CN103787602A - 一种超细再生粉体复合地质聚合物胶凝材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超细再生粉体复合地质聚合物胶凝材料，它由包括超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的原料制备而成，其中超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的重量比为40-70:30-60:2-8:1-4:1-4。本发明还提供一种建筑垃圾再生粉体的新用途，是将建筑垃圾再生粉体至少与活性激发剂一起制备成复合地质聚合物胶凝材料。本发明不使用或只使用少量的硅酸盐水泥熟料，充分利用了固体废弃物和建筑垃圾，大幅提升建筑垃圾的使用价值，而且无需煅烧环节，节能减排，绿色环保，为建筑垃圾的资源化利用提供了新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及无机非金属胶凝材料技术领域。具体而言，涉及一种无机非金属地质聚合物胶凝材料。
背景技术
随着城市建设的发展，建筑垃圾已经成为我国城市垃圾的主要组成部分，已占到城市垃圾总量的30%-40%。虽然目前已经出现将建筑垃圾加工成再生骨料的处置利用的报道，但该种手段利用率低，不能对建筑垃圾进行充分的消耗。因此，有效处理这些建筑垃圾，特别是废旧砖建筑垃圾，提高其使用的有效性和比例等技术问题已经成为建筑领域和环保领域的重要课题。将建筑垃圾破碎粉磨制成再生粉体，作为水泥混合材或混凝土矿物掺合料用于替代部分水泥，逐渐引起关注。但是，目前的建筑垃圾再生粉体制备技术只是将建筑垃圾磨至比表面积为300-500m2/kg的普通细度的粉体状态，由此制备的再生粉体的活性系数仅为50%-70%，介于活性与非活性混合材之间，无法更为有效地挖掘建筑垃圾再生粉体的利用途径及潜在技术价值。
另一方面，我国经济和建设的飞速发展，又导致水泥和混凝土的巨量消耗。据统计，我国水泥年产量已经超过20亿吨，各类混凝土的年产量已经超过50亿立方米，由此也带来了巨大的资源、能源和环境压力。降低水泥的消耗量已经成为我国目前工业节能减排的主要内容之一。因此，寻求和开发具有良好胶凝性质和力学强度的废渣类粉体胶凝材料来替代传统水泥，用于生产各类混凝土及相关建材制品，对于我国实现循环经济和节能减排意义重大。
发明内容
本发明的目的在于开辟建筑垃圾再生粉体材料的一种新的应用途径，从而提供一种用于替代传统水泥的无机胶凝材料，为建筑垃圾资源化处置利用领域开辟一种新的应用方向。
本发明的第二个目的在于提供一种使用超细废旧砖建筑垃圾再生粉体与超细矿渣粉复合制备的地质聚合物胶凝材料，这种地质聚合物胶凝材料不需要高温煅烧即可获得与传统水泥相当的强度和工作性能。
本发明的具体技术方案包括：
提供一种超细再生粉体复合地质聚合物胶凝材料，它由包括超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的原料制备而成，其中超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的重量比为40-70:30-60:2-8:1-4:1-4；优选55:37:3.5:2.5:2。
本发明优选的超细再生粉体复合地质聚合物胶凝材料，所述的原料中进一步含有硅酸盐水泥熟料，且原料中超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、硅酸盐水泥熟料、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的重量比为40-70:30-60:2-8:2-8:1-4:1-4；优选46:40:6:4:2:2。
本发明所述的复合地质聚合物胶凝材料强度等级至少可达32.5级，28天抗压强度不低于40MPa；特别是在进一步添加硅酸盐水泥熟料的情况下强度等级能够达到42.5级，28天抗压强度不低于50MPa。
所述的超细废旧砖再生粉体优选比表面积不低于1000m2/kg，28天活性指数不低于90%的超细废旧砖再生粉体。
所述的超细矿渣粉优选比表面积不低于1000m2/kg，28天活性指数不低于110%的超细矿渣粉。
所述的硅酸盐水泥熟料优选28天抗压强度在55MPa以上的常规硅酸盐水泥熟料。
本发明所述的任意一种复合地质聚合物胶凝材料，其制备方法都是将所述的各原料按所述的比例进行混合搅拌复合。
本发明还提供一种建筑垃圾再生粉体的新用途，是将建筑垃圾再生粉体至少与活性激发剂一起制备成复合地质聚合物胶凝材料。
所述的建筑垃圾再生粉体优选来自废旧砖或矿渣中的任意一种或两种的再生粉体；进一步优选比表面积不低于1000m2/kg的再生粉体。
所述的活性激发剂优选包括脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾。
