CN108585758A

CN108585758A - 煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料及其制备方法

Info

Publication number: CN108585758A
Application number: CN201810596835.6A
Authority: CN
Inventors: 张立明; 李佳; 詹钦鹏; 赖明钰; 叶红乐; 张轩图
Original assignee: Nanchang Institute of Technology
Current assignee: Nanchang Institute of Technology
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2018-09-28

Abstract

本发明公开了一种煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其包括混合均匀的具有以下质量含量的各组分：93％～97％的再生混凝土集料、0.9％～2.6％的氧化镁、0.4％～1.5％的煤渣粉、1.2％～2.9％的氯化镁、以及0.3％～0.5％的抗水添加剂。本发明还公开了上述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的制备方法。本发明的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料具有取材便利、节能环保的特点，是一种新型的建筑材料；其大量利用废弃混凝土、煤渣、水氯镁石等固体废弃物，可解决废弃混凝土、煤渣造成的环保及占有土地问题以及缓解日益短缺的砂石和水泥资源，且扩大了氯氧镁水泥的应用范围，具有深远的影响和广阔的应用前景；并且其无侧限抗压强度满足规范要求，能加快施工的进度。

Description

煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体来讲，涉及一种煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料及其制备方法。

背景技术

每年，我国基础设施建设需要数千亿吨的砂石材料，造成“青山挂白、河水泛黄”，严重影响我国的环境，同时砂石资源是不可再生的，为了保护环境和有限的砂石资源，迫切需要使用其他材料代替砂石资源。同时，我国每年有数亿吨的废弃混凝土露天堆放，即污染环境又占用大量的土地资源；因此废弃混凝土再生利用成为我国的研究重点，以有效缓解天然集料短缺的压力及混凝土废弃物对环境污染问题。

我国有数亿吨的煤渣露天堆放，目前仅有部分用于制砖、铺路和水泥混合材，但其利用率低；因此，亟需提高其利用率和利用价值。

与此同时，氯化镁是盐湖提钾后或海盐化工的产品。据计算，2015年仅青海盐湖地区提钾后的副产物水氯镁石多达3000万吨；巨量的副产物水氯镁石已对盐湖资源综合利用和盐湖生态环境产生不利的影响。

综上，如何将废弃混凝土、煤渣及副产氯化镁回收再利用、以及如何寻找砂石材料的替代品成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其包括混合均匀的具有以下质量含量的各组分：

进一步地，所述再生混凝土集料由废弃混凝土集料经破碎、除筋、分拣、筛分、清洗、干燥获得。

进一步地，所述再生混凝土集料由质量百分数为20％～40％的粒径为0.075mm～5mm的米砂、质量百分数为20％～35％的粒径为5mm～13mm的瓜子片、质量百分数为23％～40％的粒径为13mm～25mm的小碎以及质量百分数为5％～10％的粒径为25mm～40mm的中碎组成。

进一步地，所述煤渣粉由煤渣经破碎、烘干、研磨后过45μm负压筛获得。

进一步地，所述氧化镁为纯度不低于80％的轻质氧化镁粉，且所述氧化镁的比表面积为2.1m²/kg～2.3m²/kg。

进一步地，所述氯化镁为工业氯化镁和/或水氯镁石。

进一步地，所述抗水添加剂选自磷酸钠、硫酸亚铁、硫酸镁、明矾中的至少一种。

进一步地，所述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的三天无侧限抗压强度至少为5.6MPa，七天无侧限抗压强度至少为6.0MPa。

本发明还提供了如上任一所述的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的制备方法，将下述质量含量的各组分混合均匀即可：

进一步地，所述制备方法还包括向所述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料中添加水进行拌合；其中，水的质量为所述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的9.6％～12.8％。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过研究发现：将废弃混凝土破碎加工成性能符合规范要求的再生混凝土集料；由此，本发明利用该再生混凝土集料替代现有技术中的普通天然材料，可有效缓解天然骨料短缺的压力及混凝土废弃物对环境污染问题，是保证社会可持续发展的有效措施之一；

(2)本发明通过研究发现：煤渣经过破碎、烘干、研磨45min后过45μm负压筛后得到煤渣粉，得到的煤渣粉其火山灰活性优于Ⅱ级粉煤灰；由此，本发明利用煤渣粉替代现有技术中的矿物掺合料，可解决煤渣占地并污染环境的问题，提升煤渣的利用价值，可缓解矿物掺合料短缺的现状；

