CN115490481A - 一种用于再回收建材的水泥封闭剂 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑施工材料技术领域，尤其涉及一种用于再回收建材的水泥封闭剂。包括：质量分数为200的水泥、及质量分数为200～280的砂料、可选的混合添加剂；砂料包括：质量分数为37.5～62.5的重质碳酸钙粉、混合添加剂包括：质量分数为3.37～7.87的可再分散乳胶粉及质量分数为0.45～0.67的羟丙基甲基纤维素；还包括以下一种或几种；a、质量分数为25～30的萘系减水剂和质量分数8～10的聚羧酸系减水剂；b、质量分数6～7的消泡剂。本申请的用于再回收建材的水泥封闭剂配料简单，使用方便，能够有效提高混凝土凝固过程中对于再回收建材中杂质颗粒的固着效果，可以提高再回收建材施工后水泥结构的各项理化性能。

Description

一种用于再回收建材的水泥封闭剂

技术领域

本发明属于建筑施工材料技术领域，尤其涉及一种用于再回收建材的水泥封闭剂。

背景技术

再回收建筑材料的主要成分为破碎后的建筑废料，由于建筑施工过程中需要大量使用木质、塑胶或金属材质的分隔条、定位结构、导水管、保湿膜，导致与传统建筑材料相比，再回收建材中含有大量的有机物质，上述物质难以完全清除，其存在会影响水合反应后水泥与砂质、水泥与建材之间的粘合有效性和稳定性，因此虽然在其回收应用时会提前进行静置、暴晒、筛选等处理程序，但一般仅能够对一些尺寸较大的金属结构等进行初步筛除，在进一步粉碎、加工以及形成建材过程中，上述异性材料会被粉碎形成各类有机物颗粒杂质等混入建筑材料或者附着于建材表面或其缝隙中，上述物质难以完全清除，其存在会影响水合反应后水泥与砂质、水泥与建材之间的粘合有效性和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可以用于在水泥制备过程中改良水泥的理化特性，使其在建筑施工过程中能够形成封闭联结结构，提高在回收建材内各类杂质与施工材料之间连接强度，一致再回收建材中杂质对建筑施工的不利影响的水泥封闭剂。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种用于再回收建材的水泥封闭剂，单独或者与灰砂比为1：1.5～1：2.5的硅酸盐水泥混合使用，包括：质量分数为200的水泥、及质量分数为200～280的砂料、可选的混合添加剂；

砂料包括：质量分数为37.5～62.5的重质碳酸钙粉、

混合添加剂包括：质量分数为3.37～7.87的可再分散乳胶粉及质量分数为0.45～0.67的羟丙基甲基纤维素；还包括以下一种或几种；

a、质量分数为25～30的萘系减水剂和质量分数8～10的聚羧酸系减水剂；

b、质量分数6～7的消泡剂。

对前述用于再回收建材的水泥封闭剂的进一步说明和优选实施方案，封闭剂用于各类基于再回收建材制备的基料、骨料、砂质、填充料、掺合物的建筑施工，该封闭剂混合水泥和天然砂制备成砂浆后使用。

对前述用于再回收建材的水泥封闭剂的进一步说明和优选实施方案，用于强度等级为C60及其以上的高强度水泥制品，包括：质量分数为200的水泥、质量分数为、质量分数为212.5的河沙、质量分数为37.5的重质碳酸钙粉、质量分数为7.87的可再分散乳胶粉、质量分数为0.67的羟丙基甲基纤维素、质量分数为30的萘系减水剂、质量分数10的聚羧酸系减水剂、质量分数6的消泡剂。

对前述用于再回收建材的水泥封闭剂的进一步说明和优选实施方案，可再分散乳胶粉是指由醋酸乙烯酯和乙烯生成的共聚物进行喷雾干燥后制成。

对前述用于再回收建材的水泥封闭剂的进一步说明和优选实施方案，可再分散乳胶粉的质量分数为7.87。

对前述用于再回收建材的水泥封闭剂的进一步说明和优选实施方案，包括如下步骤：

A.筛选水泥和河沙，水泥是指80微米方孔筛余小于8％且45微米筛余小于25％的硅酸盐水泥；河沙是指主原料为细度模数1.1～1.6的石英河沙，对河沙进行干燥处理，保证含水率不超过10％；

B.称取质量分数为180～210的河沙以及质量分数为37.5～62.5的重质碳酸钙粉，其中重质碳酸钙粉的用量随待制备的水泥制品中再回收建材的使用量而增加；充分混合河沙以及重质碳酸钙粉；

