CN102745929A

CN102745929A - 一种再生矿物掺合料及其应用

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Publication number: CN102745929A
Application number: CN2012102510071A
Authority: CN
Inventors: 刘数华; 李丽华; 谢国帅; 徐志惠; 孔亚宁; 高志扬
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明公开了一种再生矿物掺合料及其应用，本发明的再生矿物掺合料采用如下方法制备得到：（1）从建筑垃圾和生活垃圾中收集废弃玻璃，除去废弃玻璃中的杂物；（2）利用破碎设备破碎除去杂物后的废弃玻璃，得到粒径不大于5mm的废弃玻璃颗粒；（3）利用粉磨设备粉磨废弃玻璃颗粒，得到勃氏比表面积大于600m²/kg的磨细玻璃粉，即为再生矿物掺合料。本发明再生矿物掺合料可用于混凝土中替代部分水泥。将本发明再生矿物掺合料用于制备混凝土，可制备不同强度等级的混凝土，并使混凝土拌合物坍落度提高6%-18%，氯离子扩散系数最大降幅达10%-15%，且不会引发碱-骨料反应膨胀破坏。

Description

一种再生矿物掺合料及其应用

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种再生矿物掺合料及其应用。

背景技术

随着工业和生活水平的发展，产生的废弃玻璃越来越多，不仅占用大量处理用地，而且污染环境，增加环境负荷。***的统计数据表明，全球固体废渣中7%为废弃玻璃。欧美发达国家废弃玻璃量占城市垃圾总量的4%～8%，美国2005年产出废弃玻璃约1280万吨，但只有275万吨得到回收利用。我国每年产出废弃玻璃约为700万吨，香港每天产生约300吨废弃玻璃，约98%是以垃圾填埋处理。而填埋处理费用较高，在纽约每处理1吨废弃玻璃，材料回收部收取的费用高达45美元。而且，由于污染、成本及颜色混杂等原因，并不是所有回收玻璃都能用于生产新玻璃。大量废弃玻璃不能得到再利用，是社会资源的巨大浪费。

回收材料在土木工程中的应用前景极好：用量大、品质要求低、工程分布广。而且已有很多成功应用典范，如粉煤灰、矿渣等，这些废弃材料一度曾是处理难题，而今却因其能改善混凝土的性能，成为有价值的商品。

在所有玻璃中，钠钙玻璃应用最广，约占80%。钠钙玻璃中含有约73wt.%SiO₂、13wt.%Na₂O和10wt.%CaO。玻璃是无定形的，并含有大量的硅和钙，理论上只要粉磨到一定细度，将具备火山灰活性，甚至胶凝性，在混凝土中可用作矿物掺合料。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用废弃玻璃得到的高活性再生矿物掺合料及其应用。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一，一种再生矿物掺合料，采用如下方法制备得到：

（1）除去废弃玻璃中的杂物；废弃玻璃可从建筑垃圾和生活垃圾中收集；

（2）利用破碎设备破碎除去杂物后的废弃玻璃，得到粒径不大于5mm的废弃玻璃颗粒；

（3）利用粉磨设备粉磨废弃玻璃颗粒，得到勃氏比表面积大于600m²/kg的磨细玻璃粉，即，再生矿物掺合料。

上述除去废弃玻璃中的杂物是采用分拣和水洗的方法。

二、上述再生矿物掺合料可用作混凝土中的胶凝材料。

混凝土中掺加的再生矿物掺合料和水泥的质量比为1：（1～9），再生矿物掺合料和水泥的质量比的优选范围为1：（1～2.3）。

由于玻璃含有大量的无定形二氧化硅，具有很高的碱活性，因此用于混凝土中的玻璃会带来碱-硅反应风险，进而给混凝土结构带来破坏。但是本发明再生矿物掺合料为颗粒很细的磨细玻璃粉，将其用于混凝土中时能均匀分布在水泥基材料中，磨细玻璃粉可发生火山灰反应，因而混凝土结构不会因碱–硅反应而破坏。

本发明利用废弃玻璃加工生产磨细玻璃粉，所得磨细玻璃粉可作为一种新型再生矿物掺合料应用于混凝土中，本发明可产生如下有益效果：

1、提供了一种废弃玻璃的回收再利用途径，避免了废弃玻璃的浪费，减少了废弃玻璃的堆放占地，而且还可以节省高昂的废弃玻璃处置费；

2、本发明再生矿物掺合料可取代部分水泥用于混凝土中，降低了混凝土的生产成本，减少了天然材料的消耗，还可以达到节能减排的目的，符合我国建筑材料的可持续发展战略；而且，将本发明再生矿物掺合料用于混凝土中不仅对混凝土性能没有影响，还可以改善混凝土的工作性和强度；