(3)本发明通过特定配比的氯化镁和氧化镁以形成氯氧镁水泥，实现了节能减排，可解决盐湖地区的“镁害”，提高钾肥的产量，节约耕地，同时也扩大了氯氧镁水泥的应用范围；

(4)本发明的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料具有取材便利、节能环保的特点，是一种新型的建筑材料；该材料可以大量利用废弃混凝土、煤渣、水氯镁石等固体废弃物，可解决废弃混凝土、煤渣造成的环保及占有土地问题以及缓解日益短缺的砂石和水泥资源，并扩大了氯氧镁水泥的应用范围，本发明具有深远的影响和广阔的应用前景；

(5)通过实际工程证明，本发明的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的无侧限抗压强度满足规范要求，且能加快施工的进度。

具体实施方式

以下，将来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

本发明提供了一种煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其包括混合均匀的具有以下质量含量的各组分：

具体来讲，再生混凝土集料是由废弃混凝土集料经破碎、除筋、分拣、筛分、清洗、干燥而获得的，该再生混凝土集料具有如表1所示的组成。

表1再生混凝土集料的组成

值得说明的是，在确定上述再生混凝土集料的具体组成时，具体需根据最终获得的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的成型方法(击实或振动)试验及无侧限抗压强度的要求，来选定最佳的配比。

进一步地，上述废弃混凝土集料包括挖除混凝土面板、废弃的房屋建筑或桥梁构件、混凝土试块和构件等废弃混凝土中的一种或几种；并且，本发明所述再生混凝土集料根据《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)的级配要求，要求其压碎值不超过30％。

更为具体地，煤渣粉是由煤渣经破碎、烘干、研磨后过45μm负压筛获得的；氧化镁为纯度不低于80％的轻质氧化镁粉，且其比表面积为2.1m²/kg～2.3m²/kg；氯化镁可以是工业氯化镁和/或水氯镁石；且抗水添加剂选自磷酸钠、硫酸亚铁、硫酸镁、明矾中的至少一种。

本发明提供的上述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的三天无侧限抗压强度至少为5.6MPa，七天无侧限抗压强度至少为6.0MPa；当在未进行工程试验时，一般还需测定二十八天的相应性能，其二十八天无侧限抗压强度至少为6.9MPa，其满足公路使用功能的要求。

根据本发明的上述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的制备方法工艺简单，易于配制，仅需将上述质量含量的各组分混合均匀。

本领域技术人员所理解的是，对于水泥混凝土类产品来讲，其产品既可以是上述描述的干粉(块)状，又可以是经水拌合后所形成的状态，一般来讲，只有通过水拌合后，方可测定该水泥混凝土产品的相关性能；为此，本发明上述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料即在与水拌合时，其中氧化镁、氯化镁及抗水添加剂即可形成氯氧镁水泥，表现出较传统的硅酸盐水泥更优异的性能。与此同时，对于氯氧镁水泥来说，其拌合水的用量(即水与氧化镁和/或氯化镁的相对用量，俗称水灰比)对于最终产品性能的影响重大；为此，针对本发明的上述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，一般通过振动试验确定优选向其中添加质量为煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料质量的9.6％～12.8％的水进行拌合，以使其表现出优异的使用效果。

以下将通过具体的实施例来说明本发明上述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料及其制备方法和应用性能，但本领域技术人员将理解的是，下述实施例仅是本发明的具体示例，不同于限制其全部技术方案。

实施例1

首先，按下述工艺生产再生混凝土集料。

具体来讲，将废弃的水泥混凝土路面板、拆除建筑物的构件、废弃的水泥混凝土试块等集中回收；将回收的废弃混凝土依次进行一次破碎、除筋、二次破碎、通过筛分得到所需粒径范围的再生混凝土集料；所获得的再生混凝土集料通过下列筛孔的质量百分数如表2所示。

表2再生混凝土集料通过各筛孔的含量

所得再生混凝土集料的压碎值为22.6％，表观密度为2.69g/cm³。

将上述表2中筛分结果按13.4％米砂、39.2％瓜子片、33.5％小碎、13.9％中碎的质量比混合，获得再生混凝土集料。

然后，采用表3所列指标的煤渣粉。

表3煤渣粉指标

最后，按氧化镁、煤渣粉、氯化镁、抗水添加剂、再生混凝土集料的质量比为0.96:0.45:1.24:0.35:97混合各成分即可。

在本实施例中，抗水添加剂具体为质量比为2:3:2的磷酸钠、硫酸镁和明矾的混合物；氧化镁为纯度不低于80％的轻质氧化镁粉，且其比表面积为2.1m²/kg～2.3m²/kg；氯化镁为工业氯化镁。