C.经步骤B中得到的混合料与质量分数为200硅酸盐水泥均匀混合，加水搅拌制备混合水泥浆备用；保证15min内流动距离不低于145mm。

对前述用于再回收建材的水泥封闭剂的进一步说明和优选实施方案，还包括以下步骤：

D.使用普通硅酸盐水泥和砂料按照需求的灰砂比制备基础水泥浆料；

E.在基础水泥浆料用于施工前的45～65min内加入混合水泥浆后均匀搅拌并静置至少25min，混合水泥浆的加入量随待制备的水泥制品中再回收建材的含量而增加；

F.根据步骤E中得到的混合水泥浆料的性征以及所需要的水泥特性，选择合适的混合添加剂进行处理。

其有益效果在于：

本申请的用于再回收建材的水泥封闭剂配料简单，使用方便，能够有效提高混凝土凝固过程中对于再回收建材中杂质颗粒的固着效果，可以提高再回收建材施工后水泥结构的各项理化性能。

附图说明

图1是不同添加量的可再分散乳胶粉对水泥制品的影响示意图；

图2是再分散乳胶粉在水合过程中与再回收材料的作用效果示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

考虑到建筑废料、工业废渣等再回材料在实际应用时，根据其尺寸和硬度等特点会分别制备成基料、骨料、掺合物等不同建筑原料，而上述建筑材料在实际应用时均需要利用水泥进行固着定型，或者直接参与水合反应，在建设过程中，水泥与前述再回收建筑原料的水化反应中涉及到多种复杂的聚合、胶连反应过程，基于这些反应过程，能够在建筑原料之间形成有效的固着层，实现对可能逸散的反射性元素的捕捉，为了避免前述问题的存在，需要保证这种捕捉保持持续有效，以使其在建筑物存续期间能够保证不会发生反射性物质的流失，同时不会因为上游元素的持续衰变产生新的泄露。

为此本申请在现有的建筑添加剂的基础上，提供一种用于搭配水泥使用的，可用于防止再回收建材内有害物质逸散至外部的封闭剂，这些有害物质不仅限于放射性元素，也包括其他类可能逸散的有害元素；该封闭剂适用于各类基于再回收建材制备的基料、骨料、砂质、填充料、掺合物等，在实际使用中，利用该封闭剂混合水泥和天然砂制备成砂浆后使用。

本申请的用于再回收建材的水泥封闭剂的主要包括水泥代料、砂质代料和添加剂三个组分；

为便于说明，本申请结合具体实施方式及其水泥成型过程对本申请的技术方案进行具体说明，本申请的水泥封闭剂在实际使用过程中需要与传统硅酸盐水泥进行配置形成水泥浆后使用，或者与基于传统方法制备的水泥混合使用，准备传统水泥的灰砂比(水泥与砂质的质量分数)为1：1.5～1：2.5；相对于需要直接使用的建筑水泥，本申请的水泥浆需要具有更好的流动能力以使其能够与建筑水泥进行有效混合反应，通过测试，在不同比例下对本申请的水泥封闭剂制备的水泥浆进行流动性能测试，该测试过程中，水泥浆的重质量以及添加剂的质量占比保持不变，仅改变灰砂比，本申请中使用了水泥代料和砂质代料，实际测试时单独改变其某一组分比例对最终的流动性能影响较小，对其具有直接影响的只有最终胶凝组分中添加的减水剂的比重，为避免单一组分对于流动性的影响对于灰砂比测试结果的误差，在统一的减水剂比重下，使用若干组不同单一组分比例的代料进行测试后取平均值进行统计，最终得到的其测试结果如表1所示：

表1不同灰砂比下流动性能测试结果

考虑到实际水泥配置过程中，制备完成后的使用时间一般集中在45～90min，分析上述测试结果，灰砂比由1：1逐渐提高至1：1.4的过程中，4min至90min内流动性逐渐增高，超过1.4后流动性产生较大损失，考虑到本申请中的使用需求，实际使用时应优选使用1：1～1：1.4的灰砂比进行水泥浆的制备。

基于前述基础，以下以利用传统硅酸盐水泥、河沙以及不同配比的封闭剂制备灰砂比为1：1.25的含封闭剂水泥浆，并对其进行定性分析，以确定封闭剂对于水泥浆的影响，并对其性能进行分析；

基于前述灰砂比，本实施例中以质量分数为200的水泥和质量分数为250的砂质作为基础配比；其中水泥一般为硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5级；为了获得良好的早强性，可以适量加入铝酸盐或者硫铝酸盐水泥。

其中传统砂质主要采用河沙，本申请中使用重质碳酸钙粉替代一部分河沙使用。其原因在于，河沙主要成分为石英，主要由二氧化硅构成，二氧化硅作为稳定的无机物质能够与硅酸盐水泥有效结合，但同时与再回收建材中含有的有机物质以及建筑遗留的水泥块等结构缺乏联结性。

本申请中，重质碳酸钙粉主要用于实现以下目的：

1、提高水泥浆流动性，通过定量测试，在其他配比保持不变的情形下，不断提高重质碳酸钙粉的替代比例，对不同重质碳酸钙粉替代比的水泥制品进行性能测试，测试结果如表2所示：

