CN112209641B - 一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，属于水泥生产技术领域。一方面为了解决废弃烧结页岩循环再利用的问题，另一方面解决普通水泥易开裂、耐久性、力学性能差的技术问题，因此，提供一种利用废弃的烧结页岩制备的水泥的方法，该方法包括原料预处理、活化细粉的制备，以及烧结页岩制备的水泥制备的三个步骤，通过本发明制备方法生产的水泥相比普通水泥抗压强度、抗折强度均明显提高，力学性能、耐久性能明显提升，保护环境的同时提高了水泥生产的经济效益，实现了双赢的目的。
Description
技术领域
本发明涉及水泥生产技术领域，特别地，涉及一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法。
背景技术
近些年来随着我国建设工程量的不断增加和老旧建筑物的大量拆除，越来越多的建筑垃圾不断出现在人们的视野中。众所周知在这个体量巨大的建筑废弃物群体中，作为在整个建筑范围内需求量较高的烧结页岩砖，大量废弃后，便很快从建筑材料的“主力军”演变为建筑垃圾的“主力军”，成为我国目前正在面临的亟待解决的环保问题。对于这些建筑垃圾的处理成了当今的热门话题，而废弃烧结页岩砖在建筑垃圾中又占很大的比重，因此对废弃烧结页岩砖的循环再利用的方法的研究越来越被各个国家的科研人员所重视。
目前在建筑行业应用最为广泛的建筑材料就是水泥，各种工程项目中都能看到它的身影，可以说水泥已经成为城市建设的基础材料。水泥作为建筑行业的“粮食”，在建筑行业飞速发展的过程中越来越被社会各界所认可，然而传统的水泥行业是一个耗能、耗材严重且高污染的产业，水泥的生产过程中不仅会消耗掉大量的不可再生原材料还会排出惊人体量的废气和烟尘，对环境造成了的严重破坏，而且水泥并不是坚不可摧的，随着时间的流逝与环境因素的影响，水泥会受到各种破坏和侵蚀，这不仅会加重环境与经济方面的负担，甚至可能会对建筑安全造成影响。
因此，为达到废弃烧结页岩砖，实现资源化处理，循环利用，也为水泥的生产找到新的原材料，解决易开裂、耐久性、力学性能差等问题，因此，本发明提供一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，一方面解决废弃烧结页岩循环再利用的问题，另一方面解决普通水泥易开裂、耐久性、力学性能差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，具体采用的技术方案如下：
①将废弃烧结页岩砖、煤矸石、废旧橡胶进行破碎后、置于干燥箱干燥至恒重、然后分别粉磨至超细粉，即得废弃烧结页岩砖粉、煤矸石粉和废旧橡胶粉；
②将步骤①制备的废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉按重量比50-80：10-20混合搅拌置于1000-1200℃高温电炉中，煅烧2-3h；取出冷却至室温，将制备的超细粉循环置于-30℃环境和30℃环境中各3h,循环次数8-12次，即得活化超细粉；
③按重量份数，将150份普通硅酸盐水泥熟料、50份5％二水石膏混合利用球磨机粉磨至粒径为300目的超细水泥；再将超细水泥置于高温电炉中，1300-1330℃高温煅烧40-50min，冷却至160-180℃依次与纳米SiO2、纳米ZrO2，活化超细粉、废旧橡胶粉、氧化石墨烯混合均匀后，冷却至室温，再与红麻秸秆粗粉搅拌均匀，粉碎至300目，即得烧结页岩水泥。
优选的，按重量百分数，氧化石墨烯掺入量为超细水泥的0.06-1％。
优选的，按重量百分数，废旧橡胶粉掺入量为超细水泥的1-2％。
优选的，按重量百分数，红麻秸秆粗粉掺入量为超细水泥的0.2-1％。
优选的，按重量百分数，纳米ZrO2掺入量为超细水泥的1-4％。
优选的，按重量百分数，纳米SiO2掺入量为超细水泥的0.1-0.3％。
优选的，按重量百分数，活化超细粉掺入量为超细水泥的41.7-48.64％。
优选的，废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉按重量比为70:15。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明解决了废弃烧结页岩砖循环再利用的技术问题，实现了再生资源的优化配置，同时还解决了普通水泥易开裂、力学性能，耐久性较差的技术问题。本发明利用烧结页岩制备的水泥相比普通水泥抗压强度、抗折强度均明显提高，力学性能、耐久性能明显提升，保护环境的同时提高了水泥生产的经济效益，实现了双赢的目的。经试验测定：本发明利用废弃烧结页岩制备的水泥抗压强度和抗折强度分别能够达到53MPa和8.7MPa。
2、本发明在处理废弃烧结页岩砖时，加入了煤矸石，煤矸石是一种矿石具有一定的激发性，当二者复配成超细粉填充于水泥颗粒之间的空隙中时，它可以将废弃烧结页岩与水泥之间反应活性及早激发，可以迅速和水泥粉体粒子在水泥内部形成堆积结构，减小了水泥内部空隙率，从而减小了水泥砂浆的用水量，进而使得胶凝体系的需水量比降低，游离水增多，流动度增加，使得水泥砂浆抗压强度提高，提升了水泥的力学性能和耐久性能。
