CN114276091B

CN114276091B - 一种利用瓷砖废料制备水下不分散混凝土的方法

Info

Publication number: CN114276091B
Application number: CN202210061437.0A
Authority: CN
Inventors: 王迎斌; 何岩; 苏英; 贺行洋; 王佳菲; 胡轶; 原振毅; 徐立; 刘文志; 杨进; 李玉博
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2042-01-19
Also published as: CN114276091A

Abstract

本发明提供一种利用瓷砖废料制备水下不分散混凝土的方法。该水下不分散混凝土，是以破碎程度较高的纳微米级瓷砖粉作为提高早期强度的催化剂掺入硅酸盐水泥中，随后再掺入减水剂、经湿磨处理的膨润土絮凝剂等外加剂制备而成的。本发明材料在制备过程中无污染生成，具有能耗小和成本低等优先，实现了工业固废高效充分回收利用、变废为宝，同时所制得的混凝土具有水下抗分散性能强、粘结性好等优点，能满足水下施工要求，可用于各类江河工程及隧道工程。

Description

一种利用瓷砖废料制备水下不分散混凝土的方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种新型混凝土，具体涉及一种利用瓷砖废料制备水下不分散混凝土的方法。

背景技术

20世纪70年代以来，随着科技的进步以及人类生存发展的需要，人类将建设目光投向了广阔的江河和海洋，海洋的开发越来越受到人们的关注，海洋工程成为一项发展前景广阔的新领域。而随着海洋工程的增加，混凝土水下施工的频率将越来越大，因此诞生了水下不分散混凝土技术。

水下不分散混凝土最早出现在德国与日本，又称水下粘稠混凝土，被誉为“理想的、划时代的、全新的”混凝土，国外学者称之为“混凝土施工技术的一场革命”、“开辟混凝土水下施工史的新纪元”。

以往传统的普通混凝土用于水下施工时，混凝土拌合物在水中下落的过程中，由于受到水的冲洗作用，导致拌合物的骨料和水泥分离，水会冲洗掉部分水泥，还有部分水泥会悬浮在水中；悬浮在水中的水泥慢慢凝固，下沉后这部分水泥已经没有胶凝能力了。因此，普通混凝土直接用于水下施工时，骨料分离、混凝土强度低，难以满足工程质量要求。所以，水下混凝土的一般做法，就是在普通混凝土中加入絮凝剂后使其在水中不分散。

专利CN112723807A公开了一种海水拌合水下不分散混凝土及其制备方法，其中，所述海水拌合水下不分散混凝土的所用材料包括：粉煤灰、矿渣、激发剂、硅灰、絮凝剂、减水剂、细骨料、粗骨料和拌合水。该发明利用固废材料来制备水下不分散混凝土，但粉煤灰和矿渣如今已被广泛利用，材料成本较高。

专利CN108675710A公开了一种水下不分散混凝土及其施工方法，其特征在于，所述混凝土包括：胶凝材料、砂、石、减水剂、絮凝剂、水。该发明靠多种外加剂的组合来调整其早期性能。

发明内容

本发明通过利用湿磨技术而得到膨润土絮凝剂、以及利用纳米瓷砖粉来替代部分胶凝材料，可有效改善水下不分散混凝土的早期性能。

本发明的目的之一是提供一种以水泥和废瓷砖为原料、膨润土絮凝剂及减水剂为外加剂而制备的便于水下工程施工的水下不分散混凝土的制备方法。

本发明的目的之二是提供一种利用固废为原料的、全新的水下不分散混凝土的制备方法。

本发明以较低的能耗、经济地制备价值较高、且相较普通水下混凝土而言团聚能力更强、凝结时间更短、早期强度更高、体积更稳定的水下不分散混凝土。

本发明实现了工业废弃物高效充分的回收利用，避免了传统混凝土行业高能耗、重污染的现象。利用湿磨技术制备的纳米级瓷砖粉在水泥中具有快速凝结、早期强度更高的特性，更利于制备水下不分散混凝土。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用瓷砖废料制备水下不分散混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将建筑拆卸废瓷砖在大型球磨机中干法粉磨5-20分钟，得到不同尺寸的废瓷砖，用≤0.3mm的筛子过筛，得到瓷砖原粉；

步骤2：取部分步骤1中制得的瓷砖原粉140-150g、水140-150g置于湿式球磨机中，以300-400rad/min的转速湿磨55-65分钟，得到微米浆料A；