本发明所述的一种建筑垃圾再生粉体的新用途，优选将比表面积不低于1000m2/kg的超细废旧砖再生粉体、比表面积不低于1000m2/kg的超细矿渣粉与脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾按以下重量比40-70:30-60:2-8:1-4:1-4制备成复合地质聚合物胶凝材料。
本发明所述的另一种建筑垃圾再生粉体的新用途，优选将比表面积不低于1000m2/kg的超细废旧砖再生粉体、比表面积不低于1000m2/kg的超细矿渣粉与硅酸盐水泥熟料、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾按以下重量比40-70:30-60:2-8:2-8:1-4:1-4制备成复合地质聚合物胶凝材料。
本发明人经试验研究发现，利用城市拆迁工程中产生的废旧砖建筑垃圾经过超细粉磨加工可以制得28天活性指数不低于90%的高活性再生粉体材料，这种高活性超细再生粉体材料可以与超细矿渣粉复合，在适当活性激发作用下配制地质聚合物胶凝材料。所得到的地质聚合物胶凝材料具有与P.O42.5水泥相当的工作性能和力学性能，可以替代传统水泥，用于制备常规混凝土材料。
本发明提出的建筑垃圾再生粉体的新的应用途径，就是将高活性超细废旧砖建筑垃圾再生粉体与超细矿渣粉、激发剂和/或少量水泥熟料复合，制备一种地质聚合物胶凝材料。
本发明提供的超细废旧砖再生粉体与超细矿渣粉复合地质聚合物胶凝材料，为一种由超细废旧砖再生粉体材料与超细粒化高炉矿渣粉、适量复合活性激发剂和/或少量硅酸盐水泥熟料组成的复合型无机胶凝材料。所用的复合活性激发剂为由适当比例的脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾组成的三元复合激发剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）大幅度提升建筑垃圾的价值和使用价值。
将废旧砖建筑垃圾破碎粉磨成具有高活性的超细再生粉体，再与超细矿渣粉和适量激发剂等材料复合，制备地质聚合物胶凝材料，用于替代硅酸盐水泥生产混凝土材料，既大幅度提升了建筑垃圾的价值和使用价值，又为进行建筑垃圾工业化的资源化处置利用提供了技术保证。
（2）促进循环经济和节能减排，具有显著的社会和经济效益。
本发明提供的地质聚合物胶凝材料，将高活性超细废旧砖建筑垃圾再生粉体和超细矿渣粉作为主要组成材料，不使用或只使用少量的硅酸盐水泥熟料，充分利用了固体废弃物和建筑垃圾，达到了变废为宝、循环经济的目的。同时，生产过程中只需要进行适当破碎粉磨加工，省去了投资大、消耗能源高、温室气体排放高的高温煅烧环节和设备，而且本发明提供的地质聚合物胶凝材料，具有与32.5水泥和42.5水泥相当的强度和使用性能，可以代替水泥用于生产混凝土材料，从而大幅度降低常规水泥生产带来的沉重的资源、能源和环境负荷，实现节能减排。因此，本发明具有显著的社会和经济效益。
（3）为建筑垃圾资源化处置利用开辟了新的应用领域。
建筑垃圾可以经过加工制备再生骨料和再生粉体，但通常用于各类小型混凝土制品、混凝土和砂浆等建筑材料中。本发明提供的以高活性超细建筑垃圾再生粉体为主要组成材料的新型复合无机胶凝材料，为建筑垃圾再生粉体的利用开辟了新的应用领域，将更进一步推进建筑垃圾资源化处置和利用产业的发展。
具体实施方式
1、高活性超细废旧砖再生粉体的制备及性能测试
首先对废旧砖建筑垃圾进行破碎、除铁、除泥、除杂物等清洁处理，然后将洁净的废旧砖破碎成小颗粒，送入超细粉磨设备中对废旧砖进行超细粉磨。对制备的超细废旧砖再生粉体进行了性能测试，测试结果见表1。其中，烧失量、三氧化硫含量和游离氧化钙含量参照GB/T176进行；安定性试验参照GB/T1346进行；比表面积测试参照GB/T8074进行；活性指数按照GB/T17671的方法参照粉煤灰的活性指数试验进行。性能测试分析结果表明，超细废旧砖再生粉体具有很高的比表面积，活性高，安定性好，烧失量较小，整体的性能品质良好。
表1超细废旧砖再生粉体的性能
| 检测项目 | 测试结果 |
| 烧失量，% | 6.1 |
| 三氧化硫，% | 1.1 |
| 游离氧化钙，% | 0.9 |
| 安定性，mm | 2.0 |
| 比表面积，m2/kg | 1180 |
| 28天活性指数，% | 92 |
2、超细矿渣粉的制备及性能测试
采用市售的S95级矿渣粉为原料，利用超细粉磨设备进行超细粉磨加工制备超细矿渣粉。对制备的超细矿渣粉进行了性能测试，测试结果见表2。其中，烧失量、三氧化硫含量和游离氧化钙含量参照GB/T176进行；比表面积测试参照GB/T8074进行；活性指数按照GB/T18046的活性指数试验方法进行。性能测试结果表明，超细矿渣粉具有很高的比表面积和很高的活性。
表2超细矿渣粉的性能
| 检测项目 | 测试结果 |
| 烧失量，% | 2.1 |
| 三氧化硫，% | 1.9 |
| 玻璃体含量，% | 96 |
| 比表面积，m2/kg | 1050 |
| 28天活性指数，% | 124 |
