CN106007419B - 一种基于建筑垃圾中再生微粉的活性激发方法 - Google Patents

一种基于建筑垃圾中再生微粉的活性激发方法 Download PDF

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Abstract

本发明创造在已有研究的基础之上，提供一种基于建筑垃圾中再生微粉的潜在活性表征和针对性的化学激发方法，以熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠四种激发组分的协效作用，针对不同来源、不同使用年限、不同部位拆除的建筑垃圾，根据其自身的元素和潜在活性进行配制不同激发剂，以达到最佳的激发效果；将激发后的再生微粉用于建材制品的生产，强度增长明显，利用价值得以提高。

Description

一种基于建筑垃圾中再生微粉的活性激发方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，是一种基于建筑垃圾的循环再利用技术，可针对建筑垃圾中再生微粉的不同组成成分进行有效的活化激发，作为生产混凝土、砂浆、砖等建材制品的原料，达到提高其利用价值的效果。
背景技术
建筑垃圾长期占用土地，在雨水、风化作用下，逐渐分解出悬浮颗粒、重金属等有害物质，污染土壤、水源和空气，影响周边居民身体健康。目前对建筑垃圾资源化的应用主要集中在破碎筛分用作骨料使用，我国多年来的学者将建筑垃圾制备再生粗、细骨料研究的比较成熟，而伴随建筑垃圾破碎过程约有15％左右的再生微粉没有得到更好的利用，造成二次污染。现有成果中仅仅是简单的将建筑垃圾破碎后作为原料取代天然砂或掺合料用于干混砂浆等非承重结构中，一者没有对建筑垃圾进行细化分类，二者没有对其中15％左右的微粉进行有针对性的活性激发，因此限制了建筑垃圾的潜在附加值。
现有技术中对建筑垃圾的再利用存在共同的问题，由于原建筑因不同使用场合、不同使用部位，不同的建筑年代下混凝土制品(粘土砖、混凝土、砌块、砂浆等)的元素组成不同，加之所使用的水泥类型不同(普硅水泥、快硬水泥、膨胀水泥等)，导致拆除后作为建筑垃圾混杂在一起，所产生的再生微粉没有经过元素分析，完全混用，不加以区别和针对性的分类进行激发，使得再利用价值低，且性能不稳定。
发明内容
由于建筑垃圾主要由废弃混凝土、废弃的砌块、废弃粘土砖、废弃砌筑(抹灰)砂浆等组成。其中废弃混凝土中所含的C-S-H(包含C3S、C2S、C3A、和C4AF)最多，因此其中包裹在硬化体中未水化的具有潜在水化活性的颗粒是建筑垃圾中最多的，因此根据其元素的XRF分析可知，硅、钙元素含量最高，铁最少，且原始水化热最高，此时激发剂应向以废弃混凝土为主的再生微粉中引入Na2SO4，使生成CaSO4，这些CaSO4能使水化硫铝酸钙迅速生成，大大加快再生微粉硬化速度。相比之下，废弃砌块，废弃砂浆、废弃砖等建筑垃圾，其自身硅、钙元素含量低于废弃混凝土，且废弃砖中铁含量也较高，因此在激发剂配制过程中，需要引入钙元素和硅元素，以弥补再生微粉中缺少的未定型的C3S以及β-C2S。
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于建筑垃圾中再生微粉的潜在活性表征和针对性的化学激发方法，以解决现有技术存在的问题。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种再生微粉的活性激发方法，具体步骤包括：
(1)首先，将含再生微粉的物料经预处理得到细度小于0.075mm的再生微粉；
(2)将步骤(1)中得到的再生微粉进行XRF元素分析及水化放热表征，确定再生微粉中的Si、Ca、Fe、Al等元素的含量比例，以及潜在水化活性的大小；
(3)根据步骤(2)中的分析结果，配制合适的激发剂与所述再生微粉混合均匀，然后向混合物料中加水或石膏中的至少一种作为辅料得到活化再生微粉。
进一步的，所述再生微粉中添加激发剂和石膏进行活化激发，其中所述再生微粉：激发剂：石膏的质量比为(20～30)：(1～7.5)：(1～3.5)。
进一步的，所述激发剂中包含熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠。
进一步的，所述含再生微粉的物料为包含可再生微粉的建筑垃圾，且所述建筑垃圾中经预处理后得到的所述细度小于0.075mm的再生微粉中的元素含量为Si元素0～60％，Ca元素0～24％，Al+Fe元素0～23％，最大水化热值区间为16～30℃。
