研究，得出再生骨料中軟弱顆粒含量和針片狀顆粒 含量會(huì)顯著影響混合料的回彈模量，但只要生產(chǎn)出 的再生骨料可以滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，那么再生骨料的性

能并不會(huì)遜色于用作基層材料的天然骨料；張超等 [9-10] 和 唐 嫻 [11] 測(cè) 定 了 廢 棄 混 凝 土 作 為 再 生 骨 料 的 路 用

性能指標(biāo)并對(duì)水泥穩(wěn)定再生骨料的早期無(wú)側(cè)限抗壓 強(qiáng)度等的研究和分析，結(jié)果表明，再生骨料及其無(wú) 機(jī)結(jié)合穩(wěn)定骨料性能都能滿足規(guī)范的要求，但應(yīng)注 熱活化水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525顆粒吸附氟化物行為研究

摘要：對(duì)水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525顆粒進(jìn)行熱活化改性制備成吸附劑，研究了熱活化溫度、 pH 、共存

離子和離子強(qiáng)度等因素對(duì)其吸附氟化物性能的影響，并利用 TGA 、 XRD 、 FTIR 、 SEM 等分

析了其表面 形態(tài)和內(nèi)部 結(jié)構(gòu)特征 及 其 吸附機(jī)理 。 結(jié)果表明 ： 在 25 ℃ ，熱活化溫度 600 ℃

（ ALC 600 ）， pH= 7 ，初始氟濃度 100mg/L 條件下，其平衡吸附量高達(dá) 17.42mg/g ； ALC 600 能在較寬的 pH （ 5-9 ）范圍內(nèi)具有良好的除氟性能；共存離子 Cl - 、 NO 3- 、 SO 42- 和離子強(qiáng)度 對(duì) ALC 600 的吸附效果影響不明顯。吸附過(guò)程遵循準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，符合 Langmuir 等溫線 模型，理論**吸附容量為 223.72mg/g 。結(jié)合吸附氟化物前后 ALC 600 的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、

表面形態(tài)的變化，確定其吸附機(jī)理是以化學(xué)吸附為主，通過(guò)內(nèi)部絡(luò)合和表面沉淀來(lái)實(shí)現(xiàn)氟離

子的去除，同時(shí)也涉及離子交換和靜電作用。

關(guān)鍵詞：熱活化；水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525；氟化物吸附；吸附特性

中圖分類號(hào)： X78           文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A      doi:
化高 鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525是一種有效的除氟材料，其理論**吸附容量達(dá)到 10.22mg/g 。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)水化 硅酸鹽寧波北侖海螺水泥325 425 525在水環(huán)境應(yīng)用的研究報(bào)道較多 [14] ，而關(guān)于水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525的吸附除氟行為研究較

少，且其吸附機(jī)理尚不明確，缺乏成熟高效的制備和活化方法。本研究通過(guò)對(duì)水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525

進(jìn)行焙燒活化處理以進(jìn)一步提升其吸附除氟性能，并對(duì)其吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線和吸附機(jī)

理等進(jìn)行研究分析，為實(shí)現(xiàn)廢棄建筑材料應(yīng)用于水處理除氟中提供理論依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)“以廢

治廢”。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

鋁酸鹽寧波北侖海螺水泥325 425 525（ CA-50 ）產(chǎn)自鄭州嘉耐特鋁酸鹽有限公司（鄭州，中國(guó)），主要成分見(jiàn)表 1 。

實(shí)驗(yàn)所用藥品均為分析純， NaF 、 NaCl 、 NaOH 、 HCl 、 Na 2 SO 4 、 Na 2 CO 3 、 NaHCO 3 、 NaNO 3 、 檸檬酸鈉、 KH 2 PO 4 均購(gòu)自天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

表 1 CA-50 高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525主要成分

Table1 chemical composition of CA-50

Composition        Al 2 O 3         CaO          Fe 2 O 3          SiO 2          MgO        (K,Na) 2 O

-----------------------------------------------------Page 2-----------------------------------------------------

Mass fraction (%)       50.6          33.2           2.0           7.8           1.8           0.3

