CN110357473A - 一种碳化增强再生骨料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
一种碳化增强再生骨料及其制备方法与应用,属于建筑材料技术领域。所述方法包括以下步骤:将建筑垃圾进行破碎,得到均匀骨料颗粒;称取水泥和掺合料细粉混合均匀,得到表面包裹材料;取制备的骨料颗粒与表面包裹材料混合,放入成球机,均匀喷洒水成球,得到裹覆完成的骨料;将裹覆完成的骨料放入密闭环境或自然环境中进行预养护;然后将预养护后的骨料放入碳化装置中进行碳化处理,最终制得碳化增强再生骨料。通过本方法制备的轻骨料,可以实现骨料轻质高强,骨料筒压强度可高到13.0 MPa,高于普通轻骨料使用标准6.5 MPa,本发明生产工艺简单,资源化利用了固体废弃物,吸收固化二氧化碳,免烧,低碳环保。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种碳化增强再生骨料及其制备方法与应用。
背景技术
随着近年城市经济的高速发展,大批的建筑物建设和拆迁,必然带来大量的建筑垃圾。这些建筑垃圾长期堆放,占用大量的可利用土地,甚至会造成环境污染。另一方面,城市开发和基础设施建设,需要使用大量水泥、砂石骨料、砖等材料以及混凝土材料制品,消耗了大量不可再生产的矿产资源,破坏环境。将建筑垃圾中的砖、石子、混凝土块(占建筑垃圾80%以上)资源化利用,生产新的建筑材料,变废为宝,可解决上述问题,符合国家关于发展循环经济、保护环境的政策。
据权威统计,混凝土使用对天然骨料如砂子,卵石,碎石的消耗是所有产业中占比最大的。我国每年产生建筑垃圾据估计已经达到了几十亿吨之多。资源化利用建筑垃圾制备再生混凝土骨料及相关建材制品是解决建筑垃圾堆积,天然骨料资源短缺问题的有效途径。再生混凝土骨料的性能极大地取决于原生混凝土中骨料性能、水泥砂浆胶结材料、砂浆和骨料界面质量等因素。通常,再生混凝土骨料主要产出手段是通过机械破碎,剥离原生骨料外部砂浆,筛分出不同粒径的再生骨料。这种方式生产的骨料主要有以下两个问题,一是骨料在破碎过程中损伤,产生微裂缝,降低骨料自身力学性能,二是骨料上粘有没被完全去除的旧砂浆,旧砂浆与原骨料存在界面薄弱结构,也使其强度、压碎指标和吸水率等各种物理性能产生影响。上述问题导致再生骨料对天然骨料的替代率不高,或者降低再生骨料混凝土强度,从而限制了再生骨料的大规模应用。在老旧建筑拆除过程中产生大量的粘土砖等垃圾,制备砖骨料也是利用废弃砖块的有效路径,砖骨料密度小、质量轻,可以用作轻骨料,但其强度较低,限制了其在有较高强度轻骨料中的应用。
发明内容
解决的技术问题:针对上述技术问题,本发明提供一种碳化增强再生骨料及其制备方法与应用,制备的碳化增强再生骨料能明显提高骨料强度,并且通过本方法制备的轻骨料,可以实现骨料轻质高强,骨料筒压强度可高到13.0MPa,高于普通轻骨料使用标准6.5MPa,本发明生产工艺简单,资源化利用了固体废弃物,吸收固化二氧化碳,免烧,低碳环保。
技术方案:一种碳化增强再生骨料的制备方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一.将建筑垃圾进行破碎,得到均匀骨料颗粒;
步骤二.称取水泥和掺合料细粉混合均匀,得到表面包裹材料;
步骤三.取步骤一制备的骨料颗粒与步骤二制备的表面包裹材料混合,放入成球机,均匀喷洒水成球,得到裹覆完成的骨料;
步骤四.将裹覆完成的骨料放入密闭环境或自然环境中进行预养护;
步骤五.然后将预养护后的骨料放入碳化装置中进行碳化处理,最终制得碳化增强再生骨料。
