CN110922119A - 采石场洗石制砂废渣的活化方法、水泥基活化废渣混凝土以及该混凝土的制备方法 - Google Patents

采石场洗石制砂废渣的活化方法、水泥基活化废渣混凝土以及该混凝土的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种采石场洗石制砂废渣的活化方法、水泥基活化废渣混凝土以及该混凝土的制备方法，该活化方法包括如下步骤：将废渣在700‑900℃下煅烧得到灰体，将灰体粉磨，得到活化废渣。本发明将采石废渣在700‑900℃的高温下进行煅烧活化，可最大程度提升采石场废渣的活性，部分取代水泥后所制得水泥混凝土抗压强度明显上升，不仅解决了废渣处置困难的问题，达到资源利用最大化，而且有效降低了水泥混凝土成本。推测原因可能是，在高温条件下废渣里的硅铝酸盐脱掉羟基，使其物理化学性能发生变化，得到活性较高的含硅和铝的氧化物，具备了火山灰活性。

Description

采石场洗石制砂废渣的活化方法、水泥基活化废渣混凝土以 及该混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土及其制备方法，具体地，涉及采石场洗石制砂废渣的活化方法。进一步地，涉及一种水泥基活化废渣混凝土，对应地，还涉及该混凝土的制备方法。
背景技术
天然砂是土建工程中广泛使用的混凝土和砂浆的主要组成材料。它不仅起着承力骨架和改善拌和物性能的重要作用，而且用量十分巨大，约占混凝土制成品总重的25％左右，占砂浆总重的80％左右。随着社会经济与工业生产的不断发展，市场对于石材的需求不断增加，砂岩是人类使用最为广泛的石材，主要含硅、钙、黏土等，砂岩是光污染，无辐射，对人体无放射性伤害，是一种优质的石材，因此对于砂岩的开采非常频繁。
砂中的泥粉会阻碍水泥石与骨料的有效粘结，降低了拌和物硬化后的强度；同时使拌和物需水性增大，加剧拌合物的硬化干缩，降低建造物的耐久性。因此，国家GB/T14684-2011《建筑用砂》对建筑工程用砂的含泥量有严格的限制。因此在采石场利用砂岩制备砂子时需要对磨细砂岩石料进行水洗，得到表面光洁的砂子。但冲洗过程中产生的泥浆产量巨大，且难以处置，据估计，每生产1吨砂石会产生4吨泥浆，泥浆直接排放会对当地环境造成污染破坏，堆放填埋又会占用土地资源，干燥后扬尘造成空气污染，因此如何有效处理这些泥浆废渣是亟需解决的问题。传统方法将泥浆烘干得到废渣，直接加入水泥混凝土中进行资源化处置，由于废渣活性低且形状不规则，会使得混凝土需水量增大，且强度出现急剧下降。
发明内容
本发明一方面所要解决的技术问题是提供一种采石场洗石制砂废渣的活化方法，该方法能够将洗石制砂废渣活化，增加其可用性。
本发明还要解决的技术问题是提供一种水泥基活化废渣混凝土，该混凝土采用特殊的制备原料，大大提升抗压强度。
进一步地，本发明所要解决的技术问题是提供一种水泥基活化废渣混凝土的制备方法，大大提升混凝土的抗压强度。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种采石场洗石制砂废渣的活化方法，包括如下步骤：将废渣在700-900℃下煅烧得到灰体，将灰体粉磨，得到活化废渣。
进一步地，在将废渣煅烧之前，还包括如下步骤：将所述废渣于80-110℃下烘干，进行干式筛分分级，所述干式筛分分级的方法为：将烘干的废渣过筛，得到筛上物与筛下物，筛下物储存保留，筛上物进一步破碎粉磨过筛，得到粒度小于75微米的颗粒，将所有筛下物颗粒进行煅烧。
优选地，所述废渣中硅氧化物和铝氧化物重量之和大于85％。
