CN102515584A - 再生水泥及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种再生水泥及其制造的方法。再生水泥，其特征在于它是由废弃混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料、减水剂混合而成的，其各原料所占质量百分数为：废弃混凝土10％～58％，矿渣24％～45％，钢渣0.01％～45％，石膏为4.0％～12％，硅酸盐水泥熟料0～20％，减水剂0～1.8％。该方法工艺简单、环保节能低碳。

Description

再生水泥及其制造方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种再生水泥及其制造的方法。

背景技术

水泥混凝土材料是人类文明建设中扮演者最重要的角色。随着人类文明的进步，混凝土的使用量逐渐增多，与此同时产生的环境问题也越来越显著。伴随着我国经济发展，大量的建筑物被拆除重建，从而产生大量的建筑垃圾，目前我国建筑垃圾数量占到城市垃圾总量的30％～40％。根据有关资料，经过对砖混结构和框架结构等建筑施工材料损耗的粗略估计，每万平方米建筑施工过程中，仅建筑废料就会产生500～600吨。据此测算，我国每年仅施工建设产生和排放的建筑废渣就有4000万吨。这些垃圾影响了城市生活环境，造成了环境污染。把它们运送到郊外进行掩埋，碱性废渣会令大量的土壤“失活”。此举不仅会花费大量的运费，还会造成二次污染。因此废弃混凝土的处理和再利用是节约能源，保护环境的必然选择，也是当今社会研究的重要课题。

目前国内外针对废弃混凝土再利用的研究主要集中在再生骨料和再生混凝土性能的研究，其它方面，利用废弃混凝土生产免烧砖等墙体材料的研究也初具规模。日本国土面积小，资源相对匮乏，因此日本对废弃混凝土利用的研究十分重视，早在1977日本政府就制定了相关规定促进废混凝土的再生利用，到2000年其废弃混凝土的利用率达到90％。美国和欧洲各国也在废弃混凝土的再生利用上取得了很大成果。

我国对再生混凝土的研究较晚，但现在也已成为混凝土研究领域的一个热点。目前国内建筑垃圾循环再生骨料的应用大多处于试验、谨慎使用状态，缺乏系统的应用基础研究，技术上也缺少较完善的再生骨料和再生混凝土技术规程、标准，其大规模应用还存在着诸多的问题。因此，我们对废弃混凝土的处理方式仍然以堆放和填埋为主，这是传统的材料生产-使用-废弃而不可持续发展的循环过程。

本发明可大量利用废弃混凝土用于制造再生水泥，大大提高废弃混凝土利用的经济附加值，大大促进废弃混凝土的回收利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种环保节能低碳的再生水泥及其制造方法，该方法工艺简单。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：再生水泥，其特征在于它是由废弃混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料、减水剂混合而成的，其各原料所占质量百分数为：废弃混凝土10％～58％，矿渣24％～45％，钢渣0.01％～45％，石膏为4.0％～12％，硅酸盐水泥熟料0～20％，减水剂0～1.8％。

所述的废弃混凝土为：以硅酸盐类水泥配制的水泥混凝土构造物拆除后产生的废弃混凝土。其主要化学成分为：二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)等。

废弃混凝土的主要化学成分及质量百分含量为：Loss(烧死量)25.52～39.87％，二氧化硅(SiO₂)6.06～33.00％、三氧化二铝(Al₂O₃)1.45～3.63％、Fe₂O₃0.02～1.13％、氧化钙(CaO)26.90～47.65％、氧化镁(MgO)2.52～7.70％，SO₃0.53～0.73％。

所述的矿渣为：钢铁厂排出的高炉矿渣，其主要化学成分为：二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO)、氧化铁(FeO)等。

所述的钢渣为：炼钢厂排出的工业废渣；其主要的化学成分是：二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO)、氧化铁(FeO)等。