为了验证上述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的使用性能，通过振动试验确定的最大干密度以及最佳含水量，向其中添加煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的9.62％的自来水进行拌合，分别测定其3d、7d和28d龄期的无侧限抗压强度分别为5.85MPa、6.17MPa和7.54MPa。

实施例2

首先，按下述工艺生产再生混凝土集料。

具体来讲，将废弃的水泥混凝土路面板、拆除建筑物的构件、废弃的水泥混凝土试块等集中回收；将回收的废弃混凝土依次进行一次破碎、除筋、二次破碎、通过筛分得到所需粒径范围的再生混凝土集料；所获得的再生混凝土集料通过下列筛孔的质量百分数如表4所示。

表4再生混凝土集料通过各筛孔的含量

所得再生混凝土集料的压碎值为24.6％，表观密度为2.72g/cm³。

将上述表4中筛分结果按16.6％米砂、37.7％瓜子片、25.6％小碎、20.1％中碎的质量比混合，获得再生混凝土集料。

然后，采用如实施例1中表3所列指标的煤渣粉、氧化镁，将其与抗水添加剂、再生混凝土集料按照与实施例1中相同的质量比混合即可。

在本实施例中，抗水添加剂具体为质量比为2:1:1的磷酸钠、硫酸亚铁和明矾的混合物；氧化镁为纯度不低于80％的轻质氧化镁粉，且其比表面积为2.1m²/kg～2.3m²/kg；氯化镁为水氯镁石。

为了验证上述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的使用性能，通过振动试验确定的最大干密度以及最佳含水量，向其中添加煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的10.24％的自来水进行拌合，分别测定其3d、7d和28d龄期的无侧限抗压强度分别为5.63MPa、6.07MPa和6.94MPa。

实施例3

在实施例3的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例3与实施例1的不同之处在于，以质量比为1:1:2的磷酸钠、硫酸亚铁和明矾的混合物作为抗水添加剂，并且按照氧化镁、煤渣粉、氯化镁、抗水添加剂、再生混凝土集料的质量比为1.22:0.50:1.88:0.40:96混合各物质；其余参照实施例1所述，获得本实施例的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料。

采用同实施例1中相同的测定方法对本实施例的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的使用性能进行了测定。通过振动试验确定的最大干密度以及最佳含水量，向其中添加煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的10.68％的自来水进行拌合，分别测定其3d、7d和28d龄期的无侧限抗压强度分别为6.14MPa、6.83MPa和8.38MPa。

实施例4

在实施例4的描述中，与实施例2的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例2的不同之处。实施例4与实施例2的不同之处在于，以质量比为3:4:2的磷酸钠、硫酸亚铁和明矾的混合物作为抗水添加剂，并且按照氧化镁、煤渣粉、氯化镁、抗水添加剂、再生混凝土集料的质量比为1.22:0.50:1.88:0.40:96混合各物质；其余参照实施例2所述，获得本实施例的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料。

采用同实施例2中相同的测定方法对本实施例的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的使用性能进行了测定。通过振动试验确定的最大干密度(2.02g/cm³)以及最佳含水量，向其中添加煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的11.05％的自来水进行拌合，分别测定其3d、7d和28d龄期的无侧限抗压强度分别为5.88MPa、6.33MPa和7.56MPa。

实施例5

在实施例5的描述中，与实施例2的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例2的不同之处。实施例5与实施例2的不同之处在于，以质量比为1:3的磷酸钠和硫酸亚铁的混合物作为抗水添加剂，并且按照氧化镁、煤渣粉、氯化镁、抗水添加剂、再生混凝土集料的质量比为1.60:1.05:1.90:0.45:95混合各物质；其余参照实施例2所述，获得本实施例的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料。

采用同实施例2中相同的测定方法对本实施例的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的使用性能进行了测定。通过振动试验确定的最大干密度以及最佳含水量，向其中添加煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的11.81％的自来水进行拌合，分别测定其3d、7d和28d龄期的无侧限抗压强度分别为6.56MPa、7.64MPa和9.13MPa。