本发明另一方面提供一种水泥基活化废渣混凝土，按重量份数计包括如下组分：水泥70-85份，活化废渣15-30份，水40-55份，砂185-220份，骨料285-330份，以及减水剂0-2份，
其中活化废渣为上述任一项所述的方法制得的活化废渣。
优选地，所述骨料包括细骨料和粗骨料，两者质量比为4-5:5-6。
具体地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
本发明第三方面还提供一种水泥基活化废渣混凝土的制备方法，包括如下步骤：按质量份计，将70-85份水泥、15-30份活化废渣、185-220份砂和285-330份骨料干粉搅拌混合后，加入40-55份水和0-2份减水剂进行搅拌，待搅拌均匀后，转移至模具进行震动成型，标准条件下养护得到水泥基活化废渣混凝土，
其中活化废渣为上述任一项所述的方法制得的活化废渣。
优选地，所述干粉搅拌时间为1-2min。
优选地，在干粉中加入水和减水剂后搅拌时间为2-4min。
优选地，所述标准养护条件为标准养护箱内20℃、98％RH养护28天。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：将采石废渣在700-900℃的高温下进行煅烧活化，可最大程度提升采石场废渣的活性，部分取代水泥后所制得水泥混凝土抗压强度明显上升，不仅解决了废渣处置困难的问题，达到资源利用最大化，而且有效降低了水泥混凝土成本。推测原因可能是，在高温条件下废渣里的硅铝酸盐脱掉羟基，使其物理化学性能发生变化，得到活性较高的含硅和铝的氧化物，具备了火山灰活性。
附图说明
图1是本发明实施例中的混凝土在第7天、第28天和第56天时的抗压强度对比图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
术语“洗石制砂废渣”指的是冲洗砂石制备砂子过程中产生的废渣。
以下实施例中的采用的采石场洗石残余废渣，其化学组成为：硅以SiO2计重量占62％，铝以Al2O3计重量占24.61％[即废渣中硅氧化物和铝氧化物重量之和大于85％(可采用常规湿化学法滴定或X射线荧光光谱法测定)]，铁以Fe2O3计重量占3.24％，少量CaO、TiO2(5％以下)，以及其他微量的C、H、N、P等非金属元素和Na、K等金属元素，废渣烧失量LOI为7.64％。
实施例1
将废渣在100℃烘箱中烘干后，通过32微米的筛网进行干式筛分，筛下物储存保留，筛上物进一步破碎粉末过筛；收集所有过筛废渣筛下物，将其置于高温炉，在900℃煅烧30分钟，冷却至室温后，将灰体在球磨机内进行粉磨；
将粉磨后的活化废渣收集，制备水泥基活化废渣混凝土，采用普通42.5水泥，各组分按重量份数计为：水泥80份，活化废渣20份，水50份，砂200份，粗骨料192份，细骨料128份，高效聚羧酸减水剂1份。
按重量份将水泥、活化废渣、砂与骨料加入搅拌机中进行混合，干粉搅拌时间为1.5min，搅拌均匀后，加入水与减水剂进行搅拌，搅拌时间为3min，待搅拌均匀后，转移至模具进行震动成型，将样品在标准养护箱内(20℃，98％RH)养护28天得到水泥基活化废渣混凝土1。
实施例2
将废渣在80℃烘箱中烘干后，通过20微米的筛网进行干式筛分，筛下物储存保留，筛上物进一步破碎粉末过筛；收集所有过筛废渣筛下物，将其置于高温炉，在700℃煅烧90分钟，冷却至室温后，将灰体在球磨机内进行粉磨；
将粉磨后的活化废渣收集，制备水泥基活化废渣混凝土，采用普通42.5水泥，各组分按重量份数计为：水泥75份，活化废渣75份，水40份，砂185份，粗骨料142.5份，细骨料142.5份。
