废弃混凝土制备水泥技术研究综述
摘要：把废弃混凝土作为水泥生产的原料，是实现资源二次利用可行的方法。本文在对国内外相关研究进行阐述的基础上，提出利用全组分废弃混凝土生产水泥的方法，并且对其进行了论证。在对试验过程中出现问题加以解决的前提下，提出了这种生产方式有着光明的发展前景。
关键词：废弃混凝土；再生水泥；硬化水泥石
最近几年，水泥需求量增加，国内外对水泥生产的研究逐渐增多。如何实现资源、环境、经济三方面的平衡是近年来研究关注的重心。在这种背景下，利用废弃混凝土生产水泥，以其对资源的二次利用引起研究者的关注，成为近年来研究的热门话题。
1、废弃混凝土再生水泥的研究现状
从废弃混凝土中提取制造水泥的材料，现在主要有两种技术：一种是分离废弃混凝土中含钙物料，代替水泥生产中的石灰石；另外一种把废弃混凝土进行破碎，利用其破碎后的小粉粒，砂石或者是砂浆作为生产水泥的原材料。
在混凝土中，石灰石是比较常见的粗骨料。同时，石灰石也是水泥成分中钙质成分的主要来源。重庆大学教授万朝均，对混凝土进行研究的过程中，通过对其进行破碎、分离等手段，从混凝土废料中得到一些以石灰石为主要成分的微粒（其直径为5-20mm），用它们代替原始石灰石，生产出来的水泥除了3d有点低之外，28d水泥抗压强度可以达到52.5MPa。这项技术在2009年，已经申请专利。武汉理工大学对此也进行了研究，万惠文教授等人用五分之三的混凝土和五分之二的石灰石进行煅烧，生产出的水泥抗压强度达到47.4MPa。
用废弃混凝土制造水泥再生骨料时，有一些微小颗粒留存，这些小颗粒大部分是石灰石。假如把废弃混凝土进行粉碎，通过低温热、磨碎、筛选等技术处理，留下一些直径在0-16mm的细小微粒，把它们煅烧、生产出来的水泥28d抗压强度可以达到波特兰1号水泥的水平。
废弃混凝土经过粉碎之后，其中的水泥石和砂石比较接近不好分离。有研究者用它们的混合物作为原料生产水泥，也有人用废弃的砂浆生产水泥。山东大学的陶珍东教授，通过高温处理，或通过三乙醇胺（TEA），把它们混合在一块进行粉碎，然后把废弃混凝土中包括细骨料的一些浆体（FWC）通过技术分离出来，用来生产水泥。在水泥原材料中加入五分之一FWC，生产出来的熟料和一般原材料生产出来的熟料强度基本上没有区别。同济大学专家王培铭等，把废砂浆作为生产水泥的原材料，分别按照CS、CzS的标准，和一般的硅酸盐水泥进行比较，生产出来的水泥性能符合要求，在物质组成和废弃物成分方面，也基本上没有区别。
用含砂的混凝土生产水泥，最关键的步骤是对结晶状态的SiO2进行激活。砂一般被称为石英砂，也就是说砂中含大量石英，它包含的SiO2的结晶度非常高。在水泥生产的过程中，非常不容易解聚，产生SiO4的反应活性体，和CaO进行结合，从而生成CZS，对生料的可烧性造成一定的影响。此外，由于这些原料的硬度比较大，难以磨碎，砂体中的SiO2晶体存在颗粒较大的问题，对熟料产物中的硅酸盐物质的形成和形貌都会造成不好的影响。万惠文等人的研究可以证明，在原材料中加入混凝土的比例越大，生产出来的熟料质量越差，它们之间成反比例关系。陶珍东等人的研究结果和这相似：随着FWC配制中混凝土废料的增加，水泥生料的可烧性下降，熟料的抗压强度降低。王晓波也进行了类似研究，只是在他研究的过程中，不仅加入了废弃混凝土，同时还加入了以废砖为主的建筑垃圾。结果，和前面的那些研究者结论相似，随着废弃物比例上升，生产出来的熟料强度逐渐下降。总结上面这些研究者的结果，可以发现对水泥熟料质量造成影响的是混凝土废料中SiO2的不易激活性。
