CN103553491A - 一种以废旧玻璃为主要原料的混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种以废玻璃为主要原料的混凝土，按重量份计，它由10～30份的胶凝材料、30～40份的细骨料、40～50份的粗骨料、0.05～0.45份的外加剂、和3.8～16.5份的水制备而成；其中，所述的胶凝材料按重量百分比计，由70～85wt%的水泥、10～20wt%的粒径≤30μm的废玻璃微粉和5～10wt%的硅灰组成；所述的细骨料是Ⅱ区中砂级配的废玻璃粉；所述的粗骨料是粒径为5～16mm的石子。本发明所述的混凝土不仅最大限度地利用了废旧玻璃，而且具有优异的抗压强度和流动性。本发明还提供所述的混凝土的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种混凝土，尤其涉及一种以建筑废弃物为主要原料的混凝土，及其制备方法。
背景技术
随着我国城市化进程的不断加快，随之产生的建筑废弃物问题越来越引起广泛的关注。废玻璃是建筑废弃物中重要的组成部分，由于废玻璃是不可生物降解的材料，如何有效的对它们进行资源化回收利用就成为一个急待解决的问题。
在玻璃制造业，废玻璃的再利用可以降低生产能耗，减水原料能耗，但由于废玻璃成分复杂，要求再利用之前对废玻璃的除杂、分色要求极高，因此废玻璃在生产新玻璃的应用上极为有限。
将废玻璃用于混凝土有着诸多优势，如火山灰活性（玻璃粉）、吸水率极低、耐久性高、流动性好等等，更为重要的是混凝土对玻璃颜色与杂质含量要求比较宽松，废玻璃利用量很大，因而，废玻璃用于混凝土行业势在必行。
现有技术中，已有一些将废玻璃用于水泥混凝土中的研究和报道。公开号为CN102745929A的专利文献中提到了将磨细玻璃粉作为掺合料用于生产混凝土，可替代30～50%的水泥，使废旧玻璃回收利用率得到了一定程度的提高，但是得到的混凝土性能仍不够理想。公开号为CN103172323A的专利文献中提到一种掺超细普通玻璃粉的活性粉末混凝土，但该混凝土中玻璃粉的掺入量很少，不能有效提高废旧玻璃的再利用率，而且该专利文献中得到的活性粉末混凝土在流动性等性能上也有待于提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以废旧玻璃为主要原料的混凝土，不仅最大限度地利用了废旧玻璃，而且该混凝土具有优异的抗压强度和流动性。
本发明的另一个目的在于提供所述的混凝土的制备方法，该方法不仅最大限度地提高了废旧玻璃的利用率，而且能够保证得到的混凝土具有优异的强度性能，同时可有效降低碱骨料反应发生的可能性。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
提供一种以废玻璃为主要原料的混凝土，按重量份计，它由10～30份的胶凝材料、30～40份的细骨料、40～50份的粗骨料、0.05～0.45份的外加剂、和3.8～16.5份的水制备而成；其中，所述的胶凝材料，按重量百分比计，由70～85wt%的水泥、10～20wt%的粒径≤30μm的废玻璃微粉和5～10wt%的硅灰组成；所述的细骨料是Ⅱ区中砂级配的废玻璃粉；所述的粗骨料是粒径为5～16mm的石子。
本发明优选的方案中，所述的以废玻璃为主要原料的混凝土，按重量份计，它由15～25份的胶凝材料、35～40份的细骨料、45～50份的粗骨料、0.1～0.3份的外加剂、和5.0～10.0份的水制备而成；其中，所述的胶凝材料，按重量百分比计，由70～75wt%的水泥、15～20wt%的粒径≤30μm的废玻璃微粉和5～8wt%的硅灰组成；所述的细骨料是Ⅱ区中砂级配的废玻璃粉；所述的粗骨料是粒径为5～16mm的石子。
本发明最优选的方案中，所述的以废玻璃为主要原料的混凝土，按重量份计，它由20份的胶凝材料、35份的细骨料、45份的粗骨料、0.24份的外加剂、和8份的水制备而成；其中，所述的胶凝材料，按重量百分比计，由75wt%的水泥、20wt%的粒径≤30μm的废玻璃微粉和5wt%的硅灰组成；所述的细骨料是Ⅱ区中砂级配的废玻璃粉，细度模数为2.4～2.8；所述的粗骨料是粒径为5～16mm的石子。
本发明的混凝土中，所述的粒径≤30μm的废玻璃微粉比表面积为550～900m2/kg；优选由棕色和/或白色废玻璃制得。
本发明的混凝土中，所述的Ⅱ区中砂级配的废玻璃粉优选由绿色废玻璃制得。
本发明的混凝土中，所述的水泥可以选择普通硅酸盐水泥，标号为P.O42.5。
