CN111205003B - 一种再生胶凝材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种再生胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将废弃石灰质粉体和废弃黏土质粉体匀质化处理，制得混合粉料；(2)对所述混合粉料进行热处理，得到活化后的混合粉体；(3)将所述活化后的混合粉体与激发剂混合均匀，得到再生胶凝材料。本发明提供的再生胶凝材料的制备工艺简单，且制得的再生胶凝材料能替代水泥及其他传统矿物掺合料，直接用于配置混凝土或其他水泥基材料，对混凝土或其他水泥基材料的抗压强度无影响；其不仅解决了现阶段废弃混凝土堆存量大、危害环境的问题，也解决了优质黏土资源不足的问题，具有很好的工业价值，也为今后大量消纳建筑固体废弃物用于制备矿物掺合料提供了新思路，社会效益与经济效益显著。

Description

一种再生胶凝材料的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种再生胶凝材料的制备方法。

背景技术

随着我国大中城市的城市化程度不断提高，大量城市公用、民用建筑以及市政基础设施面临新建、拆除、装饰改造的需求，我国建筑固体废弃物的排放量剧增。此外， 我国在冶金、化工、煤炭、电力等行业所排放的固体废弃物(如煤矸石、废弃黏土、陶 瓷废渣等)的量也在逐年增加。这些建筑固体废弃物的大量堆积不仅占用大量土地资源， 引发严重的水体污染、粉尘污染，甚至造成交通隐患引发安全事故。

以往我国建筑固体废弃物的处置方式相对粗狂简单，造成了严重的环境污染和社会 问题。与发达国家建筑固体废弃物资源化利用率已达90％以上相比，我国建筑固体废弃物的资源化利用率较低(有资料显示不足10％)。因此，我国建筑固体废弃物资源化利 用的空间巨大。然而，我国建筑固体废物的组分较为复杂，主要包括废弃混凝土、废砖 瓦、废沥青、废玻璃、泥土、塑料、金属、木材等。其中废弃混凝土和废弃砖瓦两种组 分就超过60％。现有建筑固体废弃物的资源化路径主要包括再生骨料和再生粉体等处理 方式。然而，废弃混凝土经过破碎、清洗、分级后得到的骨料普遍存在附着老砂浆比例 较高，而且这些再生骨料在压碎值、含泥量、吸水率等物理性能指标上略差于天然骨料。 因此现有再生骨料大都用于路基垫层材料，工业附加值较低。另外，废弃混凝土经破碎 后得到的再生粉体具有不规则的粒形分布、较大的比表面积、可供水化的物质较少，直 接用于辅助胶凝材料时在水泥基材料中的掺量有限。掺量过大易造成水泥基材料拌合物 的需水量提高，水泥基材料的微观结构变的更疏松，抗压及抗折强度下降、抗冻性显著 降低等缺陷。目前对废弃混凝土进行利用时，没有对混凝土进行活化处理，消纳的废弃 混凝土粉体比例较低，配置好的混凝土成本较高，不利于大规模推广应用；有些处理方 法虽然对混凝土活化处理了，但是需要在高达1350℃的温度下处理，工艺复杂、温度高、 难度大且能耗高。

因此，找到一种利用现有大宗废弃混凝土和黏土质废弃物在较低温度下制备高活性 再生胶凝材料的方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种再生胶凝材料的制备方法，该方法 能资源化利用大宗废弃混凝土和黏土质废弃物，且制备工艺简单，制备温度较低。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种再生胶凝材料的制备方法，包括 如下步骤：

S1、将废弃石灰质粉体和废弃黏土质粉体匀质化处理，制得混合粉料；

S2、对所述混合粉料进行热处理，得到活化后的混合粉体；

S3、将所述活化后的混合粉体与激发剂混合均匀，得到再生胶凝材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1、本发明利用废弃石灰质粉体和废弃黏土质粉体制备再生胶凝材料，能缓解矿粉、 粉煤灰、偏高岭土、石灰石粉和硅灰等传统优质矿物掺合料的供应量不足的问题；且本发明中主要的原材料来源于建筑固体废弃物和工业固体废弃物，原料的来源广，价格低廉；