3、本发明再生矿物掺合料的获取方法简便易行，成本低廉，适合大规模量产。

具体实施方式

本发明再生矿物掺合料可广泛用于生产混凝土，可按照如下组分将其用于生产混凝土：

砂、石骨料 100重量份，

水泥 15～30重量份，

再生矿物掺合料 3～15重量份，

硅灰 0～3重量份，

减水剂 0.20～0.45重量份，

水 7.5～12重量份。

采用上述配合比可以制备出C40-C80强度等级混凝土。再生矿物掺合料最多可替代30-50%的水泥，利用了本发明再生矿物掺合料的混凝土不仅能保证混凝土的强度满足设计要求，而且具有更好的工作性，同时还提高混凝土的抗渗性。

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明保护的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

按以下步骤制备再生矿物掺合料：

（1）从建筑垃圾中收集破碎窗户白玻璃，分拣除去表面粘有粘合胶的废弃玻璃，再用水洗的方法除去废弃玻璃表面的灰尘等杂物；

（2）利用PE60×100型号鄂式破碎机破碎步骤（1）所得废弃窗户白玻璃，出料粒度为3～10mm，经筛分后，保留粒径不大于5mm的废弃玻璃颗粒作为再生矿物掺合料的原材料；

（3）利用RK/QM-Ф480×600型号球磨机粉磨再生矿物掺合料的原材料1.5h，得到勃氏比表面积为647m²/kg的磨细玻璃粉，即，再生矿物掺合料成品。

根据《水工混凝土骨料试验规范DL/T 5151-2001》测试本实施例所得再生矿物掺合料的14天砂浆棒快速检测膨胀率为0.368%，证明本实施例所用的玻璃具有碱活性。

本实施例所得再生矿物掺合料的应用：

按表1所示的配合比配制强度等级为C40的混凝土，所用水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；砂为天然河砂；石为粒径为5-30mm的人工碎石；减水剂为Grace公司的ADVA152聚羧酸高效减水剂，40%含固量；水为自来水；再生矿物掺合料为本实施例所得再生矿物掺合料。

表1C40混凝土的配合比

按照表1所示配合比，测试混凝土拌合物的坍落度和28天抗压强度，并采用混凝土氯离子扩散系数快速测定法（RCM法）测试混凝土拌合物的氯离子扩散系数，并检验该混凝土的碱-硅反应特性。为检验混凝土是否会发生碱-硅反应破坏，可参考《水工混凝土骨料试验规范DL/T5151-2001》进行检验，具体为：外加NaOH使水泥含碱当量达到1.25%，按照表1中的配合比在室温为20±2℃时拌和成型试件，试件尺寸为275×75×75mm，试件成型后连试模一起送入室温为20±1℃、相对湿度95%以上的养护箱中养护24±4小时后拆模，然后把试件放入室温为38±2℃的养护室中养护，测试1年龄期的试件长度变化。上述所有测试试验结果见表2，结果表明，与未掺再生矿物掺合料的对比样1相比，掺加实施例1所得再生矿物掺合料之后，混凝土拌合物坍落度提高了6%-18%，28天混凝土抗压强度均满足C40强度等级设计要求，28天氯离子扩散系数最大降幅达10%，所有试件的1年龄期碱-硅反应膨胀率均低于0.040%，即再生矿物掺合料的加入不会对混凝土产生碱-硅反应膨胀破坏。

表2 C40混凝土的性能测试结果

实施例2

按以下步骤制备再生矿物掺合料：

（1）从生活垃圾中收集废弃啤酒瓶，洗刷清除啤酒瓶表面粘有的纸质商标，再用水洗的方法除去酒瓶内的残余酒水等杂物；

（2）利用PC400×300型号锤式破碎机破碎步骤（1）所得啤酒瓶玻璃，出料粒度为5～10mm，经筛分后，保留粒径不大于5mm的废弃玻璃颗粒作为再生矿物掺合料的原材料；

（3）利用DQM-2型好行星式球磨机粉磨再生矿物掺合料原材料2h，得到勃氏比表面积为973m²/kg的磨细玻璃粉，即，再生矿物掺合料成品。

根据《水工混凝土骨料试验规范DL/T 5151-2001》测试本实施例所得再生矿物掺合料的14天砂浆棒快速检测膨胀率为0.415%，证明本实施例所用玻璃具有碱活性。

本实施例所得再生矿物掺合料的应用：

按表3所示的配合比配制强度等级为C60的混凝土，所用水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥；砂为天然河砂；石为粒径为5-30mm的人工碎石；减水剂为马贝公司SP1聚羧酸高效减水剂，27%含固量；水为自来水；再生矿物掺合料为本实施例所得再生矿物掺合料。