3、本发明在制备烧结页岩水泥时还加入了植物纤维，改善了水泥砂浆抗裂能力，与其它植物纤维相比，红麻秸秆韧皮纤维抗拉能力强，当掺入水泥中时，在水泥内部形成一根根的“微细筋”而同时又加入了氧化石墨烯，石墨烯具有一层一层的碳层结构，每层碳层之间由氢键连接，因此形成了立方体的空间结构，而红麻秸秆纤维形成的“微细筋”一方面则会套在石墨烯立方体结构的表面，与石墨烯之间形成很牢固的粘合力，另一方面由于红麻秸秆纤维与水泥基界面产生的粘结力，抵消了一部分外力，延缓界面的破坏，从而既明显的提高了水泥砂浆的抗压强度，又有效的抑制水泥凝固后产生裂缝，提高了水泥的抗裂能力。
4、本发明技术方案中还加入纳米ZrO2和纳米SiO2，ZrO2为纳米颗粒，其尺寸远小于水泥颗粒的尺寸，纳米ZrO2存在小尺寸效应，一方面能够发挥微集料填充作用，会在水泥基体内部孔隙中形成相互交联的网状结构，纳米SiO2可以填充在网状结构中与水泥颗粒紧密结合，横跨于基体内部，加快自由水的扩散，对基体内部水化进程起到促进作用，还可以使水泥粘结浆体基体更加致密，从而提高混凝土抗水渗透性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，具体步骤如下：
①将废弃烧结页岩砖、煤矸石、废旧橡胶进行破碎后、置于干燥箱干燥至恒重、然后分别粉磨至超细粉，即得废弃烧结页岩砖粉、煤矸石粉和废旧橡胶粉；
②将步骤①制备的废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉按重量比50：10混合搅拌置于1000℃高温电炉中，煅烧2h；取出冷却至室温，将制备的超细粉循环置于-30℃环境和30℃环境中各3h,循环次数8次，即得活化超细粉；
③按重量份数，将150份普通硅酸盐水泥熟料、50份5％二水石膏混合利用球磨机粉磨至粒径为300目的超细水泥；再将超细水泥置于高温电炉中，1300℃高温煅烧40-50min，冷却至160℃依次与纳米SiO2、纳米ZrO2，活化超细粉、废旧橡胶粉、氧化石墨烯混合均匀后，冷却至室温，再与红麻秸秆粗粉搅拌均匀，粉碎至300目，即得烧结页岩水泥；按重量百分数，氧化石墨烯掺入量为超细水泥的0.06％；废旧橡胶粉掺入量为超细水泥的1％；红麻秸秆粗粉掺入量为超细水泥的0.2％；纳米ZrO2掺入量为超细水泥的1％；纳米SiO2掺入量为超细水泥的0.1％；活化超细粉掺入量为超细水泥的48.64％。
实施例2
一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，具体步骤如下：
①将废弃烧结页岩砖、煤矸石、废旧橡胶进行破碎后、置于干燥箱干燥至恒重、然后分别粉磨至超细粉，即得废弃烧结页岩砖粉、煤矸石粉和废旧橡胶粉；
②将步骤①制备的废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉按重量比80：20混合搅拌置于1200℃高温电炉中，煅烧3h；取出冷却至室温，将制备的超细粉循环置于-30℃环境和30℃环境中各3h,循环次数12次，即得活化超细粉；
③按重量份数，将150份普通硅酸盐水泥熟料、50份5％二水石膏混合利用球磨机粉磨至粒径为300目的超细水泥；再将超细水泥置于高温电炉中，1330℃高温煅烧50min，冷却至180℃依次与纳米SiO2、纳米ZrO2，活化超细粉、废旧橡胶粉、氧化石墨烯混合均匀后，冷却至室温，再与红麻秸秆粗粉搅拌均匀，粉碎至300目，即得烧结页岩水泥；按重量百分数，氧化石墨烯掺入量为超细水泥的1％；废旧橡胶粉掺入量为超细水泥的2％。红麻秸秆粗粉掺入量为超细水泥的1％；纳米ZrO2掺入量为超细水泥的4％；纳米SiO2掺入量为超细水泥的0.3％；活化超细粉掺入量为超细水泥的41.7％。
实施例3
①将废弃烧结页岩砖、煤矸石、废旧橡胶进行破碎后、置于干燥箱干燥至恒重、然后分别粉磨至超细粉，即得废弃烧结页岩砖粉、煤矸石粉和废旧橡胶粉；
②将步骤①制备的废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉按重量比70：15混合搅拌置于1100℃高温电炉中，煅烧2.5h；取出冷却至室温，将制备的超细粉循环置于-30℃环境和30℃环境中各3h,循环次数10次，即得活化超细粉；
③按重量份数，将150份普通硅酸盐水泥熟料、50份5％二水石膏混合利用球磨机粉磨至粒径为300目的超细水泥；再将超细水泥置于高温电炉中，1320℃高温煅烧45min，冷却至170℃依次与纳米SiO2、纳米ZrO2，活化超细粉、废旧橡胶粉、氧化石墨烯混合均匀后，冷却至室温，再与红麻秸秆粗粉搅拌均匀，粉碎至300目，即得烧结页岩水泥；按重量百分数，氧化石墨烯掺入量为超细水泥的0.07％；废旧橡胶粉掺入量为超细水泥的1.5％；红麻秸秆粗粉掺入量为超细水泥的0.5％；纳米ZrO2掺入量为超细水泥的2％；纳米SiO2掺入量为超细水泥的0.25％；活化超细粉掺入量为超细水泥的45.68％。
对比例1
与实施例3不同之处在于废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉按重量比50:10。
对比例2
与实施例3不同之处在于废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉按重量比80:20。
试验例1
本发明的烧结页岩水泥制备成水泥砂浆时的力学性能
