CN110386769A - 一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法和应用。该复合掺合料按重量份数计,包括以下组分:搅拌站废渣60‑70份、炉渣10‑30份、水渣10‑30份、钢渣10‑15份。其制备为:(1)搅拌站废渣预处理;(2)预处理后的搅拌站废渣采用800‑900℃的热风顺流式烘干,水渣采用150℃‑300℃烘干;(3)钢渣、炉渣和步骤(2)烘干后的搅拌站废渣和水渣加入复合改性剂进行粉磨即可。制备所得的复合掺合料符合I级复合掺合料的标准要求,可实现废渣的高附加值应用,配制的混凝土的工作性能、力学性能都满足设计要求,可实现了混凝土绿色生产。

Description

一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于建筑材料领域,具体涉及一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法和应用。
背景技术
据不完全统计,2017年我国预拌混凝土总产量为22.98亿m3,而每生产1m3混凝土平均会产生搅拌站废渣0.04吨,初步估算全国每年将处理搅拌站废渣的量将超过9000万吨。对这些数量巨大的废渣进行管理、运输和安置也将花费巨大的人力、物力和财力。因此,为了减少环境污染,降低废弃物处理成本,我们急需寻找一种高效利用搅拌站废渣的高效处理方法。
目前对于搅拌站废渣的主要处理方法有:1.搅拌站废渣运送到环卫部门指定地点进行堆放或掩埋,这种方法极其简单粗暴,强碱性的搅拌站废渣对生态环境会造成巨大的负面影响。2.将废渣直接生产混凝土,如以4%~8%的废渣取代粉煤灰生产C30以下低标号混凝土,但废渣消耗量小,经济附加值不高,且对混凝土力学性能和工作性能的负面影响大,在质量保证和控制有很高的不确定性。3.将废渣应用于生产砌块和免烧砖,但砌块和砖应用范围较窄,吸纳废渣有限。4.将废渣破碎作为再生骨料,但制备骨料品质较低,只能生产C20以下混凝土。5.将废渣进行破碎和筛分,筛分后一部分大粒径废渣可作为路基填料,研磨得到废渣粉,可作为混凝土掺合料使用;掺合料是混凝土的重要组分,此方法具有广阔的应用前景,但搅拌站废渣大部分已经水化,单独粉磨活性较低,导致其利用率不高,只能应用于低标号混凝土;废渣过滤中有很多超细粉体,含水较高,单独粉磨易粘球;废渣磨细后需水量比较高,会影响混凝土的流动性。
目前绿色优质混凝土掺合料日益稀缺,如何实现搅拌站废渣的回收再利用,研制开发一种基于搅拌站废渣的复合掺合料,并促使其应用于实际生产中,具有良好的社会效益、生态效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法和应用,该复合掺合料符合I级复合掺合料的标准要求,配制的混凝土的工作性能、力学性能都满足设计要求,可实现了混凝土的绿色生产。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料,按重量份计,包括以下组分:搅拌站废渣60-70份、炉渣10-30份、水渣10-30份、钢渣10-15份。
按上述方案,搅拌站废渣中,烧失量≤20%,CaO质量百分含量比≥20wt%,SiO2质量百分含量比≥30wt%,Al2O3质量百分含量比≥8wt%。
按上述方案,炉渣为电厂燃煤锅炉废渣,其中烧失量≤2%,SiO2质量百分含量比≥50wt%,Al2O3质量百分含量比≥20wt%。
按上述方案,水渣为冶炼生铁时从高炉中排出的废渣,CaO质量百分含量比≥30wt%、Al2O3质量百分含量比≥10wt%,SiO2质量百分含量比≥20wt%。
按上述方案,钢渣为炼钢时所得的含硅酸盐、铁铝酸盐废渣,其中钢渣经过热闷工艺处理,CaO质量百分含量比≥40wt%,SiO2质量百分含量比≥10wt%,MgO质量百分含量比≤10wt%。
一种上述基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料的制备方法,包括以下步骤:
(1)搅拌站废渣进行预处理;
(2)步骤(1)中预处理后的搅拌站废渣采用800-900℃的热风顺流式烘干;水渣采用150-300℃普通烘干;
(3)按质量份数计,将10-15份钢渣、10-30份炉渣和步骤(2)得到的分别烘干的60-70份搅拌站废渣和10-30份水渣用球磨机粉磨,粉磨过程中加入复合改性剂,粉磨结束后即得基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料;所述复合改性剂由助磨剂、分散剂和激发剂组成。
