CN110937863A - 一种可循环水泥混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可循环水泥混凝土及其制备方法，其制备方法步骤依次包括：选料、初料混合配制、破碎筛分、球磨过筛、熟料煅烧和二次混合配制；所述选料步骤中制备可循环水泥混凝土的原料包括水泥、粗集料、河砂、机制砂、钢渣、粉煤灰、水和聚羧酸高效减水剂，且所述水泥、粗集料、河砂、机制砂、钢渣、粉煤灰和水的质量比为(0.50～1)：(2.00～3.50)：(0.30～0.70)：(0.40～0.85)：(0.10～0.40)：(0.10～0.40)：(0.25～0.50)，所述聚羧酸高效减水剂加入量占所述水泥质量的0.15～1.0％。本发明通过特定的混凝土配比和制备方式，在保证混凝土具有较高强度的前提下，实现了水泥‑混凝土‑水泥的完全闭路循环，极大地提高了资源利用率；同时，工艺步骤简单，有利于工业大规模应用。

Description

一种可循环水泥混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别是一种可循环水泥混凝土及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土是目前使用最广泛的土木工程材料，同时也是最大宗的人造材 料，仅2018年我国商品混凝土产量就高达25.47亿方。我国水泥混凝土构筑物 新建与废弃交替的高峰已经到来，由此导致的巨量废弃混凝土堆弃带来的环境 压力日趋严峻。制备水泥的原材料为石灰石、黏土和铁质校正原料，制备混凝 土的原材料为水泥、骨料(具体为砂、石)、拌合水、矿物掺合料以及一些外加 剂。目前我国高品位石灰石资源日益紧缺，同时国家为了保护生态环境，禁止 肆意开采河砂，极大地限制了水泥混凝土行业的发展。
目前对于废弃混凝土再生利用的主要途径是将其破碎、分级获取再生骨料 和再生胶凝材料。再生骨料在制备过程中，由于机械外力的作用会使其内部产 生微裂纹，同时表面附着一些旧砂浆，将会导致其制备的新的混凝土强度低。 再生胶凝材料活性低，只能将其作为一种矿物掺合料使用。该方法虽然对废弃 混凝土实现了有效利用，但其操作工艺复杂，破碎分级难度高，成为该领域最 突出的问题之一。故需要提出一种新的可循环的混凝土制备方案用于解决上述 问题。
基于水泥生料化学组成设计混凝土，使其成分与水泥生料相近，达到废弃 时可直接用作水泥生料煅烧水泥熟料以及作为混凝土骨料的目的。生产水泥的 四种氧化物主要为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。水泥生料中CaO含量在44％左 右，SiO2含量在14％左右。根据CaO-SiO2-Al2O3三元系统相图，配制硅酸盐水 泥熟料所要求的生料中CaO/SiO2＝2～4。对普通废弃混凝土磨细进行XRF分析， 发现其CaO/SiO2<2(该值根据混凝土强度等级以及原材料品质不同会有所差 异)，表明将其破碎磨细作为水泥生料时硅质成分高，钙质成分低，且大多数混 凝土中Al2O3、Fe2O3含量偏低。本发明在现有混凝土配合比设计的前提下，针 对硅质成分高，铝质、铁质成分低的特点，以机制砂为钙质校正原料，钢渣为 铁质校正原料，粉煤灰为铝质校正原料，将机制砂替代部分河砂，钢渣和粉煤 灰复掺替代部分水泥配制可循环水泥混凝土。该混凝土具有与水泥生料相同的 化学组成，当其服役期结束之后将其破碎不掺入任何校正原料直接作为水泥生 料以及混凝土骨料。如此循环，实现了水泥-混凝土-水泥全组分可持续循环利 用。