CN113277793A

CN113277793A - 一种利用再生微粉制造水泥石的方法

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Publication number: CN113277793A
Application number: CN202110588167.4A
Authority: CN
Inventors: 刘智武; 郑朝灿; 章艳杏; 李晓珍; 楼聪
Original assignee: Jinhua Polytechnic
Current assignee: Jinhua Polytechnic
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2021-08-20

Abstract

本发明公开了一种利用再生微粉制造水泥石的方法，包括以下步骤：(1)选料：包括混凝土再生微粉、红砖再生微粉、水泥、砂子和水；(2)球磨：通过球磨机将所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉分别球磨，改变所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉的颗粒细度；(3)复合：将所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉搅拌混合，获得复掺再生微粉；(4)称取：所述水泥、砂子和水按照2:6:1的比例称取，在掺入复掺再生微粉，进行搅拌混合，获得水泥胶砂产物。本发明能将再生微粉与水泥砂浆复掺制备成水泥石，减少固体垃圾污染，节省建筑成本，更利于推广。

Description

一种利用再生微粉制造水泥石的方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物回收利用技术领域，具体为一种利用再生微粉制造水泥石的方法。

背景技术

固体废弃物资源化利用是国家节能环保和经济可持续发展的重大战略要求。建筑能耗已与工业能耗、交通能耗并列成为我国能源消耗的三大“能耗大户”，建筑节能迫在眉睫，绿色建筑已经上升到国家战略高度。目前，建筑垃圾制备再生粗骨料混凝土技术相对成熟，但在破碎、筛分、球磨、机械强化等工艺制备再生骨料过程中，不可避免地会产生直径小于0.16mm且占原材料质量大约15％的粉末(即再生微粉)。由于再生微粉颗粒细小，容易漂浮于大气中造成二次污染，加剧区域“雾霾”危害；

水泥石又称净浆硬化体。是指硬化后的水泥浆体，称为水泥石，硬化前为水泥砂浆，如何将再生微粉与水泥砂浆复掺，重新应用于建筑行业，减少固体垃圾污染，节省建筑成本，已成为急需攻克的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用再生微粉制造水泥石的方法，以至少解决现有技术无法将再生微粉复掺到掺合料中，再生微粉得不到有效利用，固体垃圾处理量大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用再生微粉制造水泥石的方法，包括以下步骤：

(1)选料：包括混凝土再生微粉、红砖再生微粉、水泥、砂子和水；

(2)球磨：通过球磨机将所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉分别球磨，改变所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉的颗粒细度；

(3)复合：将所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉搅拌混合，获得复掺再生微粉；

(4)称取：所述水泥、砂子和水按照2:6:1的比例称取，在掺入复掺再生微粉，进行搅拌混合，获得水泥胶砂产物。

优选的，步骤(1)中所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉均选用粒径为0.015mm以下微粉。

优选的，步骤(2)中的球磨时间控制在1h左右。

优选的，步骤(3)中所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉的混合比例为8:2。

优选的，步骤(4)中掺入的所述复掺再生微粉质量占总质量的10％。

本发明提出的一种利用再生微粉制造水泥石的方法，有益效果在于：

本发明通过对再生微粉球磨，改变再生微粉颗粒细度，混凝土再生微粉中本身的一些活性成分被其他水化产物包裹住，通过球磨之后使之暴露出来，易于水化反应的发生，外颗粒细化后，增大了材料的比表面积，也能够提升一定的活性，混凝土再生微粉和红砖微粉配比为8:2，水泥胶砂的抗压强度和抗折强度较高，协同效应明显，复合再生微粉掺量等于10％时，相较于单纯水泥胶砂强度不明显变化，可被制备成水泥胶砂，用于生产水泥石，因此，能将再生微粉与水泥砂浆复掺制备成水泥石，减少固体垃圾污染，节省建筑成本，更利于推广。

