CN116354693A - 固化剂及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固化剂及制备方法和应用，具体涉及建筑垃圾回收处理技术领域。该固化剂，包括加气混凝土粉末、红砖粉末、纸面石膏板粉末和激发剂。所述激发剂包括无水硅酸钠、无水硫酸钠、三乙醇胺和聚丙烯酰胺中的至少一种。本发明提供的固化剂，其中加气混凝土的主要成分是CaO、SiO2，红砖主要成分是SiO2、Al2O3，纸面石膏板的主要成分是CaSO4，三种粉料遇水相互反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，两者进一步反应生成钙矾石，在激发剂的作用下，加快水化产物的生成，从而起到固化作用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑垃圾回收处理技术领域，尤其是涉及一种固化剂及制备方法和应用。
背景技术
传统的固化剂是使用水泥、石灰，随着社会的发展，水泥、石灰已经成为紧缺的资源，水泥的生产不但消耗大量的石灰石、黏土，而且粉磨、煅烧消耗大量的热能，据统计，生产1吨水泥产生碳排放0.5-1.0公斤，石灰作为天然矿产资源，资源日趋匮乏，高品质石灰十分紧缺。近几年钢渣、矿渣、电石渣、粉煤灰等固废逐渐被作为固化剂的原材料，但这类材料作为矿山固废、电厂生产的固废都受到一定的区域性限制，大部分地区不具备生产固化剂的条件，或者需要大量的运输成本，造成固化剂成本价格较高。
在住宅、公共建筑、厂房装饰装修过程中产生大量的装修垃圾，装修垃圾的成分复杂，其中废红砖占比15-25％、砂浆占比30-40％、混凝土占比10-20％、加气混凝土占比2-5％、纸面石膏板占比2-5％，其中，加气混凝土作为轻质骨料，其饱和吸水率大，强度低，作为骨料生产原材料对材料性能影响大，纸面石膏板破碎后的物质，耐水性差，不能作为骨料用于建材生产。现有装修垃圾处置，纸面石膏板单独分选，填埋，加气混凝土砌块，只能用于回填等低值化应用因为装修垃圾的高混杂性，造成装修垃圾资源化利用困难。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种固化剂，以缓解现有的技术中固化剂成本高昂以及装修垃圾中轻质骨料应用困难的技术问题。
本发明的目的之二在于提供一种固化剂的制备方法。
本发明的目的之三在于提供一种固化剂在制备回填材料中的应用。
为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：
本发明的第一方面提供了一种固化剂，包括加气混凝土粉末、红砖粉末、纸面石膏板粉末和激发剂。
进一步地，所述激发剂包括无水硅酸钠、无水硫酸钠、三乙醇胺和聚丙烯酰胺中的至少一种。
进一步地，按照重量份数计，包括加气混凝土粉末30份-40份、红砖粉末45份-55份、纸面石膏板粉末5份-10份和激发剂2份-6份。
进一步地，所述加气混凝土粉末的粒径＜45μm。
优选地，所述加气混凝土粉末的含水量＜0.5wt.％。
进一步地，所述红砖粉末的粒径＜45μm。
优选地，所述红砖粉末的含水量＜0.5wt.％。
进一步地，所述纸面石膏板粉末的粒径＜45μm。
进一步地，所述纸面石膏板粉末的含水量＜0.5wt.％。
本发明的第二方面提供了所述的固化剂的制备方法，将所有原料混合均匀后球磨得到所述固化剂。
进一步地，所述球磨的时间为1min-5min。在本发明的一些实施方式中，所述球磨的时间典型但不限于为1min、2min、3min、4min或5min。
本发明的第三方面提供了所述的固化剂在制备回填材料中的应用。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果:
本发明提供的固化剂，其中加气混凝土的主要成分是CaO、SiO2，红砖主要成分是SiO2、Al2O3，纸面石膏板的主要成分是CaSO4，三种粉料遇水相互反应首先生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，两者进一步反应生成钙矾石，激发剂的作用是激发加气混凝土和红砖的活性，促进水化硅酸钙和水化铝酸钙的形成，加快反应速度，钙矾石属于具有一定膨胀作用的晶体材料，密实性好、硬度高，是固化剂的主要水化产物，从而对基料起到固化作用。该固化剂的原料来源于建筑垃圾，根据建筑垃圾的组成不同，针对性的使用加气混凝土粉末、红砖粉末和纸面石膏板粉末，不但解决了装修垃圾中加气混凝土砌块和纸面石膏板资源化利用难的问题，而且实现了固化剂生产所用原材料的便捷化。
本发明提供的固化剂的制备方法，将所有原料混合均匀球磨即可得到，制备简单，设备要求低，适合工业化生产。
本发明提供的应用为回填材料提供了成本更低的固化剂，而且解决了装修垃圾中加气混凝土砌块和纸面石膏板资源化利用难的问题，实现了建筑垃圾的循环再利用，适合大规模推广使用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
现有的建筑材料中的固化剂有如下缺陷：
1、固化剂成本高，生产原材料难以获取
固化剂的原材料包括水泥、石灰、粉煤灰、矿渣、钢渣、石膏等，其中水泥、石灰都是非常稀缺的资源，水泥的生产需要消耗黏土、石灰石等天然资源，生产过程中产生大量的碳排放。虽然粉煤灰、矿渣、钢渣、石膏等固废可以作为固化剂的原材料，但是粉煤灰、矿渣、钢渣作为电厂、矿场、钢厂生产的固废，需要特定的条件，具有区域的局限性。
2、装修垃圾中轻质骨料应用困难
城镇住房、厂房及其他建筑在装饰装修过程中，通常使用大量的加气混凝土砌块作为隔墙、使用纸面石膏板作为墙体材料，导致装修垃圾中含量大量的加气混凝土砌块和纸面石膏板。加气混凝土强度低，一般为5MPa，吸水率大，压碎值高，当作为骨料用作混凝土制品、无机料的制备时，造成材料强度低，耐水性差。而纸面石膏板主要成分是硫酸钙，耐水性差，而且硫酸钙在厌氧环境下会生成硫化氢的风险。在装修垃圾处置过程中，加气混凝土砌块和纸面石膏板无法进行资源化利用。
本发明的第一方面提供了一种固化剂，包括加气混凝土粉末、红砖粉末、纸面石膏板粉末和激发剂。
本发明提供的固化剂，其中加气混凝土的主要成分是CaO、SiO2，红砖主要成分是SiO2、Al2O3，纸面石膏板的主要成分是CaSO4，三种粉料遇水相互反应首先生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，两者进一步反应生成钙矾石，激发剂的作用是激发加气混凝土和红砖的活性，促进水化硅酸钙和水化铝酸钙的形成，加快反应速度，钙矾石属于具有一定膨胀作用的晶体材料，密实性好、硬度高，是固化剂的主要水化产物，从而对基料起到固化作用。该固化剂的原料来源于建筑垃圾，根据建筑垃圾的组成不同，针对性的使用加气混凝土粉末、红砖粉末和纸面石膏板粉末，不但解决了装修垃圾中加气混凝土砌块和纸面石膏板资源化利用难的问题，而且实现了固化剂生产所用原材料的便捷化。
加气混凝土是以硅质材料(砂、粉煤灰及含硅尾矿等)和钙质材料(石灰、水泥)为主要原料，掺加发气剂(铝粉)，通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔，故名加气混凝土。
红砖是以粘土，页岩，煤矸石等为原料，经粉碎，混合捏练后以人工或机械压制成型，经干燥后在900摄氏左右的温度下以氧化焰烧制而成的烧结型建筑砖块。
纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入适量添加剂与纤维做板芯，以特制的板纸为护面，经加工制成的板材。纸面石膏板具有重量轻、隔声、隔热、加工性能强、施工方法简便的特点。纸面石膏板可分普通、耐水、耐火和防潮四类。
进一步地，所述激发剂包括无水硅酸钠、无水硫酸钠、三乙醇胺和聚丙烯酰胺中的至少一种。
进一步地，按照重量份数计，包括加气混凝土粉末30份-40份、红砖粉末45份-55份、纸面石膏板粉末5份-10份和激发剂2份-6份。