该方法为水泥混凝土物质循环完全闭路化提供了技术革新，推动了建筑材 料绿色可持续发展，具有极大的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可循环水泥混凝土及其制备方法，用于解决 现有技术中再生混凝土强度较低、再生凝胶材料活性较低以及制备工艺复杂的 问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的第一解决方案为：一种可循环水泥混 凝土的制备方法，其步骤依次包括：选料、初料混合配制、破碎筛分、球磨过 筛、熟料煅烧和二次混合配制；选料步骤中制备可循环水泥混凝土的原料包括 水泥、粗集料、河砂、机制砂、钢渣、粉煤灰、水和聚羧酸高效减水剂，且水 泥、粗集料、河砂、机制砂、钢渣、粉煤灰和水的质量比为(0.50～1)：(2.00～3.50)： (0.30～0.70)：(0.40～0.85)：(0.10～0.40)：(0.10～0.40)：(0.25～0.50)，聚羧酸 高效减水剂加入量占水泥质量的0.15～1.0％。
其中，初料混合配制步骤具体包括：先将粗集料、河砂和机制砂按比例加 入搅拌机中搅拌30～180s，随后按比例加入水泥、钢渣和粉煤灰搅拌30～180s， 再按比例加入水以及聚羧酸高效减水剂搅拌5～10min，得到可循环水泥混凝土。
其中，水泥为强度等级42.5或52.5的硅酸盐水泥；粗集料为石灰石，粒径4.75～31.5mm，表观密度2400～3100kg/m3，堆积密度1450～1900kg/m3；河砂为 细度模数2.3～3.5的中粗砂；机制砂的细度模数为2.2～3.8，石粉含量为5％～20％， CaCO3含量大于80％；钢渣经0.074mm方孔筛筛选后筛余量小于10％，且其中 Fe2O3含量为20％～35％；粉煤灰经0.074mm方孔筛筛选后筛余量小于10％，且 其中Al2O3含量为20％～35％。
其中，破碎分料步骤具体包括：将初料混合配制步骤后得到的可循环水泥 混凝土导入颚式破碎机破碎，并分为待筛料和再生混凝土骨料；待筛料将进入 球磨过筛步骤，再生混凝土骨料进行筛分，粒径大于4.75mm作为粗骨料，粒 径小于4.75mm作为细骨料。
其中，球磨过筛步骤具体包括：将待筛料导入球磨机中进行粉磨，并采用 0.074mm的方孔筛过筛，直至筛余量小于待筛料的10％，得到再生水泥生料。
其中，熟料煅烧步骤具体包括：将再生水泥生料与碱性激发剂、或者矿化 剂、或者晶种混合均匀后煅烧，并加入石膏后得到再生水泥；碱性激发剂、矿 化剂和晶种的加入量占再生水泥生料质量的1～10％。
其中，碱性激发剂为NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的一种，矿化剂为萤石、 石膏的任意一种或二种的混合物，晶种为矿渣、熟料的任意一种或二种的混合 物。
其中，二次混合配制步骤具体包括：将再生水泥、粗骨料、细骨料、水、 聚羧酸高效减水剂按质量比1：(2.00～3.50)：(0.70～1.50)：(0.20～0.45)： (0.003～0.012)混合，制得可循环混凝土的二次料；可循环混凝土的二次料成为 废弃混凝土时，重复进行破碎筛分、球磨过筛、熟料煅烧和二次混合配制步骤， 并制得可循环混凝土的N次料。
为解决上述技术问题，本发明提供的第二解决方案为：一种可循环水泥混 凝土，可循环水泥混凝土由前述第一解决方案中任一可循环水泥混凝土的制备 方法制得。
其中，可循环水泥混凝土的荧光分析结果为：可循环水泥混凝土中CaO、 SiO2、Al2O3、Fe2O3相对含量的率值满足KH＝0.82～0.96，SM＝1.7～2.7，IM＝0.9～1.7。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种可循环水 泥混凝土及其制备方法，通过特定的混凝土配比和制备方式，在保证混凝土具 有较高强度的前提下，实现了水泥-混凝土-水泥的完全闭路循环，极大地提高 了资源利用率；同时，工艺步骤简单，有利于工业大规模应用。
附图说明
图1是本发明中可循环水泥混凝土的制备方法一实施方式的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