本发明实施例1、实施例2和实施例3和普通水泥制备的烧结页岩水泥，按照GBT1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验》制备水泥砂浆A、B、C和D，水:采用饮用自来水，水中不得含有不溶性杂质；砂子:砂子选用连续级配的天然河砂，细度模数为2.0；普通水泥采用华新牌P.O 42.5普通硅酸盐水泥。
再依据《普通混凝土力学性能试验方法》(GB 50081)的规范要求，首先将水泥砂浆A、B、C和D分别制备成70.7mm×70.7mm×70.7mm大小的试块，放入标准养护箱养护28d,进行抗压强度测试，再将水泥砂浆A、B、C和D分别制备成40mm×40mm×160mm大小的试块放入标准养护箱养护28d,对试样进行抗折强度测试；上述测试方法均为本领域技术人员应当熟知的测试方法。具体测试结果如下表1：
表1
由表1明显可知，本发明制备的烧结页岩水泥相比于普通水泥，抗压强度和抗折强度更好，力学性能更优异。
试验例2
废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉复配比对水泥砂浆力学性能的影响
测试方法同试验例1一致。测试结果如下表2：
表2
| 编号 | 抗压强度 | 抗折强度 |
| 对比例1 | 42.8MPa | 7.4MPa |
| 对比例2 | 44.3MPa | 7.6MPa |
| 实施例3 | 53MPa | 8.7MPa |
由表2可知，当废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉复配比例50:10时，煤矸石重量为总活化细粉的重量的六分之一，它对于烧结页岩的激发活性变小，使得烧结页岩与水泥混合后，在水泥中的均匀性降低，从而降低水泥的力学性能；当当废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉复配比例80:20时，煤矸石重量占到了活化超细粉总重量的五分之一，烧结页岩粉添加量不足，进而就无法和水泥反应时完全填充水泥内部，使得水泥砂浆用水量反而增加，同时流动性降低，水泥砂浆的均匀性也降低，进而降低水泥砂浆的力学性能和耐久性，因此，只有当废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉复配比例70:15时，制备的水泥砂浆流动性和均匀性最佳，力学性能和耐久性最好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
①将废弃烧结页岩砖、煤矸石、废旧橡胶进行破碎后、置于干燥箱干燥至恒重、然后分别粉磨至超细粉，即得废弃烧结页岩砖粉、煤矸石粉和废旧橡胶粉；
②将步骤①制备的废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉按重量比50-80：10-20混合搅拌置于1000-1200℃高温电炉中，煅烧2-3h；取出冷却至室温，将制备的超细粉循环置于-30℃环境和30℃环境中各3h,循环次数8-12次，即得活化超细粉；
③按重量份数，将150份普通硅酸盐水泥熟料、50份5％二水石膏混合利用球磨机粉磨至粒径为300目的超细水泥；再将超细水泥置于高温电炉中，1300-1330℃高温煅烧40-50min，冷却至160-180℃依次与纳米SiO2、纳米ZrO2，活化超细粉、废旧橡胶粉、氧化石墨烯混合均匀后，冷却至室温，再与红麻秸秆粗粉搅拌均匀，粉碎至300目，即得烧结页岩水泥。
2.根据权利要求1所述的一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，其特征在于：按重量百分数，氧化石墨烯掺入量为超细水泥的 0.06-1％。
3.根据权利要求1所述的一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，其特征在于：按重量百分数，废旧橡胶粉掺入量为超细水泥的1-2％。
4.根据权利要求1所述的一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，其特征在于：按重量百分数，红麻秸秆粗粉掺入量为超细水泥的0.2-1％。
5.根据权利要求1所述的一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，其特征在于：按重量百分数，纳米ZrO2掺入量为超细水泥的1-4％。
6.根据权利要求1所述的一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，其特征在于：按重量百分数，纳米SiO2掺入量为超细水泥的0.1-0.3％。
7.根据权利要求1所述的一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，其特征在于：按重量百分数，活化超细粉掺入量为超细水泥的41.7-48.64％。
8.根据权利要求1所述的一种利用废弃烧结页岩制备水泥的方法，其特征在于：废弃烧结页岩砖粉和煤矸石粉按重量比为70:15。
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