CN116217156A - 一种再生砂浆及再生砂浆的制备及循环使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种再生砂浆及再生砂浆的制备及循环使用方法，所述再生砂浆的制备方法包括以下步骤：步骤一、确定再生砂浆中水泥、再生砂粉、激发剂的配比；步骤二、按照步骤一中的配比，将水泥和再生砂粉在搅拌锅中干混；步骤三、将激发剂按照种类在烧杯中依次分层堆叠；步骤四、搅拌锅处于慢速搅拌状态的同时，向烧杯中加水并同时用玻璃棒进行搅拌至激发剂完全溶解；步骤五、向搅拌锅中加水至物料粘在搅拌锅的四周内壁且不掉落，浇注到试模中静置成型、脱模、自然养护。本发明硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠烧杯里由上到下依次堆叠的溶解时间，比倒序堆叠短，分次加水溶解比单次加水溶解快2～8分钟，溶解效率高，制备得到的再生砂浆强度高。

Description

一种再生砂浆及再生砂浆的制备及循环使用方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种再生砂浆及再生砂浆的制备及循环使用方法。
背景技术
生产水泥会产生二氧化碳，二氧化碳会导致全球变暖，全球变暖会导致极端天气频发、冰川融化、物种灭绝。为应对此局面，世界上提出碳交易，即别人花钱，你来减排，别人以10美元/吨的价格来购买你的温室气体减排额。减排措施包括，少用天然原材料，多用工业和建筑业废弃材料，例如混凝土再生砂粉。但再生砂粉掺入水泥、砂浆或混凝土中对强度具有副作用，前人们采用激发剂对再生粉料进行激发，做了以下研究：
期刊(1865(2015)12-0031-02)报道了尿素、草酸钠、草酸铵、乙酸钠对饱和硫酸钠溶液的助溶效果，提升了硫酸钠的溶解率。但未报道采用何种手段对硫酸钠进行促溶，即加快溶解速率。
张福顺在其论文《硅酸钠的溶解和过滤》中提到，玻璃体硅酸钠很难溶于冷水，常压下能溶于热水，但溶解速度较慢，溶解时用水量低对溶解速度是有利的；工业上采用蒸汽加压工艺溶解固体硅酸钠时，硅酸钠固体的溶解速度随压力的升高而增加。但未报道在常温常压下采用何种手段对硅酸钠进行促溶。
专利CN106045361A介绍道，碱矿渣混凝土中采用氢氧化钠作激发剂都是以溶液的形式利用的，因为氢氧化钠溶解度大、溶解速度快、便于配制成溶液，但氢氧化钠因溶解而快速、集中释放的热量会加快碱矿渣水泥的水化速度，缩短本就不足的施工时间，因此工业上氢氧化钠都需要先溶解、冷却后再使用，增加生产环节和成本；不提前溶解氢氧化钠，只有向混凝土中掺入缓凝剂，但会显著增加成本。该发明采用碳酸钠与固体氢氧化钠作为复合激发剂，碳酸钠、固体氢氧化钠同时与水接触、溶解，在搅拌作用下与活性粉体材料形成浆体，由于同时与水接触，碳酸钠与氢氧化钠形成竞争溶解关系，减少氢氧化钠放热。但激发剂不预先溶解，容易分散不开从而在混凝土表面形成深色斑块，降低增强效果。
专利CN114620965A以粉煤灰矿渣钢渣固废作为主要原料、以增塑剂缓蚀剂水泥膨润土作为固体添加剂、以废玻璃粉和固体碱金属氢氧化物作为激发剂、以木质素磺酸钠和聚乙二醇作为流变性改善剂，制备了碱激发胶凝材料。其中，粉煤灰矿渣钢渣固废/塑剂缓蚀剂水泥膨润土固体添加剂＝15/85。该发明以废玻璃和碱金属氢氧化物作为碱激发剂，与常用的固体碱激发剂如：硅酸钠与氢氧化钠的混合碱激发剂相比，由于固体硅酸钠本身在溶解时比较耗时，而该发明的碱激发剂可通过简单加水来激发活化玻璃粉固废中硅酸盐或硅铝酸盐，所以该发明的碱激发剂易应用且节省时间；并且该发明的碱激发剂不需要热激发，也节省了能源。但激发剂/(粉煤灰矿渣钢渣固废+塑剂缓蚀剂水泥膨润土固体添加剂)＝67％～733％，激发剂掺量是被激发材料的7倍之多，激发效率低。
专利CN108395276A以建筑废弃物砂粉料65％-95％，水泥3％-20％，发泡剂0.1％-5％制得容重500-1100kg/m3、强度5-15MPa、导热系数≤0.030W/(m·K)的泡沫混凝土。但其中再生砂粉由废弃混凝土和砖块破碎研磨至粒径2mm以下，研磨能耗高噪音大。
专利CN112723773A全组分回收利用建筑垃圾。对建筑垃圾进行分类：将建筑固废破碎预处理；分选；破碎；冲洗筛分获得再生微粉粒径<0.15mm，再生骨料4.75-20mm，用于C25～C30混凝土，再生砂粉0.15～4.75mm用于砂浆；再对建筑垃圾进行活性激发：将再生砂粉超细粉磨生成再生胶材、再生水泥和再生粉末；用有机硅溶液、硅烷对再生骨料进行喷淋、浸渍、干燥处理；在混凝土配制中加入聚丙烯纤维。但需要清洗、粉磨工序，耗能高。
专利CN114573315A采用47％～85％的粉磨后的再生砂粉、水泥、石灰、石膏、发气组分、养护组分，经搅拌、浇筑、静停、切割、养护工艺，制得轻质混凝土干密度480kg/m3抗压强度3.3MPa。但静停温度45～55摄氏度、时间3～5h，养护温度180～230摄氏度、时间1～5h，且再生砂粉需粉磨，能耗高。
专利CN111138135A以建筑弃土为基础原料，加入固化剂、再生砂粉、植物纤维、水，制备了3D打印材料，强度12.1～15.1MPa。(建筑弃土+再生砂粉)/(建筑弃土+再生砂粉+固化剂)＝57％～63％。再生砂粉粒径0.21-0.75mm。但建筑固废(建筑弃土+再生砂粉)掺量低于80％，再生砂粉粒径小，破碎耗能高。
专利CN112592148B利用再生砂粉、偏高领土、硅铝酸钙镁、石灰Ca(OH)2、钠水玻璃、化学助剂、矿物混合材料、粗细骨料等原料，采用拌和、振动密实、浇筑成型、常温保湿养护20天以上等工艺，制得抗压强度为34.6～66.6MPa的结构材料。其中再生砂粉/(再生砂粉+偏高领土、硅铝酸钙镁)＝76％～90％，激发剂石灰和钠水玻璃为再生砂粉质量的6.9％～21.4％。但是，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℃煅烧后水淬急冷得到，属于菱镁水泥(主要有硫氧镁水泥和氯氧镁水泥)和特种高强水泥，强度可轻易达到62.5MPa；成本高；硬化时放热(1000～1350J/gMgO)是普通硅酸盐水泥水化热(300～400J/g水泥)的3～4倍，无法与NaOH等碱激发剂同时使用；受潮时制品表面易出现黏性潮渍；与水长期接触硬化体强度损失率达60％～80％。而且，钠水玻璃即硅酸钠水溶液是石英粉和纯碱在1400℃下煅烧生成熔融状硅酸钠、水淬成颗粒、在高温高压水中溶解制得的；粘稠且体积大不利于实际施工应用。
专利CN103253882A将建筑废渣送入粉磨设备反复研磨制得5mm以下的再生砂粉。提出“建渣再生砂粉混合材料中的粉体分离出来，使用时又掺进去，没有必要。”指出该再生砂粉可用作水泥基板块主导材料、砂浆和混凝土辅助材料、水泥混合材。但没有介绍再生砂粉增强措施。
专利CN110563424A采用硅酸盐水泥30％～40％、原状灰废料30％～40％、生石膏10％～15％、电石渣废料8％～15％、玻璃纤维1％～3％、激发剂5％～15％制备了固化剂，并应用于软土中，应用时将固化剂中各组分加水搅拌，再加入软土，经搅拌、压实、成型、保养，固化后的软土无侧限抗压强度2～3MPa,是纯水泥做固化剂的固化土1.5～2.5倍。其中，原状灰废料中含50％以上的二氧化硅超过和30％以上的氧化铝、类似于粉煤灰，电石渣废料中含氢氧化钙85％和水7％～10％、相当于氢氧化钙激发剂，生石膏中含二水硫酸钙、纯度大于95％、相当于硫酸钙激发剂，激发剂中含硅酸钠、氯化钙，固化剂为软土质量的20％～25％。所以水泥/(水泥+原状灰)＝43％～87％。激发剂电石渣、生石膏、硅酸钠、氯化钙总掺量占固化剂的22％～42％，固化剂中其余组分水泥、原状灰、纤维占固化剂的58％～78％。因而激发剂电石渣、生石膏、硅酸钠、氯化钙总掺量占软土的4.4％～10.5％，水泥、原状灰、纤维占软土的11.6％～19.5％。虽然水泥含量低，但固化土强度也低。
专利CN113233808A架设彩钢板封闭施工区域，安装除尘收集器，将废旧混凝土和烧结砖单独加工，通过万能破碎机初粉碎至40mm以下，用鄂式破碎机二次粉碎，用球磨机研磨1小时至0.16mm以下获得再生微粉，将其应用于C20、C30混凝土中不用掺入激发剂，应用于C50中NaOH掺量3％时经济实用、NaOH掺量5％时强度最好。研究表明，当球磨时间为2h时，再生微粉混凝土的强度反而有所降低，再生微粉球磨时间控制在1h左右达到最佳状态。但没有介绍再生微粉掺量以及混凝土配比，且微粉需要研磨1h耗能高。