进一步的，所述激发剂中熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠的质量比为2：(1～6)：(1～4)：(1～3)。
更进一步的，针对于所述建筑垃圾中经预处理后得到的所述细度小于0.075mm的再生微粉中的元素含量为Si元素0～40％，Ca元素0～12％，Al+Fe元素17～23％，最大水化热值区间为16～23℃的再生微粉，所述激发剂的原料配比为熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠的质量比为2：(1～2)：(2～4)：(1.5～3)。
更进一步的，针对于所述建筑垃圾中经预处理后得到的所述细度小于0.075mm的再生微粉中的元素含量为Si元素40～55％，Ca元素12～14％，Al+Fe元素8～17％，最大水化热值区间为23～27℃的再生微粉，所述激发剂的原料配比为熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠的质量比为2：(2～5.5)：(1.5～2.5)：(1～1.5)。
更进一步的，针对于所述建筑垃圾中经预处理后得到的所述细度小于0.075mm的再生微粉中的元素含量为Si元素55～60％，Ca元素14～22％，Al+Fe元素0～8％，最大水化热值区间为27～30℃的再生微粉，所述激发剂的原料配比为熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠的质量比为2：(4.5～6)：(1～1.5)：(1～2)。
进一步的，所述预处理工序的具体步骤为(1)将含再生微粉的物料通过磁选、风选、水选、人工四个工序，除去物料中的金属、木材和塑料；
(2)采用鄂破和反击破手段对含再生微粉的物料进行破碎，控制转速通过筛分，收集0.15mm标准筛以下的初级再生微粉；
(3)将步骤(2)中的初级再生微粉置于球磨机中，加入N(CH2CH2OH)3，混合均匀后，共同以200r/min的速度粉磨5min～20min，并通过激光粒度对再生微粉平均粒径进行检测，保证80％以上再生微粉粒径小于0.075mm。
进一步的，所述再生微粉与N(CH2CH2OH)3的质量比为100:(0.01～0.03)。
相对于现有技术，本发明创造所述的再生微粉的活性激发方法具有以下优势：
1、根据不同类型的建筑垃圾提取的再生微粉进行了元素和潜在水化热分析，进而有针对的进行了化学激发，避免了以往的再生微粉浪费或者直接当掺合料使用，丧失了再生微粉的更大利用价值；
2、该发明可根据原建筑构件的种类、使用年限、使用部位的不同，提供一种更为科学的再利用方法，将建筑垃圾中约15％的再生微粉的潜在活性有针对性的进行激发，效果显著，对于建筑垃圾中再生微粉的再利用也更加有指导性和实用性；
3、通过本发明配制的再生微粉比未经激发的再生微粉，用于建材制品中，效果更佳，特别是在强度增长上效果更加明显。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的再生微粉的平均粒径的激光检测图；
图2为本发明创造实施例1所述的再生微粉水化热测试曲线图；
图3为本发明创造实施例2所述的再生微粉水化热测试曲线图；
图4为本发明创造实施例3所述的再生微粉水化热测试曲线图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将结合附图及实施例来详细说明本发明创造。
本发明创造所述的再生微粉的活性激发方法基于对建筑垃圾中再生微粉进行了元素定量分析和水化热表征，以熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠四种激发剂的协效作用，针对不同来源、不同使用年限、不同部位拆除的建筑垃圾，根据其自身的元素和潜在活性进行配制不同激发剂，以达到最佳的激发效果。具体方法如下：
1、再生微粉前处理：
(1)将建筑垃圾通过磁选、风选、水选、人工四个工序，除去建筑垃圾中的金属、木材和塑料；
(2)采用鄂破+反击破对建筑垃圾进行破碎，控制转速通过筛分，收集0.15mm标准筛以下的再生微粉；
(3)将(2)中的再生微粉置于球磨机中，加入N(CH2CH2OH)3，再生微粉与N(CH2CH2OH)3的质量比为100:(0.01～0.03)，混合均匀后，共同以200r/min的速度粉磨5min～20min，通过激光粒度对再生微粉平均粒径进行检测，保证80％以上再生微粉粒径小于0.075mm，如图1所示即可。
