CN112592148A - 高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法，是将砖混类建筑固废再生砂粉与分别磨细至勃氏比表面积大于400 m2/kg的偏高岭土、硅铝酸钙镁和石灰依次按70~87:0~3:10~20:3~10的质量百分比混合得到混合砂粉，与溶解于水中的模数为1.0~2.0、质量为混合砂粉的3~7%的钠水玻璃充分拌和后振动密实或压制成型，最后常温保湿养护后得到结构材料。该材料制备过程简单经济，废渣利用率高，强度和抗弯性能好，低碳环保，是应用前景广阔的绿色建筑材料。

Description

高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法
技术领域
本发明属于固体废物处理与利用和建筑材料领域，特别涉及高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法。
背景技术
建筑固废指人们在从事拆迁、建设、装修、修缮等建筑业的生产活动和洪水地震等自然灾害中产生的渣土、废旧混凝土、废旧砖石及其他废弃物的统称。我国城市建设飞速发展、旧有建筑物的拆除以及地震等自然灾害的发生使得建筑固废产量与日俱增。据统计，我国年排放建筑固废已达30亿吨之巨，其再生利用率不足10%，大部分未经处理露天堆放、焚烧或简单填埋，不仅破坏生态，占用土地，且污染环境。
建筑固废是放错地方的资源，具有再生利用价值。砖混类建筑固废（简称砖混渣）指由损毁建筑物得到的建筑固废在剔除钢筋、木材和塑料等金属和有机杂质外，主要由废弃砖瓦、建筑灰砂浆、废混凝土、少量玻璃和陶瓷等无机非金属物质组成，其中通常废粘土（红）砖和废混凝土占绝对主要成分。砖混渣破碎后截取的颗粒料强度相对较大，越来越多地作为再生混凝土骨料得到循环使用。砖混渣经除杂、破碎、骨料整形强化和筛分后，40~60%的质量转变为粒径不大于4.75mm的砖混再生砂粉，通常仅符合JC/T 2548-2019中的C类再生砂粉标准，只能用作无机混合料或回填材料等，处理与利用率及应用附加值均很低。大掺量利用再生砂粉制备结构材料，可实现对再生砂粉的零排放利用，并大力提高其应用经济性。
发明内容
本发明的目的在于用简单经济的方法零排放高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案：高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法，是将砖混类建筑固废再生砂粉与分别磨细至勃氏比表面积大于400m2/kg的偏高岭土、硅铝酸钙镁和石灰依次按70~87 : 0~3 : 10~20 : 3~10的质量百分比混合得到混合砂粉，与溶解于水中的模数为1.0~2.0、所含SiO2+Na2O的质量为混合砂粉的3~7%的钠水玻璃充分拌和均匀后振动密实或压制成型，最后常温保湿养护20天以上得到结构材料，其中的石灰包括主要物相组成为Ca(OH)2和与水反应生成Ca(OH)2的固体物质，石灰的掺量按其中所含的和与水反应生成的Ca(OH)2的质量计算。
所述砖混类建筑固废再生砂粉是先对建筑固废进行分选和预处理，去除其中的木材、橡胶、塑料、沥青、布料纤维及生活垃圾和钢筋等有机物和金属，得到以废烧结粘土砖、废混凝土和水泥砂浆为主的砖混类建筑固废干燥后用任意方法破碎至粒径不大于4.75mm的未筛分的细砂与细粉的混合物。
所述的偏高岭土由外掺1~2%的NaOH的高岭土在600~750℃充分煅烧后冷却得到。
所述的硅铝酸钙镁由主要包含硅、铝、钙和镁的氧化物的原料在1300~1550℃充分煅烧后水淬急冷得到，其化学组成按质量计满足：K2O+0.658Na2O = 0.2~5.8%，(CaO +MgO)/(SiO2+Al2O3) = 0.70~1.30。
为改善结构材料制备时的工作性与经济性及使用性能，在原料混合拌和时可外掺一种或多种化学助剂、矿物混合材料和其它粗细骨料。
本发明在利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料时，制备过程简单，材料经济，充分降低了固废处理和利用的成本，制备过程零排放并实现对固废全利用，符合绿色环保的理念。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
由建筑垃圾剔除废塑料、沥青及生活垃圾等有机物和钢筋等金属杂质后，剩下的废渣主要由废粘土砖、废混凝土、碎砂浆片和少量玻璃陶瓷等构成，属于砖混类建筑固废，后者经多级破碎后收获粒径大于4.75mm的再生骨料，4.75mm筛下得到未进一步筛分的再生砂粉。偏高岭土由高岭土掺入1.5%的烧碱混磨后在750℃煅烧3小时后自然冷却得到，其磨细后的勃氏比表面积为455m2/kg；4种化学组成不同的硅铝酸钙镁分别在1300~1550℃的最高煅烧温度下保温3小时，然后水淬急冷并磨细，测定其勃氏比表面积大致相同，均在400~500m2/kg之间，其以质量表示的化学组成满足：(CaO +MgO)/(SiO2+Al2O3) = 0.70~1.30，K2O+0.658Na2O = 0.2~5.8%，相关指标详见表1；石灰选分析纯Ca(OH)2粉，其勃氏比表面大于400m2/kg；钠水玻璃用高模数的工业钠水玻璃按不同比例溶入分析纯NaOH调制成模数为1.0~2.0的水溶液。
表1 硅铝酸钙镁的煅烧温度与化学组成特点
Figure DEST_PATH_IMAGE001
将砖混类建筑固废再生砂粉、偏高岭土、硅铝酸钙镁和Ca(OH)2按比例混合均匀得到混合砂粉，混合砂粉的质量占比为：砖混微粉 70~87%，偏高岭土 0~3%，硅铝酸钙镁 10~20%，Ca(OH)2 3~10%。再将钠水玻璃混入再生砂粉中，钠水玻璃的掺量按所含的SiO2+Na2O与混合砂粉的质量比为3~7%确定。补充水分调整至合适的水灰比后分别浇注成型或加压成型，第1天在饱和湿度空气中常温养护，然后在20℃水中泡水养护28天。部分达到3天、7天和28天龄期的试件从水中拿出用拧干的湿布拭干表面水份后分别检测湿强度（抗压强度+抗折强度），部分28天试块在100℃烘箱中烘干后检测干强度。
各实施例的具体制备工艺参数详见表2。其中实施例1至16采用浇注成型：钠水玻璃溶液与混合砂粉在水泥胶砂搅拌机中低速混合搅拌，按0.25的液固（质量）比补足剩余的水后高速搅拌2分钟，然后将液固混合物移入40×40×160的水泥胶砂钢模中振动密实，24小时后脱模。浇注成型试件不同龄期的强度性能详见表3。实施例17至32采用压制成型：按0.14的液固（质量）比补足剩余的水到固液混合物中，移入不锈钢盘子中用泥工铲手工拌和5分钟，将半干的混合物移入25×40×160的棱柱体钢模中加载20MPa成型压力并保压2分钟后释压，然后脱模养护。压制成型试件不同龄期的强度性能详见表4。
表2 实施例制备工艺参数一览表
Figure 961559DEST_PATH_IMAGE002
由表3知，各浇注成型实施例的结构材料试件28天湿抗压强度在34.6~66.6MPa之间，且早强性好，其3天强度超过28天强度的一半，抗折强度与抗压强度之比也高于硅酸盐水泥制品，表现出比后者更高的抗折性能。比较表3与表4可知，同配方情况下，压制成型试件比浇注成型试件的强度更高，前者的28天最大湿抗压强度达到86.6MPa。通过计算28天龄期试块的湿抗压强度与干抗压强度之比得到软化系数，发现所有试块的软化系数均大于0.75，表现出良好的抗水性，且压制成型试块的软化系数比浇注成型者略高，表明该结构材料可以在水中使用。
由实施例可见，本发明制备的结构材料中再生砂粉的掺量达70~87%，水玻璃等工业碱掺量低，从而具有良好的经济性，在制备包括装配式建筑的板材等的预制件时有显著的比较优势，可做成各种高性价比的绿色建筑材料。
表3 浇注成型实施例的强度与耐水性一览表
Figure 144279DEST_PATH_IMAGE003
表4 浇注成型实施例的强度与耐水性一览表
Figure DEST_PATH_IMAGE004