对于本发明提供的第一解决方案，请参阅图1，图1是本发明中可循环水 泥混凝土的制备方法一实施方式的工艺流程图。本发明提供的第一解决方案为 一种可循环水泥混凝土的制备方法，其步骤依次包括：选料S1、初料混合配制 S2、破碎筛分S3、球磨过筛S4、熟料煅烧S5和二次混合配制S6，下面分别对 各步骤过程进行详细描述。
S1：选料。本步骤中制备可循环水泥混凝土的原料包括水泥、粗集料、河 砂、机制砂、钢渣、粉煤灰、水和聚羧酸高效减水剂，且水泥、粗集料、河砂、 机制砂、钢渣、粉煤灰和水的质量比为(0.50～1)：(2.00～3.50)：(0.30～0.70)： (0.40～0.85)：(0.10～0.40)：(0.10～0.40)：(0.25～0.50)，聚羧酸高效减水剂加 入量占水泥质量的0.15～1.0％。
S2：初料混合配制。本步骤具体包括：先将粗集料、河砂和机制砂按比例 加入搅拌机中搅拌30～180s，随后按比例加入水泥、钢渣和粉煤灰搅拌30～180s， 再按比例加入水以及聚羧酸高效减水剂搅拌5～10min，得到可循环水泥混凝土。
本实施方式中，水泥为强度等级42.5或52.5的硅酸盐水泥；粗集料为石灰 石，粒径4.75～31.5mm，表观密度2400～3100kg/m3，堆积密度1450～1900kg/m3； 河砂为细度模数2.3～3.5的中粗砂；机制砂的细度模数为2.2～3.8，石粉含量为 5％～20％，CaCO3含量大于80％；钢渣经0.074mm方孔筛筛选后筛余量小于 10％，且其中Fe2O3含量为20％～35％；粉煤灰经0.074mm方孔筛筛选后筛余量 小于10％，且其中Al2O3含量为20％～35％。
本实施方式是基于水泥生料化学组成设计混凝土的配料方式，使其成分与 水泥生料相近，达到废弃时可直接用作水泥生料煅烧水泥熟料以及作为混凝土 骨料的目的。对于制备水泥混凝土体系来说，生产水泥的四种氧化物主要为 CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，水泥生料中CaO含量在44％左右，SiO2含量在14％ 左右；根据CaO-SiO2-Al2O3三元系统相图，配制硅酸盐水泥熟料所要求的生料 中CaO/SiO2的比值为2～4，对普通废弃混凝土磨细进行XRF分析，发现其CaO/ SiO2的比值小于2，表明将其破碎磨细作为水泥生料时硅质成分高，钙质成分 低，且大多数混凝土中Al2O3、Fe2O3含量偏低。本实施方式在现有混凝土配合 比设计的前提下，针对硅质成分高，铝质、铁质成分低的特点，以机制砂为钙 质校正原料，钢渣为铁质校正原料，粉煤灰为铝质校正原料，将机制砂替代部 分河砂，钢渣和粉煤灰复掺替代部分水泥配制可循环水泥混凝土。该混凝土具 有与水泥生料相同的化学组成，当其服役期结束之后将其破碎不掺入任何校正 原料直接作为水泥生料以及混凝土骨料，如此循环，实现了水泥-混凝土-水泥 全组分可持续循环利用，实现了水泥混凝土物质循环完全闭路化。
S3：破碎分料。本步骤具体包括：将初料混合配制步骤后得到的可循环水 泥混凝土导入颚式破碎机破碎，并分为待筛料和再生混凝土骨料；待筛料将进 入球磨过筛步骤，再生混凝土骨料进行筛分，粒径大于4.75mm作为粗骨料， 粒径小于4.75mm作为细骨料。
S4：球磨过筛。本步骤具体包括：将待筛料导入球磨机中进行粉磨，并采 用0.074mm的方孔筛过筛，直至筛余量小于待筛料的10％，得到再生水泥生料。
S5：熟料煅烧。本步骤具体包括：将再生水泥生料与碱性激发剂、或者矿 化剂、或者晶种混合均匀后煅烧，并加入石膏后得到再生水泥；本实施方式中 优选的，碱性激发剂、矿化剂和晶种的加入量占再生水泥生料质量的1～10％； 其中，碱性激发剂为NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的一种，矿化剂为萤石、石 膏的任意一种或二种的混合物，晶种为矿渣、熟料的任意一种或二种的混合物。