表2不同重质碳酸钙粉替代比的水泥制品进行性能

有表2可知，当替代率由15％不断加至30％左右时，水泥制品各项力学性能呈上升趋势，同时测试可见制备的水泥浆的平均流动性逐步提升，平均提高了约3～5mm，当替代率由30％增加至45％时，水泥制品的抗压强度出现波动和下降，测试中水泥浆的平均流动性则未有明显变化，进一步提高替代率，其制品力学性能，后则平均流动性开始下降，通过比较分析，重质碳酸钙粉由于比表面积相对较大，会导致所需要的浆料量快速提高，对水泥的收缩性带来不利影响，当替代率超过25％左右之后，干缩率会持续增大，容易引起开裂等问题，因此，在本申请中，重质碳酸钙粉的替代率应控制在15％～25％左右，即重质碳酸钙粉的质量分数为37.5～62.5。

2、重质碳酸钙一般作为惰性填料使用，但在含有在回收建材的建材施工过程中，利用重质碳酸钙的水化反应形成碳铝酸盐，可以改善凝固后水泥内部结构，分散在水泥中的重质碳酸钙粉可以与有机物杂质颗粒的表面粘结，生成局部核心，促使水泥内部的Ca(OH)₂在核心表面生长形成晶体，一方面加速了水化反应的效率，另一方面使得相邻核心通过联结网络形成稳定结构，同时在有机物杂质外部形成致密膜层，在水泥浆内物质进一步填充核心之间的间隙后，形成支撑骨架同时限制有机物杂质颗粒，最终提高水泥强度的同时实现有害物质的固定和隔离；

进一步的，由于重质碳酸钙粉会使水泥浆的凝结时间缩短，但对于实际施工建设而言，较长或者较短的凝结时间都不利于施工，需要根据施工需求进行合理控制选择，为便于控制水泥浆的凝固时间，本申请中考虑利用羟丙基甲基纤维素对水泥进行进一步改性，利用羟丙基甲基纤维素在水泥制备过程中表现出的成膜能力和粘结能力形成水膜提高水泥保水率，通过调配重质碳酸钙粉和羟丙基甲基纤维素的使用比，可以灵活控制水泥凝结时间，便于封闭剂的使用，另一方面，羟丙基甲基纤维素的过量使用存在降低水泥的强度的风险，因此，基于前述基础，在不同羟丙基甲基纤维素和重质碳酸钙粉配比情况下，对其水泥制品进行测试，测试结果如表3所示：

表3羟丙基甲基纤维素含量及其与重质碳酸钙粉替代率对制品影响

由表3可知，在不同检测时期，当羟丙基甲基纤维素的添加量由0.05％增加至0.1％的过程中，均能够使得不同时期的水泥制品的力学性能持续提升，当羟丙基甲基纤维素的添加量由0.1％增加至0.15％的过程中，不同时期的水泥制品的力学性能保持稳定，当羟丙基甲基纤维素的添加量超过0.15％之后，不同时期水泥制品的力学性能大幅下降；综合分析，可以利用不同用量以及重质碳酸钙粉替代率的配比来改善封闭剂的力学性能以及控制凝结时间，但羟丙基甲基纤维素的添加量应控制在0.05％至0.15％，且添加量为0.1％～0.15％为佳，相应的质量分数为0.45～0.67。

本申请的封闭剂中还包括可再分散乳胶粉，可再分散乳胶粉是由聚合物乳液经过喷雾后干燥形成，通过在水合过程中与水接触产生分解并释放乳液颗粒，形成相应的乳液环境，一般主要用于改变溶液粘度。本申请采用由醋酸乙烯酯和乙烯生成的共聚物进行喷雾干燥后制成的可再分散乳胶粉，利用该类型可再分散乳胶粉可以生成富含醋酸乙烯酯和乙烯的微粒，并在水合反应过程中再次聚合，并在此过程中利用醋酸乙烯酯的粘结能力有效联结固定回收建材中含有的有机物质形成微粒(如图2中浅色结块)，之后利用高柔韧性的乙烯进行聚合，形成结构稳定，柔韧性强的类网膜结构(如图2中左侧浅色网络)，并在干燥和固化过程中粘结其他添加物和填料，可在水泥制备过程中形成锁水膜结构，提高各类水性粘结物质(水泥、)的反应率和黏结强度。同时，在水泥硬化过程中，可再分散乳胶粉可与前述有机物杂质颗粒以及建材粒子之间缝隙中留存的水混合后形成乳液，利用乳液的润滑和表面张力进一步提高粒子之间的致密性，在水泥干燥后形成致密实体结构(如图2中右侧)，防止粒子之间空腔形成，压缩空腔尺寸，进一步增强有机物杂质颗粒以及建材粒子之间的作用力，提高水泥强度，提高抵抗能力以及对于颗粒的固着效果。