专利CN112479674A采用再生微粉、矿粉、粉煤灰、河砂、碎石、再生骨料、氢氧化钠固体、水玻璃、碳酸钠、水制备了再生混凝土，抗压强度41～47MPa。混凝土中不加水泥，成型后在205摄氏度环境下静置24h，然后标准养护至28天。再生微粉粒径小于0.075mm且45微米方孔筛余≤45％。制备时首先将水玻璃、氢氧化钠固体和水混合并静置20-48h，然后将再生微粉、矿粉、粉煤灰、河砂、再生骨料放入混凝土搅拌机中干拌，最后将提前静置的水玻璃-NaOH-水溶液与碳酸钠先后分别加入搅拌机中。再生微粉/(再生微粉+矿粉+粉煤灰)＝14％～67％，(氢氧化钠+水玻璃+碳酸钠)/(再生微粉+矿粉+粉煤灰)＝2.4％～60％，激发剂用量高。将水泥烧制改为混凝土高温养护，对混凝土搅拌站提出更高要求，应用受限制，不具有推广价值。而且要得到如此细度的再生微粉需要高能耗工艺。
专利CN111718160A首先对淤泥/泥浆进行脱水干化处理，再利用建筑固废制备再生微粉，并测定再生微粉中矿物组成比例，以及潜在的水化活性大小，配制对应的碱激发剂与再生微粉混合均匀生成碱激发再生微粉，将其与适量脱水淤泥/泥浆均匀混合，使淤泥/泥浆固化，最后对碱激发再生微粉固化淤泥/泥浆进行CO2养护处理。碱激发剂包含硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、活性氧化镁。碱激发剂和再生微粉的质量比的区间在1％～30％。但固化脱水淤泥的强度仅为1.28～2.15MPa。且再生微粉制备过程中需要对再生骨料进行饱和氢氧化钙溶液浸泡处理再球磨至粒径≤20微米，处理工艺繁琐且能耗高。
专利CN111362600B将废弃水泥混凝土经破碎和分离出骨料后，得到废弃的水泥石，将废弃的水泥石粉磨至细度达到500m2/kg，得到再生水泥；将再生水泥与水按照质量比为1：0.35搅拌混合均匀，得到流动性的再生水泥拌合物，再生水泥拌合物经过浇筑成型的方式得到胚体；在空气气氛中，相对湿度为65％，温度为26℃的环境中将胚体预养护12小时，再将经过预养护的胚体置于压力罐体中，并在CO2纯度为99.9％，CO2气体压力为0.2MPa下将胚体碳化养护1小时，得到硬化的再生水泥石，其抗压强度为9MPa。但强度偏低。
专利CN114195412B将再生微粉35％～55％、水泥熟料粉40％～60％、石膏粉2％～5％混合均匀制得再生水泥，将再生水泥应用于混凝土，其28天抗压强度>40MPa。再生微粉无需进行活化处理，再生微粉的掺量大，制备的再生水泥性能优异。采用的技术手段为，将再生砂粉多级粉磨与分选，获得五个粒径区间的微粉，再将不同粒径区间的再生微粉复配，使得再生微粉中粒径为0～5μm、5μm～12μm、8μm～19μm、17μm～34μm、34μm～75μm的微粉分别占再生水泥3％～8％、6％～13％、13％～25％、8％～18％和5％～14％。再生微粉的粒径分布采用激光粒度分析仪测定。再生水泥的28d抗压强度相当时，与单粒径区间再生微粉相比，5种粒径区间再生微粉的总掺量由25％增至48％增加了近一倍。但控制五个微小粒径区间在工业上难以实现。
综上所述，建筑垃圾粉料再利用行业存在再生粉料掺量高时制品强度低、活化再生粉料所用激发剂溶于水耗时长、激发剂组分多且掺量范围大不容易确定复配比例、再生粉料所制产品强度1MPa～47MPa差异巨大、再生原材料回收处理工艺需研磨、再生粉料所制产品养护工艺复杂等问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种再生砂浆及再生砂浆的制备及循环使用方法，使得再生粉料掺量高时再生砂浆强度高、活化再生粉料所用激发剂溶于水耗时短、激发剂最佳复配比例可快速确定、再生粉料所制产品强度稳定在20.4～24.2MPa左右、再生砂粉从建筑垃圾厂出厂后无需处理可直接利用、再生砂浆自然养护即可。
为实现上述目的及其他相关目的，
本发明的第一方面，提供一种再生砂浆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、确定再生砂浆中水泥、再生砂粉、激发剂的配比；
步骤二、按照步骤一中的配比，将水泥和再生砂粉在搅拌锅中干混；
步骤三、按照步骤一中的配比，将激发剂按照种类在烧杯中依次分层堆叠；
步骤四、搅拌锅处于慢速搅拌状态的同时，向烧杯中加水并同时用玻璃棒进行搅拌，第一次溶解后，上清液倒入搅拌锅中，将烧杯中的沉淀碾碎，再次向烧杯中加水并同时用玻璃棒进行搅拌，溶解后，上清液倒入搅拌锅中，循环直至激发剂完全溶解；
步骤五、向搅拌锅中加水至物料粘在搅拌锅的四周内壁且不掉落，浇注到试模中静置成型、脱模、自然养护。
优选地，所述步骤一具体包括以下步骤：
S1、初步确定再生砂粉：(再生砂粉+水泥)的重量百分比范围为(A-30)％～A％、激发剂：再生砂粉的重量百分比范围为0～(B*100)％；
S2、选择再生砂粉：(再生砂粉+水泥)的重量百分比为A％、(A-10)％、(A-20)％、(A-30)％，激发剂的掺量为0，制备试块，测定7d强度，根据测定结果确定再生砂粉：(再生砂粉+水泥)的重量百分比为C％，C＝A或(A-10)或(A-20)或(A-30)；
S3、以C％为基础，对激发剂硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠分别进行试验，以激发剂：再生砂粉的重量百分比B％、(B*10)％、(B*100)％，分别制备试块，测定7d强度，根据测定结果，按照激发强度对四种激发剂进行排序，激发强度最高的激发剂记为Max，激发强度次高的激发剂记为Maxmi，激发强度次低的激发剂记为Minmi，激发强度最低的激发剂记为Min，，Max与再生砂粉的最佳重量百分比为D％～E％、Maxmi与再生砂粉的最佳重量百分比为F％～G％、Minmi与再生砂粉的最佳重量百分比为H％～I％、Min与再生砂粉的最佳重量百分比为J％～K％，D％～E％、F％～G％、H％～I％、J％～K％＝[0～B％]或[B％～(B*10)％]或[(B*10)％～(B*100)％]；
S4、以C％为基础，按照Max的掺量为再生砂粉重量的(E/10)*4％、再生砂粉重量的(E/10)*7％，Maxmi掺量为再生砂粉重量的(G/10)*4％、再生砂粉重量的(G/10)*7％，Minmi掺量为再生砂粉重量的(I/10)*4％、再生砂粉重量的(I/10)*7％，Min掺量为再生砂粉重量的(K/10)*4％、再生砂粉重量的(K/10)*7％，分别制备试块，测定7d强度，根据强度测定结果，选择Max、Maxmi、Minmi、Min单掺时的最佳掺量分别为再生砂粉重量的L％、再生砂粉重量的M％、再生砂粉重量的N％、再生砂粉重量的P％；
S5、以C％为基础，对Max、Maxmi、Minmi、Min进行复掺试验；具体为：
S5-1、对Max、Maxmi进行复掺试验；按照Max：Maxmi的重量比为1：1，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi的重量比为1：1，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量L％；Max：Maxmi的重量比为L/M，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量的D％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量的E％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量的F％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量的G％；制备试块，测定7d强度；
S5-2、对Max、Minmi进行复掺试验；按照Max：Minmi的重量比为1：1，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Minmi的重量比为1：1，总掺量为再生砂粉重量的N％；Max：Minmi的重量比为L：N，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Minmi的重量比为L：N，总掺量为再生砂粉重量的N％；制备试块，测定7d强度；