3、超细废旧砖再生粉体与超细矿渣粉复合地质聚合物胶凝材料的制备和性能
使用上述步骤1和步骤2中制备的超细废旧砖再生粉体和超细矿渣粉，与适量的脱硫石膏、偏硅酸钠、氢氧化钾以及必要的少量硅酸盐水泥熟料进行复合，制备出超细废旧砖再生粉体与超细矿渣粉复合地质聚合物胶凝材料。脱硫石膏为来自燃煤发电厂的工业化收集的脱硫石膏，性能与二水石膏接近。偏硅酸钠和氢氧化钾均为化学试剂，纯度等级为化学纯。硅酸盐水泥熟料为来自水泥厂的工业化生产的常规硅酸盐水泥熟料，28天抗压强度为57MPa；在与其他材料复合前，先将水泥熟料磨细至成比表面积不低于400m2/kg的粉体。使用混合机将上述材料混合成均匀的复合粉体材料。
实施例
根据上述具体实施方式，按照下表3中的配合比分别制备出了两种复合地质聚合物胶凝材料：
表3复合地质聚合物胶凝材料配合比
参照GB/T1346规定的水泥试验方法测试了本发明实施例1、2的复合地质聚合物胶凝材料及相应等级水泥的标准稠度用水量、凝结时间和安定性。
按照GB/T17671-1999规定的水泥胶砂强度试验方法测试了本发明实施例1、2的复合地质聚合物胶凝材料及相应等级水泥的抗压强度。
测定结果见表4
表4本发明复合地质聚合物胶凝材料及相应等级水泥的性能
表4中的性能测试结果表明，利用本发明实施例1、2中制备的复合地质聚合物胶凝材料中，超细废旧砖再生粉体和超细矿渣粉，与适量的复合活性激发剂复合，或者再与少量硅酸盐水泥熟料复合，可以制备出工作性能和强度性能均能与常规水泥相当的复合地质聚合物胶凝材料。根据复合地质聚合物胶凝材料的材料组成的变化，可以使用超细废旧砖再生粉体和超细矿渣粉，制备分别与P.C32.5水泥和P.O42.5水泥性能相当的32.5等级和42.5等级的地质聚合物胶凝材料。
Claims (8)
1.一种超细再生粉体复合地质聚合物胶凝材料，其特征在于：它由包括超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的原料制备而成，其中超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的重量比为40-70:30-60:2-8:1-4:1-4。
2.权利要求1所述的超细再生粉体复合地质聚合物胶凝材料，其特征在于：所述的超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的重量比为55:37:3.5:2.5:2。
3.权利要求1所述的超细再生粉体复合地质聚合物胶凝材料，其特征在于：所述的原料中进一步含有硅酸盐水泥熟料，且原料中超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、硅酸盐水泥熟料、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的重量比为40-70:30-60:2-8:2-8:1-4:1-4。
4.权利要求3所述的超细再生粉体复合地质聚合物胶凝材料，其特征在于：所述的超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、硅酸盐水泥熟料、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾的重量比为46:40:6:4:2:2。
5.权利要求1或3所述的任意一种超细再生粉体复合地质聚合物胶凝材料，其特征在于：所述的超细废旧砖再生粉体为比表面积不低于1000m2/kg、28天活性指数不低于90%的超细废旧砖再生粉体；所述的超细矿渣粉为比表面积不低于1000m2/kg、28天活性指数不低于110%的超细矿渣粉。
6.一种建筑垃圾再生粉体的新用途，是将建筑垃圾再生粉体至少与活性激发剂一起制备成复合地质聚合物胶凝材料；所述的建筑垃圾再生粉体来自废旧砖或矿渣中的任意一种或两种的再生粉体且比表面积不低于1000m2/kg；所述的活性激发剂包括脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾。
7.权利要求6所述的新用途，其特征在于：将比表面积不低于1000m2/kg的超细废旧砖再生粉体、比表面积不低于1000m2/kg的超细矿渣粉与脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾按以下重量比40-70:30-60:2-8:1-4:1-4制备成复合地质聚合物胶凝材料。
8.权利要求6所述的新用途，其特征在于：将比表面积不低于1000m2/kg的超细废旧砖再生粉体、比表面积不低于1000m2/kg的超细矿渣粉与硅酸盐水泥熟料、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钾按以下重量比40-70:30-60:2-8:2-8:1-4:1-4制备成复合地质聚合物胶凝材料。
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