按上述方案,步骤(1)中预处理为:搅拌站废渣经过晾晒,其中控制其含水率<15%,初筛出杂物,将大块进行破碎处理得到大于5mm大颗粒作为再生骨料,≤5mm的颗粒入库进行均化处理即得预处理后的搅拌站废渣。
按上述方案,步骤(2)中烘干后,水渣含水率控制在1%~3%,搅拌站废渣含水率控制在1.5%~4%。
按上述方案,步骤(3)中球磨机的研磨体的尺寸分别为φ100mm、φ70mm、φ50mm、φ30mm、φ15mm和其级配依次为15%、15%、25%、30%和15%。
按上述方案,复合改性剂中按重量份计,助磨剂为(3-6)份,分散剂为(2-3)份,激发剂为(2-3)份。
按上述方案,助磨剂为三乙醇胺、丙酮、六偏磷酸钠的混合物;分散剂为聚丙烯酸钠,分子量为2000-5000;激发剂为CaCl2和CaSO4
按上述方案,复合改性剂加入量按质量比计为步骤(3)中粉磨原料总质量的0.1-0.3wt%。其中步骤(3)中粉磨原料是指钢渣、炉渣和步骤(2)得到的分别烘干的搅拌站废渣和水渣。
按上述方案,粉磨时间为15-45min。
一种混凝土,上述基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料50-100%等质量替代矿粉和/或粉煤灰。
一种C20或C30混凝土,上述基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料50-100%等质量替代粉煤灰和/或5-30%等质量替代水泥。
本发明提供一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料,该复合掺合料包括搅拌站废渣、水渣、炉渣和钢渣,其45μm筛余、流动度比、活性指数、90d与28d抗压强度比、氯离子含量都符合I级复合掺合料的标准要求,可配置C20-C80不同强度等级的混凝土,并且混凝土的工作性能、力学性能都满足设计要求。
本发明提供制备基于搅拌站废渣的复合掺合料的方法,搅拌站废渣采用顺流式烘干机进行高温烘干,使搅拌站废渣中的C-S-H、CaCO3、Ca(OH)2在高温状态进行晶格调整,形成较高的水化活性β-C2S和f-CaO。在粉磨过程中,搅拌站废渣、水渣、炉渣和钢渣之间可实现相互配合,相互促进;搅拌站废渣单独粉磨时易粘球,通过加入水渣、炉渣和钢渣可以改善搅拌站废渣粘球的问题,其中炉渣的层状结构可以吸附搅拌站废渣的微细颗粒,使微细颗粒不易粘结吸附在钢球上,而水渣和钢渣质地坚硬,在粉磨过程中起到了物料之间相互挤压的作用,增加搅拌站废渣的易碎性,减少粉磨粘球,从而提升粉磨效率。同时炉渣、水渣、钢渣中有大量不定形态的SiO2可增高复合掺合料的整体活性。此外,复合改性剂的加入,进一步增强了废渣颗粒之间的分散性,提高了粉磨效率,也提高了复合掺合料的整体活性。
本发明的有益效果为:
1.本发明提供的基于搅拌站废渣的复合掺合料包括搅拌站废渣、水渣、炉渣和钢渣,符合I级复合掺合料的标准要求,该复合掺合料可实现搅拌站废渣、电厂炉渣、钢厂水渣、钢渣多种工业固体废弃物协同处置和综合利用,具有低碳环保减废的特性。
2.本发明提供的复合掺合料可大比例替代C20-C80不同强度等级混凝土中的矿粉和粉煤灰,对于低标号混凝土,该复合掺合料还可部分替代水泥,配制得到的混凝土的工作性能、力学性能都满足设计要求,可实现了混凝土绿色生产。
3.本发明提供的基于搅拌站废渣的复合掺合料制备方法中,粉磨过程中搅拌站废渣颗粒之间的分散性好,明显改善了其粘球问题,粉磨效率高,制备得到的复合掺合料整体活性好,符合I级复合掺合料的标准要求。
附图说明
图1为本发明实施例中基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料生产工艺流程图。
具体实施方式
为更好地理解本发明,下面实施例对本发明作进一步的描述。但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中所用原料如下:
搅拌站废渣为退废混凝土经砂石分离机分离处理后将砂、石等骨料分离出来,将剩余的混凝土浆则进入三级沉淀系统,逐级沉淀后得到回收水和沉淀浆体经过压滤机压滤后形成废渣,其中压滤后可得粒径≤20mm的搅拌站废渣,其中含水率为35wt%,烧失量为15%,CaO质量百分含量比为29wt%,SiO2质量百分含量比为36wt%、Al2O3质量百分含量比为11wt%。
炉渣为电厂燃煤锅炉废渣,其中含水率小于1%;烧失量小于2%,SiO2质量百分含量比为63wt%、Al2O3质量百分含量比为21wt%。
水渣为冶炼生铁时从高炉中排出的废渣,颗粒粒径小于5mm,含水率小于20%,CaO质量百分含量比为39wt%、Al2O3质量百分含量比为14wt%,SiO2质量百分含量比为32wt%。