S6：二次混合配制。本步骤具体包括：将再生水泥、粗骨料、细骨料、水、 聚羧酸高效减水剂按质量比1：(2.00～3.50)：(0.70～1.50)：(0.20～0.45)： (0.003～0.012)混合，制得可循环混凝土的二次料，此处按现有混凝土配合比设 计配制可循环混凝土，且其化学组成与水泥生料具有近似的成分；可循环混凝 土的二次料成为废弃混凝土时，重复进行破碎筛分S3、球磨过筛S4、熟料煅 烧S5和二次混合配制S6步骤，并制得可循环混凝土的N次料，由此形成水泥 -混凝土-水泥的完全闭路循环方式。
具体地，对上述第一解决方案中可循环水泥混凝土的制备方法机理及优势 进行详述：(1)本方案利用混凝土破碎后的粒径小于4.75mm的细颗粒替代河 砂，缓解了混凝土行业“无砂可用”的局面，而且钢渣和粉煤灰的引入，可以 大量地消纳炼钢厂产生的钢渣以及煤炉发电厂产生的粉煤灰等工业固体废弃 物。(2)机制砂中的石粉有效的改善了混凝土中的界面过渡区，填充了混凝土 中的孔隙且钢渣、粉煤灰作为矿物掺合料充分发挥其“火山灰效应”、“形态效 应”及“微集料效应”等，改善了混凝土拌合物的和易性，降低混凝土的水化 温升，提高混凝土的耐久性能。(3)本方案中所制得的可循环混凝土在废弃后 将其破碎、磨细烧制再生水泥时，由于混凝土中的杂质离子以及微量元素起到 了矿化剂和助熔剂的作用，降低了C3S、C2S、C3A、C4AF的成核势垒，使烧成 温度降低50～100℃，从而降低了能源的消耗。故上述利用水泥、粗集料、河砂、 机制砂、钢渣、粉煤灰配制可循环混凝土的方法，当混凝土服役期满将其破碎 后又作为水泥生料和混凝土骨料，如此循环反复，极大地提高了资源的利用率， 解决了废弃混凝土堆弃带来的占用土地资源以及水泥混凝土行业优质原料日益 紧缺的问题。随着混凝土不断循环利用，作为水泥生料钙质成分的碳酸钙逐渐 以C-S-H凝胶状态存在，在每次煅烧再生水泥时，温室气体CO2的排放量逐渐 降低，进一步提高水泥混凝土绿色化制造水平。
对于本发明提供的第二解决方案，具体为一种可循环水泥混泥土，该可循 环水泥混泥土由前述第一解决方案中可循环水泥混凝土的制备方法制得，故两 个解决方案中可循环水泥混凝土在结构和性能方面应保持一致；同时对该可循 环水泥混泥土进行荧光分析(即XRF)，结果为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3相对 含量的率值均满足KH＝0.82～0.96，SM＝1.7～2.7，IM＝0.9～1.7，符合预期。
进一步地，通过下面的具体实施例对上述可循环水泥混凝土及其制备方法 进行详细说明，所有具体实施例中混凝土的抗压强度根据《GB/T 50081-2002》 规范测得，且所制得的可循环水泥混凝土产品均基于C30水泥混凝土体系。
实施例1:
根据上述可循环混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)选料
粗集料：粒径5～31.5mm、表观密度2600kg/m3、堆积密度1600kg/m3的石 灰石；
水泥：P.I 42.5硅酸盐水泥；
减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为20％；
河砂：细度模数为2.7的中砂；
机制砂：细度模数2.2，石粉含量15％，CaCO3含量96％；
钢渣：钢铁公司燃烧后的废弃物，0.074mm方孔筛筛余＜10％，其中Fe2O3含量23％；
粉煤灰：I级粉煤灰，需水量(wt)≤105％，0.074mm方孔筛筛余＜10％， Al2O3含量24％。；
按质量比为：水泥：粗集料：河砂：机制砂：钢渣：粉煤灰：水＝0.70：2.36： 0.52：0.69：0.18：0.12：0.45，按胶凝材料(即水泥)用量0.2wt％加入聚羧酸 高效减水剂。