作为优选,所述步骤一中建筑垃圾为废弃混凝土、砂浆和砖块中的至少一种。
作为优选,所述步骤一中均匀骨料颗粒的粒径为2-25mm。
作为优选,所述步骤二中掺合料细粉为粉煤灰、砖细粉和渣土中的至少一种。
作为优选,所述步骤二中称取20-100质量份水泥和0-80质量份掺合料细粉均匀混合。
作为优选,所述步骤三中取步骤一制备的70-95质量份骨料颗粒与步骤二制备的5-30质量份表面包裹材料混合,放入成球机,均匀喷洒水成球,得到裹覆完成的骨料,水与表面包裹材料的质量比为0.12-0.25。
作为优选,所述步骤四中预养护时间为3-14d。
作为优选,所述步骤五中碳化处理具体条件如下:通入二氧化碳的浓度为5-100vt.%,气压为0.01-2.0MPa,碳化时间为0.5-24h。
上述方法制备的碳化增强再生骨料。
上述碳化增强再生骨料在制备混凝土中的应用。
有益效果:1)本发明使用的主要原料为建筑垃圾,二氧化碳等,实现对这些废弃物的资源化利用。
2)本发明的技术吸收固化二氧化碳,实现了二氧化碳的永久储存,减少二氧化碳排放。
3)本发明解决了再生混凝土骨料内部损伤及表面旧砂浆导致界面问题,通过本发明技术显著增强再生骨料的强度,经该技术处理的砖骨料达到混凝土骨料的使用标准。
4)本发明作为再生骨料的生产手段,免烧,节能环保。
本发明用拆除建筑产生的石子骨料、砖骨料、砂浆骨料等作为内核,使用水泥、粉煤灰、骨料细粉、渣土粉等混合浆体在其表面包覆,形成壳层结构,提升砖骨料的力学性能。另外,为了更加显著提高骨料的强化效果,将经包裹后的骨料进行加速碳化处理,增强包覆壳层,提高再生骨料性能。
附图说明
图1为本发明所述碳化增强再生骨料的制备工艺流程图。
图2为实施例3制备的增强砖骨料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种碳化增强再生骨料的制备方法,本实施例中建筑垃圾为砖块,掺合料细粉为砖细粉。具体制备过程如下:将砖块进行破碎,得到粒径为5-16mm的均匀砖骨料颗粒。称取90质量份水泥和10质量份砖细粉混均匀,得到表面包裹材料。称取30质量份表面包裹材料和70质量份砖骨料颗粒混合,放入成球机。按照水灰比(水与表面包裹材料的质量比)为0.20称取水,向成球机料盘内喷洒水,滚动后得到裹覆完成的砖骨料。将裹覆完成的砖骨料放入密封容器下预养护,预养护时间为3d。然后将预养护后的砖骨料放入碳化装置中进行碳化处理,碳化处理所用二氧化碳的浓度为100vt.%,气压为0.2MPa,碳化时间为8h,最终制得碳化增强再生骨料。
实施例2
一种碳化增强再生骨料的制备方法,本实施例中建筑垃圾为砖块,掺合料细粉为粉煤灰。具体制备过程如下:将砖块进行破碎,得到粒径为5-16mm的均匀砖骨料颗粒。称取80质量份的水泥和20质量份的粉煤灰混合均匀,得到表面包裹材料。称取25质量份表面包裹材料和75质量份砖骨料颗粒混合,放入成球机。按照水灰比(水与表面包裹材料的质量比)为0.20称取水,向成球机料盘内喷洒水,滚动后得到裹覆完成的砖骨料。裹覆完成的砖骨料在密封容器下预养护,预养护时间为3d。然后将预养护后的砖骨料放入碳化装置中进行碳化处理,碳化处理所用二氧化碳的浓度为100vt.%,气压为0.2MPa,碳化时间为8h,最终制得碳化增强再生骨料。
实施例3