Claims (5)

1.高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法，其特征在于：将砖混类建筑固废再生砂粉与分别磨细至勃氏比表面积大于400m2/kg的偏高岭土、硅铝酸钙镁和石灰依次按70~87 : 0~3 : 10~20 : 3~10的质量百分比混合得到混合砂粉，与溶解于水中的模数为1.0~2.0、所含SiO2+Na2O的质量为混合砂粉的3~7%的钠水玻璃充分拌和均匀后振动密实或压制成型，最后常温保湿养护20天以上得到结构材料，其中的石灰包括主要物相组成为Ca(OH)2和与水反应生成Ca(OH)2的固体物质，石灰的掺量按其中所含的和与水反应生成的Ca(OH)2的质量计算。
2.如权利要求1所述的高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法，其特征在于：所述砖混类建筑固废再生砂粉是先对建筑固废进行分选和预处理，去除其中的木材、橡胶、塑料、沥青、布料纤维及生活垃圾和钢筋等有机物和金属，得到以废烧结粘土砖、废混凝土和水泥砂浆为主的砖混类建筑固废干燥后用任意方法破碎至粒径不大于4.75mm的未筛分的细砂与细粉的混合物。
3.如权利要求1所述的高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法，其特征在于：偏高岭土由外掺1~2%的NaOH的高岭土在600~750℃充分煅烧后冷却得到。
4.如权利要求1所述的高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法，其特征在于：硅铝酸钙镁由主要包含硅、铝、钙和镁的氧化物的原料在1300~1550℃充分煅烧后水淬急冷得到，其化学组成按质量计满足：K2O+0.658Na2O = 0.2~5.8%，(CaO +MgO)/(SiO2+Al2O3) = 0.70~1.30。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法，其特征在于：为改善结构材料制备时的工作性与经济性及使用性能，在原料混合拌和时外掺一种或多种化学助剂、矿物混合材料和其它粗细骨料。
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