CN110922145B - 一种高强度碳化人造骨料的制备方法 - Google Patents

一种高强度碳化人造骨料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度碳化人造骨料的制备方法，包含如下步骤：收集残留混凝土进行压滤得到湿废渣，并将钢渣进行破碎、烘干、粉磨得到钢渣粉，然后将湿废渣与钢渣粉充分搅拌混合，得到混合料；然后将混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料坯体；将所得的人造粗骨料坯体养护之后再碳化既得。本发明所制备的高强度碳化人造骨料单颗粒强度高、吸水率低，完全符合高强度骨料的各种性能要求，能够替代天然骨料作为混凝土的原料使用，大大减少了天然砂石骨料的使用和开采，能够有效的保护矿山、节约自然资源，为混凝土建筑行业提供了一种可持续发展的生产方法，具有重要的意义。

Description

一种高强度碳化人造骨料的制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，涉及一种高强度人造骨料的制备方法。
背景技术
混凝土是由水泥、骨料、拌合水、矿物掺合料以及一些外加剂配制而成的。其中，骨料(主要包括一些砂、石)大约占混凝土总重的60％～70％。随着矿山的过度开采，天然砂石骨料资源日益匮乏。寻找替代天然砂石骨料的人造骨料具有重要的意义。
搅拌站废渣是预拌混凝土(搅拌站)行业运营和维护过程中产生的大宗固体废弃物。每生产1立方米的混凝土平均会产生搅拌站废渣0.04吨。这些废渣如果处置不当，不仅会浪费很多人力、物力和财力，还会对环境造成很大的污染。搅拌站废渣主要来源有由于各种原因返还给搅拌站的新拌混凝土、搅拌车内和生产试验后的残留混凝土、清洗混凝土搅拌车和控制粉尘产生的废水废渣等。将这些收集起来的大量的废弃混凝土放入砂石分离机中进行清洗，将砂、石等骨料分离出来，剩余的混凝土浆体则进入三级沉淀系统，逐级沉淀后得到回收水和沉淀浆体，其中的浆体为湿废渣。这些湿废渣可塑性很强，将其进行搅拌处理，仍可具有浆体流动的性质；并且由于湿废渣中有大部分未水化的水泥，还具有一定的水化与碳化活性。
钢渣是炼钢过程中产生的一种排放量巨大的工业固体废弃物。钢渣质地坚硬，且含有CaO、SiO2等具有潜在火山灰反应活性的氧化物，但其中f-CaO和f-MgO含量较高，由于f-CaO和f-MgO在有水参与的情况下发生水化反应会生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，发生体积膨胀，导致体积安定性不良。因此粗钢渣不能直接用于混凝土的粗骨料。
大量焚烧化石能源和森林、植被的过度破坏以及工厂、汽车排放的尾气使得大气中的二氧化碳浓度越来越高。研发二氧化碳的捕捉和利用技术成为降低大气中二氧化碳浓度的重要措施。如果能够利用搅拌站废渣的可塑性强的特性，结合钢渣的高碳化活性，制备得到人造碳化骨料将具有很好的应用价值。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种可替代天然骨料的人造骨料的制备方法，这种人造骨料充分利用了搅拌站废渣可塑性强的特点，与磨细钢渣粉充分混合；利用搅拌站废渣与钢渣碳化活性强的特点，赋予人造骨料高强度；通过钢渣磨细以及f-CaO和f-MgO碳化消耗，避免钢渣安定性不良的风险；最后可充分利用温室气体CO2进一步提高人造骨料的绿色化制造水平。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高强度碳化人造骨料的制备方法，包含如下步骤：
(1)收集残留混凝土进行压滤得到湿废渣，并将钢渣进行破碎、烘干、粉磨得到钢渣粉，然后将湿废渣与钢渣粉按湿废渣与钢渣粉质量比1：(0.5～1.5)的比例充分搅拌混合，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得的混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料坯体；
(3)将步骤(2)所得的人造粗骨料坯体养护12-24h；
(4)将将步骤(3)养护之后的骨料颗粒碳化4-12h。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的高强度碳化人造骨料的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中，压滤后的混凝土废渣含水率控制在50-80％。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中，破碎后的钢渣粒径为5-10mm10mm。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中，烘干条件为70-105℃烘干2-5h 105℃下烘干2小时。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中，粉磨采用球磨机粉磨，直至0.074mm方孔筛筛余＜10％结束粉磨。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(2)中，人造粗骨料坯体粒径范围为4.75-9.5mm；圆盘造粒机倾角为30-60°。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(3)中，养护条件为温度20±2℃，相对湿度95％RH以上。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(4)中，碳化是将步骤(3)养护之后的骨料颗粒放入湿度50-100％、温度为室温的碳化桶内进行碳化。
