CN102363575B

CN102363575B - 废粘土砖的再生利用方法及掺加有废粘土砖粉的混凝土

Info

Publication number: CN102363575B
Application number: CN2011101257902A
Authority: CN
Inventors: 葛智; 郑丽; 赵治广
Original assignee: Individual
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: CN102363575A

Abstract

本发明公开了一种废粘土砖的再生利用方法，将废粘土砖破碎、筛分，掺入水泥中，作为混凝土的胶凝材料，掺加量为胶凝材料的0-30wt%，其中不包括0%。本发明还公开了掺有废粘土砖粉的混凝土。废粘土砖粉的造价通常低于水泥，因此用废粘土砖部分取代水泥可以降低混凝土成本。同时，水泥生产的减少，可以节约天然的黏土、石灰石资源和煤能源，以及从根源减少因生产水泥而产生的二氧化碳、二氧化硫等环境污染物的排放。废粘土砖的回收利用可以减少废粘土砖的填埋和处理，可以降低建筑垃圾的处理费用，有利于保护环境，符合可持续发展的战略。

Description

废粘土砖的再生利用方法及掺加有废粘土砖粉的混凝土

技术领域

本发明涉及废粘土砖的再生方法，具体涉及废粘土砖的再生利用方法及以掺加再生废粘土砖粉的混凝土，属于建筑材料技术领域。

背景技术

混凝土是土建工程中用途最广、用量最大的建筑材料之一。混凝土的广泛应用带动了水泥产业的迅速发展。2009年，我国的水泥总产量为16.48亿吨，比上年增长了16.07%。然而，我国可用于生产水泥的石灰岩数量有限，黏土资源也不能用之不竭而随意开采；而且水泥产业的快速发展也造成了严重的环境污染，CO₂、SO₂和粉尘等污染直接影响人们的生活质量。另一方面，近二、三十年，随着旧建筑的拆除，大量以粘土砖为主的建筑垃圾也在不断增加，废粘土砖已成为主要污染源之一。可见，废弃垃圾的再生利用已成为一项迫切需要解决的课题。

随着建筑垃圾的不断增多及环保、环境问题的日益重视，近年来，建筑垃圾粘土砖的回收利用越来越广泛。然而，目前的研究主要集中在将碎砖用作混凝土的粗骨料或者细骨料，国内外一些学者也研究了粘土砖作为混凝土骨料对混凝土性能的影响，比如Farid Debieb和Said Kenai研究用废粘土砖25%、50%、75%和100%的取代细骨料、粗骨料或者两者都取代对混凝土的性能影响。实验表明，掺粘土砖的混凝土密度比常规混凝土低，后期（90d）抗压强度和抗折强度与常规混凝土相似；收缩、吸水性随着碎砖掺量增多而增大。实验结果表明碎砖骨料的极限取代率是粗骨料取代25%、细骨料取代50%。再生废粘土砖混凝土性能可以满足一般要求。（Farid Debieb, Said Kenai. The use of coarse and fine crushed bricks as aggregate in concrete. Construction and Building Materials. 22: 886–893, 2008.）

目前的研究主要集中在将粘土砖作为混凝土骨料使用，而对于用磨细的砖粉取代水泥制作混凝土的研究较少。由于再生废粘土砖粉末的造价通常低于水泥，用废粘土砖部分取代水泥可以降低混凝土成本，同时可以减少因生产水泥而产生的二氧化碳、二氧化硫等环境污染物得排放，因此将废粘土砖用于取代部分水泥的方法必然具有显著的社会效益和经济效益，值得进一步的研究。

发明内容

本发明为了同时解决水泥用量大、环境问题严重及粘土砖处理问题，提供了一种废粘土砖的再生利用方法，本方法将粘土砖部分取代混凝土中的水泥，既实现了粘土砖建筑垃圾的处理，又节约了水泥，减轻了环境负担。