钢渣为炼钢时所得的含硅酸盐、铁铝酸盐的废渣,其中钢渣经过热闷工艺处理,颗粒粒径小于5mm,含水率小于3%,CaO质量百分含量比为52wt%,SiO2质量百分含量比15wt%,MgO质量百分含量比为8wt%。
水泥为华新P·O42.5普通硅酸盐水泥;
细骨料为符合砂石标准的江砂和机制砂;
粗骨料为5-25mm连续级配碎石;
粉煤灰为I级粉煤灰;
矿粉为I级矿粉;
硅灰平均粒径为0.1~0.3μm,比表面积为28000m2/kg;
减水剂为聚羧酸减水剂,固含量为20%,掺量为胶凝材料的2%。
实施例1
一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法,包括以下步骤:
(1)预处理:搅拌站废渣经过晾晒,含水率为8%,初筛出杂物,将大块进行破碎处理得到大于5mm大颗粒作为再生骨料,≤5mm的颗粒入库进行均化处理;
(2)烘干:将步骤(1)中得到的≤5mm的均化处理后的搅拌站废渣颗粒采用800℃的热风顺流式烘干,水渣采用200℃普通烘干,其中水渣含水率应控制在1%,搅拌站废渣含水率应控制在1.5%;
(3)粉磨:将10份钢渣、10份炉渣和步骤(2)得到的分别烘干的70份搅拌站废渣和10份水渣用球磨机粉磨15min,即得基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料。粉磨过程中加入由3份助磨剂、3份分散剂和2份激发剂(按质量份数计)组成的复合改性剂。其中助磨剂为三乙醇胺、丙酮、六偏磷酸钠的混合物;分散剂为聚丙烯酸钠,分子量为3000;激发剂为CaCl2和CaSO4;复合改性剂掺量占步骤(2)得到的烘干搅拌站废渣和烘干水渣以及钢渣和炉渣总质量的0.2%。球磨机的研磨体的尺寸分别为φ100mm,φ70mm,φ50mm,φ30mm,φ15mm和其级配依次为15%、15%、25%、30%和15%。
实施例2
一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法,包括以下步骤:
(1)预处理:搅拌站废渣经过晾晒,含水率为6%,初筛出杂物,将大块进行破碎处理得到大于5mm大颗粒作为再生骨料,≤5mm的颗粒入库进行均化处理;
(2)烘干:将步骤(1)中得到的≤5mm的均化处理后的搅拌站废渣颗粒和水渣采用850℃的热风顺流式烘干,水渣采用200℃普通烘干,其中水渣含水率控制在2%,搅拌站废渣含水率控制在2.5%;
(3)粉磨:将15份钢渣、10份炉渣和步骤(2)得到的分别烘干的60份搅拌站废渣和15份水渣用球磨机粉磨20min,即得基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料。粉磨过程中加入由6份助磨剂、2份分散剂和3份激发剂(按质量份数计)组成的复合改性剂。其中助磨剂为三乙醇胺、丙酮、六偏磷酸钠的混合物;分散剂为聚丙烯酸钠,分子量为3000;激发剂为CaCl2和CaSO4。其中复合改性剂掺量占步骤(2)得到的烘干搅拌站废渣和烘干水渣以及钢渣和炉渣总质量的0.1%。球磨机的研磨体的尺寸分别为φ100mm,φ70mm,φ50mm,φ30mm,φ15mm和其级配依次为15%、15%、25%、30%和15%。
实施例3
一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法,包括以下步骤:
(1)预处理:搅拌站废渣经过晾晒,含水率为8%,初筛出杂物,将大块进行破碎处理得到大于5mm大颗粒作为再生骨料,≤5mm的颗粒入库进行均化处理;
(2)烘干:将步骤(1)中得到的≤5mm的均化处理后的搅拌站废渣和水渣采用900℃的热风顺流式烘干,水渣采用300℃普通烘干,得到混合料,其中水渣含水率应控制在1%,搅拌站废渣含水率应控制在3%;
(3)粉磨:将10份钢渣、10份炉渣和步骤(2)得到的分别烘干的60份搅拌站废渣和20份水渣用球磨机粉磨30min,即得基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料。粉磨过程中加入由1份助磨剂、1份分散剂和1份激发剂(按质量份数计)组成的复合改性剂。其中助磨剂为三乙醇胺、丙酮、六偏磷酸钠的混合物;分散剂为聚丙烯酸钠,分子量为3000;激发剂为CaCl2和CaSO4;复合改性剂掺量占步骤(2)得到的烘干搅拌站废渣和烘干水渣以及钢渣和炉渣总质量的0.2%。球磨机的研磨体的尺寸分别为φ100mm,φ70mm,φ50mm,φ30mm,φ15mm和其级配依次为15%、15%、25%、30%和15%。
