使用废料制作低强度混凝土需注意碱集料反应

碱激发矿渣水泥混凝土是由碱矿渣水泥、粗集料、细集料、激发剂、水，以及各种掺合料和外加剂拌制而成的水拌制而成的混合料经凝结硬化而成的人造石材。

混凝土中的集料又称骨料，分为粗骨料和细骨料，是混凝土的主要组成材料之一，其质量为整个混凝土质量的85%～90%，主要起骨架支撑作用和减小由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化，同时还作为胶凝材料的廉价填充料。此外，集料的加入还能提高混凝土的弹性模量，改善混凝土的耐久性等。集料有天然集料和人造集料之分，前者如碎石、卵石、浮石、天然砂等；后者如矿渣、煤渣、陶粒、膨胀珍珠岩等。

碱激发矿渣水泥混凝土中所用的骨料无特别的要求，其技术性能指标，如强度和坚固性、级配、含泥量、有害物质的含量及针片状颗粒的含量等，能满足硅酸盐水泥混凝土技术要求的碎石或卵石都可以作为其骨料。由于碱矿渣水泥体系中存在的碱组分能与黏土类物质反应生成如水霞石型、方沸石型、钠沸石型及白云母型等水化产物，成为混凝土中的补充类胶凝物质，因此，骨料中的含泥量也可放宽到5%，粗集料中的粉状物质可放宽到20%［1］。

据统计，全球混凝土行业每年消耗砂石400多亿吨，而天然砂石资源非常有限，且价格不断上升。因此，开发利用各种废渣、废料代替天然砂石配制混凝土是目前研究的热点。碱激发矿渣水泥混凝土本身因其低碳、绿色环保具有无可比拟的优势，如再利用再生骨料配制混凝土，将具有重大意义。

建筑废弃物在许多国家的废弃物中占有很大的比重，处理这些废弃物要关乎社会、经济和环境等各个方面。将建筑废弃物作为混凝土中的骨料被认为是绿色建筑的一个重要组成部分。硅酸盐水泥中的硅、铝组分可作为碱激发材料的原料重新使用。Payá等［2］使硅酸盐水泥的水化产物水化硅酸钙（C-S-H）和水化铝酸钙（C-S-H）碳化脱钙转化为硅和铝凝胶，然后用NaOH/水玻璃溶液激发制备砂浆，结果发现，在65℃条件下养护3天后，其力学性能稳定，抗压强度超过10 MPa，这证实了富含硅酸盐水泥组分的建筑废弃物再生利用的可能性。(www.xing528.com)

在传统的混凝土中，骨料形成的骨架对混凝土的抗压强度影响很大，而在碱激发水泥基材料中，抗压强度与基质的特性密切相关。碱激发水泥是能固定各种有害元素的良好材料［3］，且不易引起碱硅反应膨胀［4］；同时，碱激发水泥也能减少再生骨料中的杂质对混凝土性能的影响。这些都表明，碱激发水泥可以更好地与再生骨料结合制造混凝土。相关数据表明，用低等级骨料（包括再生骨料）可生产出28天抗压强度为20～99 MPa的碱激发混凝土［5］。Achtemichuk等［6］使用5%～30%的矿渣和高钙粉煤灰与再生混凝土骨料相结合，在不使用硅酸盐水泥的情况下，生产出可控低强度材料。并提出，除了水硬活性之外，矿渣和高钙粉煤灰的火山灰反应被再生混凝土骨料残余浆料中的碱和氢氧化钙激发，使可控低强度材料强度能充分发展。

再生混凝土砖石（RCM）骨料是由经过分选和清洁的废弃混凝土砌块和黏土砖生产的级配骨料。RCM可用于生产混凝土，但其含量高时，混凝土需水量高，工作性较差，力学性能较低及收缩较高［7-10］，作为粗骨料在混凝土中应用会受到一定的限制。Vavro等［11］研究采用再生黏土砖和再生混凝土块替代NaOH/硅酸钠激发矿渣（AAS）材料中的天然砂，试验中将回收的黏土砖和混凝土块磨成不大于2mm的颗粒来替代50%～100%的天然砂。结果表明，因为再生砂比天然砂的强度低，导致混凝土的强度随着再生砂替代量的提高而降低。当采用100%天然砂时，AAS混凝土的抗压强度为87.8 MPa，而含50%黏土砖和混凝土块的AAS混凝土28天强度分别为52.0 MPa和72.7 MPa，含100%黏土砖和混凝土块的AAS混凝土强度分别为41.7 MPa和40.7 MPa。再生混凝土骨料配制的混凝土强度高于再生砖，这是由于再生混凝土骨料比再生砖骨料的强度更高。尽管再生骨料混凝土的强度较低，但其耐盐酸腐蚀、抗冻性、耐水性等性能优异，这足以说明再生混凝土和再生砖作为碱激发水泥混凝土中的骨料具有良好的前景。

废玻璃已应用在路床，路面，填沟渠，排水介质等不同的工程建设中，其中包括替代混凝土中的天然骨料。有试验表明，当用作砂的替代品时，抗压强度会明显降低［12］。然而，Wang等［13］利用废玻璃砂（0%，10%和20%）替代部分矿渣制备碱激发砂浆时发现，随着玻璃砂含量的增加，抗压强度也增加。混凝土中废玻璃砂的主要问题之一是潜在的碱集料反应，在今后的研究中需进一步考虑。

此外，废旧轮胎碎片和废橡胶也可以作为骨料用于砂浆和混凝土中。废橡胶混凝土已被用于需减振、耐冲击、爆炸或需要高能量吸收的各种场合以及沟渠填充、管道铺设及石材背衬等方面。旧轮胎的废橡胶（＜0.9 mm）也可用来制备地聚合物基材料［14］，提高地聚合物材料的弹性，但随着橡胶含量的增加，抗压强度降低。目前，已成功生产出包括塑料填料、陶瓷填料、纤维增强物或织物增强物的地聚合物复合材料［15-21］，其具有良好的性能，如抗折强度和断裂韧性等。这给予我们的启发是，这些废料也应该能应用到碱激发矿渣基材料的生产中，只是需要更多的学者去关注，并开发和利用。