此外，本发明还具体提供了掺加有废粘土砖的混凝土，该混凝土经过科学的配方掺加粘土砖，即节约了成本，又使混凝土的性能满足一般工程要求，具有经济和社会效益。

从背景技术的描述可以看出，水泥的大量使用使黏土、石灰岩等不可再生资源大量减少，而且，粘土砖的大量废弃对环境及资源也产生很大的影响，为了同时能够解决粘土砖再生利用及节约水泥使用的问题，发明人产生了“将废弃的粘土砖进行处理，然后用其代替一部分水泥制备混凝土”的构想，并通过进一步的研究及大量实验证实了这一构想的可行性。实验结果证明在一定比例内掺加粘土砖粉制得的混凝土的力学性能可以满足一般工程的力学要求，而且冻融之后，强度没有变化，满足耐久性能的要求。这样不仅可以节约天然石灰岩资源，还可以“吃掉”很多工业废砖，解决环境污染问题，同时还能减低工程成本，符合可持续战略的追求目标。

下面具体阐述本发明的实施技术方案：

一种废粘土砖的再生利用方法,其特征是：将废粘土砖破碎、筛分，掺入水泥中，作为混凝土的胶凝材料。

上述再生利用方法中，废粘土砖的掺加量为胶凝材料的0-30wt%，其中不包括0%。

上述再生利用方法中，破碎、筛分后，粘土砖的粒径为0.04～0.3mm，优选0.04～0.1mm。

本发明还提供了掺加有废粘土砖粉的混凝土，包括胶凝材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水，其特征是：以废粘土砖粉和水泥作为胶凝材料，废粘土砖粉用量为胶凝材料质量的0-30%，其中不包括0%。

上述混凝土中，废粘土砖粉用量优选为胶凝材料质量的0-20%，其中不包括0%。

上述混凝土中，凝胶材料与骨料的质量比为1:3~4，所述细骨料为砂，所述粗骨料为碎石，砂率为33~37wt%，优选33~35wt%。

上述混凝土中，所述减水剂为聚羧酸醚类减水剂，在市场上买到的聚羧酸醚类减水剂均可用作本发明的减水剂，用量为胶凝材料质量的1-1.4%。

上述混凝土中，水灰比为0.26-0.30，优选0.26-0.28，最优选0.28。

本发明所用的水泥可以是硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等常用水泥。

本发明提供了废粘土砖的再生利用方法，将其用作混凝土胶凝材料，可以减少水泥的使用量，降低了成本，减轻了环境污染，避免了资源浪费。砖粉具有较高的吸水性，可以为混凝土内部储备水分，在水泥水化后期、混凝土内部相对湿度降低的时候，砖粉可以释放自身所含的水分，从而减少自生收缩。此外，由于砖粉中含有大量Si氏玻璃体，具有火山灰活性，随着混凝土养护龄期的增长，火山灰反应更加充分，因此掺加砖粉的混凝土后期强度增长较快。基于以上理由，粘土砖粉完全可以作为混凝土的胶凝材料。本发明进一步的综合研究了用废粘土砖粉取代水泥对混凝土的力学性能和耐久性能的影响，以得之粘土砖的最佳掺加比例，使其在混凝土中能更好的应用，通过实验证明，用废粘土砖粉取代水泥制备的混凝土满足一般建筑用混凝土要求，具备可行性，完全可以在建筑工程中使用。

再生废粘土砖粉的造价通常低于水泥，因此用废粘土砖部分取代水泥可以降低混凝土成本。同时，水泥生产的减少，可以节约天然的黏土、石灰石资源和煤能源，以及从根源减少因生产水泥而产生的二氧化碳、二氧化硫等环境污染物得排放。废粘土砖的回收利用可以减少废粘土砖的填埋和处理，可以降低建筑垃圾的处理费用，有利于保护环境，符合可持续发展的战略。

