CN101244906A - 一种高活性矿物掺合料的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种以废弃混凝土为原料的高活性矿物掺合料的制备方法及应用。本发明高活性矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：(1)收集废弃的混凝土，除去其中的杂物，利用破碎设备将混凝土块加工成粒径主要分布在2～40mm的颗粒作为再生骨料；(2)利用研磨或粉碎设备使再生骨料表面附着的水泥石剥离、脱落，然后将所形成的含有硬化水泥石的粒径在0.05～1mm的粉体分离出来，作为高活性矿物掺合料的原材料；(3)将所述原材料利用粉体制备设备进一步加工制成勃氏比表面积不低于600m2/Kg的超细粉，即为高活性矿物掺合料成品。其经济性好，性价比高，市场需求大，经济效益与环保效益俱佳，具有广阔的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种以废弃混凝土为原料的高活性矿物掺合料的制备方法及应用。
背景技术
为提高施工过程中混凝土的强度和耐久性，通常会在水泥或混凝土中添加一些超细矿物掺合料，目前，使用效果好且应用较为普遍的是硅灰。但硅灰作为活性掺合料存在许多缺陷，主要包括：1)目前使用的硅灰主要来自硅钢厂生产时产生的飞灰，其颗粒过细并且无法人为控制颗粒尺寸，勃氏比表面积一般在15000m2/Kg以上，因此硅灰会增大混凝土的收缩率，适用性受到限制；2)硅灰作为掺合料使用，混凝土的需水量有所增大，其配成的混凝土拌合料粘稠，工作性差；3)硅灰来源单一，资源有限，难以满足市场大规模使用需求；4)硅灰成本较高，市场价约2000～3000元/吨，经济性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种低成本、高活性、高利废率的高活性矿物掺合料的制备方法及应用。
本发明高活性矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：
(1)收集废弃的混凝土，除去其中的杂物，利用破碎设备将混凝土块加工成粒径主要分布在2～40mm的颗粒作为再生骨料；
(2)利用研磨或粉碎设备使再生骨料表面附着的水泥石剥离、脱落，然后将所形成的含有硬化水泥石的粒径在0.05～1mm的粉体分离出来，作为高活性矿物掺合料的原材料；
(3)将所述原材料利用粉体制备设备进一步加工制成勃氏比表面积不低于600m2/Kg的超细粉，即为高活性矿物掺合料成品。
对于再生骨料的后续加工，可以利用颗粉整形机剥离并粉碎再生骨料表面附着的水泥石，再利用颗粒整形机中的收尘器收集含有硬化水泥石的粒径在0.05～1mm的粉体，所得粉体作为生产高活性矿物掺合料的原材料，为保证水泥石被充分地剥离和粉碎，再生骨料在颗粒整形机内需要高速的相互冲击磨擦，因此应保证颗粒整形机工作时，加入的再生骨料甩向机械侧壁的离心线速度大于60m/s；此外，还可以利用研磨机研磨使再生骨料表面附着的水泥石剥离、脱落，然后将含有硬化水泥石的的粒径在0.05～1mm的粉体通过分级筛选设备分离出来，作为接下来生产高活性矿物掺合料的原材料。值得一提的是，在上述生产高活性矿物掺合料的原材料的过程中，分离出含有硬化水泥石的粒径在0.05～1mm的粉体后的剩余材料，作为副产品也可以在筛分后作为骨料用于混凝土的配制，这样按本发明高活性矿物掺合料的制备方法进行生产的利废率及经济效益得到了进一步提高。
与硅灰相比，本发明高活性矿物掺合料可以根据不同工程的不同使用要求加工成不同细度的最终产品，因此在应用于混凝土时，混凝土收缩率可以得到有效控制，又由于本发明掺合料使用过程中需水量少，因此其配制的混凝土工作性好。为了保证掺合料的活性，一般情况下本发明高活性矿物掺合料成品超细粉的勃氏比表面积不低于600m2/Kg。