通过测试分析，不同添加量的可再分散乳胶粉，会使得水泥制品的耐磨、拉伸、抗性等方面带来系列影响，本申请中封闭剂的主要目的在于实现在回收建材内异性颗粒和材质的封闭固定，增强上述颗粒杂质与建材之间的连接强度，基于该方面考虑，对于可再分散乳胶粉的应用，主要考虑其强度表现，最优配比下应当使水泥制品结构更加致密，强度更高，为此，在其他材料配比不变的情况下，根据不同的可再分散乳胶粉添加量制备的是你制品进行表面打磨，观察形成的打磨表面的理化性能，得到如图1所示的，由图可见，随着可再分散乳胶粉添加量的提高，水泥制品的表面强度在0.75％至1.75％的过程中持续增加，当超过1.75％之后则持续减小，当到达1.75％左右时，接近最理想值，观察其表面，可以发现水泥制品内部在打磨后形成致密硬质层。空隙以及强度远超过其他比例。综合选择，以加入质量分数(相对于水泥、水以及封闭剂总体质量)的1.75％左右为最佳，即质量分数为7.87左右。

为保证制备的水泥浆具有较强的流动性，本申请的封闭剂配比中具有较强的保水性，为避免过长的硬化凝结过程，本申请的封闭剂中还包括质量分数25～30的萘系减水剂、质量分数10的聚羧酸系减水剂：质量分数6～7的消泡剂；其中减水剂用于控制水泥凝聚时间，消泡剂用于消除水泥制品内部空泡，

后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种用于再回收建材的水泥封闭剂，单独或者与灰砂比为1：1.5～1：2.5的硅酸盐水泥混合使用，其特征在于，包括：质量分数为200的水泥、及质量分数为200～280的砂料、可选的混合添加剂；

所述砂料包括：质量分数为37.5～62.5的重质碳酸钙粉、

所述混合添加剂包括质量分数为3.37～7.87的可再分散乳胶粉及质量分数为0.45～0.67的羟丙基甲基纤维素；还包括以下一种或几种；

a、质量分数为25～30的萘系减水剂和质量分数8～10的聚羧酸系减水剂；

b、质量分数6～7的消泡剂。

2.根据权利要求1所述的用于再回收建材的水泥封闭剂，其特征在于，所述封闭剂用于各类基于再回收建材制备的基料、骨料、砂质、填充料、掺合物的建筑施工，该封闭剂混合水泥和天然砂制备成砂浆后使用。

3.根据权利要求1所述的用于再回收建材的水泥封闭剂，其特征在于，用于强度等级为C60及其以上的高强度水泥制品，包括：质量分数为200的水泥、质量分数为、质量分数为212.5的河沙、质量分数为37.5的重质碳酸钙粉、质量分数为7.87的可再分散乳胶粉、质量分数为0.67的羟丙基甲基纤维素、质量分数为30的萘系减水剂、质量分数10的聚羧酸系减水剂、质量分数6的消泡剂。

4.根据权利要求1所述的用于再回收建材的水泥封闭剂，其特征在于，所述可再分散乳胶粉是指由醋酸乙烯酯和乙烯生成的共聚物进行喷雾干燥后制成。

5.根据权利要求1所述的用于再回收建材的水泥封闭剂，其特征在于，所述可再分散乳胶粉的质量分数为7.87。

6.用于再回收建材的水泥封闭剂的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.筛选水泥和河沙，所述水泥是指80微米方孔筛余小于8％且45微米筛余小于25％的硅酸盐水泥；所述河沙是指主原料为细度模数1.1～1.6的石英河沙，对河沙进行干燥处理，保证含水率不超过10％；

B.称取质量分数为180～210的河沙以及质量分数为37.5～62.5的重质碳酸钙粉，其中重质碳酸钙粉的用量随待制备的水泥制品中再回收建材的使用量而增加；充分混合河沙以及重质碳酸钙粉；

C.经步骤B中得到的混合料与质量分数为200硅酸盐水泥均匀混合，加水搅拌制备混合水泥浆备用；保证15min内流动距离不低于145mm。

7.根据权利要求6所述的用于再回收建材的水泥封闭剂的使用方法，其特征在于，还包括以下步骤：

D.使用普通硅酸盐水泥和砂料按照需求的灰砂比制备基础水泥浆料；

E.在基础水泥浆料用于施工前的45～65min内加入混合水泥浆后均匀搅拌并静置至少25min，混合水泥浆的加入量随待制备的水泥制品中再回收建材的含量而增加；

F.根据步骤E中得到的混合水泥浆料的性征以及所需要的水泥特性，选择合适的混合添加剂进行处理。

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