CN113979654B - 废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料及制备方法，按质量百分比计包括以下组分：前驱体粉末7.7％～18.2％、碱溶液30％～57.1％、硬化水泥石粉末27.3％～61.5％，其中，前驱体粉末为硬化水泥石粉末经过酸处理得到的前驱体粉末。制备方法由硬化水泥块破碎磨筛获得已完全水化的水泥粉末，将已完全水化的水泥粉末溶解于醋酸溶液中进行酸处理，待反应完全后取出经过处理后得到胶凝性二次激发材料的前驱体粉末，再将前驱体粉末与碱溶液混合得到胶凝液，最后将胶凝液与已完全水化的水泥粉末按比例混合即可。本发明胶凝性再生材料可以在较短时间内产生强度，为建筑垃圾提供新的去处，降低处理成本，提高资源利用率。

Description

废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料及制备方法
技术领域
本发明涉及再生水泥基材料及制备，具体涉及一种废弃水泥基材料的胶凝性循环再生方法。
背景技术
伴随基础建设发展和城市扩张，每年都会产生大量建筑废弃物，通常的掩埋处理方式会占用大量土地资源，亟需进行废弃资源再利用。目前建筑固废资源化行业已拥有一定的技术积累和科技进步，建筑固废经分类后，废弃混凝土进行破碎、筛分、清洗后可制成再生粗骨料、细骨料，而对硬化水泥石的再利用则十分有限。
现在对水泥石常见的再利用的方法包括以下几方面：一是将水泥石磨细后利用再生微粉的填充作用和火山灰活性综合效应，但再生微粉并无水化活性且使用量一般较微量，利用率极低；二是剥脱水泥石碎块表面的水化产物，暴露出未水化水泥颗粒并作为成核位点恢复水化活性与胶凝性而非真正意义上的二次激发，此种方法通常应用于水化时间较短的新拌废弃混凝土，且距离再次利用的时间间隔较短，不能长时间放置；三是将水泥石破碎后经700℃以上高温煅烧，利用其脱水相再次获得胶凝性，或根据其钙、硅、铝等化学成分比例进行调整复配后再进行烧结制备新的再生水泥，需要较大的能源消耗。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料及制备方法，解决现有长时间硬化的废弃水泥石不能有效再利用，需要高温煅烧能耗大的问题。
技术方案：本发明所述的胶凝性再生的水泥基材料，按质量百分比计包括以下组分：前驱体粉末7.7％～18.2％、碱溶液30％～57.1％、硬化水泥石粉末27.3％～61.5％，其中，前驱体粉末为硬化水泥石粉末经过酸处理得到的前驱体粉末。
本发明所述的废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料及制备方法，包括以下步骤：
(1)将硬化水泥块破碎磨筛获得已完全水化的水泥粉末；
(2)将已完全水化的水泥粉末溶解于醋酸溶液中进行酸处理；
(3)待反应完全后取出经过处理后得到胶凝性二次激发材料的前驱体粉末；
(4)将前驱体粉末与碱溶液混合得到胶凝液；
(5)将胶凝液与已完全水化的水泥粉末按比例混合即可得到具有二次胶凝性的水泥基材料。
其中，所述步骤(1)中硬化水泥块为水灰比0.48以上的高水灰比硬化得到的水泥块。
保证反应完全和均匀，所述步骤(2)中醋酸溶液的质量分数为20～50％，反应时间为1h～48h，同时使用磁力搅拌机不间断搅拌。
所述步骤(3)中将反应物取出过滤，在140～160℃真空干燥箱中烘干至恒重，研磨，过筛，获得前驱体粉末。
所述步骤(4)中的碱溶液为氢氧化钠溶液。
确保试块可以顺利均匀成型，所述步骤(5)中胶凝液与已完全水化的水泥粉末的混合比例为2:1～0.5:1。
技术原理：醋酸溶液作为一种安全的有机弱酸可以与水泥石发生化学反应，得到以无定形二氧化硅为主要成分的前驱体纳米颗粒，再与碱溶液反应可生成具有胶凝性的胶凝混合液，进而用以胶结失去水化活性的水泥石粉末得到再生水泥基试块。
有益效果：本申请通过化学反应将硬化水泥石转换成可二次利用的纳米级前驱体粉末、胶凝液，进而可以制得具有二次胶凝性的水泥基材料试块，克服了硬化水泥石部分不能利用或不能大量利用的问题，实现了对完全水化的水泥石的二次激发与利用，且化学反应步骤简单，无需高温能耗，最终可实现对废弃建筑物中的水泥石部分的有效处理和再次利用，减少建筑垃圾和环境污染。
附图说明
图1为纳米前驱体粉末的透射电镜图；
图2为前驱体粉末的红外光谱图；
图3为再生胶凝液的的红外光谱图；
图4从左到右依次为实施例1-4的水泥基材料胶凝性再生试块的扫描电镜图；
图5为水泥基材料胶凝性再生试块的抗压强度图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行进一步说明。
以下实施例中所用原料均为以下要求：
硬化水泥石所用水泥为普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥，水为去离子水，氢氧化钠等级为工业级，白色片状或粒装固体，所用醋酸浓度为99.9％。
实施例1
将硬化水泥石经破碎、研磨、过筛，获得已完全水化的水泥石粉末。
将已完全水化的水泥粉末溶解于醋酸溶液中进行酸处理，醋酸溶液的质量分数为40％，反应时间为24h，同时使用磁力搅拌机不间断搅拌。
待反应完全后将反应物取出过滤并洗涤数次，在140～160℃真空干燥箱中烘干至恒重，研磨过筛后得到胶凝性二次激发材料的前驱体粉末。
将前驱体粉末与碱溶液混合得到胶凝液，碱溶液为氢氧化钠溶液，最后将胶凝液与已完全水化的水泥粉末按比例混合即可得到具有二次胶凝性的试块样本，按质量百分比计包括以下组分：前驱体粉末13.1％、碱溶液47.4％、硬化水泥石粉末39.5％。
实施例2
将硬化水泥石经破碎、研磨、过筛，获得已完全水化的水泥石粉末。
将已完全水化的水泥粉末溶解于醋酸溶液中进行酸处理，醋酸溶液的质量分数为40％，反应时间为24h，同时使用磁力搅拌机不间断搅拌。
待反应完全后将反应物取出过滤并洗涤数次，在140～160℃真空干燥箱中烘干至恒重，研磨过筛后得到胶凝性二次激发材料的前驱体粉末。
将前驱体粉末与碱溶液混合得到胶凝液，碱溶液为氢氧化钠溶液，最后将胶凝液与已完全水化的水泥粉末按比例混合即可得到具有二次胶凝性的试块样本，按质量百分比计包括以下组分：前驱体粉末14.4％、碱溶液51.3％、硬化水泥石粉末34.3％。
实施例3
将硬化水泥石经破碎、研磨、过筛，获得已完全水化的水泥石粉末。
将已完全水化的水泥粉末溶解于醋酸溶液中进行酸处理，醋酸溶液的质量分数为40％，反应时间为24h，同时使用磁力搅拌机不间断搅拌。
待反应完全后将反应物取出过滤并洗涤数次，在140～160℃真空干燥箱中烘干至恒重，研磨过筛后得到胶凝性二次激发材料的前驱体粉末。
将前驱体粉末与碱溶液混合得到胶凝液，碱溶液为氢氧化钠溶液，最后将胶凝液与已完全水化的水泥粉末按比例混合即可得到具有二次胶凝性的试块样本，按质量百分比计包括以下组分：前驱体粉末15.2％、碱溶液54.5％、硬化水泥石粉末30.3％。
实施例4
将硬化水泥石经破碎、研磨、过筛，获得已完全水化的水泥石粉末。
将已完全水化的水泥粉末溶解于醋酸溶液中进行酸处理，醋酸溶液的质量分数为40％，反应时间为24h，同时使用磁力搅拌机不间断搅拌。
待反应完全后将反应物取出过滤并洗涤数次，在140～160℃真空干燥箱中烘干至恒重，研磨过筛后得到胶凝性二次激发材料的前驱体粉末。
将前驱体粉末与碱溶液混合得到胶凝液，碱溶液为氢氧化钠溶液，最后将胶凝液与已完全水化的水泥粉末按比例混合即可得到具有二次胶凝性的试块样本，按质量百分比计包括以下组分：前驱体粉末15.8％、碱溶液50.5％、硬化水泥石粉末33.7％。
对再生前驱体粉末进行了透射电镜拍摄，结果如图1所示，可以看出细粉粒径为纳米级的近球形颗粒，有一定的团聚现象。对再生前驱体粉末进行了红外光谱测试，结果如图2所示，与不同来源二氧化硅的红外光谱的对比分析结果，确定了前驱体粉末中存在的官能团包括：与游离水有关的-OH峰、Si-O-Si的反对称伸缩振动峰、Si-O的对称伸缩振动峰。再结合额外的XRD与DSC等试验结果发现经过较长时间的室温避光保存放置，图谱均未发生偏移，高温下不会发生分解，说明其具有较好的稳定性。对胶凝液进行了红外光谱测试，结果如图3所示，与预期的碱溶液与前驱体粉末化学反应结果一致。
对实施例1-4的再生试块进行了扫描电镜拍摄和早期抗压强度测试，结果分别如图 4和如图5所示，表明本发明的方法能够短时间内形成具有强度的质地均一的再生试块，可以在此基础上进一步调整配比制备强度更高、性能更优的再生试块。
实施例1-4中不同配比的再生试块均能在短时间内产生强度，提出了一种全新的废弃水泥基材料的水泥石胶凝性循环再生材料及制备方法，颠覆处理建筑废弃物的传统方法，提高资源利用率，解决垃圾堆填造成的环境污染问题。