当今，全世界每年混凝土的使用量超过40亿立方米，如果混凝土建筑物的寿命按50年左右考虑，那么20世纪60年代开始大量兴建的混凝土建筑物在不远的将来会逐渐被拆除。加之城区改造等工程，每年拆除的废旧混凝土量十分巨大，并呈逐年增多的趋势。据不完全统计，我国现有建筑总面积400多亿平方米，到2020年还将增加建筑面积约300亿平方米，据此推算至少可以提供20亿吨含大量废弃混凝土的建筑废料。目前，大部分废弃混凝土的主要处理方法是将其运往郊外堆放或填埋，这不仅占用大量的耕地，而且造成环境污染。如何有效处理和循环利用废旧混凝土，已经成为一个亟待解决的问题。而本发明以废弃混凝土为原始材料，结合再生骨料生产工艺，利用含有硬化水泥石的微粉料，制备混凝土用的高活性矿物掺合料，为建筑垃圾资源化循环利用，特别是废弃混凝土的回收利用提供了一条切实可行的新途径，其对于资源保护、环境保护乃至人类社会的可持续发展都具有里程碑式的重要意义。
按照本发明所述的制备方法生产的高活性矿物掺合料可以广泛用于水泥或混凝土配制及施工。用于配制混凝土时，混凝土的各组分质量配合比为：
砂、石骨料：100
水泥：15～30
常用掺合料：0～17
高活性矿物掺合料：1～3
减水剂：0.15～0.6
水：8～11
组分中常用掺合料为粉煤灰，或/和磨细矿渣粉，或/和沸石岩粉等。一般情况下，掺入高活性矿物掺合料的质量占所有胶凝材料质量的5～15％；制备水泥过程中将高活性矿物掺合料按3～10％的比率掺入水泥，同时将水泥中粉煤灰，或/和矿渣，或/和沸石，或/和钢渣的掺入量增加10～20％。
现有测量结果表明，在水泥中，掺入3～10％的利用废弃混凝土生产的本发明高活性矿物掺合料，可以提高水泥3d强度30％以上、28d强度10％以上，既可以可用于制造早强水泥，也可以用于粉煤灰水泥、矿渣水泥和复合水泥生产时，提高各种混合材的掺量，达到降低生产成本的目的；在混凝土中，掺入胶凝材料质量5～15％的本发明高活性矿物掺合料，可以提高混凝土的3d强度30％以上、28d强度10％以上，而且不增加混凝土的用水量，工作性良好，同时可以显著降低混凝土的渗透性，可广泛用于制备各种高性能混凝土(含喷射混凝土)。
利用本发明高活性矿物掺合料的制备方法加工出来的超细粉掺合料，其活性高于磨细矿渣粉和粉煤灰，可代替硅灰用于制备高性能混凝土。由于这种加工方法可以利用废弃混凝土，因此原材料丰富，可以实现规模化生产，所获得的高活性矿物掺合料价格相对低廉，仅为1000～1200元/吨，经济性好，性价比高，市场需求大，经济效益与环保效益俱佳，具有广阔的推广应用前景。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示本发明高活性矿物掺合料的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)收集废弃的混凝土，除去其中的木料、塑料等杂物，利用锤式破碎机将混凝土块加工成粒径主要分布在2～30mm的颗粒作为再生骨料；
(2)利用研磨机高速转动过程中与再生骨料之间的摩擦作用，使再生骨料表面附着的水泥石剥离、脱落，再将含有硬化水泥石的粒径在0.08～0.8mm的粉体通过分级筛选设备分离出来，作为高活性矿物掺合料的原材料；
(3)通过气流粉碎机，将收集到的含有硬化水泥石的粉体制成勃氏比表面积为600～650m2/Kg的超细粉，即为成品。
制备水泥过程中，将按照本发明方法制备的高活性矿物掺合料按5％的比率掺入水泥，同时将水泥中粉煤灰的掺入量增加15％，在不降低水泥强度的情况下，提高了混合材(粉煤灰)的掺量，由于粉煤灰成本相对低廉，据此生产的水泥每吨成本可以降低5～10元。
实施例二
如图1所示本发明高活性矿物掺合料的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)收集废弃的混凝土，除去其中的砖瓦、金属等杂质，利用鄂式破碎机将混凝土块加工成粒径主要分布在2～40mm的颗粒作为再生骨料；
(2)利用颗粒整形机，通过再生骨料之间的高速自击(线速度大于60m/s)及摩擦作用，使再生骨料表面附着的水泥石剥离、脱落，含有硬化水泥石的粒径在0.05～1mm的粉体被颗粒整形机中的收尘器收集下来，作为高活性矿物掺合料的原材料；
(3)通过气流粉碎机，将所得含有硬化水泥石的粉体加工制成勃氏比表面积为1000～1600m2/Kg的超细粉，即为成品。
应用时，以配制C50混凝土为例，混凝土的配合比如下：52.5硅酸盐水泥300kg/m3，粉煤灰160kg/m3，按本发明方法制备的高活性矿物掺合料40kg/m3，砂730kg/m3，石1095kg/m3，聚羧酸减水剂6.0kg/m3，控制混凝土坍落度160-180mm所需的用水量为150kg/m3，经测定所得混凝土的主要性能指标如下：3d强度为40MPa，28d强度为72MPa，28d氯离子扩散系数为1.05×10-12m2/s。