本发明的再生废粘土砖混凝土的应用是可行的，粘土砖因其较高的吸水性和火山灰活性，所以其抗冻融性较好，且力学性能虽有降低，但仍满足一般要求，能推广应用。

附图说明

图1为不同水灰比、不同砖粉掺加量的混凝土的7d抗压强度；

图2为不同水灰比、不同砖粉掺加量的混凝土的28d抗压强度；

图3为不同水灰比、不同砖粉掺加量的混凝土的7d劈裂抗拉强度

图4为不同水灰比、不同砖粉掺加量的混凝土的28d劈裂抗拉强度；

图5为不同水灰比、不同砖粉掺加量的混凝土的7d抗折强度；

图6为不同水灰比、不同砖粉掺加量的混凝土的28d抗折强度；

图7为不同水灰比、不同砖粉掺加量的混凝土的抗压弹性模量；

图8为不同水灰比、不同砖粉掺加量的混凝土的150次冻融循环后抗折强度；

图9为不同粒径、不同掺加量的混凝土的7d抗压强度；

图10为不同粒径、不同掺加量的混凝土的28d抗压强度；

图11为不同粒径、不同掺加量的混凝土的7d劈裂抗拉强度；

图12为不同粒径、不同掺加量的混凝土的28d劈裂抗拉强度；

图13为不同粒径、不同掺加量的混凝土的7d抗折强度；

图14为不同粒径、不同掺加量的混凝土的28d抗折强度。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施例对本发明进行进一步的阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限制。

下面以硅酸盐水泥为例，对废粘土砖的掺加量及其取代水泥对混凝土的力学性能和耐久性能的影响进行研究，具体方法如下：

1、实验材料

水泥：山东省济南市山水集团生产的42.5号普通硅酸盐水泥，28d强度为42.5MPa；

废粘土砖粉：由建筑垃圾砖破碎、筛分得到，粒径范围0.04～0.3mm，优选0.04~0.1mm，由XRD试验测得砖粉的基本组成成分是SiO₂（87.9%）、TiO₂（9.4%）和Fe₂O₃（2.7%）；

细集料：普通黄河砂，细度模数为2.3~3.3；

粗集料：普通碎石（包括粒径范围为4.5mm~25mm的花岗岩、玄武岩等），最大粒径为25mm，表观相对密度为2.71左右；毛体积相对密度2.68左右；

外加剂：聚羧酸醚类高效减水剂（RHEOPLUS）；

水：自来水。

2、混凝土配方设计

实验用混凝土配方为：胶凝材料（水泥+废粘土砖粉） 496 Kg/m³，砖粉占胶凝材料比例0~30wt%，骨料1768.3 Kg/m³，砂率33%~37%，水灰比0.26~0.30，高效减水剂5.8~6.8Kg/m³。

3、实验过程

再生粘土砖混凝土的制备和测试方法与普通混凝土的制备方法相同，完全按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》。

4、实验结果

图1～图4是再生废粘土砖混凝土的力学性能测试数据，以砖粉的取代率为横坐标，再生混凝土的性能为纵坐标画柱形图。从图中可以看出，随着粘土砖的掺加量的增加，水泥量的减少，混凝土的抗压、抗折等力学性能有所降低，尤其是前期的力学性能降低显著。但是，随着时间的增加，混凝土后期的性能增加很快，与纯水泥的混凝土差别不是很明显，可以满足一般要求，在使用上没有障碍。实验结果表明，废粘土砖粉可以作为混凝土掺量部分替代水泥而不降低混凝土的性能，其可以应用在一般工程领域，废粘土砖的再生利用方案是可行的。

此外，从图8可以看出，掺加砖粉的混凝土，在150次冻融循环之后，抗折强度没有降低，而且比28d抗折强度稍高；相比之下，冻融之后纯水泥混凝土的抗折强度比28d抗折强度略低。实验结果表明废粘土砖粉混凝土能满足工程要求的冻融性要求。

上述实验以普通硅酸盐水泥、砂、碎石为例证明了废粘土砖掺入水泥中制备混凝土的可性行，其他情况的混凝土的性能与上述混凝土相似，具体见以下实施例。

实施例1

将废粘土砖破碎至粒径为0.04mm，再生重复利用，方法为：用废粘土砖粉部分取代水泥作为胶凝材料，制备混凝土。所制混凝土的原料配比为：粘土砖粉的掺加量为0～30%，胶凝材料（水泥+砖粉）与骨料的质量比为1:3.6，砂率为35%，水灰比为0.30，减水剂为聚羧酸醚类减水剂，市场上销售的聚羧酸醚类减水剂都可用于本发明，用量为胶凝材料质量的1%。按照通用方法制备混凝土，所得混凝土28d抗压强度为42~48MPa。