实施例6

在实施例6的描述中，与实施例2的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例2的不同之处。实施例6与实施例2的不同之处在于，以硫酸亚铁作为抗水添加剂，并且按照氧化镁、煤渣粉、氯化镁、抗水添加剂、再生混凝土集料的质量比为1.92:1.50:2.08:0.50:94混合各物质；其余参照实施例2所述，获得本实施例的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料。

采用同实施例2中相同的测定方法对本实施例的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的使用性能进行了测定。通过振动试验确定的最大干密度以及最佳含水量，向其中添加煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的11.78％的自来水进行拌合，分别测定其3d、7d和28d龄期的无侧限抗压强度分别为7.94MPa、8.82MPa和10.26MPa。

实施例7

本实施例为工程试验，设计标准为二级公路。

本实施例同样实施例1所述的工艺加工废弃水泥混凝土面板，以获得再生混凝土集料；所获得的再生混凝土集料通过下列筛孔的质量百分数如表5所示。

表5再生混凝土集料通过各筛孔的含量

所得再生混凝土集料的压碎值为20.8％，表观密度为2.23g/cm³。

将上述表5中筛分结果按40％米砂、29％瓜子片、10％小碎、21％中碎的质量比混合，获得再生混凝土集料。

采用氯化镁、氧化镁和煤渣粉(SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃的总质量百分数不低于70％，且烧失量不低于10％)制备掺煤渣粉氯氧镁水泥再生混凝土集料。

在本工程试验中，煤渣粉氯氧镁水泥再生混凝土集料采用下列两组配比：

第1组：按氧化镁、煤渣粉、氯化镁、抗水添加剂、再生混凝土集料的质量比为1.28:0.80:1.52:0.40:96混合各成分；通过振动成型，其最大干密度为1.98g/cm³，最佳含水率为11.5％，向其中添加煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的12.0％的自来水进行拌合；其试件3d和7d龄期的无侧限抗压强度分别为5.68MPa、6.19MPa，试验路段实测弯沉值为11×10^-2mm～19×10^-2mm(BZZ-100)。

第2组：按氧化镁、煤渣粉、氯化镁、抗水添加剂、再生混凝土集料的质量比为1.60:1.05:1.90:0.45:95混合各成分；通过振动成型，其最大干密度为1.79g/cm³，最佳含水率为12.1％，向其中添加煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的12.6％的自来水进行拌合；其试件3d和7d龄期的无侧限抗压强度分别为6.26MPa、7.42MPa，试验路段实测弯沉值为6×10^-2mm～13×10^-2mm(BZZ-100)。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims

1.一种煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其特征在于，包括混合均匀的具有以下质量含量的各组分：

2.根据权利要求1所述的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其特征在于，所述再生混凝土集料由废弃混凝土集料经破碎、除筋、分拣、筛分、清洗、干燥获得。

3.根据权利要求2所述的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其特征在于，所述再生混凝土集料由质量百分数为20％～40％的粒径为0.075mm～5mm的米砂、质量百分数为20％～35％的粒径为5mm～13mm的瓜子片、质量百分数为23％～40％的粒径为13mm～25mm的小碎以及质量百分数为5％～10％的粒径为25mm～40mm的中碎组成。

4.根据权利要求1所述的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其特征在于，所述煤渣粉由煤渣经破碎、烘干、研磨后过45μm负压筛获得。

5.根据权利要求1所述的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其特征在于，所述氧化镁为纯度不低于80％的轻质氧化镁粉，且所述氧化镁的比表面积为2.1m²/kg～2.3m²/kg。

6.根据权利要求1所述的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其特征在于，所述氯化镁为工业氯化镁和/或水氯镁石。

7.根据权利要求1所述的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其特征在于，所述抗水添加剂选自磷酸钠、硫酸亚铁、硫酸镁、明矾中的至少一种。

8.根据权利要求1-7任一所述的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料，其特征在于，所述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的三天无侧限抗压强度至少为5.6MPa，七天无侧限抗压强度至少为6.0MPa。

9.一种如权利要求1-8任一所述的煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的制备方法，其特征在于，将下述质量含量的各组分混合均匀即可：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括向所述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料中添加水进行拌合；其中，水的质量为所述煤渣粉氯氧镁水泥稳定再生混凝土集料的质量的9.6％～12.8％。