S5-3、对Max、Maxmi、Minmi复掺试验；按照Max：Maxmi：Minmi的重量比为1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的N％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的N％；Max：Maxmi：Minmi为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的D％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的E％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的F％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为G％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的H％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的I％；制备试块，测定7d强度；
S5-4、对Max、Maxmi、Minmi、Min进行复掺试验；按照Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的N％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的P％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的N％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的P％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N；P，总掺量为再生砂粉重量的D％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的E％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的F％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的G％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的H％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的I％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的J％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的K％；制备试块，测定7d强度；
S5-5、根据强度测定结果，以及激发剂掺量低、试块强度高的原则，选择性能最优的几个配比。
优选地，所述步骤三中，激发剂为硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的组合物，将氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、硫酸钠依次加入烧杯中，氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、硫酸钠在烧杯底部由下至上依次堆叠。
优选地，所述步骤五中，加水至物料刚好粘在搅拌锅的四周内壁上不掉落，停止加水，搅拌5s,停止搅拌，刮掉锅内壁和搅拌叶上的料浆，快速搅拌5s，即可进行浇注。
本发明的第二方面，提供一种再生砂浆，采用上述的再生砂浆的制备方法制备得到，按照重量份计，包括以下各组分：水泥100份、再生砂粉400份、水102～112份、激发剂4～40份；所述激发剂包括硫酸钠0～25.45份、硅酸钠0～16份、碳酸钠0～4份、氢氧化钠0～2.15份。
优选地，所述激发剂与所述再生砂粉的重量百分比为1％～10％，所述激发剂中，硫酸钠：硅酸钠：碳酸钠：氢氧化钠为7：4：0：0或7：0：1：0或7：4：1：0或7：4：1：1。
优选地，所述水泥是42.5级普通硅酸盐水泥。
优选地，所述再生砂粉是废弃混凝土经颚式破碎机破碎筛分优选粗骨料后剩余的0-9.5mm砂和粉的混合物，其中，粒径为0～0.075mm、0.075～0.15mm、0.15～0.3mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75-9.5mm的砂粉占比分别为3.1％、3.5％、6.8％、10.7％、8.1％、15.5％、25.6％、26.7％。
优选地，所述硫酸钠、硅酸钠、氢氧化钠为固体颗粒，碳酸钠为固体粉末，氢氧化钠为优级纯，硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠为分析纯。
本发明的第三方面，提供一种再生砂浆的循环使用方法，包括以下步骤：
T1、将浇注成型且硬化后的再生砂浆用鄂式破碎机破碎，用试验筛确认全部破碎至9.5mm以下，获得再生砂粉；
T2、采用权利要求1所述的方法制备再生砂浆；
T3、当浇注成型后的再生砂浆使用到期或需要拆建时，重复步骤T1与T2，直至再生砂粉循环使用五次。
再生砂粉中未水化水泥颗粒被水泥水化物包裹，含有大量硅、铝成分，经过高温急冷，为活性废渣。废渣活性的实质，是工业原料经过高温后急冷，来不及转化为稳定的化合物，化合物的活性被以玻璃体的状态、化学能的形式封存起来。采用酸性和碱性物质作为激发剂溶蚀玻璃体，使活性氧化硅和氧化铝溶出；水泥水化产生Ca(OH)2，活性氧化硅、活性氧化铝、Ca(OH)2溶于水反应生成水化硅酸钙凝胶，使散状颗粒变成具有强度的整体性材料。硅酸钠、碳酸钠属于强碱弱酸盐，在水中具有碱性，可溶蚀包裹未水化水泥颗粒的水泥水化物；氢氧化钠为碱，也可溶蚀再生砂粉中的活性硅铝成分；硫酸钠属于强碱强酸盐，在水中显中性，但能与水泥水化产生的氢氧化钙反应，生成氢氧化钠和硫酸钙沉淀，氢氧化钠碱性比水泥水化生成的氢氧化钙强，对再生砂粉的溶蚀效果比水泥大；同时，硅酸钠与氢氧化钙反应生成氢氧化钠和硅酸钙、碳酸钠与氢氧化钙反应生成氢氧化钠和碳酸钙，即硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠均能消耗掉水泥水化生成的氢氧化钙，可加速水泥水化，在水泥20％、再生砂粉80％条件下，可提高再生砂浆早期强度。物质溶于水伴有吸放热现象，溶解放热的物质比较多，比如氢氧化钠和碳酸钠。溶解吸热的物质比较少，除了硝酸铵还有硫酸钠。溶解时吸热＝放热的物质是最多的，生活中溶于水的物质大多数属于这种，比如蔗糖。硅酸钠的溶解最好是在较高的浓度下完成，即溶解时用水量低；且溶液中NaOH浓度越大，硅酸钠越好溶解，NaOH一方面可抑制硅酸钠水解过程的发生，避免生成Si02沉淀，另一方面使游离Si02的胶溶过程容易进行，这对溶解是有利的。
如上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明再生砂浆的制备方法中，巧妙地将激发剂单掺时的最佳掺量作为复掺比例，能够快速的获得激发剂的最佳配比，相当于传统的试验方法，试验时间由三个月缩短至一个月。
(2)本发明再生砂浆的制备方法中控制流动度而非控制水胶比，以肉眼观察料浆粘在搅拌锅内壁不掉落为准，采用该种方制备得到的再生砂浆相对于采用控制水胶比得到的再生砂浆的强度更高，且节省了人力、时间，减少了混凝土搅拌站的污水处置量。
(3)本发明再生砂浆循环使用方法中，将再生砂浆全部破碎为粒径小于9.5mm的再生砂粉并直接应用于下次再生砂浆制备，如此循环五次，避免了对建筑垃圾再生骨料和再生粉料的多次筛分、分别利用，从而提高了工作效率。且再生砂粉循环使用五次、无需球磨和煅烧、节省五次燃煤能耗和电能耗、所制砂浆强度高达15.9-24.2MPa左右，具有巨大的经济价值。
(4)本发明硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠烧杯里由上到下依次堆叠的溶解时间，比倒序堆叠短，分次加水溶解比单次加水溶解快2～8分钟，溶解效率高；激发剂溶解时间≤2min且激发剂掺量0.1％、1％、4％、7％、10％时再生砂浆抗压强度分别≥15.5MPa、18.3MPa、20.4MPa、21.4MPa、21.9MPa。
(5)本发明中激发剂不需要热激发，巧妙的利用了吸热和放热两类激发剂，既避免了吸热激发剂需要热源来溶解进而浪费资源的问题，又避免了放热激发剂容易加快水泥水化进而缩短施工时间的问题。
(6)本发明将再生砂浆全部破碎为再生砂粉并直接利用于下次循环中，避免了对建筑垃圾再生骨料和再生粉料的多次筛分、分别利用，从而提高了工作效率。且再生砂粉循环使用五次、无需球磨和煅烧、节省五次燃煤能耗和电能耗、所制砂浆强度高达15.9-24.2MPa左右，具有巨大的经济价值。