2、再生微粉的分析表征：
将1中得到的再生微粉进行XRF元素分析及水化放热表征，以确定再生微粉中的Si、Ca、Al、Fe等元素含量比例，以及潜在水化活性大小，并将当地各种建筑垃圾的再生微粉的处理结果统计分类，然后找出最佳激发剂配比范围值(其中激发剂主要成分由熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠组成，针对不同的再生微粉，根据再生微粉自身的元素和潜在活性大小，配制的激发剂中各组分之比不同)。如表1所示为通过反复实践获得的中国天津市的各种建筑垃圾的元素及水化放热表征结果，以及与相应表征结果对应的最佳激发剂配比范围值(该表中数据涵盖中国天津市的各种建筑垃圾的元素及水化放热表征结果，可作为天津市建筑垃圾再生微粉的激发活化过程中激发剂配制时的配比参考表)。
3、根据2中的结果，按照再生微粉：激发剂的质量比为(20～30)：(1～7.5)的比例得到混合再生微粉物料。
4、向步骤3中配制好的混合物料中加水或石膏中的至少一种作为辅料得到活化再生微粉(其中若再生微粉中添加激发剂和辅料石膏进行活化激发，再生微粉：激发剂：石膏的质量比优选为(20～30)：(1～7.5)：(1～3.5))；所得到活化再生微粉可用于制备和生产各类混凝土及混凝土制品，既可当作再生胶凝材料使用，也可作为活性掺合料使用。
表1
实施例1利用再生微粉制备干混砂浆
(1)将再生微粉磨细至0.075mm达80％以上；
(2)再生微粉水化热测试曲线如图2；
(3)再生微粉XRF元素分析结果见表2；
表2
Si Ca Al+Fe K Mg
42.77％ 13.85％ 12.53％ 5.33％ 6.77％
(4)按照表1中的数据统计得到再生微粉激发配方为：再生微粉28份，Ca(OH)22份，Na2SO42.5份，泡花碱1.5份，偏铝酸钠1份，石膏3份。
(5)分别以未激发的再生微粉和激发后的再生微粉为原料对比用于设计强度为M15的干混抹灰砂浆中，配比为水泥30份，再生微粉28份，河砂270份，水55份。结果表明激发后的再生微粉用于干混抹灰砂浆的性能得以提高，具体性能指标见表3。
表3
实施例2利用再生微粉制备混凝土实心砖
(1)将再生微粉磨细至0.075mm达80％以上；
(2)再生微粉水化热测试曲线如图3；
(3)再生微粉XRF元素分析结果见表4；
表4
Si Ca Al+Fe K Mg
35.71％ 10.02％ 21.23％ 7.06％ 3.88％
(4)按照表1中的数据统计得到再生微粉激发配方：再生微粉78份，Ca(OH)24份，Na2SO43份，泡花碱6份，偏铝酸钠4.5份，石膏5.5份。
(5)分别以未激发的再生微粉和激发后的再生微粉为原料对比用于设计强度为Cc40的路面砖中，未激发组配比为水泥136.5份，再生微粉78份，河砂158份，碎石218份，选矿碎屑60份；激发组配比为水泥136.5份，再生微粉78份，Ca(OH)24份，Na2SO43份，泡花碱6份，偏铝酸钠4.5份，石膏5.5份，河砂158份，碎石218份，选矿碎屑60份。结果表明激发后的再生微粉比未激发的再生微粉用于该配比下的路面砖，28d抗压强度增长17％。
实施例3利用再生微粉制备混凝土
(1)将再生微粉磨细至0.075mm达80％以上；
(2)再生微粉水化热测试曲线如图4；
(3)再生微粉XRF元素分析结果见表5；
表5
Si Ca Al+Fe K Mg
56.30％ 21.07％ 4.81％ 3.91％ 2.72％
(4)按照表1中的数据统计得到再生微粉激发配方：再生微粉60份，Ca(OH)22.4份，Na2SO46份，泡花碱1.8份，偏铝酸钠1.2份，石膏4份。
另外，采用单一激发剂Ca(OH)2配制对比再生微粉配方为：再生微粉60份，Ca(OH)22.4份。
(5)分别用上述两种活化再生微粉为原料，用于设计强度为C30的混凝土中，配比为水泥152kg，再生微粉114kg，矿渣粉114kg，河砂750kg，碎石1080kg，水180kg。结果表明本发明激发后的再生微粉比单一激发剂激发的再生微粉用于该配比下的混凝土，强度增长11％。