(2)初料混合配制：在搅拌机中先加入粗集料、河砂、机制砂，搅拌180s， 再加入水泥、钢渣、粉煤灰干拌180s，然后再加水、聚羧酸高效减水剂搅拌10min 直至均匀，得到类水泥生料组分的可循环混凝土，此时混凝土中CaO、SiO2、 Al2O3、Fe2O3相对含量的率值满足KH＝0.90，SM＝2.5，IM＝1.2。
(3)破碎分料：将初料混合配制步骤后得到的可循环水泥混凝土导入颚式 破碎机破碎，并分为待筛料和再生混凝土骨料；待筛料将进入球磨过筛步骤， 再生混凝土骨料进行筛分，粒径大于4.75mm作为粗骨料，粒径小于4.75mm 作为细骨料，并使其具有良好的颗粒级配。
(4)球磨过筛：将待筛料导入球磨机中进行粉磨，并采用0.074mm的方 孔筛过筛，直至筛余量小于待筛料的10％，得到再生水泥生料。
(5)熟料煅烧：将上述不掺入任何校正原料的再生水泥生料与碱性激发剂 NaOH混合均匀，煅烧得到水泥熟料，并加入石膏得到再生水泥，其中碱性激 发剂NaOH加入量为再生水泥生料用量的6wt％。
(6)二次混合配制：将再生水泥、粗骨料、细骨料、水、聚羧酸高效减水 剂按质量比1：2.70：1.10：0.36：0.008混合，制得可循环混凝土的二次料，此 处按现有混凝土配合比设计配制可循环混凝土，且其化学组成与水泥生料具有 近似的成分；可循环混凝土的二次料成为废弃混凝土时，重复进行破碎筛分、 球磨过筛、熟料煅烧和二次混合配制步骤，并制得可循环混凝土的N次料，由 此形成水泥-混凝土-水泥的完全闭路循环方式。
取初次制得的可循环混凝土及其循环10次后的可循环混凝土，对其分别进 行抗压强度、坍落度以及28d氯离子扩散系数的测试，数据如下表1：
表1
Figure BDA0002273132620000081
Figure BDA0002273132620000091
实施例2:
根据上述可循环混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)选料
粗集料：粒径4.75～31.5mm、表观密度2450kg/m3、堆积密度1500kg/m3的 石灰石；
水泥：P.I 42.5硅酸盐水泥；
减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为25％；
河砂：细度模数为3.1的粗砂；
机制砂：细度模数2.6，石粉含量10％，CaCO3含量92％；
钢渣：钢铁公司燃烧后的废弃物，0.074mm方孔筛筛余＜10％，其中Fe2O3含量23％；
粉煤灰：I级粉煤灰，需水量(wt)≤105％，0.074mm方孔筛筛余＜10％， Al2O3含量22％；
按质量比为：水泥：粗集料：河砂：机制砂：钢渣：粉煤灰：水＝0.60：2.78： 0.60：0.58：0.20：0.20：0.35，按胶凝材料(即水泥)用量0.4wt％加入聚羧酸 高效减水剂。
(2)初料混合配制：在搅拌机中先加入粗集料、河砂、机制砂，搅拌180s， 再加入水泥、钢渣、粉煤灰干拌180s，然后再加水、聚羧酸高效减水剂搅拌10min 直至均匀，得到类水泥生料组分的可循环混凝土，此时混凝土中CaO、SiO2、 Al2O3、Fe2O3相对含量的率值满足KH＝0.94，SM＝2.3，IM＝1.6。
(3)破碎分料：将初料混合配制步骤后得到的可循环水泥混凝土导入颚式 破碎机破碎，并分为待筛料和再生混凝土骨料；待筛料将进入球磨过筛步骤， 再生混凝土骨料进行筛分，粒径大于4.75mm作为粗骨料，粒径小于4.75mm 作为细骨料，并使其具有良好的颗粒级配。
(4)球磨过筛：将待筛料导入球磨机中进行粉磨，并采用0.074mm的方 孔筛过筛，直至筛余量小于待筛料的10％，得到再生水泥生料。
(5)熟料煅烧：将上述不掺入任何校正原料的再生水泥生料与矿渣混合均 匀，煅烧得到水泥熟料，并加入石膏得到再生水泥，其中矿渣加入量为再生水 泥生料用量的3wt％。
