CN105800971B - 用再生混凝土破碎过程中的细粉制成的辅助性胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

用再生混凝土破碎过程中的细粉制成的辅助性胶凝材料，按照以下方法制成：（1）细粉的收集、预处理：收集再生混凝土破碎过程中的细粉，过筛，得≤150μm的细粉，干燥，得干燥细粉；（2）CO2强化处理：将干燥细粉置于温度10～40℃，相对湿度30～90%，CO2浓度≥5%的碳化箱中进行碳化处理，至细粉完全碳化为止，得辅助性胶凝材料。本发明辅助性胶凝材料制备工艺简单，成本低，以5～30%的掺量添加到水泥基材料中，可部分取代水泥，与石灰石粉相比，在相同掺量下，掺加本发明辅助性胶凝材料制得的水泥浆体的3d、7d和28d的强度均更高，可减少水泥用量高达30%，实现节能减排。

Description

用再生混凝土破碎过程中的细粉制成的辅助性胶凝材料
技术领域
本发明涉及一种辅助性胶凝材料，具体涉及一种用再生混凝土破碎过程中产生的细粉通过CO2强化制成的辅助性胶凝材料。
背景技术
随着城市化建设进程的加快，新建设和拆迁过程中产生了大量的建筑垃圾，其中废弃混凝土块所占比例高达34%以上。建筑垃圾用于生产加工再生混凝土是一种有效的建筑垃圾资源化途径。此举不仅可以为新拌混凝土提供原材料，而且还可以缓解由于建筑垃圾堆积所引起的环境问题。
再生混凝土在破碎过程中产生的粉体主要由水化的水泥浆体组成，是工地扬尘的主要来源，也会增加空气中可吸入的颗粒物含量，是一种很难处理的建筑垃圾，且在处理过程中常常会带来二次污染。
CN104045251A公开了一种二氧化碳强化再生混凝土骨料的方法，CN104876484A公开了一种低收缩再生骨料混凝土制品及其制备方法，但是，这两个技术方案中二氧化碳强化的主要对象均是再生混凝土骨料和少量附着的水泥浆体，碳化后所得的再生骨料也仅仅只能作混凝土的骨料使用。目前还没有关于利用再生混凝土在破碎过程中产生的粉体，将其制成辅助性胶凝材料的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种可显著增加水泥基材料强度，减少水泥用量，制备工艺简单，成本低的用再生混凝土破碎过程中产生的细粉制成的辅助性胶凝材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种用再生混凝土破碎过程中的细粉制成的辅助性胶凝材料，按照以下方法制成：
（1）细粉的收集、预处理：收集再生混凝土破碎过程中的细粉，过筛，得≤150μm的细粉，干燥，得干燥细粉；
（2）CO2强化处理：将步骤（1）所得干燥细粉置于温度10～40℃，相对湿度30～90%，CO2浓度≥5%的碳化箱中进行碳化处理，至细粉完全碳化为止，得辅助性胶凝材料。
进一步，步骤（1）中，所述再生混凝土破碎过程中的细粉主要含有质量百分比68～72%的C-S-H凝胶和18～22%的氢氧化钙。所述再生混凝土破碎过程中的细粉具体是指在将再生混凝土破碎成粗骨料的过程中混杂于粗骨料中的粉体，这些粉体主要成分是水泥的水化产物C-S-H凝胶和氢氧化钙。为了收集更多在破碎过程中粗骨料中混杂的细粉，优选将再生混凝土破碎至粒度≤5mm。
步骤（1）中，过筛≤150μm，以确保筛分后的粉体为水泥的水化产物C-S-H凝胶和氢氧化钙，同时筛除再生混凝土骨料。
进一步，步骤（1）中，所述过筛后细粉的粒径≤80μm。
进一步，步骤（1）中，所述干燥的温度为55～75℃，时间为20～30h。通过干燥调节粉体内部的湿度，提高粉体的碳化速度。
步骤（2）中，若所述碳化处理的温度和二氧化碳浓度过低，会降低粉体的碳化速度，若过高，会造成资源的浪费，在所述碳化处理条件下，更有利于提高粉体的碳化速度和效率。
进一步，步骤（2）中，所述碳化处理的温度为15～35℃，相对湿度为35～85%（进一步优选45～75%），CO2浓度≥20%。
进一步，步骤（2）中，细粉完全碳化的判断标准为：取5～10 mg的细粉进行差热分析，检测其中的氢氧化钙含量，当氢氧化钙质量损失的拐点消失时，即为完全碳化。
本发明的制备方法的原理为：二氧化碳与再生混凝土骨料表面附着的硬化水泥浆体中的氢氧化钙和水化硅酸钙（C-S-H）发生反应，生成碳酸钙和硅胶，反应方程式如下所示：
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O；
C-S-H+CO2→CaCO3+SiO2·nH2O。
其产物可与水泥基材料中的铝相或水化产物氢氧化钙发生反应，生成更多的水化产物，反应方程式如下所示：
CaCO3+11H2O+3CaO·Al2O3→3CaO·Al2O3·CaCO3·11H2O；
0.5CaCO3+11.5H2O+3CaO·Al2O3+0.5Ca(OH)2→3.5 CaO·Al2O3·0.5CaCO3·12H2O；
SiO2·nH2O+Ca(OH)2→CaO·SiO2·xH2O+(n+1-x) H2O。
硬化的混凝土很容易发生碳化反应，具体来说是空气中的CO2容易渗入混凝土的孔隙中，与硬化水泥浆体中的氢氧化钙和水化硅酸钙发生反应。而采用温室气体CO2强化处理再生混凝土破碎过程中的细粉正是利用了该碳化反应，将水泥浆体中发生的碳化运用到了强化措施中，实现了工业废气的有效利用。因此，将本发明辅助性胶凝材料掺加到水泥基材料中，可增加水泥后期强度，减少水泥用量，从而实现节能减排，变废为宝。