附图说明

图1为本发明混凝土再生微粉球磨0h粒度分布图；

图2为本发明混凝土再生微粉球磨1h粒度分布图；

图3为本发明混凝土再生微粉球磨2h粒度分布图；

图4为本发明红砖再生微粉球磨0h粒度分布图；

图5为本发明红砖再生微粉球磨1h粒度分布图；

图6为本发明红砖再生微粉球磨2h粒度分布图；

图7为本发明CRM胶砂7d抗压强度折线图；

图8为本发明CRM胶砂14d抗压强度折线图；

图9为本发明CRM胶砂28d抗压强度折线图；

图10为本发明CRM胶砂7d抗折强度折线图；

图11为本发明CRM胶砂14d抗折强度折线图；

图12为本发明CRM胶砂28d抗折强度折线图；

图13为本发明RCP和RBP不同掺量下CRM胶砂抗压强度折线图；

图14为本发明RCP和RBP不同掺量下CRM胶砂抗折强度折线图；

图15为本发明RCP和RBP球磨时间对CRM胶砂抗压强度折线图；

图16为本发明RCP和RBP球磨时间对CRM胶砂抗折强度折线图；

图17为本发明7d复合CRM水泥胶砂微粉混合比与抗压强度关系折线图；

图18为本发明7d复合CRM水泥胶砂微粉混合比与抗折强度关系折线图；

图19为本发明14d复合CRM水泥胶砂微粉混合比与抗压强度关系折线图；

图20为本发明14d复合CRM水泥胶砂微粉混合比与抗折强度关系折线图；

图21为本发明28d复合CRM水泥胶砂微粉混合比与抗压强度关系折线图；

图22为本发明28d复合CRM水泥胶砂微粉混合比与抗折强度关系折线图。

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-22，本发明提供一种技术方案：一种利用再生微粉制造水泥石的方法，包括以下步骤：

(1)选料：包括混凝土再生微粉、红砖再生微粉、水泥、砂子和水，所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉均选用粒径为0.015mm以下微粉，去除再生微粉中不含水化产物的杂质，保证再生微粉中水化产物含量；

(2)球磨：通过球磨机将所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉分别球磨，球磨时间控制在1h左右，改变所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉的颗粒细度，通过球磨之后使再生微粉中水化产物暴露出来，易于水化反应的发生，外颗粒细化后，增大了材料的比表面积，也能够提升一定的活性；

(3)复合：将所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉搅拌混合，所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉的混合比例为8:2，获得复掺再生微粉，水泥胶砂的抗压强度和抗折强度较高，协同效应明显；

(4)称取：所述水泥、砂子和水按照2:6:1的比例称取，在掺入复掺再生微粉，掺入的所述复掺再生微粉质量占总质量的10％，进行搅拌混合，获得水泥胶砂产物，与单纯水泥胶砂强度相似，可被制备成水泥胶砂，用于生产水泥石。

为了确定水泥胶砂CRM中再生微粉的有效掺和比例，以及微粉颗粒细度对CRM性能的影响。试验按照GB/T17671-1999水泥胶砂强度检测方法进行强度测定；

将两种再生微粉以不同的掺合比例配制CRM，配制40mm×40mm×160mm水泥胶砂试块，在实验室条件下养护24h，脱模后转入标准养护箱，以标准条件养护，测定水泥胶砂7天(d)、14天(d)、28天(d)抗压强度和抗折强度。同时设置颗粒细度对照组，将含有球磨后混凝土再生微粉RCP、红砖再生微粉RBP的CRM以相同配合比水泥胶砂，根据强度检测结果，分析微粉细度对CRM性能的影响；

试验中，再生微粉的掺合比例选择占总CRM质量的0％、5％、10％、20％、50％；细度对照组选择微粉掺量10％的CRM为基础，设置球磨1h、2h的两个对照组，实验组设置见表1，水泥胶砂配合比见表2，粒度分析结果见说明书附图1-6，CRM胶砂的抗压强度以及抗折强度见说明书附图7-12；

表1 CRM胶砂试验组设置表

表2 CRM水泥胶砂配合比

从总体上看，随着CRM中再生微粉含量的增多，水泥胶砂的力学性能将逐渐减弱，当CRM中再生微粉掺量达50％时，水泥胶砂的力学性能较纯水泥胶砂下降了60％以上，性质严重劣化，这是由于再生微粉中能够发生水化反应的石灰质部分含量较水泥中少得多，表现出其水化活性也相较水泥要弱，且再生微粉中的一些未水化颗粒被固结砂浆包裹，未能与水接触，发生反应。因此，当再生微粉掺量逐渐增多时，CRM水化性能逐渐下降。通过电镜扫描结果可以发现，随着再生微粉掺量的增多，水泥胶砂中产生的C-S-H凝胶体显著减少；

CRM中再生微粉掺量相同的情况下，RCP的水泥胶砂强度要略高于掺RBP的水泥胶砂。当使用RBP掺量在10％以下的CRM时，水泥胶砂的强度与使用纯水泥时相差不大，抗压与抗折强度均能达到纯水泥胶砂的90％以上；当掺量为5％时，甚至对水泥胶砂的强度还有促进作用。实验中显示出，水泥胶砂的力学性能对RBP掺量的敏感度更大，当掺量低于20％时，水泥胶砂的强度下降程度与RBP的含量几乎成线性关系，超过20％后，水泥胶砂强度下降的幅度显著增加，这说明RBP的水化活性较RCP要略低，这是因为砖粉中的活性成分多在烧结过程中被消耗了，剩余活性较为有限；