按表3所示配合比，测试混凝土拌合物的坍落度和28天抗压强度，并采用混凝土氯离子扩散系数快速测定法（RCM法）测试混凝土拌合物的氯离子扩散系数，并检验该混凝土的碱-硅反应特性。为检验混凝土是否会发生碱-硅反应破坏，可参考《水工混凝土骨料试验规范DL/T5151-2001》进行检验，具体为：外加NaOH使水泥含碱当量达到1.25%，按照表3中的配合比在室温为20±2℃下拌和成型试件，试件尺寸为275×75×75mm，试件成型后连试模一起送入室温为20±1℃、相对湿度95%以上的养护箱中养护24±4小时后拆模，然后把试件放入室温为38±2℃的养护室中养护，测试1年龄期的试件长度变化。上述所有测试试验结果见表4，结果表明，与未掺再生矿物掺合料的对比样2相比，掺加本实施例所得再生矿物掺合料之后，混凝土拌合物坍落度提高了6%-18%，28天混凝土抗压强度均满足C60强度等级设计要求，28天氯离子扩散系数最大降幅达10%，所有试件的1年龄期碱-硅反应膨胀率均低于0.040%，即再生矿物掺合料的加入不会对混凝土产生碱-硅反应膨胀破坏。

表3C60混凝土的配合比

表4C60混凝土的性能测试结果

实施例3

按以下步骤制备再生矿物掺合料：

（2）利用PE 60×100型号鄂式破碎机破碎步骤（1）所得啤酒瓶玻璃，出料粒度为3～10mm，经筛分后，保留粒径不大于5mm的废弃玻璃颗粒作为再生矿物掺合料的原材料；

（3）利用DQM-2型好行星式球磨机粉磨再生矿物掺合料原材料2h，得到勃氏比表面积为857m²/kg的磨细玻璃粉，即，再生矿物掺合料成品。

根据《水工混凝土骨料试验规范DL/T 5151-2001》测试本实施例所得再生矿物掺合料的14天砂浆棒快速检测膨胀率为0.439%，证明本实施例所用玻璃具有碱活性。

本实施例所得再生矿物掺合料的应用：

按表5所示的配合比配制强度等级为C80的混凝土，所用水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥；砂为天然河砂；硅灰的比表面积为16000m²/kg，其中SiO₂的质量含量为92%；石为粒径为5-30mm的人工碎石；减水剂为Sika公司20HE-1聚羧酸高效减水剂，40%含固量；水为自来水；再生矿物掺合料为本实施例所得再生矿物掺合料。

按照表5配合比，测试混凝土拌合物的坍落度和28天抗压强度，并采用混凝土氯离子扩散系数快速测定法（RCM法）测试混凝土拌合物的氯离子扩散系数，并检验该混凝土的碱-硅反应特性。为检验混凝土是否会发生碱-硅反应破坏，可参考《水工混凝土骨料试验规范DL/T5151-2001》，具体为：外加NaOH使水泥含碱当量达到1.25%，按照表5中的配合比在室温为20±2℃的拌和成型试件，试件尺寸为275×75×75mm，试件成型后连试模一起送入室温为20±1℃、相对湿度95%以上的养护箱中养护24±4小时后拆模，然后把试件放入室温为38±2℃的养护室中养护，测试1年龄期的试件长度变化。上述所有测试试验结果见表6，结果表明，与未掺再生矿物掺合料的对比样3相比，掺加实施例3所得再生矿物掺合料之后，混凝土拌合物坍落度提高了6%-18%，28天混凝土抗压强度均满足C80强度等级设计要求，28天氯离子扩散系数最大降幅达15%，所有试件的1年龄期碱-骨料反应膨胀率均低于0.040%，即再生矿物掺合料的加入不会对混凝土产生碱-硅反应膨胀破坏。

表5C80混凝土的配合比

表6C80混凝土的性能测试结果

Claims

1.一种再生矿物掺合料，其特征在于，采用下述方法制备：

（1）除去废弃玻璃中的杂物；

2.根据权利要求1所述的再生矿物掺合料，其特征在于：

所述的除去废弃玻璃中的杂物是采用分拣和水洗的方法。

3.根据权利要求1所述的再生矿物掺合料作为混凝土胶凝材料的应用。

4.根据权利要求3所述的再生矿物掺合料作为混凝土胶凝材料的应用，其特征在于：

混凝土中掺加的再生矿物掺合料和水泥的质量比为1：（1～9）。

5.根据权利要求4所述的再生矿物掺合料作为混凝土胶凝材料的应用，其特征在于：

混凝土中掺加的再生矿物掺合料和水泥的质量比为1：（1～2.3）。