按重量份将水泥、活化废渣、砂与骨料加入搅拌机中进行混合，干粉搅拌时间为2min，搅拌均匀后，加入水进行搅拌，搅拌时间为4min，待搅拌均匀后，转移至模具进行震动成型，将样品在标准养护箱内(20℃，98％RH)养护28天得到水泥基活化废渣混凝土2。
实施例3
将废渣在110℃烘箱中烘干后，通过75微米的筛网进行干式筛分，筛下物储存保留，筛上物进一步破碎粉末过筛；收集所有过筛废渣筛下物，将其置于高温炉，在800℃煅烧60分钟，冷却至室温后，将灰体在球磨机内进行粉磨；
将粉磨后的活化废渣收集，制备水泥基活化废渣混凝土，采用普通42.5水泥，各组分按重量份数计为：水泥85份，活化废渣30份，水55份，砂220份，粗骨料180份，细骨料150份，高效聚羧酸减水剂2份。
按重量份将水泥、活化废渣、砂与骨料加入搅拌机中进行混合，干粉搅拌时间为1min，搅拌均匀后，加入水与减水剂进行搅拌，搅拌时间为2min，待搅拌均匀后，转移至模具进行震动成型，将样品在标准养护箱内(20℃，98％RH)养护28天得到水泥基活化废渣混凝土3。
实施例4
将废渣在90℃烘箱中烘干后，通过32微米的筛网进行干式筛分，筛下物储存保留，筛上物进一步破碎粉末过筛；收集所有过筛废渣筛下物，将其置于高温炉，在900℃煅烧30分钟，冷却至室温后，将灰体在球磨机内进行粉磨；
将粉磨后的活化废渣收集，制备水泥基活化废渣混凝土，采用普通42.5水泥，各组分按重量份数计为：水泥80份，活化废渣25份，水45份，砂190份，粗骨料165份，细骨料132份，高效聚羧酸减水剂1份。
按重量份将水泥、活化废渣、砂与骨料加入搅拌机中进行混合，干粉搅拌时间为1.5min，搅拌均匀后，加入水与减水剂进行搅拌，搅拌时间为3min，待搅拌均匀后，转移至模具进行震动成型，将样品在标准养护箱内(20℃，98％RH)养护28天得到水泥基活化废渣混凝土4。
对比实施例1
采用普通42.5水泥制备普通水泥混凝土1，各组分按重量份数计为：水泥100份，水50份，砂200份，粗骨料192份，细骨料128份，高效聚羧酸减水剂2份，按重量份将水泥、砂与骨料加入搅拌机中进行混合，干粉搅拌时间为1.5min，搅拌均匀后，加入水与减水剂进行搅拌，搅拌时间为3min，待搅拌均匀后，转移至模具进行震动成型，将样品在标准养护箱内(20℃，98％RH)养护28天得到普通水泥混凝土1。
对比实施例2
采用水泥粉煤灰制备普通水泥混凝土2，各组分按重量份数计为：水泥80份，粉煤灰20份，水50份，砂200份，粗骨料192份，细骨料128份，高效聚羧酸减水剂1份。采用同样方式进行搅拌成型，在标准养护箱内(20℃，98％RH)养护28天得到普通水泥混凝土2。
对比实施例3
将废渣在100℃烘箱中烘干后，通过32微米的筛网进行干式筛分，筛下物储存保留，筛上物进一步破碎粉末过筛；收集所有过筛废渣筛下物，于球磨机内进行粉磨；
制备水泥基非活化废渣混凝土，采用普通42.5水泥，各组分按重量份数计为：水泥80份，非活化废渣20份，水50份，砂200份，粗骨料192份，细骨料128份，高效聚羧酸减水剂1份。
按重量份将水泥、非活化废渣、砂与骨料加入搅拌机中进行混合，干粉搅拌时间为1.5min，搅拌均匀后，加入水与减水剂进行搅拌，搅拌时间为3min，待搅拌均匀后，转移至模具进行震动成型，将样品在标准养护箱内(20℃，98％RH)养护28天得到水泥基非活化废渣混凝土。
分别按照《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107—2010)测试水泥基活化废渣混凝土1-4、普通水泥混凝土1-2以及水泥基非活化废渣混凝土在制得后的第7天、第28天和第56天的抗压强度，测试结果如表1所示：