所述的石膏为天然石膏、磷石膏、脱硫石膏或氟石膏，其主要成分为硫酸钙(CaSO₄.2H₂O)。

所述的硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。

所述的减水剂为市售的聚羧酸水泥混凝土减水剂(聚羧酸系混凝土减水剂)或萘系水泥混凝土减水剂。

所述的各原料的最佳质量百分比为：废弃混凝土25％～45％，矿渣30％～40％，钢渣1％～30％，石膏8％～12％，硅酸盐水泥熟料0.01～15％，减水剂0.1～1.2％。

上述再生水泥的制造方法，其特征包括如下步骤：

1)按各原料所占质量百分比：废弃混凝土10％～58％，矿渣24％～45％，钢渣0.01％～45％，石膏为4.0％～12％，硅酸盐水泥熟料0～20％，减水剂0～1.8％，各原料所占质量百分比之和为100％，选取废弃混凝土、矿渣、钢渣，石膏、硅酸盐水泥熟料和减水剂，备用；

2)采用如下三种方法之一制备再生水泥：

①将废弃混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨至比表面积大于320m²/kg后与减水剂混合均匀，得到再生水泥；

②将废弃混凝土、钢渣、石膏分别粉磨至比表面积大于320m²/kg，得到废弃混凝土粉、钢渣粉、石膏粉；将矿渣和硅酸盐水泥熟料混合粉磨至比表面积大于320m²/kg，得到混合粉；将混合粉与废弃混凝土粉、钢渣粉、石膏粉、减水剂混合均匀，得到再生水泥；

③将矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨至比表面积大于320m²/kg；将废弃混凝土与减水剂混合粉磨至比表面积大于320m²/kg，得到混合粉；将混合粉与粉磨后的矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料混合均匀，得到再生水泥。

本发明将废弃混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料，按上述比例配合，并配入一定的上述减水剂以后，即具备水硬性，加水后即可让废弃混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料反应。废弃混凝土中含有石灰石、水化硅酸钙C-S-H，水化铝酸钙、钙矾石、氢氧化钙等水化产物，还含有少量未水化的水泥颗粒，这些水化产物和未水化的水泥颗粒，同样会与矿渣中的氧化钙、氧化铝、二氧化硅等反应，形成一系列水化产物。用废弃混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料组成的混合物制成的再生水泥，凝结时间正常，安定性合格，既有一定的早期强度，又有较高的后期强度，各项物理性能均能符合GB/T 3183-2003砌筑水泥的国家标准，适应于配制建筑工程中的砌筑砂浆。

本发明中，加入一定量的减水剂，主要作用是提高再生水泥加水水化后产物的密实度，从而提高再生水泥的抗碳化性能。

本发明的有益效果是：所制备的再生水泥既有一定的早期强度，又有较高的后期强度，具有和易性好，操作简单、使用方便等特点。主要原料废弃混凝土和矿渣，不需要煅烧、能耗少、环保节能低碳、工艺简单、成本低，而且还能大量利用废弃混凝土，变废为宝，有益于保护环境和节约资源。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面所述实例。实施例中所涉及物质比表面积数据均为采用气体吸附法测定。

实施例1：

将废混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨，测定其比表面积。得知废混凝土粉A的比表面积591.3m²/kg，废混凝土粉B的比表面积为711.4m²/kg，矿渣的比表面积为472.5m²/kg，钢渣的比表面积为320.6m²/kg，硅酸盐水泥熟料的比表面积为320.1m²/kg，石膏的比表面积为451.2m²/kg，然后按照表2、表3的配比混合均匀，制备成再生水泥，按照GB/T3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验，并且测其碳化7d强度，可见各项物理性能均符合GB/T3183-2003砌筑水泥的国家标准。其中碳化7d强度是指将再生水泥按GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型并在20℃水中养护28天后，再放入60℃烘箱中烘干2天，然后放入温度20℃、CO₂浓度20％、相对湿度70％的碳化箱中碳化7天后所测定的强度。

所述的废混凝土A和废混凝土B均为以硅酸盐类水泥配制的水泥混凝土构造物拆除后产生的废弃混凝土，其化学成分见表1所示。

表1两种废混凝土的主要化学成分(质量％)