实施例2

将废粘土砖破碎至粒径为0.06mm，再生重复利用，方法为：用废粘土砖粉部分取代水泥作为胶凝材料，制备混凝土。所制混凝土的原料配比为：粘土砖粉的掺加量为0～30%，胶凝材料（水泥+砖粉）与骨料的质量比为1:3.5，砂率为33%，水灰比0.28，减水剂为聚羧酸醚类减水剂，市场上销售的聚羧酸醚类减水剂都可用于本发明，用量为胶凝材料质量1.2%。按照通用方法制备混凝土，所得混凝土28d抗压强度为49~56MPa。

实施例3

将废粘土砖破碎至粒径为0.1mm，再生重复利用，方法为：用废粘土砖粉部分取代水泥作为胶凝材料，制备混凝土。所制混凝土的原料配比为：粘土砖粉的掺加量为0～30%，胶凝材料（水泥+砖粉）与骨料的质量比为1:3.7，砂率37%，水灰比0.26，减水剂为聚羧酸醚类减水剂，市场上销售的聚羧酸醚类减水剂都可用于本发明，用量为胶凝材料质量的1.4%。按照通用方法制备混凝土，所得混凝土28d抗压强度为52~57MPa。

实施例4

将废粘土砖破碎至粒径为0.3mm，再生重复利用，方法为：用废粘土砖粉部分取代水泥作为胶凝材料，制备混凝土。所制混凝土的原料配比为：粘土砖粉的掺加量为0～30%，胶凝材料（水泥+砖粉）与骨料的质量比为1:3.7，砂率34%，水灰比0.26，减水剂为聚羧酸醚类减水剂，市场上销售的聚羧酸醚类减水剂都可用于本发明，用量为胶凝材料质量的1.4%。按照通用方法制备混凝土，所得混凝土28d抗压强度为51~56MPa。

按照上述实施例1-4的方法制备的混凝土均能达到普通工程要求，数据显示，水灰比0.26-0.28、砖粉细度0.04~0.1mm、砖粉掺加量0-20%（不包括0%）效果较好，其中水灰比0.28、砖粉细度为0.04~0.1mm效果最好，图9-14是实验的水灰比0.28，砂率为33%，砖粉细度为0.04~0.1mm，水泥取代率为0~20%的混凝土性能情况。

经理论推断，砖粉掺加越少，混凝土的强度越大，进一步，我们对砖粉掺加量分别为1%、5%、8%，胶凝材料（水泥+砖粉）与骨料的质量比为1:3.5，砂率33%，减水剂用量为胶凝材料质量的1.4%，水灰比为0.26的混凝土的性能进行测试，结果显示，砖粉掺加量为1%的混凝土28d抗压强度为58~65Mpa，砖粉掺加量为5%的混凝土28d抗压强度为55~61Mpa，砖粉掺加量为8%的混凝土28d抗压强度为53~58Mpa。

Claims

1.一种掺加有废粘土砖粉的混凝土，包括胶凝材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水，其特征是：以废粘土砖粉和水泥作为胶凝材料，废粘土砖粉用量为胶凝材料质量的0-30%，其中不包括0%，所述废粘土砖粉由废粘土砖破碎、筛分制得，粒径为0.04～0.3mm；所述细骨料为砂，所述粗骨料为碎石，砂率为33~37wt%，凝胶材料与骨料的质量比为1:3~4；所述减水剂为聚羧酸醚类减水剂，用量为胶凝材料质量的1-1.4%，水灰比为0.26-0.30。

2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征是：废粘土砖粉用量为胶凝材料质量的0-20%，其中不包括0%。

3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征是：废粘土砖粉的粒径为0.04～0.1mm。

4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征是：砂率为33~35wt%。

5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征是：水灰比为0.26-0.28。