作为上述技术方案的改进，所述碳化桶内二氧化碳分压为0.1-0.3MPa、二氧化碳浓度为50-99.9％。
作为上述技术方案的改进，所述高强度碳化人造骨料单颗粒抗压强度10-20MPa，吸水率为0.9-1.5％，压碎指标为6.8-7.2％，堆积密度为1100-1140kg/m3。
钢渣质地坚硬，且含有CaO、SiO2等具有潜在火山灰反应活性的氧化物，但其中f-CaO和f-MgO含量较高，由于f-CaO和f-MgO在有水参与的情况下发生水化反应会生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，发生体积膨胀，导致体积安定性不良。因此粗钢渣不能直接用于混凝土的粗骨料。通过钢渣磨细以及f-CaO和f-MgO碳化消耗，避免钢渣安定性不良的风险。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
本发明充分利用了搅拌站废渣可塑性强的特点，与磨细钢渣粉充分混合；利用搅拌站废渣与钢渣碳化活性强的特点，赋予人造骨料高强度；通过钢渣磨细以及f-CaO和f-MgO碳化消耗，避免了生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，从而降低了发生安定性不良的风；最后利用二氧化碳的捕捉和利用技术将温室气体CO2进一步通过碳化的方法加以利用，生产产品的同时降低大气中二氧化碳浓度，节能减排，绿色环保。
本发明所制备的高强度碳化人造骨料单颗粒抗压强度10-20MPa，吸水率为0.9-1.5％，压碎指标为6.8-7.2％，堆积密度为1100-1140kg/m3，强度高、吸水率低，完全符合高强度骨料的各种性能要求，能够替代天然骨料(主要包括一些砂、石)作为混凝土的原料使用，大大减少了天然砂石骨料的使用和开采，能够有效的保护矿山、节约自然资源，为混凝土建筑行业提供了一种可持续发展的生产方法，具有重要的意义。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
具体实施方式中，所用湿废渣为用搅拌站产出的剩余新拌废弃混凝土经压滤过后得到的。所用钢渣为武汉钢铁公司燃烧后的废弃物。钢渣化学组成如表1所示。
表1原材料化学组成(％)
Figure BDA0002323903210000041
实施例1
本实施例的高强度人造骨料的制备方法，包括以下步骤：
1)原材料的准备。从搅拌站收集废弃的新拌混凝土和搅拌车内及生产试验后的残留混凝土，将其进行压滤处理，测试其含水率：先将定量滤纸移入烘箱中于105℃烘干半小时后取出置于干燥器内冷却至室温，称其重量。反复烘干、冷却、称量，直至两次称量的重量差≤0.2mg，记录此时定量滤纸的重量为W1。将恒重的滤纸放置于天平的托盘内。取压滤后的湿废渣约20g，放置于滤纸上，待到天平示数稳定之后，记录数据为W2,则湿废渣的重量为W2-W1。将滤纸及湿废渣放于105℃烘箱内烘2小时左右，放于干燥器内30分钟冷却至室温再称，记录数据，在烘2小时再称，直到称得的重量不变(或者两次称量的重量差≤0.4mg)，记录数据为W3。则水分重W水＝W2-W3。含水率＝W水/W*100％。将其含水率控制在70％。将钢渣用鄂式破碎机破碎至粒度10mm左右，将其放入105℃烘箱内烘干2小时后，用球磨机粉磨，直至0.074mm方孔筛筛余＜10％。按湿废渣与钢渣粉质量比1：0.5进行充分混合。
2)将上述混合好的原料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到粒径范围4.75-9.5mm的人造粗骨料坯体；
3)将上述造粒后的人造骨料在温度20±2℃，相对湿度95％RH以上的环境中养护24h；
4)取养护之后的骨料颗粒放入湿度70％、温度为室温的碳化桶内进行碳化12h。二氧化碳分压为0.1MPa、二氧化碳浓度为99.9％。
上述制备得到的人造骨料满足建筑用卵石、碎石国家标准。单颗粒抗压强度10.13MPa，吸水率为0.93％，压碎指标为6.89％，堆积密度为1136kg/m3。
实施例2
本实施例的高强度人造骨料的制备方法，包括以下步骤：