步骤3：在步骤2的基础上继续湿磨55-65分钟，得到纳米浆料B；

步骤4：取100-150g膨润土、100-150g水、2-5g减水剂置于湿式球磨机中，以300-400rad/min转速湿磨20-60分钟，得到膨润土絮凝剂；

步骤5：取步骤3中制得的纳米浆料B1-3重量份、步骤2中制得的微米浆料A 5-8重量份、水泥9-12重量份、水1-3重量份、细骨料30-33重量份、粗骨料43-45重量份，依次加入混凝土搅拌机中，并开始搅拌，期间加入减水剂1-2重量份和步骤(4)中制得的所述膨润土絮凝剂0.4-2重量份。

其中，所述步骤1中，所述瓷砖原粉的中值粒径为15-20μm。

所述步骤1中，所述瓷砖原粉中的SiO₂含量为70％-73％、Al₂O₃的含量为18％-19％、Na₂O的含量为2％-4％。

所述步骤2和3中，所述瓷砖原粉与水混合后，投入湿式球磨机中进行研磨，所述研磨中采用的助磨材料为1.4～1.7mm的氧化锆球。

所述步骤2中，所述微米浆料A的平均粒径为1-3μm。

所述步骤3中，所述纳米浆料B的平均粒径为200-300nm。

所述步骤4中，所述膨润土的平均粒径为800-900μm，所述膨润土絮凝剂的平均粒径为3-5μm。

所述减水剂为普通的减水剂即可，例如可以为选自聚羧酸系高性能减水剂粉体、聚羧酸系高性能减水剂液体、HSB脂肪族高效减水剂、萘系高效减水剂中的一种或多种。

所述步骤5中，所述水泥可以为普通水泥，优选为硅酸盐强度等级为42.5的水泥，所述细骨料为中值粒径为1-5mm的中沙，粗骨料为中值粒径为5-20mm的连续级配碎石。

所述步骤5中，浆料B的用量优选为6-8质量份。

本发明的有益效果

1.通过湿磨技术，在步骤2和步骤3中，可将瓷砖粉的粒径分别降低到1-3μm及200-300nm，纳米及微米瓷砖粉可以在胶凝材料体系中起到填充效应，1-3μm及200-300nm的小颗粒填充在15-18μm水泥的空隙间，能有效地降低微观孔隙率，增加结构的密实性；

2.经湿磨超细化处理得到的纳米及微米瓷砖粉的表面需水量更大，可以有效降低浆体中游离水的含量，浆体粘度亦会增大。利用纳微米级瓷砖粉代替部分水泥，降低了制备水下不分散混凝土中水泥用料的成本。另外，由于在水泥的生产过程中会产生大量CO₂，降低水泥的用量可以有效保护环境，同时实现了固废再利用；

3.纳米陶瓷粉诱导水泥水化，快速生成初始水化产物，增加浆体粘度，提高早期强度，减少浆料流失。纳米瓷砖粉由于其较小的颗粒，提供了合适的成核区域，加速了水化产物的迅速成核，加快水化反应。水化产物C-S-H凝胶相的形成，直接在纳米瓷砖粉表面生长，把周围松散的C-S-H凝胶聚合到一起，形成均匀、致密的最佳状态，大幅度加大混凝土体系胶凝材料的早期强度；

4.纳米和微米陶瓷粉经过湿磨之后，表面电位绝对值降低，起到物理絮凝的作用。通过湿磨机的自转、公转以及瓷砖粉与氧化锆球及湿磨铁罐之间的摩擦，使得到的纳微米级瓷砖粉的表面电位绝对值降低，从而加大了胶凝材料与水泥混合后的吸附团聚性能，使水下不分散混凝土的抗分散性能更强，更好地抑制水下施工时胶凝材料与骨料的分散；

5.经湿磨之后的膨润土粒径从800-900μm降低到3-5μm，颗粒变细、比表面积增大，继而增加其絮凝效果，且湿磨过程中加入的减水剂会撑起膨润土的微观孔隙结构，膨润土的粘度亦会增大。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

实施例1

一种利用瓷砖废料制备水下不分散混凝土的方法，包括以下步骤：

1)将建筑拆卸废瓷砖在大型球磨机中干法粉磨20分钟，得到不同尺寸的废瓷砖，用≤0.3mm的筛子过筛，得到瓷砖原粉，其中值粒径为18μm，其中SiO₂含量为71重量％、Al₂O₃的含量为18重量％、Na₂O的含量为3重量％；