(7)本发明解决了激发剂增强效果大、溶解快、掺量低三者相互制约的问题。
附图说明
图1为对比例6验证砂浆的料浆粘在搅拌锅内壁不掉落状态和跳桌扩展度时间变化图。
图2为对比例7再生砂浆与实施例2再生砂浆外观对比图。
图3为再生砂浆考核指标曲线图以及实施例1中所有配方的激发剂掺量-强度关系散点图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本发明的目的是要研究和开发出配比快、促溶、可快速大量考核强度数据、循环能耗低、强度高且稳定的再生砂浆及其配比获得、制备、考核和循环的方法，以下通过实施例1以及对比例1～3说明再生砂浆的配比获得方法，实施例2以及对比例4～6说明再生砂浆的制备方法，实施例3以及对比例8说明再生砂浆的考核方法，实施例4以及对比例9～10说明再生砂浆循环使用方法，实施来5以及对比例11说明再生砂浆的配比。
在本发明中，如无特殊说明，水泥购自太仓海螺水泥厂，为P.O42.5普通硅酸盐水泥；再生砂粉购自上海又宏环保科技有限公司，通过破碎筛分工艺获得，粒径为0-9.5mm；激发剂中，硅酸钠购自上海试四赫维化工有限公司，分子式为Na2SiO3·9H2O，分析纯，为无色正交双锥结晶，Na2O含量19.3w/％-22.8w/％，Na2O与SiO2量之比1.00-1.06，氯化物(Cl)≤0.01w/％，铝(Al)≤0.05w/％，铁(Fe)≤0.05w/％，重金属(以Pb计)≤0.001w/％；硫酸钠购自国药集团化学试剂有限公司，分子式为Na2SO4，分析纯，为无色透明结晶颗粒，含量≥99.0％，氯化物(Cl)≤0.001w/％，铁(Fe)≤0.002w/％，重金属(以Pb计)≤0.005w/％；碳酸钠购自天津市致远化学试剂有限公司，分子式为Na2CO3，分析纯，为白色粉末，含量(Na2CO3)≥99.8％，氯化物(Cl)≤0.002w/％，铁(Fe)≤0.0005w/％，重金属(以Pb计)≤0.0005w/％；氢氧化钠购自天津市恒兴化学试剂制造有限公司，分子式为NaOH，优级纯，为白色结晶颗粒，含量(NaOH)≥98.0％，氯化物(Cl)≤0.02w/％，铝(Al)≤0.001w/％，铁(Fe)≤0.005w/％，重金属(以Pb计)≤0.001w/％；水为自来水。
按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》检测再生砂浆的抗压强度；按GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》检测再生砂浆扩展度。
实施例1
本实施例提供一种再生砂浆的配比获得方法，包括以下步骤：
S1、确定再生砂粉占(再生砂粉+水泥)的重量百分比为70％-100％、激发剂占再生砂粉的重量百分比为0％-10％。
S2、按照再生砂粉占(再生砂粉+水泥)的重量百分比为70％、80％、90％、100％，分别制备试块，测定7d强度，根据强度测定结果，得到再生砂粉最佳重量百分比为80％。
S3、以再生砂粉占(再生砂粉+水泥)的重量百分比80％为基础，设计硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠与再生砂粉的重量比分别为0.1％、1％、10％，制备试块，测定7d强度，根据测定结果得到，硫酸钠的最佳掺量为再生砂粉重量的1％～10％、硅酸钠的最佳掺量为再生砂粉重量的1％～10％、碳酸钠的最佳掺量为再生砂粉重量的1％～10％，氢氧化钠最佳的最佳掺量为再生砂粉重量0.1％～1％，按照激发剂的增强效果排序：硫酸钠>硅酸钠>碳酸钠>氢氧化钠。
S4、以再生砂粉占(再生砂粉+水泥)的重量百分比80％为基础，设计硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠与再生砂粉的重量比分别为4％、7％，氢氧化钠掺量在再生砂粉重量的0～10％的范围内对再生砂浆增强效果不明显，可不做此试验。制备试块，测定7d强度，根据测定结果确定激发剂单掺时的最佳掺量分别为硫酸钠的掺量为再生砂粉重量的7％、硅酸钠掺量为再生砂粉重量的4％、碳酸钠掺量为再生砂粉重量的1％、氢氧化钠的掺量为再生砂粉重量的1％。
S5、为了与单掺激发剂对比，以再生砂粉占(再生砂粉+水泥)的比例80％为基础，进行复掺试验，具体如下：
S5-1、设计硫酸钠、硅酸钠双掺试验；按照硫酸钠与硅酸钠的重量比为1：1；总掺量为再生砂粉重量的7％；硫酸钠与硅酸钠的重量比为1：1，总掺量为再生砂粉重量的4％；硫酸钠与硅酸钠的重量比为7：4，总掺量为再生砂粉重量的7％；硫酸钠与硅酸钠的重量比为7：4，总掺量为再生砂粉重量4％；硫酸钠与硅酸钠的重量比为7：4，总掺量为再生砂粉重量的1％；硫酸钠与硅酸钠的重量比为7：4，总掺量为再生砂粉重量的10％；制备试块，测定7d强度。
S5-2、设计硫酸钠、碳酸钠双掺试验；按照硫酸钠与碳酸钠的重量比为1：1；总掺量为再生砂粉重量的7％；硫酸钠与碳酸钠的重量比为1：1；总掺量为再生砂粉重量的1％；硫酸钠与碳酸钠的重量比为7：1；总掺量为再生砂粉重量的7％；硫酸钠与碳酸钠的重量比为7：1；总掺量为再生砂粉重量的1％；制备试块，测定7d强度。
S5-3、设计硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠三掺试验；按照硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠的重量比为1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的7％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠的重量比为1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的4％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠的重量比为1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的1％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠的重量比为7：4：1，总掺量为再生砂粉重量的7％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠的重量比为7：4：1，总掺量为再生砂粉重量的4％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠的重量比为7：4：1，总掺量为再生砂粉重量的1％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠的重量比为7：4：1，总掺量为再生砂粉重量的10％；制备试块，测定7d强度。
S5-4、设计四种激发剂复掺试验；按照硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的重量比为1：1：1：1，总掺量为7％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的重量比为1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的4％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的重量比为1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的1％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的重量比为7：4：1：1，总掺量占再生砂粉的再生砂粉重量的7％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的重量比为7：4：1：1，总掺量为再生砂粉重量的4％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的重量比为7：4：1：1，总掺量为再生砂粉重量的1％；硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的重量比为7：4：1：1，总掺量为再生砂粉重量的10％；制备试块，测定7d强度。