根据上述内容，测定RCP和RBP单一掺量在0％、5％、10％、20％、50％的水泥胶砂7天(d)、14天(d)、28天(d)抗压强度和抗折强度，如说明书附图13、14可知，当再生微粉掺量小于20％时再生微粉对水泥胶砂的早期强度增长有着促进作用，从7d到14d的强度增长大约提升了7％左右。这可能是因为再生微粉颗粒比较细，前期水化反应速率比较快，而后由于微粉中活性成分的比例较水泥低，所以后期强度增长逐渐放缓中。当再生微粉掺量过大时(50％)，可见水泥胶砂的强度增长缓慢，且远低于未掺微粉的水泥胶砂；

为了探究再生微粉颗粒细度对CRM性能的影响，在实验中对部分再生微粉进行了球磨，改变其颗粒细度。然后在配制水泥胶砂，测得其强度变化如说明书附图15、16，通过球磨机改变再生微粉颗粒细度能在一定程度上提高再生微粉的活性：含有球磨后再生微粉的CRM较未磨细的，能够使水泥胶砂强度得到一定的提高。且发现，对于球磨1h的RCP要比球磨2h的体现出更强的活性，水泥胶砂的抗压强度提高值更多。这是由于RCP中本身的一些活性成分被其他水化产物包裹住，通过球磨之后使之暴露出来，易于水化反应的发生，外颗粒细化后，增大了材料的比表面积，也能够提升一定的活性；然而，当颗粒过细时反而可能会降低水泥胶砂中空隙填充的密实度，导致强度下降。RBP经球磨后也能提升一定的活性，且活性随着球磨时间的增加而增加，当超过1h时，活性增加的比例逐渐降低。这是因为RBP的活性主要与颗粒细度有关，因此，最佳球磨时间为1h；

根据上述实验结果，探究RCP、RBP混合时的协同效能，以及混合再生微粉颗粒细度对其活性的影响，设置试验如下：

将RBP:RCP＝0:10、2:8、4:6、6:4、8:2、10:0的比例进行复掺。再以混合再生微粉总质量替代率为10％替代水泥形成复合CRM材料，制作标准水泥胶砂试块(40mm×40mm×160mm)，试验组配合比如表5。表中M代表混合微粉中混凝土微粉(RCP)的质量占比(如M2即表示RCP在混合微粉中的质量占比为20％)，R代表球磨时间(如R1代表为球磨1h的再生微粉)；

表3 复合CRM水泥胶砂配合比设计表

将CRM水泥胶砂试块置于养护箱内在标准养护条件下(温度20±2℃，湿度95％以上)养护7d、14d、28d后分别测试其抗压强度及抗折强度，见说明书附图17-22，本实验采用GB/T17671-2005，水泥胶砂强度检验方法(ISO)法，通过测定试件的抗压强度、抗折强度等力学性能指标，以此确定混合再生微粉的最佳混合比例；

根据说明书附图17、18可知，再生微粉水泥胶砂的早期强度与混合比例的相关性并不明显，但值得注意的是，对于R0系列中掺纯混凝土微粉(M10)水泥胶砂强度较混入砖粉的其他组要高，这是由于废混凝土微粉中含有的未水化水泥颗粒较多，早期水化活性较强，也可能是废混凝土微粉中含有的颗粒质量硬度较大，在早期对强度贡献较多，从而导致早期强度增强。由图还发现R1系列复掺再生微粉的水泥胶砂试件，其抗压强度、抗折强度几乎都高于对应的R0系列和R2系列，这说明球磨时间1h的再生微粉不论在何种混合比例下，都体现出了较好的活性状态，这可能是因为在球磨1h左右，可以使得再生微粉中原本被包裹的未水化水泥颗粒暴露出来，并且处在较好的级配状态；R2系列水泥胶砂强度反而降低则可能是因为球磨时间过长，导致微粉某一粒径过多，级配变差，反而导致了强度下降。将复掺微粉的水泥胶砂试件与单掺RBP(M0)和混凝土微粉RCP(M10)系列进行对比，发现复掺微粉试件抗压，抗折性能优于单掺废弃红砖粉(RBP)，但是略低于单掺混凝土微粉的状态，总体上显现出，混凝土微粉含量偏多，早期强度偏高的趋势。从实验结果上看，混凝土微粉(RCP)在水泥胶砂早期强度(7d)上的表现出较强的早期活性，相比之下，RBP对早期强度的影响未见规律性影响。其中又以M10R0组试件力学性能最佳，其抗压强度为23.17Mpa抗折强度为5.12Mpa。但与未掺再生微粉的对照组相比，即使是单掺RCP(M10R0)试块的抗压强度、抗折强度还是有所下降，分别下降了9.8％和13.5％。比较所有实验组发现，M6R1以及M8R1两组试件的抗压强度与抗折强度也较好，对比对照组，其7d的抗压强度和扛折强度下降在15％和20％以内。这说明，掺入再生微粉对水泥胶砂的早期强度存在一定影响，RCP对于胶砂的早期强度影响较小，而RBP相对影响较多。当RCP：RBP＝8：2时，对水泥胶砂的早期强度影响较小