废混凝土	Loss	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	合计
									废混凝土A	25.52	33.00	3.63	1.13	26.90	7.70	0.53	98.41
废混凝土B	39.87	6.06	1.45	0.02	47.65	2.52	0.73	98.30

矿渣为钢铁厂的高炉矿渣，石膏为天然二水石膏，熟料为硅酸盐水泥熟料，钢渣为钢厂排出的废渣。

表2分别粉磨制备的再生水泥的配比及其性能

表3分别粉磨制备的再生水泥的配比及其性能

实施例2：

将废混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨，测得其比表面积。得知废混凝土粉A的比表面积591.3m²/kg，废混凝土粉B的比表面积为711.4m²/kg，矿渣的比表面积为472.5m²/kg，钢渣的比表面积为320.6m²/kg，硅酸盐水泥熟料的比表面积为320.1m²/kg，石膏的比表面积为451.2m²/kg，然后按照表4的配比均匀混合，制备成再生水泥，加入减水剂后(属于外加，不计算在百分比内)，以控制胶砂流动度180mm～190mm之间确定加水量，然后按GB 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型，测其3d、7d、28d、烘干2d、碳化7d、碳化14d、碳化28d强度。表5为碳化7d、碳化14d、碳化28d后所测得的强度和碳化深度。其中碳化7d、碳化14d、碳化28d强度指再生水泥按照GB 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型并在20℃水中养护28天后，再放入60℃烘箱中烘干2天，然后放入温度20℃、CO₂浓度20％、相对湿度70％的碳化箱中碳化7d、14d、28d后所测定的强度。

所述的废混凝土A和废混凝土B均为以硅酸盐类水泥配制的水泥混凝土构造物拆除后产生的废弃混凝土，其化学成分见表1所示。矿渣为高炉矿渣，石膏为天然二水石膏，熟料为硅酸盐水泥熟料，钢渣为钢厂排出的废渣，减水剂A为聚羧酸减水剂，减水剂B为萘系减水剂。

表4加减水剂的再生水泥配比及其性能

表5加减水剂的再生水泥抗碳化性能(MPa)

实施例3：

将废混凝土、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨，测得其比表面积，得知废混凝土粉A的比表面积591.3m²/kg，废混凝土粉B的比表面积为711.4m²/kg，硅酸盐水泥熟料的比表面积为320.1m²/kg，石膏的比表面积为451.2m²/kg。将钢渣和矿渣按4∶1比例混合粉磨，粉磨成三个不同的比表面积为：320m²/kg、458m²/kg、522m²/kg。然后分别按照表6、表7的配比混合均匀，制备成再生水泥。按照GB/T3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验，并且测其碳化7d强度，结果如表6、表7所示，各项物理性能均能符合GB/T 3183-2003砌筑水泥的国家标准。其中碳化7d强度是指将再生水泥照GB 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型并在20℃水中养护28天后，再放入60℃烘箱中烘干2天，然后放入温度20℃、CO₂浓度20％、相对湿度70％的碳化箱中碳化7天后所测定的强度。

所述的废混凝土A和废混凝土B均为以硅酸盐类水泥配制的水泥混凝土构造物拆除后产生的废弃混凝土，其化学成分见表1所示，矿渣为高炉矿渣，石膏为天然石膏，熟料为硅酸盐水泥熟料，钢渣为钢厂排出的废渣。

表6部分混合粉磨的再生水泥的配比及性能

表7部分混合粉磨的再生水泥的配比及性能

实施例4：

将矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨，测得其比表面积，得知矿渣的比表面积为472.5m²/kg，钢渣的比表面积为320.6m²/kg，硅酸盐水泥熟料的比表面积为320.1m²/kg，石膏的比表面积为451.2m²/kg。将减水剂与废混凝土混合粉磨(每5Kg废混凝土加入115g聚羧酸减水剂，相当于在再生水泥里加入了1.2％的聚羧酸减水剂)，得到混合粉，测得其加聚羧酸废混凝土A的比表面积为540.1m²/kg，加聚羧酸废混凝土B的比表面积为606.1m²/kg，然后分别按照表8、表9的配比均匀混合，制备成再生水泥，以控制胶砂流动度180mm～190mm之间确定加水量，然后按GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型，测其3d、7d、28d、碳化7d强度。其中碳化7d强度是指将再生水泥照GB 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型并在20℃水中养护28天后，再放入60℃烘箱中烘干2天，然后放入温度20℃、CO₂浓度20％、相对湿度70％的碳化箱中碳化7天后所测定的强度。

