CN105366975A

CN105366975A - 一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料及其制备方法

Info

Publication number: CN105366975A
Application number: CN201510864046.2A
Authority: CN
Inventors: 查剑平; 黄修林; 邵春华; 张万军; 廖晓民; 付天全; 张炳超; 查茜
Original assignee: Wuhan Tianyicheng Renewable Resources Co Ltd
Current assignee: Wuhan Tianyicheng Renewable Resources Co Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2016-03-02

Abstract

本发明公开了一种利用废旧建筑砂浆、磨细钢渣、脱硫石膏和废石粉多固体废弃物非煅烧法生产的高活性再生矿物掺和料及其制备方法。各组分质量掺量为：废旧砂浆粉32-60％、磨细钢渣粉15-25％、脱硫石膏4-8％、废石粉20-35％。本发明所述再生活性矿物掺和料需水量比为70-90％，可以改善混凝土的初始工作性能，活性指数为80-100％，比表面积为350-450m²/kg，具有凝结时间可调控，早期强度高，体积性能稳定等特点。

Description

一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料及其制备方法。

背景技术

当前，我国建筑垃圾年排放量超过2亿吨。随着城市建设从外延式开发到与内涵式大规模旧城改造并举，我国新建建筑施工垃圾和旧建筑拆除改造产生的建筑垃圾产生量将逐渐增多，建筑垃圾的回收利用成为了迫切解决的问题。建筑垃圾主要处理方式是填埋或堆放，占用了大量土地资源，危害环境。国内研究主要是将废旧混凝土骨料分离出来制备再生混凝土，或者磨细制备填料加固路基，但应用较少。

中国专利“利用固体废弃物再生制成的砖和方法”(授权公告号：CN102603265B)公开了一种采用氧化镁、磷酸钠、减水剂和高效复合剂与固体废渣来制备压制砖的方法，该固体废弃物利用方法直接简单，与再生混凝土制备类似，但高效复合剂、减水剂以及氧化镁、磷酸盐类固化剂的使用大大增加了其成本，同时菱镁酸盐基遇水易发生强度损失，导致压制砖质量降低，耐久性能差。中国专利“含有工业固体废弃物的蒸压加气混凝土砌块及其制备方法”(授权公告号：CN102786320B)公开了一种利用废弃物基料、氯化镁溶液、氧化镁、结合剂、双氧水以及镧系稀土和部分添加剂来制备蒸压加气混凝土的方法，该砌块具有防火、防水、防虫、容重低和强度等级高等优点，但同时因镧系稀土和添加剂的使用而带来的成本问题值得注意，与市场混凝土砌块的竞争优势不明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料及其制备方法，所述非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料活性高、比表面积大，可改善混凝土的初始工作性能，具有早期强度高、凝结时间可调控、体积性能稳定的特点；且其制备方法简单，采用非煅烧方式生产高活性的再生矿物掺和料、节能减排；本发明可实现建筑垃圾的回收利用，具有显著的经济和环保效益。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料，它由废旧砂浆粉、磨细钢渣粉、脱硫石膏和废石粉经粉磨而成，各组分所占质量百分比为：

上述方案中，所述废旧砂浆粉以废旧混凝土或砂浆制品(砌筑砂浆或抹面砂浆等)为原料，将其进行破碎，然后取粒度小于2.36mm的粉料粉磨至比表面积为350-450m²/kg，200目筛余小于10％(质量)而成。

上述方案中，所述磨细钢渣粉的比表面积为400-600m²/kg，200目筛余小于10％(质量)。

上述方案中，所述脱硫石膏为工业脱硫石膏，CaSO₄·2H₂O质量含量大于90％，200目筛余5-8％(质量)。

上述方案中，所述废石粉由大理石或石灰石等加工废料磨细至比表面积为300-400m²/kg、200目筛余小于15％(质量)而成。

上述一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料的制备方法，包括以下步骤：

1)以废旧混凝土或废旧砂浆为原料，将其进行破碎，取粒度小于2.36mm的粉料进行粉磨至比表面积为350-450m²/kg，200目筛余小于10％，得废旧砂浆粉备用；