(6)二次混合配制：将再生水泥、粗骨料、细骨料、水、聚羧酸高效减水 剂按质量比1：2.90：1.16：0.38：0.006混合，制得可循环混凝土的二次料，此 处按现有混凝土配合比设计配制可循环混凝土，且其化学组成与水泥生料具有 近似的成分；可循环混凝土的二次料成为废弃混凝土时，重复进行破碎筛分、 球磨过筛、熟料煅烧和二次混合配制步骤，并制得可循环混凝土的N次料，由 此形成水泥-混凝土-水泥的完全闭路循环方式。
取初次制得的可循环混凝土及其循环10次后的可循环混凝土，对其分别进 行抗压强度、坍落度以及28d氯离子扩散系数的测试，数据如下表2：
表2
Figure BDA0002273132620000101
Figure BDA0002273132620000111
实施例3:
根据上述可循环混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)选料
粗集料：粒径4.75～31.5mm、表观密度2850kg/m3、堆积密度1750kg/m3的 石灰石；
水泥：P.I 52.5硅酸盐水泥；
减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为35％；
河砂：细度模数为2.7的中砂；
机制砂：细度模数3.1，石粉含量7％，CaCO3含量90％；
钢渣：钢铁公司燃烧后的废弃物，0.074mm方孔筛筛余＜10％，其中Fe2O3含量23％；
粉煤灰：I级粉煤灰，需水量(wt)≤105％，0.074mm方孔筛筛余＜10％， Al2O3含量24％；
按质量比为：水泥：粗集料：河砂：机制砂：钢渣：粉煤灰：水＝0.80：2.24：0.46：0.80：0.12：0.08：0.30，按胶凝材料(即水泥)用量0.5wt％加入聚羧酸 高效减水剂。
(2)初料混合配制：在搅拌机中先加入粗集料、河砂、机制砂，搅拌180s， 再加入水泥、钢渣、粉煤灰干拌180s，然后再加水、聚羧酸高效减水剂搅拌10min 直至均匀，得到类水泥生料组分的可循环混凝土，此时混凝土中CaO、SiO2、 Al2O3、Fe2O3相对含量的率值满足KH＝0.93，SM＝2.4，IM＝1.1。
(3)破碎分料：将初料混合配制步骤后得到的可循环水泥混凝土导入颚式 破碎机破碎，并分为待筛料和再生混凝土骨料；待筛料将进入球磨过筛步骤， 再生混凝土骨料进行筛分，粒径大于4.75mm作为粗骨料，粒径小于4.75mm 作为细骨料，并使其具有良好的颗粒级配。
(4)球磨过筛：将待筛料导入球磨机中进行粉磨，并采用0.074mm的方 孔筛过筛，直至筛余量小于待筛料的10％，得到再生水泥生料。
(5)熟料煅烧：将上述不掺入任何校正原料的再生水泥生料与萤石混合均 匀，煅烧得到水泥熟料，并加入石膏得到再生水泥，其中萤石加入量为再生水 泥生料用量的4wt％。
(6)二次混合配制：将再生水泥、粗骨料、细骨料、水、聚羧酸高效减水 剂按质量比1：3.00：1.25：0.34：0.010混合，制得可循环混凝土的二次料，此 处按现有混凝土配合比设计配制可循环混凝土，且其化学组成与水泥生料具有 近似的成分；可循环混凝土的二次料成为废弃混凝土时，重复进行破碎筛分、 球磨过筛、熟料煅烧和二次混合配制步骤，并制得可循环混凝土的N次料，由 此形成水泥-混凝土-水泥的完全闭路循环方式。
取初次制得的可循环混凝土及其循环10次后的可循环混凝土，对其分别进 行抗压强度、坍落度以及28d氯离子扩散系数的测试，数据如下表3：
表3
Figure BDA0002273132620000121
Figure BDA0002273132620000131
实施例4:
根据上述可循环混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)选料
粗集料：粒径4.75～31.5mm、表观密度2800kg/m3、堆积密度1780kg/m3的 石灰石；
水泥：P.I 52.5硅酸盐水泥；
减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为35％；
河砂：细度模数为2.8的中砂；