S5-5根据测定结果、考核指标以及激发剂掺量低、强度高的原则，选择性能最优的15个配方,分别是：(1)硫酸钠，掺量为再生砂粉重量的7％；(2)硫酸钠与硅酸钠按照重量比7：4进行复配，掺量为再生砂粉重量的7％；(3)硫酸钠，掺量为再生砂粉重量的4％；(4)硫酸钠与碳酸钠按照重量比7：1进行复配，掺量为再生砂粉重量的7％；(5)硫酸钠与硅酸钠按照重量比7：4进行复配，掺量为再生砂粉重量的10％；(6)硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠按照重量比7：4：1进行复配，掺量为再生砂粉重量的4％；(7)硅酸钠，掺量为再生砂粉重量的4％；(8)碳酸钠，掺量为再生砂粉重量的1％；(9)硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠按照重量比7：4：1：1进行复配，掺量为再生砂粉重量的7％；(10)硫酸钠与硅酸钠按照重量比7：4：1进行复配，掺量为再生砂粉重量的4％；(11)硫酸钠与碳酸钠按照重量比7：1进行复配，掺量为再生砂粉重量的1％；(12)硅酸钠，掺量为再生砂粉重量的1％；(13)硫酸钠，掺量为再生砂粉重量的1％；(14)硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠按照重量比1：1：1：1进行复配，掺量为再生砂粉重量的7％；(15)硅酸钠，掺量为再生砂粉重量的0.1％。
以上步骤中，制备再生砂浆时通过调节用水量控制流动度一定。
实施例的试验数据见表1。表1中H表示氢氧化钠，C表示碳酸钠；S表示硫酸钠，Si表示硅酸钠。
表1
Figure BDA0004026291730000121
由表1可知，单掺时各激发剂的最优掺量为硫酸钠7％、硅酸钠4％、碳酸钠1％、氢氧化钠1％(这里的质量百分数均指占再生砂粉的重量百分比)。复掺时激发剂比例一致，激发剂总掺量7％的强度>激发剂总掺量4％的强度>激发剂总掺量1％的强度。具体为：S Si CH 7/4/1/17％强度20.6MPa(表示硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的重量比为7:4:1:1，总掺量为再生砂粉重量的7％，制得试块的7d抗压强度为20.6MPa，后文表示与此类似)，S SiC H 7/4/1/14％强度18.8MPa，S Si C H 7/4/1/1 1％强度17.0MPa。S Si C 7/4/1 7％强度21.7MPa，S Si C 7/4/1 4％强度21.7MPa，S Si C 7/4/1 1％强度16.3MPa。S C 7/1 7％强度22.4MPa，S C 7/1 1％强度19.9MPa。S Si 7/4 7％强度24.2MPa，S Si 7/4 4％强度20.4MPa，S Si 7/4 1％强度17.3MPa。
复掺时激发剂总掺量一定，激发剂以单掺时最佳掺量作为比例，相较于等比例强度高。具体为：S Si C H 7/4/1/1 7％强度20.6MPa，S Si C H 1/1/1/1 7％强度18.6MPa。SSi C 7/4/1 7％强度21.7MPa，S Si C 1/1/1 7％强度17.3MPa。S C 7/1 7％强度22.4MPa，S C 1/1 7％强度16.8MPa。S Si 7/4 7％强度24.2MPa，S Si 1/1 7％强度21.4MPa。这表明，强度最高时(即掺量7％时)，以最佳掺量为比例，相对于等比例，强度更大，即S Si C H7/4/1/1比1/1/1/1强度大，S Si C 7/4/1比1/1/1强度大，S Si 7/4比1/1强度大，S C 7/1比1/1强度大。
虽然总掺量同为7％，S Si 7/0比7/4强度大，但S Si 7/0溶解需要5分钟效率低，SSi 7/4溶解仅需要2分钟，激发剂之间具有促溶作用。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同。区别点在于：1、将所有步骤中的“7d强度”改为“28d强度”。2、在S2中增加激发剂硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠掺量分别为再生砂粉重量的0.04％、再生砂粉重量的0.07％、再生砂粉重量的0.4％、再生砂粉重量的0.7％、再生砂粉重量的4％、再生砂粉重量的7％的试验。3、将S4删除。
对比例1的试验结果见表2。
结合表1、表2可知，对比例1测试的28天强度与实施例1测试的7天强度基本一致，这表明在再生砂浆配比获得方法中为缩短试验周期可将传统的强度测试由28天调整为7天。
对比例1测试28天强度且单掺配方一次全做完。实施例1测试7天强度且单掺配方分两次做，第一次先确定每种激发剂最佳掺量范围是0-0.1％、还是0.1％-1％、还是1％-10％，第二次再设计每种激发剂掺量为0.04％、0.07％、或0.4％、0.7％、或4％、7％，实施例1可少做18锅试验。每锅试验都需要购买原料、准备报销凭证、称料、做拌合物、调节用水量、成型、测试强度、打扫试验室、记录试验数据、上传试验照片，这少做的18锅试验，有利于提高技术人员研发的积极性，通过调节配比改善制品性能，相对于改造设备和工艺成本低、效率高、节省人力资源。同样获得激发剂最大的13个配方，对比例1做了61锅砂浆共耗时84天，实施例1做了43锅砂浆共耗时28天，获得最优配比时间上提前了近2个月。
表2
Figure BDA0004026291730000141
对比例2
本对比例与实施例1基本相同。区别点在于：将步骤S5-5中复配配方“S Si 1/17％、S Si 1/1 4％，S Si 7/4 7％、S Si 7/4 4％、S Si 7/4 1％、S Si 7/4 10％，S C 1/17％、S C 1/1 1％，S C 7/1 7％、S C 7/1 1％，S Si C 1/1/1 7％、S Si C 1/1/1 4％、SSi C 1/1/1 1％，S Si C 7/4/1 7％、S Si C 7/4/1 4％、S Si C 7/4/1 1％、S Si C 7/4/1 10％，S Si C H 1/1/1/1 7％、S Si C H 1/1/1/1 4％、S Si C H 1/1/1/1 1％，S Si CH 7/4/1/1 7％、S Si C H 7/4/1/1 4％、S Si C H 7/4/1/1 1％、S Si C H7/4/1/1 10％”替换为“S Si 2/1 7％、S Si 3/1 7％，S SiC 2/2/1 7％、S Si C 2/1/1 7％，S Si C H 2/2/2/1 7％、S Si C H 2/2/1/1 7％”。
对比例2的试验结果见表3。
表3
实施例1复掺配方 实施例1抗压强度/MPa 对比例3复掺配方 对比例3抗压强度/MPa
S Si 7/4 7％ 24.2 S Si 2/1 7％ 18.2
S Si 3/1 7％ 17.3
S Si C7/4/1 7％ 21.7 S Si C 2/2/1 7％ 17.5
S Si C 2/1/1 7％ 15.7
S Si C H 7/4/1/1 7％ 20.6 S Si C H 2/2/2/1 7％ 18.3
S Si CH 2/2/1/1 7％ 17.8
由表3可知，再生砂浆复配比例按照常规1∶2∶3设计，强度低于实施例1按照最佳掺量7∶4∶1∶1分配。
对比例3
本对比例与实施例1基本相同，区别点在于：将“以上步骤中，制备再生砂浆时通过调节用水量控制流动度一定”改为“以上步骤中，制备再生砂浆时控制水胶比一定。”本对比例所述再生砂浆抗压强度和所需水胶比，见表4所示。
Figure BDA0004026291730000151
由表4可知，对比例3固定水胶比，相对于对比例1固定流动度，制备得到的再生砂浆强度要低。由表4中试验序号1还可以看出，激发剂对再生砂浆具有降低需水量和提高抗压强度的作用，不加激发剂，含有20％水泥和80％再生砂粉的砂浆所需水胶比为1.20，抗压强度为15.0MPa，加入激发剂后所需水胶比降低到1.00-1.14，抗压强度增大到18.3-25.0MPa。
实施例2
本实施例提供一种再生砂浆的制备方法，本实施例中再生砂浆的配比，如表1中试验序号20所示，该制备方法包括以下步骤：
步骤一、粉料干混：水泥和再生砂粉在搅拌锅中干混。
步骤二、激发剂在烧杯中按顺序堆叠：氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、硫酸钠依次加入烧杯中，使氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、硫酸钠在烧杯底部由下到上堆叠,即堆叠优先顺序为：氢氧化钠>碳酸钠>硅酸钠>硫酸钠。
