一種建筑垃圾再生高活性礦物摻合料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種資源化利用建筑垃圾和冶金廢渣的再生高活性礦物摻合料及其制備方法。將廢棄混凝土破碎得到水泥石粉；取水泥石粉70～98wt％、冶金廢渣0～25wt％和漂珠1～5％wt混合，向其中加入占水泥石粉、硅質(zhì)冶金廢渣和漂珠三者總質(zhì)量10-15％的水均化后烘干得到渣石粉；將所得渣石粉在800℃～1000℃溫度區(qū)間鍛燒15～20min得到煅燒渣石粉；將煅燒渣石粉50～70wt％和高爐礦渣粉30-50wt％混合得到再生高活性礦物摻合料。利用了建筑垃圾、冶金廢渣、漂珠等固體廢棄物，配料簡(jiǎn)單，制造成本低，活性高，能取代粉煤灰、礦粉等礦物摻合料，在配制高性能混凝土中能有效將低水泥用量。
【專利說明】一種建筑垃圾再生高活性礦物摻合料及其制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬建筑材料類，具體涉及一種資源化利用建筑垃圾和冶金廢渣的再生高活性礦物摻合料的制備方法
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)水泥工業(yè)是能源、資源消耗巨大以及環(huán)境負(fù)荷嚴(yán)重的行業(yè)，開發(fā)新型輔助性膠凝材料，可在一定程度上取代部分水泥，減少水泥產(chǎn)量，從而降低能源、資源消耗和環(huán)境負(fù)荷，具有十分重要的意義。與此同時(shí)，冶金、陶瓷、電鍍、電池等行業(yè)每年產(chǎn)生大量的工業(yè)廢渣，這些廢渣的隨意堆放，占用大量寶貴的土地資源，同時(shí)其中的部分重金屬還容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，而每年由舊建筑物、工程結(jié)構(gòu)拆除等原因產(chǎn)生數(shù)量驚人的建筑垃圾，這些建筑垃圾的棄置堆放，同樣存在浪費(fèi)土地資源、造成環(huán)境污染的問題。
[0003]對(duì)于建筑垃圾的回收利用，目前，主要集中在回收建筑垃圾中的粗細(xì)骨料，利用其制備再生骨料并應(yīng)用于混凝土，對(duì)其中的水泥石組分基本上處于不利用的狀態(tài)，對(duì)于一些活性不高的工業(yè)廢渣也只是作為普通的回填材料，利用價(jià)值不高，同時(shí)對(duì)于一些廢棄混凝土再生膠凝材料的開發(fā)，也由于其中的f-CaO含量過高而產(chǎn)生安定性不良的問題，從而使再生膠凝材料的應(yīng)用受到限制。分析表明，建筑垃圾中的水泥石等活性組分或含鈣、鋁等潛在活性的工業(yè)廢 渣(鋰尾渣、釩渣、鉻鐵渣)，經(jīng)一定的工藝改性處理后，具有重要的再生資源化利用價(jià)值。一方面，建筑垃圾中的水泥石相中含有相當(dāng)數(shù)量的未水化水泥顆粒，遇水將重新具備膠凝能力，同時(shí)，水泥水化產(chǎn)物中的C-S-H、CH、鈣礬石、單硫型硫鋁酸鈣等經(jīng)高溫處理后均具備一定的再水化膠凝性能。另一方面，含鈣、鋁等潛在活性的工業(yè)廢渣(鋰尾渣、釩渣、鉻鐵渣)進(jìn)行物理和化學(xué)活性激發(fā)后，可生產(chǎn)出高活性礦物摻合料，代替粉煤灰、礦粉等礦物摻合料。第三，主流的礦物摻合料粉煤灰、礦粉已逐漸成為稀缺資源，開發(fā)利用建筑垃圾制備的高活性礦物摻合料，可以變廢為寶，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用空間。因此，基于緩解環(huán)境壓力和節(jié)能減排降碳等方面考慮，迫切的需要開發(fā)一種建筑垃圾和工業(yè)廢渣再生礦物摻合料及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種利用建筑垃圾、冶金廢渣、漂珠等固體廢棄物的再生高活性礦物摻合料及其制備方法，該方法成本低廉、工藝簡(jiǎn)便、廢棄物回收利用率高。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用技術(shù)方案如下:
[0006]一種再生高活性礦物摻合料，由煅燒渣石粉50~70wt%和高爐礦渣粉30_50wt%混合而成；其中，所述鍛燒渣石粉的制備過程如下:
[0007]取水泥石粉70~98wt%、冶金廢渣O~25wt%和漂珠I~5% wt混合，向其中加入占水泥石粉、冶金廢渣和漂珠三者總質(zhì)量10-15%的水均化后烘干得到渣石粉；將所得渣石粉在800°C~1000°C溫度區(qū)間鍛燒15~20min得到煅燒渣石粉；所述水泥石粉由廢棄混凝土破碎后得來。[0008]按上述方案，所述水泥石粉由如下方法制備而來:將廢棄混凝土破碎后分離砂衆(zhòng)和碎石，分離出來的砂衆(zhòng)進(jìn)一步破碎成小于8_粒徑的顆粒,接著粉磨至比表面積大于300m2/kg得到水泥石粉。
[0009]按上述方案，所述冶金廢渣含硅量在40~60wt%。
[0010]按上述方案，所述的煅燒渣石粉比表面積為350~450m2/kg。
[0011]按上述方案，所述高爐礦渣粉的比表面積為450~500m2/kg，7天活性指數(shù)不小于75%,28天活性指數(shù)不小于95% (活性指數(shù)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18046-2000規(guī)定)。 [0012]一種再生高活性礦物摻合料的制備方法，包括如下步驟:
[0013]將廢棄混凝土破碎得到水泥石粉；
[0014]取水泥石粉70~98wt%、冶金廢渣O~25wt%和漂珠I~5% wt混合，向其中加入占水泥石粉、冶金廢渣和漂珠三者總質(zhì)量10-15%的水均化后烘干得到渣石粉；將所得渣石粉在800°C~1000°C溫度區(qū)間鍛燒15~20min得到煅燒渣石粉；
[0015]將煅燒渣石粉50~70wt%和高爐礦渣粉30_50wt%混合得到再生高活性礦物摻合料。
[0016]按上述方案，混合物料的粉磨系統(tǒng)采用Φ1.83X8.0m磨機(jī)，磨內(nèi)鋼球的最大直徑為50mm,入磨原料的含水率控制在2~3%,原料尺寸控制在I~3_。
[0017]按上述方案，所述冶金廢渣含硅量在40~60wt%。
[0018]按上述方案，所述的煅燒渣石粉比表面積為350~450m2/kg。
[0019]按上述方案，所述高爐礦渣粉的比表面積450~500m2/kg，7天活性指數(shù)不小于75%,28天活性指數(shù)不小于95% (活性指數(shù)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18046-2000規(guī)定)。
[0020]本發(fā)明中渣石粉在煅燒之前加水混合再烘干可以使水泥石粉中的Ca(OH)2與高活性硅質(zhì)原料反應(yīng)或漂珠產(chǎn)生更多的C-S-H，同時(shí)，由于反應(yīng)消耗了一些水泥石粉中的Ca(OH)2，一定程度上減少了再生礦物摻合料中CaO的含量。
[0021]水泥石粉在煅燒過程中受熱分解，C-S-H中相當(dāng)部分[SiO4]四面體鏈(Q1、Q2)斷裂，形成孤立的[SiO4]四面體(Q°)，并且脫水相中f-CaO含量有效降低，并生成了 i3-c2s。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]針對(duì)再生礦物摻合料需水量大、f-CaO含量高等問題，將含硅40~60wt%的冶金廢渣取代部分水泥石粉，并加入適量水充分均化、烘干、煅燒、粉磨再次均化可以有效降低再生膠凝材料中的f-CaO含量，并使脫水相中形成更多具有水化膠凝能力的β -C2S,降低再生礦物摻合料水化需水量，并提高后期水化活性。
[0024]加入少量的漂珠與富集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣發(fā)生火山灰反應(yīng)，提高后期水化反應(yīng)程度，生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物，加強(qiáng)了薄弱的過渡區(qū)，對(duì)改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用，顯著地提高礦物摻合料的后期水化活性。
[0025]利用了建筑垃圾、冶金廢渣、漂珠等固體廢棄物，且配料簡(jiǎn)單，制造成本低，生產(chǎn)容易，活性高，能取代粉煤灰、礦粉等礦物摻合料，在配制高性能混凝土中能有效將低水泥用量，適用于工業(yè)化生產(chǎn)和使用。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。[0027]廢棄混凝土制備水泥石粉過程:
[0028]廢棄混凝土破碎后分離砂漿和碎石，將分離出來的砂漿進(jìn)一步破碎成小于8_粒徑的顆粒，接著粉磨至比表面積大于300m2/kg得到水泥石粉。
[0029]再生高活性礦物摻合料的制備過程:
[0030]取水泥石粉70~98wt%、冶金廢渣O~25wt%和漂珠O~5% wt混合，向其中加入占水泥石粉、冶金廢渣和漂珠三者總質(zhì)量10-15%的水均化后烘干得到渣石粉；將所得渣石粉在800°C~1000°C溫度區(qū)間鍛燒15~20min得到煅燒渣石粉。
[0031 ] 采用濕混的方法處理原材料可以使水泥石粉中的Ca (OH) 2與高活性硅質(zhì)原料冶金廢渣和漂珠反應(yīng)產(chǎn)生更多的C-S-H，同時(shí)，由于反應(yīng)消耗了一些水泥石粉中的Ca(OH)2，一定程度上減少了再生礦物摻合料中CaO的含量。進(jìn)一步的，水泥石粉在受熱分解過程中C-S-H中相當(dāng)部分[SiO4]四面體鏈(Q1、Q2)斷裂，形成孤立的[SiO4]四面體(Q°)，并且脫水相中f-CaO含量有效降低，并生成了 i3_C2S。
[0032]將煅燒渣石粉50~70wt%和高爐礦渣粉30_50wt%混合得到再生高活性礦物摻合料。
[0033]煅燒渣石粉和高爐礦渣在混合前分別粉磨至比表面積350~450m2/kg和450~500m2/kg范圍可以得到優(yōu)質(zhì)的再生高活性礦物摻合料。高爐礦渣活性指數(shù)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18046-2000規(guī)定7天活性指數(shù)不小于75%，28天活性指數(shù)不小于95%。能夠保證再生高活性礦物摻合料具有較高的活性。 [0034]上述過程制備得到的再生高活性礦物摻合料的活性指數(shù)不小于80% (強(qiáng)度比值)，需水量比90~100% (評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考GB/T1596-2005)，比表面積350~450m2/kg(GB/T1596-2005)。
[0035]經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，所得再生礦物摻合料的放熱峰值均出現(xiàn)在水化反應(yīng)開始的初期，首先，礦物摻合料與水接觸即快速放熱，出現(xiàn)第一放熱峰，此放熱峰一方面由水泥石受熱分解產(chǎn)生的CaO水化放熱形成，另一方面C3AH6及鈣礬石的脫水相遇水會(huì)迅速大量放熱，形成放熱峰。隨著水化的進(jìn)行，出現(xiàn)第二放熱峰，主要是由于β -C2S水化產(chǎn)生，這種C2S與水泥熟料中的貝利特有所不同，水泥石煅燒過程中產(chǎn)生的C2S呈現(xiàn)一定程度的無定形態(tài)，具備較高的反應(yīng)活性。加入漂珠后，一方面漂珠對(duì)活性摻合料顆粒起物理分散作用，相當(dāng)于降低了單位水膠比，水化速度減慢，降低水化早期放熱；另一方面漂珠與富集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣發(fā)生火山灰反應(yīng)，提高后期水化反應(yīng)程度，生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物，加強(qiáng)了薄弱的過渡區(qū)，對(duì)改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用。
[0036]實(shí)施例1
[0037]利用建筑拆遷回收的廢棄混凝土(強(qiáng)度等級(jí)C30~C60),將混凝土破碎后分離碎石與砂漿，再將砂漿用顎式破碎機(jī)破碎成小于8_粒徑的顆粒；然后用球磨機(jī)粉磨至比表面積300m2/kg的水泥石粉備用。
[0038]將水泥石粉、冶金廢渣和漂珠通過混料機(jī)混合均勻(按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)水泥石粉70%、冶金廢渣25%、漂珠5% )，加入占三者總質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的水混合調(diào)勻均化、烘干得到渣石粉；所得渣石粉在850°C煅燒20分鐘得到煅燒渣石粉；將煅燒渣石粉粉磨至比表面積400m2/kg 備用。
[0039]按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，取上述備用煅燒渣石粉50wt%與比表面積450m2/kg的高爐礦渣粉50wt%通過混料機(jī)混合均勻即得再生高活性礦物摻合料。