2、本发明提供的再生胶凝材料的制备工艺简单、能耗低，活化后的混合粉体与激发剂混合能提高再生胶凝材料的反应活性，且得到的产品的性能也较稳定；

3、采用本发明的方法制得的再生胶凝材料能替代水泥及其他传统矿物掺合料，直接用于配置混凝土或其他水泥基材料，对混凝土或其他水泥基材料的抗压强度无影响； 该方法不仅解决了现阶段废弃混凝土堆存量大、危害环境的问题，也解决了优质黏土资 源不足的问题，具有很好的工业价值，也为今后大量消纳建筑固体废弃物用于制备矿物 掺合料提供了新思路，社会效益与经济效益显著。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。

申请人研究发现，石灰质粉体经破碎、清洗、分离后得到的粉体对其进行煅烧活化处理后能使其中的水化产物水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁铝酸钙、钙矾石、氢氧化 钙等转变成具有水化活性的硅酸二钙和游离氧化钙。将其直接用于矿物和掺合料使用 时，易造成水泥基材料拌合物需水量增大，安定性不良。同时，黏土质废弃物粉体中含 有一定量的高岭土，经过煅烧处理后能够转变成具有一定火山灰活性的偏高岭土成分的 铝硅质玻璃体。利用石灰质粉体经煅烧活化后得到的硅酸二钙及游离氧化钙与水反应能 够得到大量氢氧化钙，能够激发煅烧后黏土质废弃物粉体中的活性铝硅质成分。因此， 本发明的实施例提供了一种再生胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将废弃石灰质粉体和废弃黏土质粉体匀质化处理，制得混合粉料

(2)对混合粉料进行热处理，得到活化后的混合粉体；

(3)将活化后的混合粉体与激发剂混合均匀，得到再生胶凝材料。

在本发明的一些优选实施方式中，步骤(1)中采用以下方法对石灰质粉体和黏土质粉体匀质化处理：对破碎处理后的废弃石灰质粉体进行清理和筛分，得到小于74um 的石灰质微粉，将石灰质微粉与废弃黏土质粉体分别粉磨至粒径小于40um，再将石灰 质微粉与废弃黏土质粉体按照质量比为10～1：1混合均匀，得到混合粉体，将混合粉 体与无水乙醇或异丙醇按照固液质量比为5～20：1混合均匀，得到混合粉料。

本发明中，废弃石灰质粉体来源于建筑新建、建筑拆除、建筑装修、自然灾害过程中产生的废弃混凝土中的至少一种；废弃黏土质粉体来源于废弃黏土砖、废弃黏土、陶 瓷废渣和煤矸石中的至少一种。

在本发明的一些优选实施方式中，步骤(2)中采用梯度升温对混合粉料进行热处理：将混合粉料从常温升至200℃，升温速率为5℃/min；从200℃升至最高温度，升 温速率为10℃/min，并在最高温度下保温120～180min，最高温度为500～900℃。

在本发明的一些优选实施方式中，步骤(3)中活化后的混合粉体与激发剂按照质量比为50～5：2～1混合均匀。两者混合时，搅拌速度为100～500r/min，搅拌时间为 30～60min。

在本发明的一些优选实施方式中，激发剂为碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸铵、硫酸钾、三乙醇胺、三异丙醇胺、二异丙基乙胺和二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。利用 碳酸盐、硫酸盐、醇胺类作为激发剂，能大幅提高再生胶凝材料的反应活性。

在本发明的一些优选实施方式中，步骤(3)中还可加入工业副产石膏，其添加量为混合粉体质量的1～5.0wt.％，以替代水泥及其它传统掺合料并进一步提高再生胶凝 材料的性能。

在本发明的一些优选实施方式中，工业副产石膏为磷石膏、脱硫石膏和过硫磷石膏 中的至少一种。

为了对本发明进行进一步详细说明，下面将结合具体实施例对本发明进行进一步说 明。本发明中的实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；本发明中的实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均为市场购买所得。