因此，本发明创造在已有研究的基础之上，提供一种基于建筑垃圾中再生微粉的潜在活性表征和针对性的化学激发方法，即基于对建筑垃圾中再生微粉进行了元素定量分析和水化热表征，以熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠四种物质作为激发剂的协效作用，针对不同来源、不同使用年限、不同部位拆除的建筑垃圾，根据其自身的元素和潜在活性进行配制不同剂量激发剂，以达到最佳的激发效果，相比于只用Ca(OH)2一种激发剂简单进行碱性激发，适用的范围更广，且能够激发的具有潜在活性颗粒更多，使得再生微粉的整体再利用效果大大提高，激发后的再生微粉用于建材制品的生产，强度增长明显，利用价值得以提高；同时本发明避免了传统方法中高温煅烧的活化处理，大大节约了能源消耗，在提高激发效果的同时也降低了激发成本。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种再生微粉的活性激发方法，其特征在于：具体步骤包括：
(1)首先，将含再生微粉的物料经预处理得到细度小于0.075mm的再生微粉；
(2)将步骤(1)中得到的再生微粉进行XRF元素分析及水化放热表征，确定再生微粉中的Si、Ca、Al、Fe元素的含量比例，以及潜在水化活性的大小；
(3)根据步骤(2)中的分析结果，配制合适的激发剂与所述再生微粉混合均匀，然后向混合物料中加水或石膏中的至少一种作为辅料得到活化再生微粉；
其中，所述激发剂中包含熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠，其中所述激发剂中熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠的质量比为2：(1～6)：(1～4)：(1～3)。
2.根据权利要求1所述的再生微粉的活性激发方法，其特征在于：所述再生微粉中添加激发剂和石膏进行活化激发，其中所述再生微粉：激发剂：石膏的质量比为(20～30)：(1～7.5)：(1～3.5)。
3.根据权利要求1所述的再生微粉的活性激发方法，其特征在于：所述含再生微粉的物料为包含可再生微粉的建筑垃圾，且所述建筑垃圾中经预处理后得到的所述细度小于0.075mm的再生微粉中的元素含量为Si元素0～60％，Ca元素0～24％，Al+Fe元素0～23％，最大水化热值区间为16～30℃。
4.根据权利要求3所述的再生微粉的活性激发方法，其特征在于：针对于所述建筑垃圾中经预处理后得到的所述细度小于0.075mm的再生微粉中的元素含量为Si元素0～40％，Ca元素0～12％，Al+Fe元素17～23％，最大水化热值区间为16～23℃的再生微粉，所述激发剂的原料配比为熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠的质量比为2：(1～2)：(2～4)：(1.5～3)。
5.根据权利要求3所述的再生微粉的活性激发方法，其特征在于：针对于所述建筑垃圾中经预处理后得到的所述细度小于0.075mm的再生微粉中的元素含量为Si元素40～55％，Ca元素12～14％，Al+Fe元素8～17％，最大水化热值区间为23～27℃的再生微粉，所述激发剂的原料配比为熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠的质量比为2：(2～5.5)：(1.5～2.5)：(1～1.5)。
6.根据权利要求3所述的再生微粉的活性激发方法，其特征在于：针对于所述建筑垃圾中经预处理后得到的所述细度小于0.075mm的再生微粉中的元素含量为Si元素55～60％，Ca元素14～24％，Al+Fe元素0～8％，最大水化热值区间为27～30℃的再生微粉，所述激发剂的原料配比为熟石灰、硫酸钠、泡花碱和偏铝酸钠的质量比为2：(4.5～6)：(1～1.5)：(1～2)。
7.根据权利要求1所述的再生微粉的活性激发方法，其特征在于：所述预处理工序的具体步骤为(1)将含再生微粉的物料通过磁选、风选、水选、人工四个工序，除去物料中的金属、木材和塑料；
(2)采用鄂破和反击破手段对含再生微粉的物料进行破碎，控制转速通过筛分，收集0.15mm标准筛以下的初级再生微粉；
(3)将步骤(2)中的初级再生微粉置于球磨机中，加入N(CH2CH2OH)3，混合均匀后，共同以200r/min的速度粉磨5min～20min，并通过激光粒度对再生微粉平均粒径进行检测，保证80％以上再生微粉粒径小于0.075mm。
8.根据权利要求7所述的再生微粉的活性激发方法，其特征在于：所述再生微粉与N(CH2CH2OH)3的质量比为100:(0.01～0.03)。
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