步骤三、激发剂分次溶解：一边使砂浆搅拌锅始终保持慢速搅拌状态，另一边在烧杯中边加水边用玻璃棒搅拌激发剂，第一次溶解后，把上清液倒入搅拌锅中。将沉淀在烧杯中用勺背碾碎，无法完全碾碎，则将沉淀拿到纸上用勺背碾碎。碾碎后再次向烧杯中加水，搅拌溶解，把上清液倒入搅拌锅中，沉淀碾碎再次加水，如此往复，直至激发剂全部溶解。共加水溶解3次。最后一次溶解，用水冲洗烧杯，将冲洗水倒入搅拌锅中。
步骤四、调节用水量：加水至物料刚好粘在搅拌锅的四周内壁上不掉落，停止加水，搅拌5s,停止搅拌，刮掉锅内壁和搅拌叶上的料浆，快速搅拌5s。浇筑到试模中无需振动密实即成型、脱模、自然养护。
实施例1中再生砂浆的制备方法与本实施例的制备方法相同，区别点在于，若步骤二中不涉及某种激发剂，则不加；步骤三中若一次即可溶解成清液而不出现沉淀，则无需分次溶解；若两次可溶解成清液而使沉淀消失，则只需溶解2次。
本实施例中，激发剂的溶解现象如表5所示。
表5
Figure BDA0004026291730000161
由表5可知，氢氧化钠和碳酸钠溶于水放热，硅酸钠溶于水温度未观察到明显变化，硫酸钠溶于水吸热。所以硫酸钠遇水变硬，不容易用勺背碾碎，不好融化；硅酸钠遇水变硬，但能碾碎，比较好融化。由此可见激发剂复掺比单掺溶解快的原因之一是放热的激发剂对吸热的激发剂具有促溶效果。
本实施例中，激发剂的溶解时间如表6所示。
表6
Figure BDA0004026291730000171
由表6可知，复掺激发剂比单掺激发剂溶解快。单掺激发剂时，氢氧化钠和碳酸钠在水中瞬间溶解，硫酸钠和硅酸钠较难溶解高浓度尤甚，硫酸钠10％时溶解需要8分钟，硅酸钠10％时溶解需要5分钟。复掺激发剂的配方2分钟内都可溶解。
硫酸钠和硅酸钠复掺比两者单掺溶解快，S Si 7/4 7％溶解需要2分钟，S 7％溶解需要5分钟，Si7％溶解需要3分钟。
碳酸钠和氢氧化钠对硫酸钠和硅酸钠具有促溶作用，S Si C 7/4/1 4％溶解需要1分钟，S 4％溶解需要3分钟，Si 4％溶解需要2分钟，C 4％瞬间溶解；S Si C H 1/1/1/11％溶解需要1分钟，S 1％溶解需要2分钟，Si 1％溶解需要1分钟，C 1％瞬间溶解，H 1％瞬间溶解。复掺激发剂比单掺激发剂强度低，S Si 7/4 7％强度24.2MPa，S 7％强度25MPa，Si7％强度17.6MPa。S Si C 7/4/1 4％强度21.7MPa，S 4％强度23.4MPa，Si 4％强度21.1MPa，C 4％强度16.5MPa。S Si C H 1/1/1/1 1％强度18.3MPa，S 1％强度19.1MPa，Si1％强度19.4MPa，C 1％强度20.6MPa,H 1％强度16.3MPa。
常规结论是激发剂复掺比单掺强度高，本研究获得了预料不到的效果，激发剂复掺比单掺强度低，激发剂复掺比单掺溶解快。
对比例4
本对比例与实施例2基本相同。区别点是，步骤二中激发剂在烧杯底部堆叠顺序倒置，堆叠优先顺序由“氢氧化钠>碳酸钠>硅酸钠>硫酸钠”改为“硫酸钠>硅酸钠>碳酸钠>氢氧化纳”。本对比例所述的激发剂倒置的溶解时间，见表7所示。
表7
Figure BDA0004026291730000181
由表7可知，实施例2烧杯里S Si C H由上到下依次堆叠溶解时间为0-2分钟，对比例4烧杯里S Si C H由下到上依次堆叠溶解时间为4-8分钟。这是因为对比例4在烧杯中逐渐加水时放在烧杯最底部的硫酸钠最先接触水，立刻结块，等待上部的氢氧化钠接触到水时溶解放热，已经来不及融化硫酸钠块体，促溶效果不好，需要将硫酸钠块体碾碎、加水、搅拌，溶解较慢。而实施例2在烧杯中逐渐加水时放在烧杯最底部的氢氧化钠最先接触水溶解放热，等最上部的硫酸钠接触到水时水已经温热，硫酸钠瞬间溶解到温水中，起到事半功倍的效果。
对比例5
本对比例与实施例2基本相同，区别是将步骤三中激发剂多次加水溶解改为一次加水溶解，即“激发剂一次溶解：一边使砂浆搅拌锅始终保持慢速搅拌状态，另一边在烧杯中边加水边用玻璃棒搅拌激发剂，溶解后，把激发剂水溶液倒入搅拌锅中。且一次加入的水量等于实施例2分次加入的总用水量。”本对比例所述的激发剂一次加水溶解的时间，见表8所示。
表8
Figure BDA0004026291730000191
由表8可知，总的溶解用水量相同，实施例2多次加水不断搅拌，溶解激发剂在水中析出的沉淀需要0-2分钟。对比例5只加一次水不断搅拌等待激发剂全部溶解需要4-10分钟。可见实施例2分次加水溶解比对比例5单次加水溶解快2～8分钟，溶解效率高。
对比例6
本对比例的目的是验证实施例2的步骤四中停止加水的判断方法“加水至物料刚好粘在搅拌锅的四周内壁上不掉落”能否控制料浆流动度一致。具体方法为采用实施例2的水胶比，测试砂浆跳桌扩展度。
本对比例所述的验证砂浆的流动度，见表9所示。本对比例所述验证砂浆的料浆粘在搅拌锅内壁不掉落状态和跳桌扩展度，见图1所示。
表9
Figure BDA0004026291730000201
结合表9、图1可知，实施例2向再生砂粉和水泥中逐渐加水，当料浆刚好粘在搅拌锅内壁不掉落时，刚好是流动度为175±5mm时。可见，以“料浆刚好粘在搅拌锅内壁不掉落为准”控制加水量，与调节砂浆跳桌扩展度在175±5mm范围内控制的用水量一致。但对比例6做跳桌扩展度测试，每次成型试模用时2分钟、等待跳桌跳动25下用时35s、提起圆锥试模刮掉内壁料浆用时10s、用游标卡尺测试并记录砂浆扩展度用时1分钟、倒掉试样并清洗抹布以及擦拭圆锥试模和跳台用时3分钟，每次共用时6分45秒，43次(因为设计43个配比)共用时290分钟。实施例2以料浆刚好粘在搅拌锅内壁不掉落为准停止加水，在保证相同技术效果(控制扩展度在175±5mm范围内)下，节省了人力、时间，减少了混凝土搅拌站的污水处置量。
对比例7
本对比例与实施例2基本相同，区别是将步骤一中“粉料干混：水泥和再生砂粉在搅拌锅中干混”改为“水泥、再生砂粉、激发剂在搅拌锅中干混”，删除步骤二，将步骤三的激发剂分次溶解改为“向搅拌锅中加水搅拌均匀”。
本对比例所述激发剂不预先溶解的再生砂浆以及实施例2激发剂预先溶解的再生砂浆，见图2所示。
由图2可知，对比例7激发剂不预先溶解，激发剂在砂浆中局部聚集，出现深色斑块。实施例2激发剂预先溶解，激发剂在砂浆中分散均匀，砂浆色泽均匀一致。
实施例3
本实施例提供一种再生砂浆考核方法。本实施例所述考核指标为，激发剂掺量0.1％、1％、4％、7％、10％，再生砂浆合格抗压强度分别为15.5MPa、18.3MPa、20.4MPa、21.4MPa、21.9MPa。本实施例所述考核方法为，溶解时间小于2分钟且强度高于考核指标即为合格。本实施例所述再生砂浆考核指标以及实施例1中所有配方的激发剂掺量-强度关系，见图3所示。
图3中散点为实施例1中所有配方的激发剂掺量-强度点，线条为激发剂不同掺量下砂浆合格抗压强度的连线，即考核指标。由图3可以看出，一半的散点位于线条上方，这表明一半的配方达到考核指标，说明此考核指标较为合适。
对比例8
本对比例与实施例3的区别是，本对比例采用传统考核方法，将实施例1中43个配方(见表1)进行强度排序。
本对比例所述实施例1中43个配方强度排序，见表10所示。
表10
Figure BDA0004026291730000211
由表10可知，采用对比例8传统考核方法，硫酸钠单掺量为再生砂粉重量的7％时，强度为25MPa最高，但溶解需要5分钟，不符合实施例3考核方法中要求的溶解时间小于2分钟。硫酸钠和硅酸钠的重量比为7：4，总掺量为再生砂粉重量的7％时，强度为24.2MPa较高，且溶解仅需要2分钟，符合实施例3考核方法中要求的溶解时间小于2分钟，为最优配方。硫酸钠的掺量为再生砂粉重量的10％时，强度为21.7MPa，按照对比例8的强度排序表判断属于43个配方中强度排名第7高的配方，而按照实施例3的考核指标“激发剂10％强度>21.9MPa”判断则为不合格。虽然不采用实施例3的考核指标，而以掺量低、强度高为原则，可判断出强度同为21.7MPa，S Si C 7/4/1 7％配方比S10％配方更省激发剂因而更优。但实施例3的考核指标更加定量和客观，且便于快速大量分析数据，散点位于线条上方为合格。可能配方1强度低、激发剂掺量也低，配方2强度高、激发剂掺量也高，此时无法简单对比，分析两例的优劣。但通过实施例3中的考核指标，通过对比两者考核指标数值大小可快速对比两者综合性能的优劣。例如实施例1试验序号21配方S Si 1/1 4％强度19.4MPa，实施例1试验序号20配方S Si 1/1 7％强度21.4MPa，可快速判断配方S Si 1/1 4％在图2中线条下方综合性能较差，配方S Si 1/1 7％在图2中线条上方更优。