2)将大理石或石灰石等加工废料进行粉磨，至其比表面积为300-400m²/kg、200目筛余小于15％，得废石粉；

3)按照以下质量配比称取各原料：废旧砂浆粉32-60％、磨细钢渣粉15-25％、脱硫石膏4-8％、废石粉20-35％；

4)将废石粉置于辊式磨机中，然后加入磨细钢渣粉和废旧砂浆进行混合粉磨，至出机粉料200目筛余在5-10％，比表面积为350-450m²/kg，粉磨时间为1-3h(需根据实际情况加以调整)；最后加入脱硫石膏粉磨0.5-1.0h，至出机粉料比表面积为350-450m²/kg，即得所述的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料。

本发明采用的原理为：

1.本发明所述非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料的活性激发主要表现在物理激发和化学耦合两个方面：

1)通过对废旧水泥砂浆(废弃混凝土、砌筑砂浆或抹面砂浆等分离所得)、钢渣粉、脱硫石膏和石材废料等多固体废弃物进行混合粉磨，利用机械的物理激发作用产生一定活性：将水泥砂浆、钢渣、脱硫石膏和石材废料混合粉磨后，可使得物料的比表面积增大，粉磨能量中的一部分转化为新生颗粒的内能和表面能，同时晶体的键能也发生变化，晶格能减少，在晶格能损失的位置产生位错、缺陷和重结晶，在表面形成易溶于水的非晶态晶格，水分子更容易进入复合矿物掺合料的内部，加速水化反应，提升其活性。

2)通过各粉料组分耦合的化学激发作用产生活性：废旧水泥砂浆、钢渣粉、脱硫石膏和石材废料等多固体废弃物化学组成不同，建筑砂浆中的水泥石粉中含有f-CaO、Ca(OH)₂、少量的Na⁺和玻璃态的Si-O结构等，钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料类似的硅酸二钙和少量的铝酸盐，其水解后形成水化硅酸钙和铝酸钙凝胶，并释放出大量的OH^-、Ca²⁺、Al³⁺，在水解后的OH^-、Na⁺等的激发下，建筑垃圾中水泥石粉的玻璃态的Si-O结构迅速解离，Si-O和Al-O团溶出并和钢渣释放出的离子反应生成C-A-S-H凝胶，水化物填充于原始的水化硅酸钙和铝酸钙凝胶的网络中，使整体的结构更加密实，浆体强度提高。

3)在混凝土中以矿物掺合料的形式掺入钢渣，会存在f-CaO、f-MgO等造成的混凝土安定性不良的安全隐患。钢渣中一般都含有0～3％左右的f-CaO、f-MgO等物质，将其作为原料与废旧石粉混合后，粉料粒度可进一步降低，增加f-CaO、f-MgO反应接触机率，在粉磨初期就能激发出其活性提前完成水化反应起到活性释放的作用，可以避免f-CaO、f-MgO的二次反应带来的体积稳定性问题，从而提升再生胶凝材料的整体活性和混凝土结构的稳定性。

4)脱硫石膏使掺合料在水化时形成更多的钙矾石，提高早期强度和体积稳定性，并可调控复合掺合料浆体的凝结时间。石材废料中CaCO₃微细颗粒可显著改善混凝土的和易性。

2.本发明混合粉磨工艺设计原理为：

1)废旧砂浆以城市废弃混凝土和/或砂浆制品为原料，利用颚式破碎机对废旧混凝土块进行破碎，取过2.36mm筛筛余进入辊式粉磨机粉磨，至出机粉料200目筛余小于10％。