2)取步骤1中制得的瓷砖原粉150g、水150g置于湿式球磨机(助磨材料为1.6mm的氧化锆球)中，以300rad/min的转速湿磨60分钟，得到微米浆料A(其平均粒径为2μm)；

3)在步骤2的基础上继续湿磨60分钟，得到纳米浆料B(其平均粒径为250nm)；

4)取150g膨润土(其平均粒径为850μm)、150g水、3g减水剂(聚羧酸系高性能减水剂液体，为市售品)置于湿式球磨机中，以300rad/min转速湿磨60分钟，得到膨润土絮凝剂(其平均粒径为4μm)；

5)取步骤3中制得的浆料B 2重量份、步骤2中浆料A 6重量份、水泥(为硅酸盐强度等级为42.5的水泥)11重量份、水2重量份、细骨料(为中值粒径为3mm的中沙)32重量份和粗骨料(为中值粒径为13mm的连续级配碎石)44重量份依次加入混凝土搅拌机中并开始搅拌，期间加入2.4重量份减水剂和0.4重量份步骤4中制得的所述膨润土絮凝剂，制得实施例1的水下不分散混凝土。

实施例2

1)：将建筑拆卸废瓷砖在大型球磨机中干法粉磨5分钟，得到不同尺寸的废瓷砖，用≤0.3mm的筛子过筛得到瓷砖原粉，其中值粒径为15μm，其中SiO₂含量为70重量％、Al₂O₃的含量为18重量％、Na₂O的含量为2重量％；

2)：取部分步骤1中瓷砖原粉140g、水140g置于湿式球磨机(助磨材料为1.4mm的氧化锆球)中，以350rad/min转速湿磨55分钟，得到微米浆料A(其平均粒径为1μm)；

3)：在步骤2的基础上继续湿磨55分钟，得到纳米浆料B(其平均粒径为200nm)；

4)：取100g膨润土(其平均粒径为800μm)、100g水、2g减水剂(聚羧酸系高性能减水剂液体，为市售品)置于湿式球磨机中，以350rad/min转速湿磨40分钟，得到膨润土絮凝剂(其平均粒径为3μm)；

5)：取步骤3中浆料B1重量份、步骤2中浆料A 5重量份、水泥(为硅酸盐强度等级为42.5的水泥)9重量份、水1重量份、细骨料(为中值粒径为1mm的中沙)30重量份和粗骨料(为中值粒径为5mm的连续级配碎石)43重量份按顺序依次加入混凝土搅拌机中并开始搅拌，期间加入1重量份减水剂和2重量份步骤4所述膨润土絮凝剂，制得实施例2的水下不分散混凝土。

实施例3

1)：将建筑拆卸废瓷砖在大型球磨机中干法粉磨10分钟，得到不同尺寸的废瓷砖，用≤0.3mm的筛子过筛，得到瓷砖原粉，其中值粒径为20μm，其中SiO₂含量为73重量％、Al₂O₃的含量为19重量％、Na₂O的含量为4重量％；

2)：取部分步骤1中瓷砖原粉145g、水145g置于湿式球磨机(助磨材料为1.7mm的氧化锆球)中，以400rad/min转速湿磨65分钟，得到微米浆料A(其平均粒径为3μm)；

3)：在步骤2的基础上继续湿磨65分钟，得到纳米浆料B(其平均粒径为300nm)；

4)：取125g膨润土(其平均粒径为900μm)、125g水、5g减水剂(聚羧酸系高性能减水剂液体，为市售品)置于湿式球磨机中，以400rad/min转速湿磨20分钟，得到膨润土絮凝剂(其平均粒径为5μm)；

5)：取步骤3中制得的浆料B 2重量份、步骤2中浆料A 8重量份、水泥(为硅酸盐强度等级为42.5的水泥)11重量份、水3重量份、细骨料(为中值粒径为5mm的中沙)33重量份和粗骨料(为中值粒径为20mm的连续级配碎石)45重量份按顺序依次加入混凝土搅拌机中并开始搅拌，期间加入3重量份减水剂和1重量份步骤4中制得的所述膨润土絮凝剂，制得实施例3的水下不分散混凝土。