实施例1：

本发明的实施例1提供了一种再生胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)用实验室破碎机将废弃混凝土进行破碎处理，并用实验室小型磁选机分选出废弃混凝土中的铁制杂物；用0.125mm筛对破碎后的废弃混凝土颗粒进行筛分，大于0.125mm的废弃混凝土颗粒进行二次破碎，直到得到小于74um的废弃混凝土微粉；将 废弃混凝土微粉与黏土质废弃物分别置于球磨机中粉磨，在功率为50～100kW下粉磨 2h，直至所有颗粒尺寸均小于40um，将得到的废弃混凝土粉体与黏土质粉体按照质量 比为3：1置于5L塑料混料桶中，并在混料机中处理12h，转速为300r/min，得到混合 料，将混合料与无水乙醇按照固液质量比为10：1混合均匀，得到混合粉料，再用实验 室用多功能分散机将混合粉料搅拌10min，称取搅拌均匀后的混合粉料130g置于100 mm*100mm不锈钢成型模具中，成型压力在30MPa，保压时间为1min，得到片状块体；

(2)将压制后的片状块体置于直径为50mm，高度为150mm刚玉坩埚中，并置于 实验室用高温炉中按照以下热处理历史设置温控程序：将混合粉料从常温升至200℃， 升温速率是5℃/min；从200℃升至500℃，升温速率是10℃/min，并在500℃下保温180 min，程序结束后立即取出坩埚，并置于大功率电风机下快速冷却。用实验室用振动磨 研磨30～120s后，过75um的方孔筛，即得到活化后的混合粉体；

(3)将活化后的混合粉体、混合粉体质量2.0wt.％的硫酸钠与混合粉体质量3.0wt.％ 的工业脱硫石膏混合均匀，得到再生胶凝材料。

实施例2：

本发明的实施例2提供了一种再生胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)用实验室破碎机将废弃混凝土进行破碎处理，并用实验室小型磁选机分选出废弃混凝土中的铁制杂物；用0.125mm筛对破碎后的废弃混凝土颗粒进行筛分，大于0.125mm的废弃混凝土颗粒进行二次破碎，直到得到小于74um的废弃混凝土微粉；将 废弃混凝土微粉与黏土质废弃物分别置于球磨机中粉磨，在功率为50～100kW下粉磨2h，直至所有颗粒尺寸均小于40um，将得到的废弃混凝土粉体与黏土质粉体按照质量 比为3：1置于5L塑料混料桶中，并在混料机中处理12h，转速为300r/min，得到混合 料，将混合料与无水乙醇按照固液质量比为10：1混合均匀，得到混合粉料，再用实验 室用多功能分散机将混合粉料搅拌10min，称取搅拌均匀后的混合粉料130g置于100 mm*100mm不锈钢成型模具中，成型压力在30MPa，保压时间为1min，得到片状块体；

(2)将压制后的片状块体置于直径为50mm，高度为150mm刚玉坩埚中，并置于 实验室用高温炉中按照以下热处理历史设置温控程序：将混合粉料从常温升至200℃， 升温速率是5℃/min；从200℃升至700℃，升温速率是10℃/min，并在700℃下保温 180min，程序结束后立即取出坩埚，并置于大功率电风机下快速冷却。用实验室用振 动磨研磨30～120s后，过75um的方孔筛，即得到活化后的混合粉体；

(3)将活化后的混合粉体、混合粉体质量2.0wt.％的硫酸钠与混合粉体质量3.0wt.％ 的工业脱硫石膏混合均匀，得到再生胶凝材料。

实施例3：

本发明的实施例3提供了一种再生胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)用实验室破碎机将废弃混凝土进行破碎处理，并用实验室小型磁选机分选出废弃混凝土中的铁制杂物；用0.125mm筛对破碎后的废弃混凝土颗粒进行筛分，大于0.125mm的废弃混凝土颗粒进行二次破碎，直到得到小于74um的废弃混凝土微粉；将 废弃混凝土微粉与黏土质废弃物分别置于球磨机中粉磨，在功率为50～100kW下粉磨 2h，直至所有颗粒尺寸均小于40um，将得到的废弃混凝土粉体与黏土质粉体按照质量 比为3：1置于5L塑料混料桶中，并在混料机中处理12h，转速为300r/min，得到混合 料，将混合料与无水乙醇按照固液质量比为10：1混合均匀，得到混合粉料，再用实验 室用多功能分散机将混合粉料搅拌10min，称取搅拌均匀后的混合粉料130g置于100 mm*100mm不锈钢成型模具中，成型压力在30MPa，保压时间为1min，得到片状块体；