1)原材料的准备。从搅拌站收集废弃的新拌混凝土和搅拌车内及生产试验后的残留混凝土，将其进行压滤处理，测试其含水率：先将定量滤纸移入烘箱中于105℃烘干半小时后取出置于干燥器内冷却至室温，称其重量。反复烘干、冷却、称量，直至两次称量的重量差≤0.2mg，记录此时定量滤纸的重量为W1。将恒重的滤纸放置于天平的托盘内。取压滤后的湿废渣约20g，放置于滤纸上，待到天平示数稳定之后，记录数据为W2,则湿废渣的重量为W2-W1。将滤纸及湿废渣放于105℃烘箱内烘2小时左右，放于干燥器内30分钟冷却至室温再称，记录数据，在烘2小时再称，直到称得的重量不变(或者两次称量的重量差≤0.4mg)，记录数据为W3。则水分重W水＝W2-W3。含水率＝W水/W*100％。将其含水率控制在60％。将钢渣用鄂式破碎机破碎至粒度10mm左右，将其放入105℃烘箱内烘干2小时后，用球磨机粉磨，直至0.074mm方孔筛筛余＜10％。按湿废渣与钢渣粉质量比1：1.5进行充分混合。
2)将上述混合好的原料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到粒径范围4.75-9.5mm的人造粗骨料坯体；
3)将上述造粒后的人造骨料在温度20±2℃，相对湿度95％RH以上的环境中养护24h；
4)取养护之后的骨料颗粒放入湿度70％、温度为室温的碳化桶内进行碳化12h。二氧化碳分压为0.3MPa、二氧化碳浓度为50％。
上述制备得到的人造骨料满足建筑用卵石、碎石国家标准。单颗粒抗压强度17.09MPa，吸水率为1.18％，压碎指标为7.04％，堆积密度为1125kg/m3。
实施例3
本实施例的高强度人造骨料的制备方法，包括以下步骤：
1)原材料的准备。从搅拌站收集废弃的新拌混凝土和搅拌车内及生产试验后的残留混凝土，将其进行压滤处理，测试其含水率：先将定量滤纸移入烘箱中于105℃烘干半小时后取出置于干燥器内冷却至室温，称其重量。反复烘干、冷却、称量，直至两次称量的重量差≤0.2mg，记录此时定量滤纸的重量为W1。将恒重的滤纸放置于天平的托盘内。取压滤后的湿废渣约20g，放置于滤纸上，待到天平示数稳定之后，记录数据为W2,则湿废渣的重量为W2-W1。将滤纸及湿废渣放于105℃烘箱内烘2小时左右，放于干燥器内30分钟冷却至室温再称，记录数据，在烘2小时再称，直到称得的重量不变(或者两次称量的重量差≤0.4mg)，记录数据为W3。则水分重W水＝W2-W3。含水率＝W水/W*100％。将其含水率控制在50％。将钢渣用鄂式破碎机破碎至粒度10mm左右，将其放入105℃烘箱内烘干2小时后，用球磨机粉磨，直至0.074mm方孔筛筛余＜10％。按湿废渣与钢渣粉质量比1：1进行充分混合。
2)将上述混合好的原料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到粒径范围4.75-9.5mm的人造粗骨料坯体；
3)将上述造粒后的人造骨料在温度20±2℃，相对湿度95％RH以上的环境中养护24h；
4)取养护之后的骨料颗粒放入湿度70％、温度为室温的碳化桶内进行碳化12h。二氧化碳分压为0.2MPa、二氧化碳浓度为80％。
上述制备得到的人造骨料满足建筑用卵石、碎石国家标准。单颗粒抗压强度14.02MPa，吸水率为1.26％，压碎指标为7.12％，堆积密度为1102kg/m3。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高强度碳化人造骨料的制备方法，其特征在于，由以下步骤制备：
（1）收集残留混凝土进行压滤得到湿废渣，并将钢渣进行破碎、烘干、粉磨得到钢渣粉，然后将湿废渣与钢渣粉按湿废渣与钢渣粉质量比1：（0.5~1.5）的比例充分搅拌混合，得到混合料；压滤后的混凝土废渣含水率控制在50-80%；破碎后的钢渣粒径为5-10mm；其中，粉磨采用球磨机粉磨，直至0.074mm方孔筛筛余＜10%结束粉磨；
（2）将步骤（1）所得的混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料坯体；所述人造粗骨料坯体粒径范围为4.75-9.5mm；圆盘造粒机倾角为30-60°；
（3）将步骤（2）所得的人造粗骨料坯体养护12-24h；
（4）将步骤（3）养护之后的骨料颗粒碳化4-12h，得到高强度碳化人造骨料；所述高强度碳化人造骨料单颗粒抗压强度10-20MPa，吸水率为0.9-1.5%，压碎指标为6.8-7.2%，堆积密度为1100-1140kg/m3。
2.如权利要求1所述的高强度碳化人造骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，烘干条件为70-105℃烘干2-5h。
3.如权利要求1所述的高强度碳化人造骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，养护条件为温度20±2℃，相对湿度95%RH以上。
4.如权利要求1所述的高强度碳化人造骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，碳化是将步骤（3）养护之后的骨料颗粒放入湿度70%、温度为室温的碳化桶内进行碳化。
5.如权利要求4所述的高强度碳化人造骨料的制备方法，其特征在于：所述碳化桶内二氧化碳分压为0.1-0.3MPa、二氧化碳浓度为50-99.9%。
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