所述的废混凝土A和废混凝土B均为以硅酸盐类水泥配制的水泥混凝土构造物拆除后产生的废弃混凝土，其化学成分见表1所示。矿渣为高炉矿渣，石膏为天然二水石膏，熟料为硅酸盐水泥熟料，钢渣为钢厂排出的废渣，减水剂A为聚羧酸减水剂。

表8内掺减水剂再生水泥的配比及性能

表9内掺减水剂再生水泥的配比及性能

实施例5：

将废混凝土、矿渣、钢渣、硅酸盐水泥熟料分别粉磨，测得其比表面积，得知废混凝土粉A的比表面积591.3m²/kg，废混凝土粉B的比表面积为711.4m²/kg，矿渣的比表面积为472.5m²/kg，钢渣的比表面积为320.6m²/kg，硅酸盐水泥熟料(表中简称熟料)的比表面积为320.1m²/kg。

分别将脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、天然石膏粉磨至比表面积450m²/kg±10m²/kg后，按表10的配合比混合制成再生水泥，然后按照GB/T3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验，并且测其碳化7d强度，结果如表10所示。各项物理性能均能符合GB/T3183-2003砌筑水泥的国家标准。其中碳化7d强度是指将再生水泥照GB 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型并在20℃水中养护28天后，再放入60℃烘箱中烘干2天，然后放入温度20℃、CO₂浓度20％、相对湿度70％的碳化箱中碳化7天后所测定的强度。

所述的废混凝土A和废混凝土B均为以硅酸盐类水泥配制的水泥混凝土构造物拆除后产生的废弃混凝土，其化学成分见表1所示。矿渣为高炉矿渣，钢渣为高炉钢渣，脱硫石膏为电厂燃煤烟气中脱硫产生的石膏，主要成分是二水石膏(CaSO4·2H₂O)，磷石膏是生产磷酸化工的副产品，主要成分是二水石膏(CaSO4·2H₂O)。

表10再生水泥配比及性能

实施例6：

将矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨，测定其比表面积，得知矿渣的比表面积为320.2m²/kg，钢渣的比表面积为320.6m²/kg，硅酸盐水泥熟料的比表面积为320.1m²/kg，石膏的比表面积为322.2m²/kg。将废弃混凝土分别粉磨成几个不同比表面积的试样，A1、A2、A3比表面积分别为320.4m²/kg、450.2m²/kg、620.4m²/kg，B1、B2、B3的比表面积分别为320.2m²/kg、480.7m²/kg、682.4m²/kg，然后按照表11、表12的配比混合均匀，制备成再生水泥，按照GB/T3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验，并且测其碳化7d强度，可见各项物理性能均符合GB/T3183-2003砌筑水泥的国家标准。其中碳化7d强度是指将再生水泥按GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型并在20℃水中养护28天后，再放入60℃烘箱中烘干2天，然后放入温度20℃、CO₂浓度20％、相对湿度70％的碳化箱中碳化7天后所测定的强度。

所述的废混凝土A和废混凝土B均为以硅酸盐类水泥配制的水泥混凝土构造物拆除后产生的废弃混凝土，其化学成分见表1所示。矿渣为高炉矿渣，石膏为天然二水石膏，熟料为硅酸盐水泥熟料，钢渣为钢厂排出的废渣。

表11不同比表面积再生水泥配比及性能

表12不同比表面积再生水泥配比及性能

实施例7：

将废弃混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨，得知废弃混凝土的比表面积分别为320.4m²/kg，矿渣的比表面积为320.2m²/kg，钢渣的比表面积为320.6m²/kg，硅酸盐水泥熟料的比表面积为320.1m²/kg，石膏的比表面积为322.2m²/kg。