一种碳化增强再生骨料的制备方法,本实施例中建筑垃圾为砖块,掺合料细粉为粉煤灰和渣土。具体制备过程如下:将砖块进行破碎,得到粒径为5-16mm的均匀砖骨料颗粒。称取70质量份水泥、20质量份的粉煤灰及10质量份的渣土混均匀,得到表面包裹材料。称取25质量份表面包裹材料和75质量份砖骨料颗粒混合,放入成球机。按照水灰比(水与表面包裹材料的质量比)为0.18称取水,向成球机料盘内喷洒水,滚动后得到裹覆完成的砖骨料。将裹覆完成的砖骨料在密封容器下预养护,预养护时间为7d。然后将预养护后的砖骨料放入碳化装置中进行碳化处理,碳化处理所用二氧化碳的浓度为16vt.%,气压为0.1MPa,碳化时间为16h,最终制得碳化增强再生骨料,制备的碳化增强再生骨料参见图2。
实施例4
一种碳化增强再生骨料的制备方法,本实施例中建筑垃圾为废弃混凝土,掺合料细粉为粉煤灰和渣土。将废弃混凝土进行破碎,得到粒径为5-16mm的均匀石子骨料颗粒。称取80质量份的水泥和10质量份的粉煤灰以及10质量份的渣土混均匀,得到表面包裹材料。称取25质量份表面包裹材料和75质量份石子骨料颗粒,放入成球机。按照水灰比(水与表面包裹材料的质量比)为0.18称取水,向成球机料盘内喷洒水,滚动后得到裹覆完成的石子骨料,骨料包裹层厚度为1-2.5mm。将裹覆完成的石子骨料放入室内自然环境下预养护,预养护的时间为3d。然后将预养护后的石子骨料放入碳化装置中进行碳化处理,碳化处理所用二氧化碳的浓度为18vt.%,气压为0.5MPa,碳化时间为12h,最终制得碳化增强再生骨料。
实施例5
一种碳化增强再生骨料的制备方法,本实施例中建筑垃圾为砂浆,掺合料细粉为粉煤灰和砖细粉。将砂浆进行破碎,得到粒径为2-25mm的均匀骨料颗粒。称取100质量份的水泥和40质量份的粉煤灰以及40质量份的砖细粉混均匀,得到表面包裹材料。称取5质量份表面包裹材料和70质量份骨料颗粒,放入成球机。按照水灰比(水与表面包裹材料的质量比)为0.12称取水,向成球机料盘内喷洒水,滚动后得到裹覆完成的骨料,骨料包裹层厚度为1-2.5mm。将裹覆完成的石子骨料放入室内自然环境下预养护,预养护的时间为3d。然后将预养护后的石子骨料放入碳化装置中进行碳化处理,碳化处理所用二氧化碳的浓度为5vt.%,气压为2MPa,碳化时间为24h,最终制得碳化增强再生骨料。
实施例6
一种碳化增强再生骨料的制备方法,本实施例中建筑垃圾为废弃混凝土、砂浆和砖块(三者质量比为1:1:1)。将废弃混凝土、砂浆和砖块进行破碎,得到粒径为2-25mm的均匀骨料颗粒。称取100质量份的水泥混均匀,得到表面包裹材料。称取30质量份表面包裹材料和95质量份骨料颗粒,放入成球机。按照水灰比(水与表面包裹材料的质量比)为0.25称取水,向成球机料盘内喷洒水,滚动后得到裹覆完成的骨料,骨料包裹层厚度为1-2.5mm。将裹覆完成的石子骨料放入室内自然环境下预养护,预养护的时间为14d。然后将预养护后的石子骨料放入碳化装置中进行碳化处理,碳化处理所用二氧化碳的浓度为99.9vt.%,气压为0.01MPa,碳化时间为0.5h,最终制得碳化增强再生骨料。
对比例1
普通再生砖骨料,砖骨料为破碎成5-16mm的砖骨料。
对比例2
表面包裹砖骨料,本对比例中建筑垃圾为砖块,掺合料细粉为粉煤灰。将砖块进行破碎,得到粒径为5-16mm的均匀砖骨料颗粒。称取80质量份的水泥和20质量份的粉煤灰混合作为表面包裹材料。称取25质量份表面包裹材料、75质量份砖骨料颗粒混合,放入成球机。按照水灰比(水与表面包裹材料的质量比)为0.20称取水,向成球机料盘内喷洒水,滚动后得到裹覆完成的砖骨料。
对比例3
普通再生石子骨料,将混凝土破碎并筛分出5-16mm的石子骨料。
对实施例1-3及对比例1和对比例2制备的骨料进行性能测试,具体测试结果参见下表1。
表1实施例1-3及对比例1和对比例2制备的骨料的性能