机制砂：细度模数3.4，石粉含量5％，CaCO3含量93％；
钢渣：钢铁公司燃烧后的废弃物，0.074mm方孔筛筛余＜10％，其中Fe2O3含量23％。
粉煤灰：I级粉煤灰，需水量(wt)≤105％，0.074mm方孔筛筛余＜10％，Al2O3含量24％。；
按质量比为：水泥：粗集料：河砂：机制砂：钢渣：粉煤灰：水＝0.50：2.52： 0.67：0.59：0.20：0.30：0.35，按胶凝材料(水泥)用量0.4wt％加入聚羧酸高 效减水剂；
(2)初料混合配制：在搅拌机中先加入粗集料、河砂、机制砂，搅拌180s， 再加入水泥、钢渣、粉煤灰干拌180s，然后再加水、聚羧酸高效减水剂搅拌10min 直至均匀，得到类水泥生料组分的可循环混凝土，此时混凝土中CaO、SiO2、 Al2O3、Fe2O3相对含量的率值满足KH＝0.89，SM＝2.1，IM＝1.7；
(3)破碎分料：将初料混合配制步骤后得到的可循环水泥混凝土导入颚式 破碎机破碎，并分为待筛料和再生混凝土骨料；待筛料将进入球磨过筛步骤， 再生混凝土骨料进行筛分，粒径大于4.75mm作为粗骨料，粒径小于4.75mm 作为细骨料，并使其具有良好的颗粒级配。
(4)球磨过筛：将待筛料导入球磨机中进行粉磨，并采用0.074mm的方 孔筛过筛，直至筛余量小于待筛料的10％，得到再生水泥生料。
(5)熟料煅烧：将上述不掺入任何校正原料的再生水泥生料与矿渣混合均 匀，煅烧得到水泥熟料，并加入石膏得到再生水泥，其中矿渣加入量为再生水 泥生料用量的3wt％。
(6)二次混合配制：将再生水泥、粗骨料、细骨料、水、聚羧酸高效减水 剂按质量比1：2.90：1.19：0.32：0.012混合，制得可循环混凝土的二次料，此 处按现有混凝土配合比设计配制可循环混凝土，且其化学组成与水泥生料具有 近似的成分；可循环混凝土的二次料成为废弃混凝土时，重复进行破碎筛分、 球磨过筛、熟料煅烧和二次混合配制步骤，并制得可循环混凝土的N次料，由 此形成水泥-混凝土-水泥的完全闭路循环方式。
取初次制得的可循环混凝土及其循环10次后的可循环混凝土，对其分别进 行抗压强度、坍落度以及28d氯离子扩散系数的测试，数据如下表4：
表4
循环次数 3d强度/MPa 7d强度/MPa 28d强度/MPa
0 16.62 22.21 32.23
1 15.99 21.74 31.73
2 14.21 20.36 30.18
3 13.23 19.91 29.14
4 12.58 18.79 28.87
5 12.02 17.86 28.02
6 10.27 17.01 26.46
7 9.89 15.97 25.37
8 9.65 14.38 24.48
9 8.32 13.26 23.21
10 7.86 11.88 21.17
综合上述实施例1～4中对于初次制得的可循环混凝土及其循环10次后的可 循环混凝土进行的性能表征数据可以看出，该可循环混凝土虽然会随着循环次 数的增加出现性能降低的趋势，但在10循环内，该可循环混凝土仍保持有较好 的强度性能，即证明在多次闭路循环后，本发明中的可循环混凝土保持有较好 的性能，极大提高了资源利用率。
区别于现有技术的情况，本发明提供一种可循环水泥混凝土及其制备方法， 通过特定的混凝土配比和制备方式，在保证混凝土具有较高强度的前提下，实 现了水泥-混凝土-水泥的完全闭路循环，极大地提高了资源利用率；同时，工 艺步骤简单，有利于工业大规模应用。
需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有 侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但 并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要 求为准。

Claims (10)

1.一种可循环水泥混凝土的制备方法，其特征在于，其步骤依次包括：选料、初料混合配制、破碎筛分、球磨过筛、熟料煅烧和二次混合配制；