然后按照表13的配比混合均匀，制备成再生水泥，按照GB/T3183-2003砌筑水泥的国家标准进行检验，并且测其碳化7d强度，可见各项物理性能均符合GB/T3183-2003砌筑水泥的国家标准。其中碳化7d强度是指将再生水泥按GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型并在20℃水中养护28天后，再放入60℃烘箱中烘干2天，然后放入温度20℃、CO₂浓度20％、相对湿度70％的碳化箱中碳化7天后所测定的强度。

所述的废混凝土A和废混凝土B均为以硅酸盐类水泥配制的水泥混凝土构造物拆除后产生的废弃混凝土，其化学成分见表1所示。矿渣为高炉矿渣，石膏为天然二水石膏，熟料为硅酸盐水泥熟料，钢渣为钢厂排出的废渣。

表13再生水泥配比及性能

Claims (8)

1.再生水泥，其特征在于它是由废弃混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料、减水剂混合而成的，其各原料所占质量百分数为：废弃混凝土10％～58％，矿渣24％～45％，钢渣0.01％～45％，石膏为4.0％～12％，硅酸盐水泥熟料0～20％，减水剂0～1.8％。

2.根据权利要求1所述的再生水泥，其特征在于，所述的废弃混凝土为：以硅酸盐类水泥配制的水泥混凝土构造物拆除后产生的废弃混凝土；废弃混凝土的主要化学成分及质量百分含量为：Loss 25.52～39.87％，SiO₂6.06～33.00％、Al₂O₃1.45～3.63％、Fe₂O₃0.02～1.13％、CaO 26.90～47.65％、MgO 2.52～7.70％，SO₃0.53～0.73％。

3.根据权利要求1所述的再生水泥，其特征在于，所述的矿渣为：钢铁厂排出的高炉矿渣。

4.根据权利要求1所述的再生水泥，其特征在于，所述的钢渣为：炼钢厂排出的工业废渣。

5.根据权利要求1所述的再生水泥，其特征在于，所述的石膏为天然石膏、磷石膏、脱硫石膏或氟石膏。

6.根据权利要求1所述的再生水泥，其特征在于，所述的减水剂为市售的聚羧酸水泥混凝土减水剂或萘系水泥混凝土减水剂。

7.根据权利要求1所述的再生水泥，其特征在于，所述的各原料的最佳质量百分比为：废弃混凝土25％～45％，矿渣30％～40％，钢渣1％～30％，石膏8％～12％，硅酸盐水泥熟料0.01～15％，减水剂0.1～1.2％。

8.一种制造权利要求1所述再生水泥的方法，其特征包括如下步骤：

1)按各原料所占质量百分比：废弃混凝土10％～58％，矿渣24％～45％，钢渣0.01％～45％，石膏为4.0％～12％，硅酸盐水泥熟料0～20％，减水剂0～1.8％，各原料所占质量百分比之和为100％，选取废弃混凝土、矿渣、钢渣，石膏、硅酸盐水泥熟料和减水剂，备用；

2)采用如下三种方法之一制备再生水泥：

①将废弃混凝土、矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨至比表面积大于320m²/kg后与减水剂混合均匀，得到再生水泥；

②将废弃混凝土、钢渣、石膏分别粉磨至比表面积大于320m²/kg，得到废弃混凝土粉、钢渣粉、石膏粉；将矿渣和硅酸盐水泥熟料混合粉磨至比表面积大于320m²/kg，得到混合粉；将混合粉与废弃混凝土粉、钢渣粉、石膏粉、减水剂混合均匀，得到再生水泥；

③将矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料分别粉磨至比表面积大于320m²/kg；将废弃混凝土与减水剂混合粉磨至比表面积大于320m²/kg，得到混合粉；将混合粉与粉磨后的矿渣、钢渣、石膏、硅酸盐水泥熟料混合均匀，得到再生水泥。