2)由于大理石或石灰石废石材粒度均匀度差，需先利用辊式磨对其石材进行前期粉磨，将其输送到双辊式辊式磨机中粉磨，至比表面积为300-400m²/kg、200目筛余小于15％，粉磨时间为1-3h，需根据实际情况加以调整；再将磨细钢渣粉和废旧砂浆加入到辊式磨机中混合粉磨，至出机粉料200目筛余在5-10％，比表面积350-450m²/kg，粉磨时间为1-3h，需根据实际情况加以调整；最后加入脱硫石膏粉磨0.5-1.0h左右，出机粉料比表面积350-450m²/kg。

根据上述方案制备的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料，其需水量比为70-92％，活性指数为80-100％，比表面积为350-450m²/kg，水泥胶砂活性试验中3d抗压强度达到20Mpa以上，7d抗压强度满足25Mpa以上，28抗压强度满足35Mpa以上，混凝土收缩率控制在2-4×10^-4范围内。

本发明的有益效果为：

1)将工业副产品(钢渣粉、脱硫石膏、石材废料)添加到废旧砂浆粉中进行混合粉磨，制备出活性较高的再生矿物掺和料，改善了水泥制品的工作性能和早期强度，也节约了原材料成本。

2)将建筑废旧混凝土或砂浆制品分离所得水泥砂浆进行资源化利用，避免了传统废弃混凝土堆放和填埋，破碎后粒径大于2.36mm可以作为再生混凝土骨料使用，2.36mm筛余可生产本发明所述再生矿物掺和料，实现了废弃混凝土制品的全面利用，节约了自然资源，保护了环境，满足循环可持续发展的要求。

3)由于钢渣本身的潜在减活性，一方面可作为各固体废弃物的激发剂，另一方面其与石膏反应的产物具有较好的膨胀性能，可补偿混凝土的各种收缩带来的体积不稳定的问题，同时，钢渣参与粉磨后，其含有的f-CaO、f-MgO活性释放，有效避免了f-CaO、f-MgO等作为矿物掺合料时二次水化带来的安定性问题。

4)本发明的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料均为固体废弃物，来源广泛，价格低廉，且加工及生产能耗低，经济效益明显。现有的水淬渣煅烧生产成本为30元/吨，易磨性差；本再生高活性矿物掺合料生产成本为10元/吨，易磨性好。两者在生产上设备损耗差别不大，生产成本降低了2/3。

5)本发明制备的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料可部分替代水泥，也可以部分或全部替代粉煤灰、矿粉等矿物掺和料。

6)本发明制备的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料每吨约需电耗20度，而生产水淬渣矿粉的每吨电耗为80～100度，节能效果明显。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，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的实施例。

以下实施例中，如无具体说明，所述的试剂均为市售化学试剂或工业产品。

所述废旧砂浆粉以废旧混凝土或砂浆制品(砌筑砂浆或抹面砂浆等)为原料，采用颚式破碎机进行破碎，然后取粒度小于2.36mm的粉料，置于辊式粉磨机粉磨至比表面积为350-450m²/kg，200目筛余小于10％而成。

所述磨细钢渣粉为武汉钢铁厂的钢渣，比表面积为400-600m²/kg，200目筛余小于10％(质量)。

上述方案中，所述脱硫石膏为工业脱硫石膏，CaSO₄·2H₂O的质量含量大于90％，200目筛余5-8％(质量)。

上述方案中，所述废石粉由大理石或石灰石加工石材废料经辊磨机磨细至比表面积为300-400m²/kg、200目筛余小于15％而成。

实施例1

具体步骤如下：

1)以废旧混凝土为原料，利用颚式破碎机将其进行破碎，然后取粒度小于2.36mm的粉料粉磨至比表面积为350-450m²/kg，200目筛余小于10％，得废旧砂浆粉备用；

2)将大理石加工石材废料进行粉磨，至其比表面积为300-400m²/kg、200目筛余小于15％，得废石粉；

3)按上述配比称取各组分，将废石粉置于辊式磨机中，然后加入磨细钢渣粉和废旧砂浆粉加入辊式磨机中进行混合粉磨，至出机粉料200目筛余为5-10％，比表面积为350-450m²/kg，粉磨时间为1h(需根据实际情况加以调整)；最后加入脱硫石膏粉磨0.5h左右，至出机粉料比表面积为350-450m²/kg，即得所述的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料。