(2)将压制后的片状块体置于直径为50mm，高度为150mm刚玉坩埚中，并置于 实验室用高温炉中按照以下热处理历史设置温控程序：将混合粉料从常温升至200℃， 升温速率是5℃/min；从200℃升至900℃，升温速率是10℃/min，并在900℃下保温180 min，程序结束后立即取出坩埚，并置于大功率电风机下快速冷却。用实验室用振动磨 研磨30～120s后，过75um的方孔筛，即得到活化后的混合粉体；

(3)将活化后的混合粉体、混合粉体质量2.0wt.％的硫酸钠与混合粉体质量3.0wt.％ 的工业脱硫石膏混合均匀，得到再生胶凝材料。

对大掺量矿物掺合料的混凝土，按照如表1所示的配比配料，以进行混凝土抗压强度实验。混凝土原材料分别为，华新P·I 52.5水泥，满足国家标准的二级粉煤灰和S95 磨细矿渣粉，细度模数为2.8的河沙，5～25mm青石。聚羧酸减水剂为江苏苏博特新材 料股份有限公司生产的

(固含量50％)，用于保证各组混凝土具有相近的初始 工作性能。得到的各组混凝土抗压强度经时演变规律如表2所示。

表1空白组和实验组的混凝土配合比(kg/m³)

组别	水泥	再生胶凝材料	粉煤灰	矿粉	砂	石子	水
								空白组	200	0	70	60	850	1000	165
实验组1	50	实施例1中再生胶凝材料150	70	60	850	1000	165
								实验组2	50	实施例2中再生胶凝材料150	70	60	850	1000	165
实验组3	50	实施例3中再生胶凝材料150	70	60	850	1000	165

表2标养下混凝土的抗压强度(MPa)

由表2可以看出，各实施例中制得的再生胶凝材料在大掺量替代水泥时，各龄期混凝土的抗压强度都要优于空白组，说明本发明提供的再生胶凝材料能替代水泥及其他传统矿物掺合料，直接用于配置混凝土或其他水泥基材料，这为今后大量消纳建筑固体废 弃物用于制备矿物掺合料提供了新思路，社会效益与经济效益显著。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本 发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保 护范围内。

Claims (5)

1.一种再生胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将废弃石灰质粉体和废弃黏土质粉体匀质化处理，制得混合粉体，将所述混合粉体与无水乙醇或异丙醇按照固液质量比为5～20：1混合均匀，得到混合粉料；

S2、对所述混合粉料进行热处理，得到活化后的混合粉体；

S3、将所述活化后的混合粉体与激发剂混合均匀，得到再生胶凝材料；

所述步骤S2具体包括：将所述混合粉料从常温升至200℃ ，升温速率为5℃/min；从200℃升至最高温度，升温速率为10℃/min，并在最高温度下保温120～180 min，所述最高温度为500～900℃；

所述废弃石灰质粉体来源于建筑新建、建筑拆除、建筑装修、自然灾害过程中产生的废弃混凝土中的至少一种；所述废弃黏土质粉体来源于废弃黏土砖、废弃黏土、陶瓷废渣和煤矸石中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的再生胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：对破碎处理后的废弃石灰质粉体进行清理和筛分，得到小于74um的石灰质微粉，将所述石灰质微粉与废弃黏土质粉体分别粉磨至粒径小于40um，再将所述石灰质微粉与废弃黏土质粉体按照质量比为10～1：1混合均匀，得到混合粉体。

3.根据权利要求1所述的再生胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中活化后的混合粉体与激发剂按照质量比为50～5：2～1混合均匀，所述激发剂为碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸铵、硫酸钾、三乙醇胺、三异丙醇胺、二异丙基乙胺和二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的再生胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中还加入工业副产石膏，所述工业副产石膏的添加量为混合粉体质量的1～5.0 wt.%。

5.根据权利要求4所述的再生胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述工业副产石膏为磷石膏、脱硫石膏和过硫磷石膏中的至少一种。