微生物矿化制备高品质再生集料的调控技术及机理文献综述

 2022-10-25 12:10
  1. 文献综述(或调研报告):

1 再生骨料

1.1再生细骨料基本性质

废弃混凝土再生骨料是指由废弃混凝土、砂浆、石材、砖石等废旧建筑材料加工而成的骨料。将废弃混凝土破碎、清理、分级后,根据颗粒大小可以将再生骨料分为三个类型,粒径在4.75mm~40mm为再生粗骨料、粒径在4.75mm~0.15mm为再生细骨料,以及粒径小于4.75mm为再生微粉[1]

再生骨料主要由天然骨料、硬化水泥浆、石屑和细小粉料等物质成分组成。相对于天然骨料,再生骨料表观密度小、吸水率高、吸水速率快、含有大量硬化水泥浆、颗粒棱角多、表面粗糙且具有较多微裂缝[1; 2]。另外,原混凝土的配制所采用的水泥,骨料,掺合料,外加剂和破碎方式的不同都会导致破碎之后的再生骨料存在差异,这就给再生骨料的统一使用带来了一些问题。对再生骨料的强化处理,就是为了改善这些劣势,缩小再生骨料与天然骨料的差异性,提高再生骨料的性能。

1.2 再生骨料的制备方法

再生骨料的制备的关键技术是破碎工艺。通常根据需要配制的混凝土和砂浆强度等级,选择性的将废弃混凝土经过破碎、筛分、去泥等环节后,将再生粗骨料用来制备再生混凝土,而再生细骨料则可以用来替代天然砂制备再生砂浆。同时,筛下的细粉料含有一定量的未水化胶凝材料,可以作为掺合料用于制备砂浆[3]

关于废弃混凝土的破碎,各国都有典型的处理工艺[4],例如俄罗斯和德国鉴于废弃混凝土中往往混有金属、玻璃及木材等杂质,在处理流程中设置了磁铁分离系统,国内目前有多种再生骨料破碎方式,利用颚式破碎机破碎是目前的常用方法。史巍等[5]参考国外生产工艺,设计的加工再生细集料过程中添加了一套带有风力分级设备及吸尘设备,能将 0.15~5mm 的再生细骨料分离出来,为再生细集料的分离提供了新的方法,但通过该方法制备的再生骨料品质低劣,只可作为配制低强度混凝土的集料。武汉理工大学何永佳和胡曙光等人[6]于2006年研发了一种废弃混凝土组分分离技术,该方法利用水泥浆体与骨料之问的界面过渡区是混凝土和砂浆本体薄弱环节的特点,采用破碎、加热、粉磨等方法使界面过渡区内原有及新生的裂缝扩展并延伸,在相互撞击和摩擦力作用下将骨料与硬化水泥石分开后,采用筛分技术将其分离,进而得到再生粗骨料。目前,加热分离法是较有效且对骨料损伤最小的方法。

1.3 再生骨料对再生砂浆、再生混凝土的性能影响

再生骨料性质和传统骨料的相比有着较大的差异,导致再生混凝土的耐久性和普通混凝土的相比有较大的差异。再生骨料一般是经过破碎过程得到的,这就导致再生骨料表面和内部存在大量的孔洞和裂纹,另外再生骨料表面附着的大量砂浆,使得再生骨料的致密性没有传统骨料好,这些都会导致再生混凝土的耐久性没有普通混凝土好,还有研究者指出,再生粗、细集料取代天然粗细集料时,再生混凝土的收缩变形将明显增大。

再生细骨料对再生砂浆的工作性和硬化后性能也有影响。再生砂浆的流动性随着再生细骨料的替代率增加而减小[7; 8]。再生骨料是再生混凝土材料发生冻融破坏的最主要原因,因为再生骨料表面比天然骨料粗糙且吸水率高,更容易吸水饱和发生冻融破坏[9]。单一骨料再生砂浆的强度随水灰比的增加而降低,随龄期的增加而增加,随再生细骨料取代率的增加而降低[10]

2 再生骨料的强化措施

2.1 物理强化

物理强化方法是利用水泥混凝土中不同相之间热膨胀系数与热变形的差异,相与相的界面在加热过程中有相对运动或错动的趋势而产生应力集中,在机械力的作用下易分离,从而得到品质较高的再生骨料。物理强化实质是在外荷载作用下,再生粗骨料与外界或自身之间相互摩擦,将其表面的水泥砂浆磨掉,从而达到强化的目的[11]

目前国内外物理强化方法主要包括:磨机研磨法、卧式回转研磨法、立式偏也、研磨法、加热研磨法、磨内研磨法、颗粒整形技术。其中,颗粒整形技术是近年来青岛理工大学借鉴国外先进经验,提出的一种实用且有效的骨料处理方法。

所谓颗粒整形强化法[12],指利用高速线速度多运动的再生细骨料之间的反复冲击与摩擦作用,有效地打掉再生细骨料上较为突出的棱角并除去颗粒表面附着的砂浆和水泥石的一种技术,使其成为较为干净、圆滑的再生细骨料,从而实现对再生细骨料性能的提高。李艳美[12]通过颗粒整形法强化再生细骨料,发现颗粒整形可显著改善再生细骨料的性能,颗粒整形再生细骨料与简单破碎再生细骨料相比级配更好、粒形更好、坚固性约比简单破碎再生细骨料提高36%、密度更大、吸水率较低。

物理研磨强化的最大的缺陷是在对骨料进行机械力冲击时再生骨料部分颗粒破碎,使骨料总体粒径变小,尤其是细骨料大量增加[13],细粉产量也大大增加,送样就导致同一批次的再生骨料经过物理强化之后会产生不同的筛分结果;需要对研磨时间进行限制;热损耗大、工艺复杂、综合加工成本较高。

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