将本实施例制备的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料进行活性试验，结果表明其需水量比为83％，活性指数为87％，流动度比值为112％，全自动比表面积测定仪测定的比表面积为409m²/kg。

实施例2

一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料，它由废旧砂浆粉、磨细钢渣粉、脱硫石膏和废石粉经粉磨而成，各组分所占质量配比与实施例1相同，粉磨工艺大致与实施例1大致相同，不同之处在于废石粉、磨细钢渣粉和废旧砂浆粉的粉磨时间延长至3h。

将本实施例制备的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料进行活性试验，结果表明其需水量比为92％，活性指数为90％，流动度比值为105％，全自动比表面积测定仪测定的比表面积为438m²/kg。

实施例3

一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料，它由废旧砂浆粉、磨细钢渣粉、脱硫石膏和废石粉经粉磨而成，各组分所占质量配比为：

其粉磨工艺同实施例1。

将本实施例制备的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料进行活性试验，结果表明其需水量比为85％，活性指数为82％，流动度比值为115％，全自动比表面积测定仪测定的比表面积为385m²/kg。

应用例

将本发明实施例1制备的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料应用于普通硅酸盐水泥混凝土中，设置其掺量为12％(占胶凝材料质量，胶凝材料为矿物掺合料与水泥的总和)，掺加非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料所得混凝土(应用例)与普通硅酸盐水泥混凝土(对比例)的组成和配比见表1。

表1混凝土组成和配比

将掺加非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料所得混凝土(应用例)与普通硅酸盐水泥混凝土(对比例)进行性能测试，结果见表2。

表2混凝土性能测试结果

上述结果表明：本发明所述非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料活性指数高，将其应用于混凝土，可改善混凝土的初始流动性(初始工作性能)，且具有早期强度高，收缩率低(体积性能稳定)等特点。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料，其特征在于，它由废旧砂浆粉、磨细钢渣粉、脱硫石膏和废石粉经粉磨而成，各组分所占质量百分比为：废旧砂浆粉32-60％、磨细钢渣粉15-25％、脱硫石膏4-8％、废石粉20-35％。

2.根据权利要求1所述的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料，其特征在于，所述废旧砂浆粉以废旧混凝土或砂浆制品为原料，将其进行破碎，取粒度小于2.36mm的粉料粉磨至比表面积为350-450m²/kg，200目筛余小于10％而成。

3.根据权利要求1所述的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料，其特征在于，所述磨细钢渣粉的比表面积为400-600m²/kg，200目筛余小于10％。

4.根据权利要求1所述的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料，其特征在于，所述脱硫石膏为工业脱硫石膏，CaSO₄·2H₂O的质量含量大于90％，200目筛余5-8％。

5.根据权利要求1所述的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料，其特征在于，所述废石粉由大理石或石灰石加工废料磨细至比表面积为300-400m²/kg、200目筛余小于15％而成。

6.权利要求1～5任一项所述非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)以废旧混凝土或砂浆制品为原料，将其进行破碎，取粒度小于2.36mm的粉料进行粉磨至比表面积为350-450m²/kg、200目筛余小于10％，得废旧砂浆粉备用；

2)将大理石或石灰石加工石材废料进行粉磨，至其比表面积为300-400m²/kg、200目筛余小于15％，得废石粉；

3)按照以下质量配比称取各原料：废旧砂浆粉32-60％、磨细钢渣粉15-25％、脱硫石膏4-8％、废石粉3-25％；

4)将废石粉置于辊式磨机中，然后加入磨细钢渣粉和废旧砂浆粉进行混合粉磨，至出机粉料200目筛余为5-10％，比表面积为350-450m²/kg；最后加入脱硫石膏混合粉磨至出机粉料比表面积为350-450m²/kg，即得所述的非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料。