实施例4
本实施例提供一种再生砂浆循环使用方法。本实施例所述再生砂浆原料组成与实施例1中试验序号22相同。本实施例所述的循环应用再生砂粉所制砂浆强度，见表11所示。本实施例所述再生砂浆循环使用方法，包括以下步骤：
T1、将再生砂浆用鄂式破碎机破碎，用试验筛确认全部破碎至9.5mm以下，获得第二次循环使用的再生砂粉。
T2、采用水泥20％、再生砂粉80％、水胶比1.04、激发剂S Si 7/4 7％制备再生砂浆。
T3、当使用寿命到期或需要拆建时重复T1、T2直至再生砂粉循环利用五次。
表11
Figure BDA0004026291730000221
由表4可知，第一次利用再生砂粉制备再生砂浆强度为24.2MPa，将再生砂浆全部破碎至再生砂粉，再次应用至此配方中制备砂浆，其强度为23.5MPa。以此类推，第三、四、五次循环应用再生砂粉制备再生砂浆，其强度分别为22.2MPa、19.9MPa、15.9MPa。将再生砂浆全部破碎为再生砂粉并直接利用于下次循环中，避免了对建筑垃圾再生骨料和再生粉料的多次筛分、分别利用，从而提高了工作效率。
对比例9
本对比例与实施例4的区别是步骤T1为，将再生砂浆用鄂式破碎机破碎，再用球磨机研磨至0.075mm以下，最后在1000摄氏度炉中煅烧3小时，得到循环使用的再生微粉。T2、T3中再生砂粉换为再生微粉。本对比例所述的循环使用煅烧再生微粉所制净浆强度，见表12所示。
表12
Figure BDA0004026291730000231
由表12可知，将再生砂浆全部破碎、球磨、煅烧为再生微粉并直接利用于下次循环中。虽然重复利用的再生净浆强度保持不变，但高温煅烧、球磨等过程能耗过高，且微粉中缺少骨料，再生净浆强度偏低，为13.8～15.1MPa左右。而实施例4无需球磨、煅烧，强度为15.9-24.2MPa左右。据报道，水泥产量12.31亿吨，消耗1.31亿吨标准煤。实施例4循环使用再生砂粉五次，不煅烧，共节省五次燃煤能耗，具有巨大的经济价值。
对比例10
本对比例与实施例4的区别是：步骤T1为将再生砂浆用鄂式破碎机破碎,再用球磨机研磨至0.075mm以下，得到循环使用的再生微粉。T2、T3中再生砂粉换为再生微粉。
本对比例所述的循环使用球磨再生微粉所制净浆强度，见表13所示。
表13
Figure BDA0004026291730000232
由表13可知，将再生砂浆全部破碎、球磨为再生微粉并直接利用于下次循环中。再生微粉每次重复利用需要球磨，能耗高，且微粉未煅烧、缺少骨料导致再生净浆强度偏低。
电能消耗一直是建筑垃圾处理厂头疼的问题，在建筑垃圾处理过程中，球磨机的耗电量最大，一般电机功率都在数百千瓦，大型化的球磨机设备能耗更高。所以在工业生产过程中，在能耗不降低的情况下，如何提高再生建材产品强度至关重要。实施例4循环使用再生砂粉五次，不研磨，共节省五次球磨能耗。
实施例5
本实施例提供一种再生砂浆。本实施例所述再生砂浆的原料组成及性能，见表14所示；所述再生砂浆的制备方法参见实施例2。
表14
Figure BDA0004026291730000241
由表14可知，实施例5-1～5-8抗压强度为20.4～24.2MPa，激发剂溶解时间0-2min。实施例5的对比例：实施例1的表1中除试验序号6、17、22、23、24、28、34、40外，其余配比均为实施例5的对比例。由表1可知，试验序号1为不掺入激发剂的空白对照组，水泥20％、再生砂粉80％、水胶比1.20、抗压强度15.0MPa。
实施例5-1～5-8抗压强度，比空白对照组高36％-61％。试验序号4再生砂浆氢氧化钠掺量10％、抗压强度11.4MPa，低于空白对照组，可见激发剂用量不适宜会降低再生砂浆强度。
试验序号2、3、7、10、15、26、32、35抗压强度为15-16MPa左右，较空白对照组强度没有提升。由此可知采用激发剂方案提升高掺量再生砂粉基砂浆的强度难度较大，不是常规试几个配比即可配制成功的。
试验序号18、19、25、27、31、37、39、41抗压强度为17-18MPa左右，较空白对照组强度提升不明显。
试验序号8、9、14、36、43抗压强度为19-22MPa左右，较空白对照组强度提升明显，但单位掺量的强度偏低，低于本专利中提出的考核指标要求：激发剂掺量7％强度≥21.4MPa、激发剂掺量10％强度≥21.9MPa。
试验序号11、16、21、29、38激发剂掺量为1％～4％,抗压强度为19MPa左右，激发剂掺量较低，但抗压强度不够优异。
试验序号20、33抗压强度高于20MPa，也高于本专利提出的考核指标要求：激发剂掺量7％强度≥21.4MPa，但比实施例5-1～5-8同等掺量下的强度低。
试验序号12、13抗压强度高于23MPa，但激发剂溶解时间为3～5min，不符合本专利提出的考核指标要求：溶解时间≤2min。
由此可知，在再生砂粉掺量高达80％时，激发剂增强效果大却溶解慢、掺量高，因此采用低掺量激发剂大幅提高砂浆强度，同时保证激发剂溶解快，需要克服激发剂：增强效果大、溶解快、掺量低三者相互制约的问题。
对比例11
本对比例与实施例5-5的区别是：该对比例不掺入激发剂，水泥/(水泥+再生砂粉)＝60％、再生砂粉/(水泥+再生砂粉)＝40％。本对比例所述再生砂浆的原料组成及性能，见表15所示。
表15
Figure BDA0004026291730000251
由表15可知，强度同样达到21MPa，对比例11不使用激发剂，再生砂粉只能掺入40％；实施例5-5采用本专利的激发剂配方，再生砂粉掺量可提高至80％，再生砂粉掺量提高一倍。
总之，本发明提供了一种促溶、循环使用、配比快、简便控制流动度、快速大量分析配方优劣的再生砂浆及其配比获得、制备、考核和循环的方法，基于其简洁高效的特点，可推动一大批高掺量固废基无机制品配方的产生，相对于设备和工艺改进，配方优化是最节省人力和成本的。配方优化中配比设计、试快制备、性能测试、指标衡量需要付出大量的时间做大量的脑力和体力劳动，常常让科研人员焦头烂额，本发明的技术方案可让科研人员轻松地获得一系列最优配方，减轻科研人员的压力。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种再生砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、确定再生砂浆中水泥、再生砂粉、激发剂的配比；
步骤二、按照步骤一中的配比，将水泥和再生砂粉在搅拌锅中干混；
步骤三、按照步骤一中的配比，将激发剂按照种类在烧杯中依次分层堆叠；
步骤四、搅拌锅处于慢速搅拌状态的同时，向烧杯中加水并同时用玻璃棒进行搅拌，第一次溶解后，上清液倒入搅拌锅中，将烧杯中的沉淀碾碎，再次向烧杯中加水并同时用玻璃棒进行搅拌，溶解后，上清液倒入搅拌锅中，循环直至激发剂完全溶解；
步骤五、向搅拌锅中加水至物料粘在搅拌锅的四周内壁且不掉落，浇注到试模中静置成型、脱模、自然养护。
2.如权利要求1所述的一种再生砂浆的制备方法，其特征在于，所述步骤一具体包括以下步骤：
S1、初步确定再生砂粉：(再生砂粉+水泥)的重量百分比范围为(A-30)％～A％、激发剂：再生砂粉的重量百分比范围为0～(B*100)％；
S2、选择再生砂粉：(再生砂粉+水泥)的重量百分比为A％、(A-10)％、(A-20)％、(A-30)％，激发剂的掺量为0，制备试块，测定7d强度，根据测定结果确定再生砂粉：(再生砂粉+水泥)的重量百分比为C％，C＝A或(A-10)或(A-20)或(A-30)；
S3、以C％为基础，对激发剂硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠分别进行试验，以激发剂：再生砂粉的重量百分比B％、(B*10)％、(B*100)％，分别制备试块，测定7d强度，根据测定结果，按照激发强度对四种激发剂进行排序，激发强度最高的激发剂记为Max，激发强度次高的激发剂记为Maxmi，激发强度次低的激发剂记为Minmi，激发强度最低的激发剂记为Min，，Max与再生砂粉的最佳重量百分比为D％～E％、Maxmi与再生砂粉的最佳重量百分比为F％～G％、Minmi与再生砂粉的最佳重量百分比为H％～I％、Min与再生砂粉的最佳重量百分比为J％～K％，D％～E％、F％～G％、H％～I％、J％～K％＝[0～B％]或[B％～(B*10)％]或[(B*10)％～(B*100)％]；