Claims (6)

1.一种废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料，其特征在于，按质量百分比计包括以下组分：前驱体粉末7.7%~18.2%、碱溶液30%~57.1%、硬化水泥石粉末27.3%~61.5%，其中，前驱体粉末为硬化水泥石粉末经过酸处理得到的前驱体粉末，所述胶凝性循环再生材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将硬化水泥块破碎磨筛获得硬化水泥石粉末；
（2）将硬化水泥石粉末溶解于醋酸溶液中进行酸处理；
（3）待反应完全后取出经过处理后得到胶凝性二次激发材料的前驱体粉末；
（4）将前驱体粉末与碱溶液混合得到胶凝液；
（5）将胶凝液与硬化水泥石粉末按比例混合即可得到具有二次胶凝性的水泥基材料。
2.根据权利要求1所述的废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料，其特征在于，所述步骤（1）中硬化水泥块为水灰比0.48以上的高水灰比硬化得到的水泥块。
3.根据权利要求1所述的废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中醋酸溶液的质量分数为20~50%，反应时间为1h~48h，同时使用磁力搅拌机不间断搅拌。
4.根据权利要求1所述的废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料，其特征在于，所述步骤（3）中将反应物取出过滤，在140~160℃真空干燥箱中烘干至恒重，研磨，过筛，获得前驱体粉末。
5.根据权利要求1所述的废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料，其特征在于，所述步骤（4）中的碱溶液为氢氧化钠溶液。
6.根据权利要求1所述的废弃水泥基材料的胶凝性循环再生材料，其特征在于，所述步骤（5）中胶凝液与硬化水泥石粉末的混合比例为2:1~0.5:1。
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