1.2 吸附劑的制備

將高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525與蒸餾水拌合均勻后（水灰比 0.45 ）制成泥漿，在室溫下定期灑水養(yǎng)護(hù) 3 d ，

自然風(fēng)干硬化后經(jīng)破碎篩分得到 1-2mm 的水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525顆粒（ ALC ）。用去離子水清洗至

pH 穩(wěn)定，烘干備用。將水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525顆粒在 100-900 ℃下焙燒 2h 得到熱活化水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525

顆粒 ALC t （ t 代表不同的活化溫度）。 1.3 吸附劑結(jié)構(gòu)表征

由 V-Sorb2800P 型比表面積及孔徑分布測(cè)定儀（北京金埃譜科技有限公司）測(cè)定樣品

的比表面積及孔體積
寧波海螺水泥是如何研究生產(chǎn)？什么價(jià)格廠家質(zhì)量
本島津公司）對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜測(cè)試，探究吸附前后樣品的化學(xué)鍵變化情況；晶體的細(xì)微

結(jié)構(gòu)使用蔡司熱場(chǎng) merlin compact 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（德國(guó)卡爾蔡司公司）進(jìn)行分析。

吸附劑的強(qiáng)度用質(zhì)量損失率（ Lorm ）表示，將 5g 吸附劑放入盛有 50mL 去離子水的錐

形瓶中， 160r/min 條件下振蕩 12h 后濾出烘干后稱重，測(cè)定樣品質(zhì)量損失率。

Lorm ?

m ? m 1

m

×100%

（ 1 ）

m ， m 1 分別為吸附初始和最終的樣品質(zhì)量（ g ）；

1.4 吸附批實(shí)驗(yàn)

吸附批次實(shí)驗(yàn)研究了不同參數(shù)（活化溫度、投加量、 pH 、共存離子、離子強(qiáng)度）對(duì) ALC t 吸附氟化物的影響。每個(gè)實(shí)驗(yàn)均做兩次平行實(shí)驗(yàn)；將 2.2109gNaF 溶于 1L 去離子水中得到 1000mg/L 氟離子儲(chǔ)備液；溶液中 F - 含量用離子選擇電極法測(cè)定，總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液 為 TISAB Ⅰ；初始氟溶液的 pH 用 HCl （ 0.1mol/L ）和 NaOH （ 0.1mol/L ）調(diào)節(jié)。

1.4.1 最優(yōu)活化溫度比選

初 始 濃 度 為 100mg/L 的 含 氟 水 200mL ， 加 入 1.0g 吸 附 劑 ， 分 別 選 取 不 同 活 化 溫 度

（ 0-900 ℃）的顆粒（粒徑 1-2mm ），在 25 ℃下，以 160r/min 的速度振蕩 72h 后，使用 0.45 μ m 的濾膜過(guò)濾，使用氟離子電極測(cè)定濾液中的氟含量，相同條件下做 2 個(gè)平行樣。 F - 的吸附量

采用下式計(jì)算

q ?

C 0 ? C 1

m

? V


成比例設(shè)計(jì)成 4 ： 3 ： 3 時(shí)可以滿足該規(guī)范要求的連 續(xù)級(jí)配，骨料的基本物理力學(xué)性能如表 2 所示。為

了**限度地模擬現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)方式，本次試驗(yàn)選用振 動(dòng) 擊 實(shí) 試 驗(yàn) 確 定 混 合 料 的最 佳 含 水 量 和 最 大 干 密 度，并通過(guò)振動(dòng)成型方式制作試件，混合料的擊實(shí) 試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示。

表 2 骨料物理力學(xué)性能

Table 2   Aggregate physical and mechanical properties

意對(duì)水泥穩(wěn)定類材料的需水量進(jìn)行修正；此外，溫

勝 強(qiáng) [12] 與 扈 惠 敏 [13] 等 對(duì) 再 生 骨 料 的 物 理 力 學(xué) 性 能

骨料類別

表觀密度

3

壓碎值

（ % ）

洛杉磯磨耗

值（ % ）

針片狀顆粒

含量（ % ）

和水泥穩(wěn)定再生骨料混合料的基本力學(xué)性能進(jìn)行了 試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，采用再生骨料的水泥穩(wěn) 定碎石材料可用作高等級(jí)公路半剛性基層；作為路 面基層，水泥穩(wěn)定骨料基層混合料往往會(huì)受到白天 和夜晚的溫差影響，使材料內(nèi)部產(chǎn)生脹縮應(yīng)力，而