[0040]混合物料的粉磨系統(tǒng)采用Φ 1.83 X 8.0m磨機(jī)，磨內(nèi)鋼球的最大直徑為50mm，入磨原料的含水率控制在2~3 %，原料尺寸控制在I~3mm。以上參數(shù)的設(shè)定是優(yōu)化后粉磨系統(tǒng)控制參數(shù)，此時(shí)的磨機(jī)粉磨效率最高。對(duì)于原料的水分含量也有一個(gè)最佳范圍，水份含量過高，會(huì)導(dǎo)致磨機(jī)糊磨，水份含量過低，不但降低烘干機(jī)產(chǎn)量，增加煤耗，而且降低管磨機(jī)
產(chǎn)、質(zhì)量。
[0041]本實(shí)施例所得再生礦物摻合料產(chǎn)品的活性指數(shù)85% (強(qiáng)度比值)(活性指數(shù)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18046-2000規(guī)定);需水量比92% (評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB/T1596-2005)；比表面積380m2/kg (評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) GB/T1596-2005)。
[0042]本實(shí)施例所得再生礦物摻合料產(chǎn)品配制C30高性能混凝土，其配合比與性能見表I:
[0043]表1
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種再生高活性礦物摻合料，其特征在于由煅燒渣石粉50~70Wt%和高爐礦渣粉30-50wt%混合而成；其中，所述鍛燒渣石粉的制備過程如下: 取水泥石粉70~98wt%、冶金廢渣O~25wt%和漂珠I~5% wt混合，向其中加入占水泥石粉、冶金廢渣和漂珠三者總質(zhì)量10-15%的水均化后烘干得到渣石粉；將所得渣石粉在800°C~1000°C溫度區(qū)間鍛燒15~20min得到煅燒渣石粉；所述水泥石粉由廢棄混凝土破碎后得來。
2.如權(quán)利要求1所述的再生高活性礦物摻和料，其特征在于所述水泥石粉由如下方法制備而來:將廢棄混凝土破碎后分離砂漿和碎石，分離出來的砂漿進(jìn)一步破碎成小于8_粒徑的顆粒，接著粉磨至比表面積大于300m2/kg得到水泥石粉。
3.如權(quán)利要求1所述的再生高活性礦物摻和料，其特征在于所述冶金廢渣含硅量在40 ~60wt%。
4.如權(quán)利要求1所述的再生高活性礦物摻和料，其特征在于所述的煅燒渣石粉比表面積為 350 ~450m2/kg。
5.如權(quán)利要求1所述的再生高活性礦物摻和料，其特征在于所述高爐礦渣粉的比表面積為450~500m2/kg，7天活性指數(shù)不小于75%，28天活性指數(shù)不小于95%。
6.一種再生高活性礦 物摻合料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 將廢棄混凝土破碎得到水泥石粉； 取水泥石粉70~98wt%、冶金廢渣O~25wt%和漂珠I~5% wt混合，向其中加入占水泥石粉、冶金廢渣和漂珠三者總質(zhì)量10-15%的水均化后烘干得到渣石粉；將所得渣石粉在800°C~1000°C溫度區(qū)間鍛燒15~20min得到煅燒渣石粉； 將煅燒渣石粉50~70wt%和高爐礦渣粉30-50wt%混合得到再生高活性礦物摻合料。
7.如權(quán)利要求6所述的再生高活性礦物摻和料的制備方法，其特征在于混合物料的粉磨系統(tǒng)采用Φ1.83X8.0m磨機(jī)，磨內(nèi)鋼球的最大直徑為50mm，入磨原料的含水率控制在2~3%,原料尺寸控制在I~3mm。
8.如權(quán)利要求6所述的再生高活性礦物摻和料的制備方法，其特征在于所述冶金廢渣含硅量在40~60wt%。
9.如權(quán)利要求6所述的再生高活性礦物摻和料的制備方法，其特征在于所述的煅燒渣石粉比表面積為350~450m2/kg。
10.如權(quán)利要求6所述的再生高活性礦物摻和料的制備方法，其特征在于所述高爐礦渣粉的比表面積450~500m2/kg，7天活性指數(shù)不小于75%，28天活性指數(shù)不小于95%。
【文檔編號(hào)】C04B7/14GK103979807SQ201410186172
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】査劍平, 彭波, 黃修林, 廖曉民 申請(qǐng)人:武漢海劍環(huán)保材料有限公司