对比例1
搅拌站废渣经过晾晒,含水率为8%,初筛出杂物,将大块进行破碎处理得到大于5mm大颗粒作为再生骨料,≤5mm的均化处理后的搅拌站废渣颗粒采用300℃的热风顺流式烘干后进行粉磨,其中球磨机的研磨体的尺寸分别为φ100mm,φ70mm,φ50mm,φ30mm,φ15mm和其级配依次为15%、15%、25%、30%和15%。其中废渣粉用球磨机粉磨40min。
针对实施实例1-3制备得到的基于搅拌站废渣活化的复合掺合料和对比例1制备得到的搅拌站废渣掺合料,按照JG/T486-2015《混凝土用复合掺合料》测试掺合料的指标,测试项目和结果分别见表1。
表1掺合料性能测试结果
由表1可知,对比例1的45μm筛余、流动度比和强度均不符合I级复合掺合料的标准。本发明实施例1-3制备得到的基于搅拌站废渣活化的复合掺合料,45μm筛余,流动度比,强度都有大幅度的提高,且符合JG/T486-2015《混凝土用复合掺合料》I级复合掺合料的标准。
实施例4
提供一种C20混凝土,利用实施例2制备得到的基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量100%取代Ⅰ级粉煤灰及19%的水泥,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
实施例5
提供一种C30混凝土,利用实施例2制备得到的基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量67%取代Ⅰ级粉煤灰,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
实施例6
提供一种C30混凝土,利用实施例2制备得到的基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量100%取代Ⅰ级粉煤灰及9%的水泥,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
实施例7
提供一种C60混凝土,利用实施例2制备得到的基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量100%取代矿粉,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
实施例8
提供一种C80混凝土,利用实施例2制备得到的基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量100%取代矿粉,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
实施例9
提供一种C80混凝土,利用实施例2制备得到的基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量100%取代矿粉和100%取代粉煤灰,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
对比例2
提供一种C20混凝土,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
对比例3
提供一种C30混凝土,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
对比例4
提供一种C60混凝土,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
对比例5
提供一种C80混凝土,混凝土配合比参照表2,混凝土性能指标参照表3。
表2对比例2-5和实施例4-9的混凝土配合比
备注:减水剂加入量按质量百分比计为胶凝材料的2%。
表3对比例2-5和实施例4-9的混凝土的性能指标
由表2和3可知:对比例2和实施例4为C20混凝土,在实施例4中基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量100%取代Ⅰ级粉煤灰及19%的水泥,得到的混凝土在各个龄期的强度都高于对比例2。对比例3和实施例5、6为C30混凝土,在实施例5中基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量67%取代Ⅰ级粉煤灰,得到的混凝土在各个龄期的强度均远高于对比例3;在实施例6中基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量100%取代Ⅰ级粉煤灰及9%的水泥,得到的混凝土在各个龄期的强度都高于对比例3。