研究，得出再生骨料中軟弱顆粒含量和針片狀顆粒 含量會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)量標準，那么再生骨料的性

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

性能指標并對水泥穩(wěn)定再生骨料的早期無側(cè)限抗壓 強度等的研究和分析，結(jié)果表明，再生骨料及其無 機結(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：對水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525顆粒進行熱活化改性制備成吸附劑，研究了熱活化溫度、 pH 、共存

離子和離子強度等因素對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 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- 和離子強度 對 ALC 600 的吸附效果影響不明顯。吸附過程遵循準二級動力學模型，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)、化學鍵、

表面形態(tài)的變化，確定其吸附機理是以化學吸附為主，通過內(nèi)部絡(luò)合和表面沉淀來實現(xiàn)氟離

子的去除，同時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： X78           文獻標志碼： 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**吸附容量達到 10.22mg/g 。近年來，國內(nèi)對水化 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，且其吸附機理尚不明確，缺乏成熟高效的制備和活化方法。本研究通過對水化高鋁寧波北侖海螺水泥325 425 525

進行焙燒活化處理以進一步提升其吸附除氟性能，并對其吸附動力學、吸附等溫線和吸附機

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

治廢”。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

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），主要成分見表 1 。

實驗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 均購自天津科密歐化學試劑有限公司；實驗用水均為去離子水。

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 3 d ，

自然風干硬化后經(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定儀（北京金埃譜科技有限公司）測定樣品

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

結(jié)構(gòu)使用蔡司熱場 merlin compact 場發(fā)射掃描電鏡（德國卡爾蔡司公司）進行分析。

吸附劑的強度用質(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 吸附批實驗

吸附批次實驗研究了不同參數(shù)（活化溫度、投加量、 pH 、共存離子、離子強度）對 ALC t 吸附氟化物的影響。每個實驗均做兩次平行實驗；將 2.2109gNaF 溶于 1L 去離子水中得到 1000mg/L 氟離子儲備液；溶液中 F - 含量用離子選擇電極法測定，總離子強度調(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 的濾膜過濾，使用氟離子電極測定濾液中的氟含量，相同條件下做 2 個平行樣。 F - 的吸附量

采用下式計算

q ?

C 0 ? C 1

m

? V


成比例設(shè)計成 4 ： 3 ： 3 時可以滿足該規(guī)范要求的連 續(xù)級配，骨料的基本物理力學性能如表 2 所示。為

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

表 2 骨料物理力學性能

Table 2   Aggregate physical and mechanical properties

意對水泥穩(wěn)定類材料的需水量進行修正；此外，溫

勝 強 [12] 與 扈 惠 敏 [13] 等 對 再 生 骨 料 的 物 理 力 學 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性能進行了 試驗研究，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 混合料振動擊實試驗結(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 層混合料也會相當于受到一個外部剪切應(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度外還應(yīng)具備一 定的抗拉強度。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，進行了 基層混合料劈裂抗拉以及劈裂回彈試驗，對水泥穩(wěn) 定再生骨料基層進行了研究。

2 基層混合料試驗

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% ，進而進行再生骨 料摻量為 0% 和 100% 的基層混合料試驗對比研究， 試驗配比如表 1 所示。試驗采用 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

路面基層是整個道路結(jié)構(gòu)中的承重層，其必須 具有一定的抗壓強度來抵抗行車荷載，因此，基層 混合料性能設(shè)計的初始指標就是無側(cè)限抗壓強度， 只有具備一定的強度，基層才能抵抗行車荷載的作 用，才能對其他性能提出要求。因此， 《 公路路面基 層施工技術(shù)細則》 （ JTGT-F20-2015 ）要求 7d 無側(cè)限

抗壓強度是混合料材料設(shè)計的重要指標，試驗結(jié)果 如表 4 所示。

試驗

編號

水泥：骨料（再生骨料摻量）              說明

表 4 混合料 7d 無側(cè)限抗壓強度試驗

Table 4   Mixture 7d unconfined compressive strength test

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

試驗編號       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 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；其余編號規(guī)則同上。

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

級配要求，因此通過分析及計算最終確定 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