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再生骨料提质的绿色化学方法研究

王亮  
【摘要】:再生混凝土骨料的应用可实现对废弃混凝土的有效回收与再利用。然而,与天然骨料相比,再生骨料性质较差,这主要是因为再生骨料中的硬化水泥砂浆的性质较差。因此,再生骨料可通过除去或者加强硬化水泥砂浆方法来提质。为此,本研究提出了再生骨料提质的两种绿色化学方法,从而实现对再生骨料的绿色、高效提质。主要研究工作和结论如下:第一种方法是使用醋酸溶液浸泡除去硬化水泥砂浆,以提升再生骨料的性质。同时,所产生废液可用来提高混凝土强度,还可用来生产高附加值产品。首先,把再生骨料浸入醋酸溶液中,硬化水泥砂浆中的部分水泥水化产物与醋酸发生化学反应溶解在溶液中,这个过程弱化了硬化水泥砂浆。然后将醋酸溶液浸泡之后的再生骨料进行机械打磨处理,可除去了大量的硬化水泥砂浆,再生骨料的吸水率明显下降。处理后的再生骨料可替代天然粗骨料使用,混凝土的抗压强度提升了 25%。此方法不但操作简单、安全,而且与盐酸溶液相比,醋酸溶液更加安全,同时实现了废液零排放,并且没有在再生骨料中引入有害物质。更重要的是,可以利用废液制取高附加值产物(球霰石和乙酸钙)并且重新获取醋酸,实现了废液的高效利用和零排放。此外,废液可替代水用于混凝土中,试验结果表明混凝土抗压强度提升了 14%。第二种方法是用磷酸氢二铵(DAP)溶液浸泡来加强硬化水泥砂浆,提高再生骨料的性质。提质后的再生粗骨料可替代天然骨料使用,提质处理后再生细骨料可用于重金属吸附。DAP溶液中浸泡后的再生粗骨料,再生粗骨料中的水泥水化产物(氢氧化钙)与DAP发生化学反应生成羟基磷灰石(HAP)沉淀,沉积在水泥砂浆的孔隙和裂缝中,表面的水泥砂浆得到了加强,从而再生粗骨料的性质得到了明显的提升。提质后的再生骨料替代天然粗骨料用于混凝土中,抗压强度提升了19%。另外,处理后的再生粗骨料中的磷酸根离子还可以阻碍混凝土中钢筋的锈蚀。再生细骨料本身并不适合于替代天然细骨料应用于混凝土中,但DAP浸泡处理之后的再生细骨料可作为吸附剂来固定重金属离子。处理后的再生细骨料表面生成了一层HAP沉淀,由于HAP具有高比表面积和良好的离子交换能力,所以处理后的再生细骨料具有良好的重金属吸附能力。试验结果表明,25g处理后的细骨料可吸附250ml 0.025mol/L硝酸锌溶液中超过85%的锌离子。此外,与HAP加固处理再生粗骨料类似,本研究还提出使用HAP沉淀对再生混凝土砖进行表面处理,以提高其强度和耐久性。处理后的再生混凝土砖的吸水率明显下降,并且抗压强度提高了 100%。由于密实的表面阻碍了水的渗透,所以该处理方法提高了再生混凝土砖的耐久性。更重要的是,与碳酸钙沉淀相比,HAP沉淀有更小的溶解度和更强抵抗酸侵蚀的能力,增强了再生砖抵抗酸侵蚀的能力。


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