CN104386991A - 硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法 - Google Patents

硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法 Download PDF

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Abstract

硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，首先通过配料计算得到除去烧失量和水分之外化学成分与矿渣化学成分相近的粗骨料和细骨料配比，然后使用该配比的骨料与碱激发剂硅酸钠共同混合均匀后制备碱激发胶凝材料混凝土，等到混凝土服役结束后，再将其在1450-1500℃下煅烧，水淬，即再次得到有活性的胶凝材料，从而实现了硅酸钠碱激发胶凝材料的循环利用，本发明实现了碱激发混凝土的重复利用，可以节约石灰石资源，具有显著的经济性和可操作性。

Description

硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种通过设计混凝土配合比再进行二次煅烧循环利用硅酸钠碱激发矿渣混凝土的方法。
背景技术
矿渣是冶金工业的主要固体废弃物，主要成分是硅酸盐和铝硅酸盐。矿渣是一种潜在水硬性材料，加入碱激发剂后可以激发出矿渣的活性从而产生强度。将这种碱激发矿渣替代水泥用于制备碱激发矿渣混凝土，可以减少因硅酸盐水泥生产过程中出现的环境污染、生态破坏、能源浪费、资源枯竭等一系列问题。但是与传统硅酸盐水泥相似，碱激发矿渣混凝土在服役结束后仍将产生大量的建筑垃圾，而建筑垃圾已经加剧了我国城市土地、资源的紧张局面，严重影响了社会经济和生态环境的协调发展，因此，搞好建筑垃圾的再生利用迫在眉睫。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，通过调整碱激发胶凝材料配制的混凝土配合比，使得其混凝土整体的化学成分与水泥生料成分相同或接近，等到该混凝土服役结束拆除后，再将其煅烧为新的胶凝材料，该工艺可以使得拆除后的碱激发胶凝材料配制的混凝土废弃物得到二次利用，具有工艺简单，节能环保，控制方便，便于工业化应用的特点
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，其特征在于，包括：
步骤一，测定混凝土用细骨料、粗骨料和碱激发所用矿渣的化学成分，并通过配料计算，不计入烧失量的情况下，使得粗、细骨料和矿渣三种固体混合料中的(CaO+MgO):(SiO2+Al2O3)大于1.5且小于2.4，确定混凝土粗骨料、细骨料和矿渣的质量比例；
步骤二，符合步骤一中化学组成的粗、细骨料和磨细矿渣粉，与碱激发剂硅酸钠共同混合均匀后制备碱激发矿渣混凝土；
步骤三，该混凝土在服役结束后，将其破碎、粉磨为粒径小于80微米的粉体，再将其置于煅烧设备中在1450℃-1500℃下煅烧并快速冷却，煅烧后的材料再经过破碎、粉磨至80微米以下，即得到新的胶凝材料，从而使得矿渣和粗细骨料中的有用成分得到重复利用。
所述细骨料为砂子，粒径小于5mm；所述粗骨料为石子，粒径大于5mm。
如果石子与砂子的质量比例大于2.0，则将部分石子破碎成为机制砂，以确保粗骨料和细骨料质量比例介于1.5-2.0之间。
与传统建筑垃圾处置通用的填埋或者用作再生骨料相比，本技术提供了一种可以重复使用碱激发混凝土建筑垃圾作为生产胶凝材料的原料的方法。使用本技术实现了碱激发混凝土的重复利用，可以节约石灰石资源。同时，上述工艺在混凝土配制，废弃混凝土破碎、粉磨，二次煅烧等方面都是成熟的技术，具有显著的经济性和可操作性。
附图说明
图1是本发明试验配比原料在五元相图中所处的位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，首先测定配制混凝土所用砂子(即细骨料)、石子(即粗骨料)和矿渣的化学成分，常规情况下，其成分(质量百分数)指标如下：
砂子：1-2％的烧失量，2-5％的CaO，60-80％的SiO2，10-15％的Al2O3，2-4％的Fe2O3，0-2％的MgO，1-6％的R2O，和余量杂质；
石子：20-35％的烧失量，30-40％的CaO，10-20％的SiO2，1-3％的Al2O3，0-2％的Fe2O3，2-18％的MgO，0-1.5％的R2O，和余量杂质；
矿渣：1-2％的烧失量，40-65％的CaO，15-25％的SiO2，1-5％的Al2O3，1-8％的Fe2O3，1-8％的MgO，0-2％的R2O，和余量杂质。
本实施例中，具体选择参数见表1所示，根据表1中的化学成分，计算出石子、砂子、矿渣之间的配比为3.3:0.7:1。该配比下，混凝土中除去水分和烧失量之外其化学成分均落入图1中方框位置，图1中A代表矿渣化学成分，B代表磷渣化学成分，C代表试验样品成分，D代表硅酸盐熟料化学成分。可以看出，该成分与介于硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣之间，与电炉磷渣成分接近，通过熔融，水淬可以得到一定活性的胶凝材料。
表1混凝土原料化学成分(质量百分数)
原料 烧失量 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO R2O 杂质 合计
石子 29.68 36.87 16.17 2.34 0.696 12.56 0.827 余量 100％
砂子 1.4 2.61 73.99 12.44 2.54 0.62 5.3 余量 100％
矿渣 1.8 62.7 20.01 3.82 4 1.48 1.2 余量 100％
由于上述原料比例中的粗骨料石子的含量高于目前通行的混凝土配合比相比。可将其中部分石子破碎成粒径小于5mm的细骨料与天然砂子共同作为细骨料配制混凝土。
1m3混凝土中矿渣为430kg，671kg细骨料(其中301kg为表1所列砂子，370kg为表1所列石子破碎成粒径小于5mm的机制砂)，1049kg粗骨料，用作碱激发剂的硅酸钠按照矿渣质量的5％掺入，即21.5kg，聚羧酸减水剂4.3kg，水215kg。
因为实例为验证性质实验，同时混凝土的组分随着时间变化不大，对后续实验无本质影响，因此无需将混凝土养护至十年甚至数十年。使用该配合比配制的15L混凝土经过自然养护至2个月后，经过破碎，粉磨至细度超过400m2/Kg后再将其混合均匀，然后从中分别取出1000g左右细粉2份。两份细粉放入坩埚中，在马弗炉中1470℃煅烧1小时后取出。取出后的坩埚中的物料已经完全融化。一个干锅中物料自然冷却，另一个坩埚中的熔融物料快速倒入事先准备好的、装满的水的铁桶中，使其水淬。水淬所得产品即为可二次利用的硅酸盐类胶凝材料。
将水淬后的物料称取450g加入5％的硅酸钠和1350g标准砂制成砂浆试件，测定其28d抗折达到6.5MPa、抗压强度44.3MPa。

