和Al2O3进行二次水化，活性激发效果良好。

3.3 热力激发

再生微粉含有有机质和部分惰性成分——碳，随着温度的升高，破坏了碳质惰性成分的晶格使其形成活性成分——CaO。在一定程度上起到了热力激发再生微粉活性的作用。

4  再生微粉利用途径

4.1 再生微粉用于砂浆中

有研究表明[6]，再生微粉取代部分水泥制备再生砂浆是可行的。其试验中发现，再生微粉掺量不超过20%时，是可以满足砂浆的各项指标的;当掺量超过20%时，砂浆的需水量随着掺量增加而增大，砂浆分层度逐渐增加，表观密度、含气量减小。

4.2 再生微粉用于混凝土中

抗压强度是混凝土重要的力学性能指标，经多位学者试验发现，混凝土在一定范围内是可以提高混凝土的抗压强度。他们[7]测试了单掺再生微粉混凝土的抗压强度，结果发现再生微粉掺量低于10%时是可以提高混凝土的抗压强度，但超过30%时，强度下降得非常明显。

总所周知，混凝土的耐久性对工程寿命十分重要。而渗透性和碳化是影响混凝土耐久性两个重要的方面。经试验发现[8]，再生微粉掺量在10%时，混凝土电通量很小，说明微粉提高了混凝土的抗渗性，有利于混凝土微观结构的产生，增加了混凝土密实度;混凝土的抗碳性能在微粉掺量在30%以下是可以满足要求的，超过30%后，抗碳能力就有所降低。上述说明掺入一定量的再生微粉有利于混凝土耐久性。

5  存在的问题和建议

综上所述，再生微粉在低掺量下是可以改善混凝土的工作性能的。目前的再生微粉现在还面临着下面几个问题：

在原材料方面，废弃混凝土所处的地理位置、气候、环境和使用年限等原因，这使得废弃混凝土种类的千差万别，也对再生微粉的性能产生一定的影响，所以我们应该对废弃混凝土等建筑垃圾进行较为细致的分类处理。

在活性激发方面，物理激发的再生微粉虽能提高一部分活性，但十分有限，无法大掺量用于混凝土中;从实际水泥粉磨工艺来看，需要添加助磨剂来提高传统机械粉磨效率，能耗高、经济性差等问题也十分突出。化学激发和热力激发方式处理再生微粉，则会出现耐久性和生产成本问题。我们应该寻找一种或多种方法混合处理再生微粉，保证其经济性和效果达到我们的要求。

在相关政策方面，由于起步晚，我们国家很多地方没有推行关于建筑垃圾再生微粉的优惠政策，这阻碍了建筑垃圾微粉研究的发展。政府部门应该在政策上大力扶持，推动再生微粉资源化的研究。

6  结束语

建筑垃圾再生微粉的研究潜力很大，合理的利用再生微粉既可以实现“原料-产品-再生资源”的循环流动，又可以缓解了我国面对建筑垃圾“围城”的巨大压力。可以预见，在未来相当一段时间内，再生微粉的相关研究会是专家学者们的热门课题。

参考文献：

[1]梁芮.乌鲁木齐市废弃混凝土再生粗骨料性能及应用研究[D].新疆大学，2014.

[2]张松，李如燕，董祥，等.再生微粉有效代替水泥制备泡沫混凝土[J].硅酸鹽通报，2018，37（09）：2948-2953.

[3]胡智农，杨黎，等.再生微粉混凝土耐久性研究[J].混凝土与水泥制品，2013（3）：1-5.

[4]徐林如.建筑垃圾粉料的活性激发及其应用[D].武汉理工大学，2011.

[5]马保国，许永和，等.三乙醇胺对水泥初始结构和力学性能的影响[J].建筑材料学报，2006（1）：6-9.

[6]孔哲.再生骨料和再生粉体在砂浆中的应用研究[D].青岛，青岛理工大学，2015.

[7]毛新奇，屈文俊，等.建筑垃圾再生微粉的研究现状[J].混凝土与水泥制品，2015（8）：89-93.

[8]吕雪源.再生微粉的基本性能及应用[D].青岛：青岛理工大学，2009.