乙酸溶解协同硅灰填充两步法提升再生骨料性能的机理研究

针对再生骨料(RA)高孔隙率和薄弱界面过渡区(ITZ)导致混凝土性能下降的问题，研究人员创新性地提出乙酸溶解协同硅灰(SF)填充的两步强化法。通过乙酸选择性溶解钙基水化产物释放Ca2+，再利用SF与溶出离子反应生成C-(A)-S-H凝胶填充孔隙，使RA吸水率降低16.9%、压碎值下降14.8%，制备的砂浆28天抗压强度提升22.1%。该研究为建筑废弃物高值化利用提供了新思路。

　　

随着全球城市化进程加速，建筑垃圾年产量已突破20亿吨，其中废弃混凝土占比超过30%。这些"城市矿山"若不能有效利用，不仅占用土地，还会造成粉尘污染和地下水污染。将废弃混凝土破碎成再生骨料(Recycled Aggregates, RA)替代天然骨料，是实现建筑垃圾资源化的关键途径。然而，RA表面附着的旧砂浆使其具有高孔隙率、高吸水率和低强度等缺陷，导致再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete, RAC)性能显著劣化。

现有RA强化方法各存局限：机械研磨易造成二次损伤，碳酸化处理速度缓慢，生物沉积法对环境条件敏感，而强酸处理又会导致过度溶蚀。如何实现RA的高效绿色强化，成为制约建筑垃圾资源化利用的"卡脖子"难题。来自济南大学的研究团队独辟蹊径，在《Journal of Materials Research and Technology》发表创新成果，提出"乙酸溶解-硅灰填充"两步协同强化新策略。

研究采用ICP-OES离子浓度分析、XRD物相鉴定、²⁹Si NMR硅氧四面体结构解析等先进表征技术，结合汞 intrusion 孔隙率测定和背散射电子成像等微观结构分析手段。以服役50年的C₃₀混凝土制备的再生细骨料(RFA)为研究对象，建立模拟水泥浆体的老化水化产物体系，通过150天养护样品模拟RA中旧砂浆的化学环境。

物理性能和孔隙结构分析

研究发现，经pH=6乙酸溶液处理17小时后，RFA吸水率降低9.9%，压碎值下降6.3%。临界孔径从26.3 nm降至18.9 nm，总孔隙率减少1.5%。后续添加5%硅灰(SF)使性能进一步提升，吸水率和压碎值分别降低16.9%和14.8%。BSE图像显示，处理后的骨料-砂浆界面过渡区(ITZ)宽度从3.8 μm缩减至1.92 μm，孔隙被C-S-H凝胶有效填充。

力学性能与ITZ演化

乙酸处理使砂浆3天抗压强度提高6.2%，而"乙酸+5%SF"组28天强度提升达27.7%。SEM观察发现，SF不仅作为纳米填料进入孔隙，更通过消耗Ca²⁺生成花瓣状C-S-H凝胶，使ITZ区水化产物致密化。值得注意的是，早期强度增长主要源于SF的成核效应，而后期增强则归因于火山灰反应生成的次生C-S-H。

溶解-填充协同机制

ICP-OES检测显示，乙酸处理使浸泡液中Ca²⁺浓度达150.874 mmol/L，是水处理的2.83倍。添加SF后，Ca²⁺浓度骤降，证实其参与反应。²⁹Si NMR谱图揭示，乙酸处理使C-S-H平均链长(MCL)从8.3增至10.8，而后续SF反应生成短链Q²ⁱ型C-S-H（MCL=3.9），形成"长链解聚-短链重构"的独特演化路径。XRD证实乙酸优先溶解Ca(OH)₂，为SF提供反应基质。

这项研究创新性地将温和酸蚀与矿物掺合料活化相结合，解决了传统RA强化方法效率低、损伤大的难题。通过建立"溶解-迁移-反应-填充"的多尺度强化机制，不仅显著提升RA性能，还将废液转化为具有增强作用的拌合水，实现处理过程零排放。该技术为建筑垃圾制备高性能再生混凝土提供了新思路，对推动"无废城市"建设具有重要意义。研究揭示的C-S-H凝胶结构演变规律，也为水泥基材料界面工程设计提供了理论依据。