可循环利用的混凝土及其水泥的制备、循环原理与性能研究

针对水泥与混凝土面临的资源与环境问题，提出采用钢渣等废渣和少量调整原料，制备组成类似水泥熟料的高性能人造骨料，代替天然砂石制备混凝土。该混凝土废弃后，经简单加工，可直接再生为水泥，继续循环应用。通过对影响骨料性能诸因素的研究，确定制备高性能人造骨料合理的原料组成、制备工艺及参数；通过试配制备可循环混凝土，研究人造骨料对混凝土力学和耐久性能的影响规律；通过对混凝土中人造骨料-水泥浆界面区域微观结构和产物组成、形态和分布等研究，揭示混凝土中人造骨料的物理和化学行为及其对混凝土性能的影响规律；研究以硬化一定龄期的该循环混凝土为原料，煅烧再生熟料的合理工艺制度和参数，明确再生熟料煅烧过程中不同阶段发生的主要物理化学反应，掌握再生水泥的水化硬化过程和机理。为可循环混凝土及其再生水泥的实际制备与应用提供理论基础。本项目的实施，对于水泥与混凝土材料实现低碳生产和可持续发展具有十分重大的意义。

资源与环境问题制约着水泥混凝土材料的可持续发展。为此，本项目围绕可循环利用的混凝土及其水泥的制备、循环原理与性能开展了研究。通过对影响骨料性能诸因素的研究，确定了制备高性能人造骨料的原料组成和工艺参数，制备了满足普通强度等级混凝土要求的人造骨料，碱-骨料测试表明，所制备的人造骨料不存在潜在的碱-骨料反应。确定了可循环混凝土的配合比设计原则。对比普通混凝土研究发现，相同条件下，人造骨料可循环混凝土的抗压强度、抗渗、抗冻和体积稳定性等均优于普通混凝土。通过对混凝土中ITZ的研究发现，与普通混凝土相比，人造骨料可循环混凝土的结构较致密、Ca/Si较小， ITZ宽度减小5-10μm，CH取向性明显降低，分析了ITZ结构特征及其演变规律对混凝土性能的影响。研究了以废弃的人造骨料混凝土为原料煅烧再生熟料的工艺制度，明确了再生熟料煅烧过程中不同阶段发生的主要物理化学反应；再生熟料煅烧过程中，水化产物脱水分解与熟料矿物形成交错进行，再生熟料烧成反应的表观活化能比普通熟料降低36%以上，烧成温度降低~50°C，矿物组成与普通熟料相同。利用再生熟料制备的再生水泥性能指标达到P.O 42.5水泥要求。开展了以钢渣为原料，利用碳化效应制备人造骨料的研究，确定了最佳工艺参数，碳化骨料性能指标达到配制普通混凝土要求，经碱-骨料活性检验，体积稳定性良好；采用碳化钢渣人造骨料制备的混凝土，力学、抗氯离子渗透、抗冻融等性能均优于普通混凝土，体积稳定性合格。