由说明书附图19和20可以看出，当水泥胶砂强度发展到中期时，RBP对于水泥胶砂强度的贡献开始显现，且球磨时间对RBP的影响较大，从测试值上看，14d时水泥胶砂试件抗压、抗折强度变化随混合比例变化无明显关联关系，但可以看出RCP:RBP的混合比接近相等时，水泥胶砂试件性能反而有略微下降，这说明，强度发展到14d时，RBP与RCP对于水泥胶砂的强度发展都起到了贡献作用。在M0，M8两个混合比上，水泥胶砂试件具有较好的力学性能。其中，。M8R0组的水泥胶砂试件性能还是最优的，此时其抗压强度已经达到30.36Mpa，扛折强度值也有6.01Mpa，相比对照实验组的抗压强度值还高出了8.4％，抗折强度值也从7d的下降13.5％变成9.5％。R1系列水泥胶砂试件的抗压强度和抗折强度逐渐下降,大约在两种微粉掺量相等的情况下，R0与R1的抗压强度相同，抗折强度也接近。R2系列水泥胶砂试件的抗压强度和抗折强度变化趋势则相反，在M4配比附近试件的性能最好，但整条曲线处于R1曲线的下方；

由说明书附图21和20可以看出，混合比例为RCP：RBP为8:2时，水泥胶砂的抗压强度和抗折强度较其他试验组均较高，也高于单质再生微粉掺加的情况，协同效应最明显。对比不同球磨时间CRM的水泥胶砂强度曲线，可以看出，R1系列抗压和抗折强度曲线均在R2之上，也基本高于R0系列，这说明球磨1h的水泥胶砂试件在28d时抗压、抗折性能良好，再生微粉性能被较好激发，水泥胶砂试件的抗压强度基本在30Mpa以上，混合再生微粉与对照实验组相比强度接近，已经在5％以内；抗折强度全部都在6Mpa以上，与对照实验组相比相差2％左右。R2系列的水泥胶砂试件无论是抗压性能还是抗折性能都低于R1系列，甚至低于R0系列，这是可能是由于球磨时间过长，使再生微粉级配发生变化，微粉内部出现团聚现象，阻碍了进一步的反应。但可以看出R1系列和R2系列抗压、抗折曲线变化趋势基本相同，M8R2之前处于上升趋势，M8R2之后稍有下降，M8R2位于峰值附近，这进一步说明当两种微粉(BCP:RBP)混合比为8:2时，能够较高的发挥两种再生微粉各自的能力。R0系列水泥胶砂试件28d抗压曲线和抗折曲线波动较大，当混合比为8:2时，水泥胶砂试件抗压抗折性能较理想，与对照组比较，抗压强度与抗折强度的变化均在5％以内。其中，M4R1组和M8R0组的水泥胶砂试件抗压强度已经达到33.81Mp，甚至高于未掺微粉对照组的强度值；

结论：

(1)混凝土再生微粉(RCP)与砖粉(RBP)的表观活性与其颗粒细度有关。经破碎、筛分后0.015mm以下的粉体继续球磨1h所得的再生微粉性能最佳。

(2)RCP与RBP两种微粉混合时存在一定的协同效能，能够促进再生微粉CRM胶凝材料的品质，提高再生微粉水泥胶砂的强度；复合CRM中的最佳微粉混合比为RCP:RBP＝8：2。

(3)混凝土再生微粉(RCP)对水泥胶砂早期强度影响较大，而砖微粉在水泥的胶砂中后期的强度发展中贡献较多。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种利用再生微粉制造水泥石的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用再生微粉制造水泥石的方法，其特征在于：步骤(1)中所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉均选用粒径为0.015mm以下微粉。

3.根据权利要求1所述的一种利用再生微粉制造水泥石的方法，其特征在于：步骤(2)中的球磨时间控制在1h左右。

4.根据权利要求1所述的一种利用再生微粉制造水泥石的方法，其特征在于：步骤(3)中所述混凝土再生微粉和红砖再生微粉的混合比例为8:2。

5.根据权利要求1所述的一种利用再生微粉制造水泥石的方法，其特征在于：步骤(4)中掺入的所述复掺再生微粉质量占总质量的10％。