表1各混凝土样品7天、28天和56天的抗压强度
Figure BDA0002328761290000071
水泥基活化废渣混凝土1、水泥基活化废渣混凝土2、普通水泥混凝土1和普通水泥混凝土2的抗压强度对比如图1所示。从表1以及图1中可以看出，采用本发明方法活化的采石场废渣制得的水泥基活化废渣混凝土28天、56天抗压强度均高于同样配比下的普通水泥混凝土，且减少了水泥用量，明显降低混凝土生产成本，相比于用粉煤灰替代部分水泥(普通水泥混凝土2)，抗压强度亦提升1倍以上，表明活化废渣的火山灰活性明显优于粉煤灰。此外，采用本发明方法活化的采石场废渣制得的水泥基活化废渣混凝土7天、28天、56天抗压强度均高于同样配比下的水泥基非活化废渣混凝土，表明活化废渣的性能明显优于非活化废渣的性能。
由以上描述可以看出，本发明将采石废渣在700-900℃的高温下进行煅烧活化，可最大程度提升采石场制砂废渣的活性，部分取代水泥后所制得水泥混凝土抗压强度明显上升，不仅解决了废渣处置困难的问题，达到资源利用最大化，而且有效降低了水泥混凝土成本。推测原因可能是，在高温条件下废渣里的硅铝酸盐脱掉羟基，使其物理化学性能发生变化，得到活性较高的含硅和铝的氧化物，具备了火山灰活性。
以上结合实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种采石场洗石制砂废渣的活化方法，其特征在于，包括如下步骤：将废渣在700-900℃下煅烧得到灰体，将灰体粉磨，得到活化废渣。
2.根据权利要求1所述的采石场洗石制砂废渣的活化方法，其特征在于，在将废渣煅烧之前，还包括如下步骤：将所述废渣于80-110℃下烘干，进行干式筛分分级，所述干式筛分分级的方法为：将烘干的废渣过筛，得到筛上物与筛下物，筛下物储存保留，筛上物进一步破碎粉磨过筛，得到粒度小于75微米的颗粒，将所有筛下物颗粒进行煅烧。
3.根据权利要求1所述的采石场洗石制砂废渣的活化方法，其特征在于，所述废渣中硅氧化物和铝氧化物重量之和大于85％。
4.一种水泥基活化废渣混凝土，其特征在于，按重量份数计包括如下组分：水泥70-85份，活化废渣15-30份，水40-55份，砂185-220份，骨料285-330份，以及减水剂0-2份，
其中活化废渣为权利要求1-3中任一项所述的方法制得的活化废渣。
5.根据权利要求4所述的水泥基活化废渣混凝土，其特征在于，所述骨料包括细骨料和粗骨料，两者质量比为4-5:5-6。
6.根据权利要求4所述的水泥基活化废渣混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
7.一种水泥基活化废渣混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按质量份计，将70-85份水泥、15-30份活化废渣、185-220份砂和285-330份骨料干粉搅拌混合后，加入40-55份水和0-2份减水剂进行搅拌，待搅拌均匀后，转移至模具进行震动成型，标准条件下养护得到水泥基活化废渣混凝土，
其中活化废渣为权利要求1-3中任一项所述的方法制得的活化废渣。
8.根据权利要求7所述的水泥基活化废渣混凝土的制备方法，其特征在于，所述干粉搅拌时间为1-2min。
9.根据权利要求7所述的水泥基活化废渣混凝土的制备方法，其特征在于，在干粉中加入水和减水剂后搅拌时间为2-4min。
10.根据权利要求7所述的水泥基活化废渣混凝土的制备方法，其特征在于，所述标准养护条件为标准养护箱内20℃、98％RH养护28天。
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