天然骨料         2.69         8.07         18.65          11.99 再生骨料         2.61        18.27        27.35           8.98 規(guī)范值         ≥2 .5         ≤2 5          ≤3 2           ≤1 5

表 3 混合料振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

Table 3   Mixture vibration compaction test results

作為路面的主要承重層，在受力不均勻情況下，基 層混合料也會(huì)相當(dāng)于受到一個(gè)外部剪切應(yīng)力，因此，

混合料類型      水泥劑量

（ % ）

**含水量 ? ovt

（ % ）

**干密度 ? max

（ g/cm 3 ）

基層混合料除了具備一定的抗壓強(qiáng)度外還應(yīng)具備一 定的抗拉強(qiáng)度。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了 基層混合料劈裂抗拉以及劈裂回彈試驗(yàn)，對(duì)水泥穩(wěn) 定再生骨料基層進(jìn)行了研究。

2 基層混合料試驗(yàn)

水泥穩(wěn)定碎石

水泥穩(wěn)定再生

骨料

4            6.75               2.14 5            7.32               2.19 6             7.6               2.16 4            8.54               1.96 5            9.42               2.00 6            9.79               2.03

[14-16]

采用的水泥摻量為 4% 、 5% 、 6% ，進(jìn)而進(jìn)行再生骨 料摻量為 0% 和 100% 的基層混合料試驗(yàn)對(duì)比研究， 試驗(yàn)配比如表 1 所示。試驗(yàn)采用 Ф150mm×150mm

的圓柱體試件，水泥采用福建水泥股份有限公司煉 石水泥廠生產(chǎn)的 42.5 普通硅酸鹽水泥。

表 1 混合料配 比類型

Table 1 Types of aggregate mixture proportion

路面基層是整個(gè)道路結(jié)構(gòu)中的承重層，其必須 具有一定的抗壓強(qiáng)度來(lái)抵抗行車(chē)荷載，因此，基層 混合料性能設(shè)計(jì)的初始指標(biāo)就是無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度， 只有具備一定的強(qiáng)度，基層才能抵抗行車(chē)荷載的作 用，才能對(duì)其他性能提出要求。因此， 《 公路路面基 層施工技術(shù)細(xì)則》 （ JTGT-F20-2015 ）要求 7d 無(wú)側(cè)限

抗壓強(qiáng)度是混合料材料設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果 如表 4 所示。

試驗(yàn)

編號(hào)

水泥：骨料（再生骨料摻量）              說(shuō)明

表 4 混合料 7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

Table 4   Mixture 7d unconfined compressive strength test

0-4             4:100 （ 0 ）           4% 水泥量、 100% 天然骨料

試驗(yàn)編號(hào)       0-4      0-5      0-6      100-4      100-5      100-6

0-5             5:100 （ 0 ）           5% 水泥量、 100% 天然骨料 0-6             6:100 （ 0 ）           6% 水泥量、 100% 天然骨料

強(qiáng)度平均值

（ MPa ）      2.42

3.89     4.96     2.75       3.21       3.91

100-4           4:100 （ 100 ）          4% 水泥量、 100% 再生骨料 100-5           5:100 （ 100 ）          5% 水泥量、 100% 再生骨料 100-6           6:100 （ 100 ）          6% 水泥量、 100% 再生骨料

注：試件編號(hào) 0-4 中， 0 — 水泥穩(wěn)定碎石 ,4 — 水泥劑量； 100-4 中， 100 — 水泥穩(wěn)定再生骨料； 4 — 水泥劑量；其余編號(hào)規(guī)則同上。

破碎后的骨料很難符合國(guó)家規(guī)范《公路水泥混 凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》 （ JTG/T F30-2014 ）規(guī)定的

級(jí)配要求，因此通過(guò)分析及計(jì)算最終確定 10~30mm 、 5~10mm 、 0~5mm 這三檔骨料之間的合

規(guī)范要求

（ MPa ）                        3.0~5.0MPa