对比例4和实施例7为C60混凝土,对比例5、实施例8和实施例9为C80混凝土,实施例7和实施例8均是利用基于搅拌站废渣活化的复合掺合料等质量100%取代矿粉,虽然得到的混凝土在早期龄期强度稍低于对比例,但仍然满足混凝土设计强度,而且在60d混凝土强度高于对比例;实施例9的复合掺合料等质量100%取代矿粉和粉煤灰,虽然流动度稍有下降,但各龄期的强度都高于对比例。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例,而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料,其特征在于,按重量份数计,包括以下组分:搅拌站废渣60-70份、炉渣10-30份、水渣10-30份、钢渣10-15份。
2.根据权利要求1所述的基于搅拌站废渣活化的复合掺合料,其特征在于,
所述搅拌站废渣中,烧失量≤20%,CaO质量百分含量比≥20wt%,SiO2质量百分含量比≥30wt%、Al2O3质量百分含量比≥8wt%;
所述炉渣为电厂燃煤锅炉废渣,烧失量≤2%,SiO2质量百分含量比≥50wt%,Al2O3质量百分含量比≥20wt%;
所述水渣为冶炼生铁时从高炉中排出的废渣,CaO质量百分含量比≥30wt%,Al2O3质量百分含量比≥10wt%,SiO2质量百分含量比≥20wt%;
所述钢渣为炼钢时所得的含硅酸盐、铁铝酸盐废渣,经过热闷工艺处理,CaO质量百分含量比≥40wt%,SiO2质量百分含量比≥10wt%,MgO质量百分含量比≤10wt%。
3.一种权利要求1-2任一项所述的基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)搅拌站废渣进行预处理;
(2)步骤(1)中预处理后的搅拌站废渣采用800-900℃的热风顺流式烘干;水渣采用150-300℃普通烘干;
(3)按质量份数计,将10-15份钢渣、10-30份炉渣和步骤(2)得到的分别烘干的60-70份搅拌站废渣和10-30份水渣用球磨机粉磨,粉磨过程中加入复合改性剂,粉磨结束后即得基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料;所述复合改性剂由助磨剂、分散剂和激发剂组成。
4.根据权利要求3所述的基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中预处理为:搅拌站废渣经过晾晒,其中控制其含水率<15%,初筛出杂物,将大块进行破碎处理得到大于5mm大颗粒作为再生骨料,≤5mm的颗粒入库进行均化处理即得预处理后的搅拌站废渣;所述步骤(2)中烘干后,水渣含水率控制在1%~3%,搅拌站废渣含水率控制在1.5%~4%。
5.根据权利要求3所述的基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中球磨机的研磨体的尺寸分别为φ100mm、φ70mm、φ50mm、φ30mm、φ15mm和其级配依次为15%、15%、25%、30%和15%。
6.根据权利要求3所述的基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中复合改性剂中按重量份数计,助磨剂为(3-6)份,分散剂为(2-3)份,激发剂为(2-3)份;复合改性剂加入量按质量比计为步骤(3)中粉磨原料总质量的0.1-0.3wt%。
7.根据权利要求3所述的基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料的制备方法,其特征在于,所述助磨剂为三乙醇胺、丙酮、六偏磷酸钠的混合物;所述分散剂为聚丙烯酸钠,分子量为2000-5000;所述激发剂为CaCl2和CaSO4
8.根据权利要求3所述的基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中粉磨时间为15-45min。
9.一种混凝土,其特征在于,权利要求1-2任一项所述的基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料50-100%等质量替代粉煤灰和/或矿粉。
10.一种C20或C30混凝土,其特征在于,权利要求1-2任一项所述的基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料50-100%等质量替代粉煤灰和/或5-30%等质量替代水泥。
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