本发明的有益效果是：本发明辅助性胶凝材料的制备工艺简单，成本低，发明人研究表明，以5～30%的掺量将本发明辅助性胶凝材料添加到水泥基材料中，可和水泥基材料中的铝或水化产物氢氧化钙反应，生成更多的水化产物，该辅助性胶凝材料可部分取代水泥。与将石灰石粉作为辅助性胶凝材料相比，掺加本发明辅助性胶凝材料取代水泥制得的水泥浆体强度更高，在相同掺量下，3d强度增大了7.9～39.8%，7d强度增大了6.5～32.3%，28d强度增大了3.9～25%；并且本发明辅助性胶凝材料相对于石灰石粉，随掺加量的增加，其强度增加幅度更为明显，本发明辅助性胶凝材料掺加到水泥中，可减少水泥用量高达30%，实现节能减排。
附图说明
图1是本发明实施例1步骤（1）所得干燥细粉经CO2强化处理前后的差热图（图中，氢氧化钙质量损失的拐点在420℃左右）。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的再生混凝土破碎过程中的细粉是将某工地再生混凝土破碎至粒度≤5mm后收集所得；其它所使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
实施例1
本实施例用再生混凝土破碎过程中的细粉制成的辅助性胶凝材料，按照以下方法制成：
（1）细粉的收集、预处理：收集再生混凝土破碎过程中的细粉（主要含有质量百分比71%的C-S-H凝胶和19%的氢氧化钙），过80μm筛，得≤80μm的细粉，置于鼓风干燥箱中，于65℃下，干燥24h，得干燥细粉；
（2）CO2强化处理：将步骤（1）所得干燥细粉置于温度15℃，相对湿度45%，CO2浓度20%的碳化箱中进行碳化处理，至细粉完全碳化为止，得辅助性胶凝材料B1；所述细粉完全碳化的判断标准为：取5mg的细粉进行差热分析，检测其中的氢氧化钙含量，当氢氧化钙质量损失的拐点消失时（如图1所示），即为完全碳化。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：步骤（2）中，所述碳化处理的温度为25℃，相对湿度为60%，CO2浓度为50%，最后将辅助性胶凝材料记为B2。余同实施例1。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：步骤（2）中，所述碳化处理的温度为35℃，相对湿度为75%，CO2浓度为80%，最后将辅助性胶凝材料记为B3。余同实施例1。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于：步骤（2）中，所述碳化处理的温度为15℃，相对湿度为60%，CO2浓度为20%，最后将辅助性胶凝材料记为B4。余同实施例1。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于：步骤（2）中，所述碳化处理的温度为25℃，相对湿度为45%，CO2浓度为80%，最后将辅助性胶凝材料记为B5。余同实施例1。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于：步骤（2）中，所述碳化处理的温度为35℃，相对湿度为75%，CO2浓度为50%，最后将辅助性胶凝材料记为B6。余同实施例1。
将实施例1～6的辅助性胶凝材料B1～B6，按5～30%的掺量掺加到水泥中，检测辅助性胶凝材料B1～B6及其掺量对水泥强度的影响，详见表1。其中，水泥采用42.5纯硅酸盐水泥；制备水泥净浆水胶比为0.35；对比例中掺加机制砂筛分的石粉，再经球磨机磨细所得的500目石灰石粉；空白例中不掺加任何的辅助性胶凝材料。
参照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法测试，具体检测条件为：采用TYA-300B型微机控制恒加载试验机测试3d、7d和28d水泥净浆抗压强度。
表1实施例1～6的辅助性胶凝材料B1～B6与石灰石粉在不同掺量下对水泥强度的影响
没有掺加任何辅助性胶凝材料水泥空白例的3d、7d、28d水泥净浆抗压强度分别为42.7MPa，63.6MPa，83.8MPa。
由表1可知，与石灰石粉作为辅助性胶凝材料相比，掺加本发明实施例1～6的辅助性胶凝材料B1～B6取代部分水泥制得的水泥浆体强度均更高，在相同掺量下，3d强度增大了7.9～39.8%，7d强度增大了6.5～32.3%，28d强度增大了3.9～25%，并且本发明实施例1～6的辅助性胶凝材料相对于石灰石粉随掺加量的增加，其强度增加幅度更为明显，所以本发明实施例1～6的辅助性胶凝材料B1～B6比石灰石粉的活性更大，制得的浆体强度更高。用本发明辅助性胶凝材料取代部分水泥，可减少水泥用量，降低二氧化碳排放量，强度也不会明显降低。

Claims (2)

1.一种用再生混凝土破碎过程中的细粉制成的辅助性胶凝材料，其特征在于，按照以下方法制成：
（1）细粉的收集、预处理：收集再生混凝土破碎过程中的细粉，过筛，得≤80μm的细粉，干燥，得干燥细粉；所述再生混凝土破碎过程中的细粉主要含有质量百分比68～72%的C-S-H凝胶和18～22%的氢氧化钙；所述干燥的温度为55～75℃，时间为20～30h；
（2）CO2强化处理：将步骤（1）所得干燥细粉置于温度15～35℃，相对湿度75～85%，CO2浓度50～80%的碳化箱中进行碳化处理，至细粉完全碳化为止，得辅助性胶凝材料。
2.根据权利要求1所述用再生混凝土破碎过程中的细粉制成的辅助性胶凝材料，其特征在于：步骤（2）中，细粉完全碳化的判断标准为：取5～10 mg的细粉进行差热分析，检测其中的氢氧化钙含量，当氢氧化钙质量损失的拐点消失时，即为完全碳化。
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