在本发明的一些实施方式中，固化剂中，加气混凝土粉末的重量份数典型但不限于为30份、31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份或40份。
在本发明的一些实施方式中，固化剂中，红砖粉末的重量份数典型但不限于为45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54或55。
在本发明的一些实施方式中，固化剂中，纸面石膏板粉末的重量份数典型但不限于为5份、6份、7份、8份、9或10份。
在本发明的一些实施方式中，固化剂中，激发剂的重量份数典型但不限于为2份、3份、4份、5或6份。
进一步地，所述加气混凝土粉末的粒径＜45μm。
优选地，所述加气混凝土粉末的含水量＜0.5wt.％。
当加气混凝土粉末的含水量低于0.5wt.％时，加气混凝土粉末耐磨性好，易于加工。
进一步地，所述红砖粉末的粒径＜45μm。
优选地，所述红砖粉末的含水量＜0.5wt.％。
当红砖粉末的含水量低于0.5wt.％时，红砖粉末粒径分布均匀，反应效果优异，激发效果好。
进一步地，所述纸面石膏板粉末的粒径＜45μm。
进一步地，所述纸面石膏板粉末的含水量＜0.5wt.％，纸面石膏板粉末混合均匀，易于储存。
本发明的第二方面提供了所述的固化剂的制备方法，将所有原料混合均匀后球磨得到所述固化剂。
本发明提供的固化剂的制备方法，将所有原料混合均匀球磨即可得到，制备简单，设备要求低，适合工业化生产。
在本发明的一些实施方式中，回收的加气混凝土、红砖和纸面石膏板先进行粉碎筛选得到粉末材料再制备固化剂。
具体的，加气混凝土粉末是将装修垃圾中的加气混凝土砌块进行分选，将加气混凝土砌块破碎为20-30mm的颗粒，将含水率控制在0.5％以下，然后将加气块颗粒粉磨10-15分钟，选用粒径低于45μm的粉料作为固化剂的原材料。
将装修垃圾中的纸面石膏板进行分选，将纸面石膏板破碎为20-30mm的颗粒，含水率控制在0.5％以下，然后将纸面石膏板粉磨10分钟，通过2mm筛，筛除石膏板中的纸片，后继续粉磨10-15分钟，过45μm筛，选用筛下粉料作为固化剂的原材料。
将装修垃圾中的红砖块进行分选，将红砖破碎为20-30mm的颗粒，将含水率控制在0.5％以下，然后将红砖粉磨25-30分钟，选用粒径低于45μm的粉料作为固化剂的原材料。
进一步地，所述球磨的时间为1min-5min。
本发明的第三方面提供了所述的固化剂在制备回填材料中的应用。
本发明提供的应用为回填材料提供了成本更低的固化剂，而且解决了装修垃圾中加气混凝土砌块和纸面石膏板资源化利用难的问题，实现了建筑垃圾的循环再利用，适合大规模推广使用。
下面结合实施例，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下述实施例和对比例中的原料如未特别说明，则均通过市售购买得到。
实施例1
本实施例提供一种固化剂，包括加气混凝土粉末80kg、红砖粉末100kg、纸面石膏板粉末20kg和无水硅酸钠4kg，将上述原料混合均匀磨粉3min得到所述固化剂。
实施例2
本实施例提供一种固化剂，包括加气混凝土粉末60kg、红砖粉末110kg、纸面石膏板粉末30kg和无水硅酸钠4kg，将上述原料混合均匀磨粉3min得到所述固化剂。
实施例3
本实施例提供一种固化剂，包括加气混凝土粉末70kg、红砖粉末100kg、纸面石膏板粉末30kg和无水硅酸钠4g，将上述原料混合均匀磨粉3min得到所述固化剂。
实施例4
本实施例提供一种固化剂，与实施例1不同的是，红砖粉末90kg，其余原料和方法均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例5
本实施例提供一种固化剂，与实施例1不同的是，纸面石膏板粉末10kg，其余原料和方法均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例6