S4、以C％为基础，按照Max的掺量为再生砂粉重量的(E/10)*4％、再生砂粉重量的(E/10)*7％，Maxmi掺量为再生砂粉重量的(G/10)*4％、再生砂粉重量的(G/10)*7％，Minmi掺量为再生砂粉重量的(I/10)*4％、再生砂粉重量的(I/10)*7％，Min掺量为再生砂粉重量的(K/10)*4％、再生砂粉重量的(K/10)*7％，分别制备试块，测定7d强度，根据强度测定结果，选择Max、Maxmi、Minmi、Min单掺时的最佳掺量分别为再生砂粉重量的L％、再生砂粉重量的M％、再生砂粉重量的N％、再生砂粉重量的P％；
S5、以C％为基础，对Max、Maxmi、Minmi、Min进行复掺试验；具体为：
S5-1、对Max、Maxmi进行复掺试验；按照Max：Maxmi的重量比为1：1，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi的重量比为1：1，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量L％；Max：Maxmi的重量比为L/M，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量的D％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量的E％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量的F％；Max：Maxmi的重量比为L：M，总掺量为再生砂粉重量的G％；制备试块，测定7d强度；
S5-2、对Max、Minmi进行复掺试验；按照Max：Minmi的重量比为1：1，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Minmi的重量比为1：1，总掺量为再生砂粉重量的N％；Max：Minmi的重量比为L：N，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Minmi的重量比为L：N，总掺量为再生砂粉重量的N％；制备试块，测定7d强度；
S5-3、对Max、Maxmi、Minmi复掺试验；按照Max：Maxmi：Minmi的重量比为1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的N％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的N％；Max：Maxmi：Minmi为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的D％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的E％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的F％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为G％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的H％；Max：Maxmi：Minmi的重量比为L：M：N，总掺量为再生砂粉重量的I％；制备试块，测定7d强度；
S5-4、对Max、Maxmi、Minmi、Min进行复掺试验；按照Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的N％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为1：1：1：1，总掺量为再生砂粉重量的P％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的L％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的M％；Max：Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的N％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的P％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N；P，总掺量为再生砂粉重量的D％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的E％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的F％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的G％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的H％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的I％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的J％；Maxmi：Minmi：Min的重量比为L：M：N：P，总掺量为再生砂粉重量的K％；制备试块，测定7d强度；
S5-5、根据强度测定结果，以及激发剂掺量低、试块强度高的原则，选择性能最优的几个配比。
3.如权利要求2所述的一种再生砂浆的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，激发剂为硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的组合物，将氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、硫酸钠依次加入烧杯中，氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、硫酸钠在烧杯底部由下至上依次堆叠。
4.如权利要求1所述的一种再生砂浆的制备方法，其特征在于，所述步骤五中，加水至物料刚好粘在搅拌锅的四周内壁上不掉落，停止加水，搅拌5s,停止搅拌，刮掉锅内壁和搅拌叶上的料浆，快速搅拌5s，即可进行浇注。
5.一种再生砂浆，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的再生砂浆的制备方法制备得到，其特征在于，按照重量份计，包括以下各组分：水泥100份、再生砂粉400份、水102～112份、激发剂4～40份；所述激发剂包括硫酸钠0～25.45份、硅酸钠0～16份、碳酸钠0～4份、氢氧化钠0～2.15份。
6.如权利要求5所述的一种再生砂浆，其特征在于，所述激发剂与所述再生砂粉的重量百分比为1％～10％，所述激发剂中，硫酸钠：硅酸钠：碳酸钠：氢氧化钠为7：4：0：0或7：0：1：0或7：4：1：0或7：4：1：1。
7.如权利要求5所述的一种再生砂浆，其特征在于，所述水泥是42.5级普通硅酸盐水泥。
8.如权利要求5所述的一种再生砂浆，其特征在于，所述再生砂粉是废弃混凝土经颚式破碎机破碎筛分优选粗骨料后剩余的0-9.5mm砂和粉的混合物，其中，粒径为0～0.075mm、0.075～0.15mm、0.15～0.3mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75-9.5mm的砂粉占比分别为3.1％、3.5％、6.8％、10.7％、8.1％、15.5％、25.6％、26.7％。
9.如权利要求5所述的一种再生砂浆，其特征在于，所述硫酸钠、硅酸钠、氢氧化钠为固体颗粒，碳酸钠为固体粉末，氢氧化钠为优级纯，硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠为分析纯。
10.一种再生砂浆的循环使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
T1、将浇注成型且硬化后的再生砂浆用鄂式破碎机破碎，用试验筛确认全部破碎至9.5mm以下，获得再生砂粉；
T2、采用权利要求1所述的方法制备再生砂浆；
T3、当浇注成型后的再生砂浆使用到期或需要拆建时，重复步骤T1与T2，直至再生砂粉循环使用五次。
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