2、全组分废弃混凝土再生水泥的研究进展
日本的专家Fuminori教授对此进行了试验。他采用的是把普通混凝土进行破碎，同时还加入一些含硅、铝和铁的氧化物作为补充，进行生料配比和熟料煅烧。试验结果表明，生产出来的熟料和制作的水泥，和一般的水泥性能一致，胶纱抗压强度可以达到44MPa。如果水灰的比例一样，那么这种再生水泥配制的出来的混凝土和一般水泥配制出来的混凝土在强度各方面没有大的区别。
笔者在对国内外研究现状进行分析的基础上，提出“全组分废弃混凝土生产再生水泥”的构想：也就是在生产水泥的过程中，全部用以石灰石为主要成分的废弃混凝土作为生产原材料，不加粘土和石灰石，加入部分校正原料。用这样的原材料进行煅烧，生产水泥熟料。这样生产的水泥熟料主要元素为C，S，a-C2S，C3A，C4AF等。此外，废弃混凝土中包含一些微量元素，它们可以取得一定的助熔效果，让阿利特和贝利特现象提早发生，降低熟料煅烧需要的温度到1330℃上下，不算抗压强度的话，这种再生水泥和一般水泥的性能一般无二。同时，使用一些制作成颗粒的矿渣粉作为晶种，进行水泥生产试验。结果表明，28d的抗压强度为66MPa加入5%-8%的矿渣粉，可以降低生产熟料的温度50-100℃；这种条件下，生产的熟料和一般方法生产的熟料成分相似，除了少了一些氧化铝和钙之外，对水泥性能没有本质影响。
把废弃混凝土作为生产水泥的原材料，主要存在两个方面的问题：一是硅元素存在的状态。其存在的主要状态是结晶度比较高的SiO2和一些硬化水泥石。所以，对此进行研究，首先就要弄清楚这两种物质在水泥生产过程中，会造成什么样的影响：二是要探索激活SiO2的技术，从而降低水泥生产过程中的能量消耗，提高水泥生产的质量。
而笔者在利用全组分废弃混凝土生产水泥前一阶段的试验过程中，并没有发现由SiO2造成的熟料煅烧温度提高的问题。对这一结果进行分析，发现其中的硬化水泥石可以对熟料煅烧过程起到推进作用。有一些研究说明，在熟料生成的过程中，原材料中的一些还没有成形的水泥微粒能够代替晶种作用，而水泥水化产物脱水相则可以推动熟料矿物相降低生成温度，提升反应速度。不过，目前对这一过程出现这种现象的原理还没有进行相应的研究，也没有相对科学的结论。
王尉和等人对高温煅烧水泥熟料进行了试验，他们通过高温煅烧、然后通过突然冷却对石英晶体进行破坏，然后再对原材料进行磨粉，缩小石英的颗粒直径。不过这种方式对温度的要求比较高，难以在废弃混凝土的前期试验中使用。蒋永惠等人对砂岩的可烧性进行了试验，他们通过加入不同的矿化剂，查看对a-石英晶体造成的影响。试验表明：一些碳酸盐或者硼酸盐可以对a-石英晶体的可烧性造成影响，让它在比较低的温度下，变成活性比较高的a-方石英。同时，王晓波、王晓霞等人也进行了这方面的研究，产生了一些研究成果。
3、结语
现在，利用废弃混凝土作为原材料生产水泥的研究还刚刚开始。不过，由于这种技术在环境、资源和经济方面的共赢性，从混凝土与水泥行业的市场需求来说，它必将成为未来研究的焦点，发展前景广阔。