所述选料步骤中制备可循环水泥混凝土的原料包括水泥、粗集料、河砂、机制砂、钢渣、粉煤灰、水和聚羧酸高效减水剂，且所述水泥、粗集料、河砂、机制砂、钢渣、粉煤灰和水的质量比为(0.50～1)：(2.00～3.50)：(0.30～0.70)：(0.40～0.85)：(0.10～0.40)：(0.10～0.40)：(0.25～0.50)，所述聚羧酸高效减水剂加入量占所述水泥质量的0.15～1.0％。
2.根据权利要求1中所述的可循环水泥混凝土的制备方法，其特征在于，所述初料混合配制步骤具体包括：
先将所述粗集料、河砂和机制砂按比例加入搅拌机中搅拌30～180s，随后按比例加入所述水泥、钢渣和粉煤灰搅拌30～180s，再按比例加入所述水以及聚羧酸高效减水剂搅拌5～10min，得到所述可循环水泥混凝土。
3.根据权利要求2中所述的可循环水泥混凝土的制备方法，其特征在于，所述水泥为强度等级42.5或52.5的硅酸盐水泥；
所述粗集料为石灰石，粒径4.75～31.5mm，表观密度2400～3100kg/m3，堆积密度1450～1900kg/m3；
所述河砂为细度模数2.3～3.5的中粗砂；
所述机制砂的细度模数为2.2～3.8，石粉含量为5％～20％，CaCO3含量大于80％；
所述钢渣经0.074mm方孔筛筛选后筛余量小于10％，且其中Fe2O3含量为20％～35％；
所述粉煤灰经0.074mm方孔筛筛选后筛余量小于10％，且其中Al2O3含量为20％～35％。
4.根据权利要求2中所述的可循环水泥混凝土的制备方法，其特征在于，
所述破碎分料步骤具体包括：将所述初料混合配制步骤后得到的所述可循环水泥混凝土导入颚式破碎机破碎，并分为待筛料和再生混凝土骨料；
所述待筛料将进入所述球磨过筛步骤，所述再生混凝土骨料进行筛分，粒径大于4.75mm作为粗骨料，粒径小于4.75mm作为细骨料。
5.根据权利要求4中所述的可循环水泥混凝土的制备方法，其特征在于，所述球磨过筛步骤具体包括：将所述待筛料导入球磨机中进行粉磨，并采用0.074mm的方孔筛过筛，直至筛余量小于所述待筛料的10％，得到再生水泥生料。
6.根据权利要求5中所述的可循环水泥混凝土的制备方法，其特征在于，所述熟料煅烧步骤具体包括：将所述再生水泥生料与碱性激发剂、或者矿化剂、或者晶种混合均匀后煅烧，并加入石膏后得到再生水泥；
所述碱性激发剂、矿化剂和晶种的加入量占所述再生水泥生料质量的1～10％。
7.根据权利要求6中所述的可循环水泥混凝土的制备方法，其特征在于，所述碱性激发剂为NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的一种，矿化剂为萤石、石膏的任意一种或二种的混合物，晶种为矿渣、熟料的任意一种或二种的混合物。
8.根据权利要求6中所述的可循环水泥混凝土的制备方法，其特征在于，所述二次混合配制步骤具体包括：将所述再生水泥、粗骨料、细骨料、水、聚羧酸高效减水剂按质量比1：(2.00～3.50)：(0.70～1.50)：(0.20～0.45)：(0.003～0.012)混合，制得可循环混凝土的二次料；
所述可循环混凝土的二次料成为废弃混凝土时，重复进行所述破碎筛分、球磨过筛、熟料煅烧和二次混合配制步骤，并制得所述可循环混凝土的N次料。
9.一种可循环水泥混凝土，其特征在于，所述可循环水泥混凝土由权利要求1～8中任一所述可循环水泥混凝土的制备方法制得。
10.根据权利要求9中所述的可循环水泥混凝土，其特征在于，所述可循环水泥混凝土的荧光分析结果为：所述可循环水泥混凝土中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3相对含量的率值满足KH＝0.82～0.96，SM＝1.7～2.7，IM＝0.9～1.7。
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