Claims (7)

1.硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，其特征在于，包括：
步骤一，测定混凝土用细骨料、粗骨料和碱激发所用矿渣的化学成分，并通过配料计算，不计入烧失量的情况下，使得粗、细骨料和矿渣三种固体混合料中的(CaO+MgO):(SiO2+Al2O3)大于1.5且小于2.4，确定混凝土粗骨料、细骨料和矿渣的质量比例；
步骤二，符合步骤一中化学组成的粗、细骨料和磨细矿渣粉，与碱激发剂硅酸钠共同混合均匀后制备碱激发矿渣混凝土；
步骤三，该混凝土在服役结束后，将其破碎、粉磨为粒径小于80微米的粉体，再将其置于煅烧设备中在1450℃-1500℃下煅烧并快速冷却，煅烧后的材料再经过破碎、粉磨至80微米以下，即得到新的胶凝材料，从而使得矿渣和粗细骨料中的有用成分得到重复利用。
2.根据权利要求1所述的硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，其特征在于，所述细骨料为砂子，粒径小于5mm；所述粗骨料为石子，粒径大于5mm。
3.根据权利要求2所述的硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，其特征在于，如果石子与砂子的质量比例大于2.0，则将部分石子破碎成为机制砂，以确保粗骨料和细骨料质量比例介于1.5-2.0之间。
4.根据权利要求2所述的硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，其特征在于，所述砂子、石子和矿渣的化学成分(质量百分数)如下：
砂子：1-2％的烧失量，2-5％的CaO，60-80％的SiO2，10-15％的Al2O3，2-4％的Fe2O3，0-2％的MgO，1-6％的R2O，和余量杂质；
石子：20-35％的烧失量，30-40％的CaO，10-20％的SiO2，1-3％的Al2O3，0-2％的Fe2O3，2-18％的MgO，0-1.5％的R2O，和余量杂质；
矿渣：1-2％的烧失量，40-65％的CaO，15-25％的SiO2，1-5％的Al2O3，1-8％的Fe2O3，1-8％的MgO，0-2％的R2O，和余量杂质。
5.根据权利要求2所述的硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，其特征在于，所述砂子、石子和矿渣的化学成分(质量百分数)如下：
砂子：1.4％的烧失量，2.61％的CaO，73.99％的SiO2，12.44％的Al2O3，2.54％的Fe2O3，0.62％的MgO，5.3％的R2O，和余量杂质；
石子：29.68％的烧失量，36.87％的CaO，16.17％的SiO2，2.34％的Al2O3，0.696％的Fe2O3，12.56％的MgO，0.827％的R2O，和余量杂质；
矿渣：1.8％的烧失量，62.7％的CaO，20.01％的SiO2，3.82％的Al2O3，4％的Fe2O3，1.48％的MgO，1.2％的R2O，和余量杂质。
6.根据权利要求2或5所述的硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，其特征在于，所述石子、砂子和矿渣的质量配比为3.3:0.7:1。
7.根据权利要求2或5所述的硅酸钠碱激发矿渣混凝土循环利用方法，其特征在于，所述步骤二中混合均匀后制备碱激发矿渣混凝土时还加入水和减水剂。
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