实施例4

除了在步骤5中取步骤3中制得的浆料B 4重量份以外，利用与实施例1相同的方法，制得实施例4的水下不分散混凝土。

实施例5

除了在步骤5中取步骤3中制得的浆料B 6重量份以外，利用与实施例1相同的方法，制得实施例4的水下不分散混凝土。

实施例6

除了在步骤5中取步骤3中制得的浆料B 8重量份以外，利用与实施例1相同的方法，制得实施例4的水下不分散混凝土。

对比例1

该对比例用于与实施例1对比，说明现有的水下不分散混凝土的制备方法，包括以下步骤：

取水泥11重量份、水2重量份、细骨料32重量份和粗骨料44重量份，依次加入混凝土搅拌机中，并开始搅拌，期间加入2.4重量份减水剂(聚羧酸系高性能减水剂液体，为市售品)和0.6重量份普通UWB高分子絮凝剂(为市售品)，制得对比例1的水下不分散混凝土。

下面分别对实施例1-6以及对比例1制得的水下不分散混凝土进行性能测试。

(1)凝结时间按照《GBT1346—2011水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》测定。

(2)强度根据《GBT 50107-2010混凝土强度检验评定标准》测定。

(3)坍落度与坍扩度依据GB50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测定。

(4)利用称重法来测试水泥流失量：

仪器：高550mm、直径400mm、壁厚1-2mm的铁皮桶；称量2kg，感量为0.01g的天平；1500ml容积的广口容器

步骤：在桶底放一容积为1500ml的容器，桶内装水至高度500mm。拌制2kg水下不分散混凝土，从水面自由落下倒入水中容器内，使之全部进入水下容器，不得洒漏，静止5min。将容器从水中提起，排掉混凝土上面积留的水，称其重量。重复操作三次，取平均值。用以下公式计算：

流失量(％)＝【(浸水前混凝土和容器的总重-浸水后混凝土和容器的总重)÷(浸水前混凝土和容器的总重-容器的重量)】X100％

(5)水陆压强比：即，水中和空气中成型混凝土试件抗压强度比(％)

用水下成型的水下不分散混凝土快28d强度÷空气中成型的混凝土试块28d强度

测试结果如下表1所示。其中，坍落度在150-250mm的范围内越低越好，坍扩度在300-500mm的范围内越低越好，1d强度与28d强度越高越好，凝结时间越短越好，水泥流失量越低越好，水陆压强比越高越好。

表1五个实施例瓷砖废料所制备水下不分散混凝土的性能参数表

从上述表1中的数据可以看出，与对比例1中利用现有技术制得的水下不分散混凝土相比，本发明实施例1-6中，将纳米瓷砖粉、微米瓷砖粉、瓷砖原粉及水泥作为胶凝材料混合而制备的水下不分散混凝土，坍落度与坍扩度较低、早期强度高、凝结时间短、水泥流失量少、水陆压强比高，极大地满足了水下不分散混凝土的施工要求；而且利用瓷砖废料制备水下不分散混凝土，对资源化利用做出了很大贡献。

另外，从上述表1中的数据还可以看出，实施例5-6中，在步骤5中，浆料B的用量优选为6-8质量份时，制得的水下不分散混凝土的各项参数综合效果最好。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种利用瓷砖废料制备水下不分散混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤2：取步骤1中制得的瓷砖原粉140-150g、水140-150g置于湿式球磨机中，以300-400rad/min的转速湿磨55-65分钟，得到微米浆料A；

步骤5：取步骤3中制得的纳米浆料B1-8重量份、步骤2中制得的微米浆料A 5-8重量份、水泥9-12重量份、水1-3重量份、细骨料30-33重量份、粗骨料43-45重量份，依次加入混凝土搅拌机中，并开始搅拌，期间加入减水剂1-3重量份和步骤(4)中制得的所述膨润土絮凝剂0.4-2重量份。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述瓷砖原粉的中值粒径为15-20μm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中，所述瓷砖原粉中的SiO₂含量为70-73重量％、Al₂O₃的含量为18-19重量％、Na₂O的含量为2-4重量％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2和3中，所述瓷砖原粉与水混合后，投入湿式球磨机中进行研磨，所述研磨中采用的助磨材料为1.4～1.7mm的氧化锆球。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述微米浆料A的平均粒径为1-3μm。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3中，所述纳米浆料B的平均粒径为200-300nm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4中，所述膨润土的平均粒径为800-900μm，所述膨润土絮凝剂的平均粒径为3-5μm。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4中，所述减水剂为选自聚羧酸系高性能减水剂粉体、聚羧酸系高性能减水剂液体、HSB脂肪族高效减水剂、萘系高效减水剂中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤5中，所述水泥为硅酸盐强度等级为42.5的水泥，所述细骨料为中值粒径为1-5mm的中沙，粗骨料为中值粒径为5-20mm的连续级配碎石。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤5中，浆料B的用量为6-8质量份。