与采用其它矿物掺合料相比，若采用粉煤灰等量替代按本发明方法制备的高活性矿物掺合料，其余条件不变，即混凝土的配合比为：52.5硅酸盐水泥300kg/m3，粉煤灰200kg/m3，砂730kg/m3，石1095kg/m3，聚羧酸减水剂6.0kg/m3，则控制混凝土坍落度160-180mm所需的用水量为155kg/m3，所得混凝土的主要性能为：3d强度为27MPa，28d强度为60MPa，28d氯离子扩散系数为3.54×10-12m2/s；若利用40kg硅灰替代按本发明方法制备的高活性矿物掺合料，其余条件不变，即配合比调整为：52.5硅酸盐水泥300kg/m3，粉煤灰160kg/m3，硅灰40kg/m3，砂730kg/m3，石1095kg/m3，聚羧酸减水剂6.0kg/m3，则控制混凝土坍落度160-180mm所需的用水量为160kg/m3，混凝土的主要性能变为：3d强度为33MPa，28d强度为66MPa，28d氯离子扩散系数为2.24×10-12m2/s。
综上可知，本发明高活性矿物掺合料可以显著降低混凝土的渗透性，有利于耐久性的提高，具有早强和增强作用，可以改善混凝土的工作性，性能优于目前广泛使用的粉煤灰和硅灰，而其价格仅为硅灰价格的一半，并具有资源丰富和环保的特点。其可以有效改善混凝土的最终强度，有利于提高混凝土结构的耐久性，延长建筑结构的使用寿命。
需要指出的是，在此通过上述实施例来阐述本发明的内容，是为了更好的理解本发明，但本发明的内容不仅仅局限于上述实施例，实施例不应视作对本发明的限定。例如按照本发明方法制备的高活性矿物掺合料在混凝土中高于15％等量替代水泥的应用，其效果及具体性能指标目前还在进一步试验论证中，制备本发明高活性矿物掺合料所涉及的设备也可以多种多样，所以只要基于本发明之精神的技术方案及应用，都在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1、一种高活性矿物掺合料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)收集废弃的混凝土，除去其中的杂物，利用破碎设备将混凝土块加工成粒径主要分布在2～40mm的颗粒作为再生骨料；
(2)利用研磨或粉碎设备继续加工再生骨料，使再生骨料表面附着的水泥石剥离、脱落，然后将所形成的含有硬化水泥石的粒径在0.05～1mm的粉体分离出来，作为高活性矿物掺合料的原材料；
(3)将所述原材料利用粉体制备设备进一步加工制成勃氏比表面积不低于600m2/Kg的超细粉，即为高活性矿物掺合料成品。
2、根据权利要求1所述的高活性矿物掺合料的制备方法，其特征在于利用颗粉整形机剥离并粉碎再生骨料表面附着的水泥石，再利用颗粒整形机中的收尘器收集含有硬化水泥石的粒径在0.05～1mm的粉体，作为接下来生产高活性矿物掺合料的原材料。
3、根据权利要求2所述的高活性矿物掺合料的制备方法，其特征在于颗粒整形机工作时，其内部再生骨料的离心线速度大于60m/s。
4、根据权利要求1所述的高活性矿物掺合料的制备方法，其特征在于利用研磨机使再生骨料表面附着的水泥石剥离、脱落，然后将含有硬化水泥石的粒径在0.05～1mm的粉体通过分级筛选分离出来，作为接下来生产高活性矿物掺合料的原材料。
5、一种按照上述权利要求所述的高活性矿物掺合料的制备方法所生产的高活性矿物掺合料在水泥或混凝土配制及施工中的应用。
6、根据权利要求5所述的高活性矿物掺合料在水泥或混凝土配制及施工中的应用，其特征在于混凝土的各组分质量配合比为：
砂、石骨料：100
水泥：15～30
常用掺合料：0～17
高活性矿物掺合料：1～3
减水剂：0.15～0.6
水：8～11
组分中常用掺合料为粉煤灰，或/和磨细矿渣粉，或/和沸石岩粉。
7、根据权利要求6所述的高活性矿物掺合料在水泥或混凝土配制及施工中的应用，其特征在于掺入高活性矿物掺合料的质量占所有胶凝材料质量的5～15％。
8、根据权利要求5所述的高活性矿物掺合料在水泥或混凝土配制及施工中的应用，其特征在于制备水泥过程中将高活性矿物掺合料按3％～10％的比率掺入水泥，同时将水泥中粉煤灰，或/和矿渣，或/和沸石，或/和钢渣的掺入量增加10％～20％。
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