从上表可以看出,与对比例1和对比例2相比,实施例1-3中制备的经过表面包裹和碳化增强的再生砖骨料的强度得到了大幅度的提高,根据砂石骨料使用标准GB/T 14685-2011,原生砖骨料强度低,压碎值为24.24%,属于Ⅲ级骨料,而经过碳化增强之后,得到的骨料压碎值降低至16.02%,可以作为Ⅱ级骨料使用。
对实施例4及对比例3制备的骨料进行性能测试,测试结果参见下表2。
表2碳化增强石子骨料的性能
从表2中可知,实施例4的碳化增强表面包裹石子骨料的压碎指标比对比例3中石子骨料的压碎指标低5.21%,根据砂石骨料使用标准GB/T 14685-2011,石子骨料未处理前属于Ⅱ级骨料,而经过碳化增强后达到了I级骨料标准。
骨料在单点受力后,当载荷为达到破坏极限时,会以此受力点开始出现裂纹并且沿骨料内部扩展,裂纹会随着骨料承载的压力而逐渐扩张,骨料发生部分剥落甚至完全破碎。包壳改变了骨料的破碎模式,包壳骨料(即表面包裹混合料的骨料)在外部承受载荷时会向整个壳面传递力,也即整个壳层受力,从而提高骨料整理的受力性能。
吸水率是评判骨料抗渗性的一个重要标准。从表1中可以看出在经过包壳处理后,骨料出现了明显的吸水率降低现象。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段,还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳化增强再生骨料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤一.将建筑垃圾进行破碎,得到均匀骨料颗粒;
步骤二.称取水泥和掺合料细粉混合均匀,得到表面包裹材料;
步骤三.取步骤一制备的骨料颗粒与步骤二制备的表面包裹材料混合,放入成球机,均匀喷洒水成球,得到裹覆完成的骨料;
步骤四.将裹覆完成的骨料放入密闭环境或自然环境中进行预养护;
步骤五.然后将预养护后的骨料放入碳化装置中进行碳化处理,最终制得碳化增强再生骨料。
2.根据权利要求1所述的一种碳化增强再生骨料的制备方法,其特征在于,所述步骤一中建筑垃圾为废弃混凝土、砂浆和砖块中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种碳化增强再生骨料的制备方法,其特征在于,所述步骤一中均匀骨料颗粒的粒径为2-25 mm。
4.根据权利要求1所述的一种碳化增强再生骨料的制备方法,其特征在于,所述步骤二中掺合料细粉为粉煤灰、砖细粉和渣土中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种碳化增强再生骨料的制备方法,其特征在于,所述步骤二中称取20-100质量份水泥和0-80质量份掺合料细粉均匀混合。
6.根据权利要求1所述的一种碳化增强再生骨料的制备方法,其特征在于,所述步骤三中取步骤一制备的70-95质量份骨料颗粒与步骤二制备的5-30质量份表面包裹材料混合,放入成球机,均匀喷洒水成球,得到裹覆完成的骨料,水与表面包裹材料的质量比为0.12-0.25。
7.根据权利要求1所述的一种碳化增强再生骨料的制备方法,其特征在于,所述步骤四中预养护时间为3-14 d。
8.根据权利要求1所述的一种碳化增强再生骨料的制备方法,其特征在于,所述步骤五中碳化处理具体条件如下:通入二氧化碳的浓度为5-100 vt.%,气压为0.01-2.0 MPa,碳化时间为0.5-24 h。
9.权利要求1~8中任一所述的方法制备的碳化增强再生骨料。
10.权利要求9所述碳化增强再生骨料在制备混凝土中的应用。
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