本实施例提供一种固化剂，与实施例1不同的是，无水硅酸钠的用量为6kg，其余原料和方法均与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例1
本对比例提供一种固化剂，为42.5#普通硅酸盐水泥，生产厂家为金隅。
试验例1
将上述实施例1-6和对比例1得到的固化剂进行性能测试，包括细度、初凝时间、净浆流动度、安定性。
细度测试根据GB/T 1345-2005中45μm负压筛析法规定进行。
初凝时间根据GB/T1346-2001中规定进行。
净浆流动度根据CJ/T 526-2018中的规定进行。
安定性根据GB/T1346-2001中规定进行，结果如表1所示。
表1
从表1可以看出，实施例1-6与对比例1相比，细度相差不大。且安定性均合格。
实施例6初凝时间最短，想对应的30min和60min净浆流动度损失较大，无水硅酸钠作为早强剂、激发剂能够促进固化剂的水化。
实施例2、实施例3凝结时间较实施例1相比较短，表明纸面石膏板粉末中的CaSO4对凝结时间有一定的影响，同时净浆流动度损失较大。
实施例1、4、5、6与对比例1相比，可达到凝结时间以及30min和60min净浆流动度损失的要求。
实施例7-12
将上述实施例1-6得到的固化剂用于回填材料中，回填材料的配方为装修垃圾再生骨料1350kg、固化剂200kg和水300kg进行回填。
装修垃圾再生骨料的粒度为0-8mm。
对比例2
将上述对比例1得到的固化剂用于回填材料中，回填材料的配方为装修垃圾再生骨料1350kg、固化剂200kg和水300kg进行回填。
装修垃圾再生骨料的粒度为0-8mm。
试验例2
对上述实施例7-12和对比例2得到的回填材料硬化后的强度进行检测。
强度测试根据JGJ/T 70-2009中规定进行，结果如表2所示。
表2
从表2可以看出，在固化剂掺加量相同，加水量相同的条件下，实施例7-12和对比例2扩展度差异性不大，同时实施例7、8、2、10、11、12与对比例2相比，7d抗压强度和28d抗压强度均具有优势，对比试验结果表明，本发明技术方案具有提到传统固化剂的可行性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种固化剂，其特征在于，包括加气混凝土粉末、红砖粉末、纸面石膏板粉末和激发剂。
2.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述激发剂包括无水硅酸钠、无水硫酸钠、三乙醇胺和聚丙烯酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，按照重量份数计，包括加气混凝土粉末30份-40份、红砖粉末45份-55份、纸面石膏板粉末5份-10份和激发剂2份-6份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的固化剂，其特征在于，所述加气混凝土粉末的粒径＜45μm；
优选地，所述加气混凝土粉末的含水量＜0.5wt.％。
5.根据权利要求1-3任一项所述的固化剂，其特征在于，所述红砖粉末的粒径＜45μm；
优选地，所述红砖粉末的含水量＜0.5wt.％。
6.根据权利要求1-3任一项所述的固化剂，其特征在于，所述纸面石膏板粉末的粒径＜45μm。
7.根据权利要求1-3任一项所述的固化剂，其特征在于，所述纸面石膏板粉末的含水量＜0.5wt.％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的固化剂的制备方法，其特征在于，将所有原料混合均匀后球磨得到所述固化剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的时间为1min-5min。
10.根据权利要求1-7任一项所述的固化剂或者权利要求8或9所述的制备方法制备得到的固化剂在制备回填材料中的应用。
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