本发明的混凝土中，所述的硅灰的表观密度为2500～3000kg/m3，比表面积为18～28㎡/g，平均粒径为0.1～0.2μm，无定形二氧化硅含量为88～97%。
本发明的混凝土中，水胶比为0.38～0.55。
本发明的混凝土中，所述的外加剂可以是各种混凝土制备中可接受的外加剂，例如减水剂，优选聚羧酸减水剂。
本发明还提供所述的以废玻璃为主要原料的混凝土的制备方法，是将除外加剂和水以外的所有原料按照所述比例预混搅拌20s以上，再按所述比例加入外加剂和水，搅拌120s以上，即得所述的以废玻璃为主要原料的混凝土。
本发明优选的制备方法，包括以下步骤：
1）将废玻璃破碎并除去杂质后，按颜色分选；
2）将步骤1）分选出的棕色和/或白色玻璃分别粉磨成粒径小于等30μm的玻璃微粉；
3）将步骤1）分选出的绿色玻璃细破，然后筛分分级，最后将各级绿色玻璃料级配成Ⅱ区中砂级配的玻璃细骨料；
4）将水泥、步骤2）制得的玻璃微粉、硅灰、步骤3）制得的玻璃细骨料、石子按所述的比例混合预搅拌20s以上，直到物料混合充分均匀，得到预混物料；
5）将外加剂与水按所述比例加入步骤4）得到的预混物料中，搅拌120s以上，直到物料混合充分均匀，即得所述的以废玻璃为主要原料的混凝土。
步骤1）所述的破碎工序的破碎装置优选使用废玻璃破碎机。
步骤1）所述的颜色分选工序的废玻璃杂色分选装置优选为废玻璃杂色分选机。
步骤2）所述的粉磨工序的粉磨装置优选为球磨机或振动磨。
步骤3）所述的细破优选使用废玻璃破碎机，所述的分级优选使用振动筛。
本发明所述混凝土的更加优选的制备方法，包含以下步骤：
A、给料：将废旧玻璃输送到布料器料斗中。
B、一级除铁、筛分、布料：将料斗中废旧玻璃加入到布料器中，用布料器中的除铁装置将废旧玻璃中的金属杂质剔除，用布料器中的筛分装置将废旧玻璃筛分，然后将筛分好的废旧玻璃布料在各自的输送装置上。筛分出来的细粉、中等玻璃直接进入破碎工序，粗大玻璃进入人工分拣除杂工序。
C、人工分拣除杂：将布料器中筛分出来的粗大玻璃在输送过程中用人工方式剔除大体积类的杂质。
D、破碎：用破碎装置将布料器中筛分出来的细粉、中等玻璃与人工分拣除杂后的粗大玻璃破碎。
E、筛分轻杂：用筛分装置将破碎后玻璃料进行筛分，筛除轻质的杂质。
F、二级除铁、陶杂分选：用废玻璃杂质分拣装置剔除玻璃料中的金属杂质与陶瓷类不透明杂质。
G、颜色分选：用废玻璃杂色分选装置将玻璃料按颜色进行分离。
H、粉磨：用粉磨装置将颜色分选出来的棕色、白色等玻璃料分开粉磨成玻璃微粉。
I、细破、分级、级配：用破碎装置将颜色分选出来的绿色玻璃料细破，然后用筛分装置筛分分级，最后将各级玻璃料级配成玻璃细骨料。
J、配料、预搅拌：将制备好的玻璃微粉与玻璃细骨料、石子、水泥、硅灰按下述比例配料后加入搅拌机中预搅拌20s以上：
总胶材（水泥+玻璃微粉+硅灰）、玻璃细骨料、石子总质量以100%计，总胶材10～30wt%，玻璃细骨料30～40wt%，石子40～50wt%。
总胶材（水泥+玻璃微粉+硅灰）总质量以100%计，水泥70～85wt%，玻璃微粉10～20wt%，硅灰5～10wt%。
K搅拌：将称量好的外加剂（总胶材质量的0.5～1.5wt%）与水（水胶比0.38～0.55）加入到预搅拌好的物料中搅拌120s以上。
与现有技术相比，本发明中，废玻璃同时以粉料和细骨料的形式被掺入，分别以高比例取代了水泥和砂石细骨料，最终以特定的整体配比与其他原料组分一起制备得到了本发明的混凝土。本发明的混凝土及其制备方法具有以下有益效果：
1）本发明先将废玻璃制成活性微粉与细骨料，然后将其同时用于混凝土中，得到了以废玻璃为主要原料的混凝土，使混凝土总容重的40%左右都为废玻璃料，相对一般工艺提高了20%的掺量，相对于CN102745929A中的混凝土提高了30%的掺量，相对于CN103172323A的混凝土提高了35%的掺量，既最大限度地实现了废玻璃的再生利用，又节约了大量混凝土的天然原材料，从而最大限度地利用了废玻璃。
2）本发明使用较细活性玻璃粉、绿色玻璃细骨料与硅灰，既满足了混凝土的强度要求，又可以最大限度防止碱骨料反应发生的可能性，还能够使混凝土具有优异的流动性。
本发明人经大量试验发现，由废玻璃破碎磨制得到的粒径≤30μm的玻璃微粉，以本发明所述的比例取代水泥时，能够显著降低混凝土的ASR膨胀值；同时由于其比表面积大，在相同的水胶比下，能够为混凝土带来更优异的流动度。与此同时，本发明人还发现，玻璃粉细骨料与取代水泥的玻璃微粉和硅灰三者能够在本发明所述的特定比例下产生协同作用，为混凝土带来更加优异的强度，特别是在高温下的强度保持率要比现有技术中掺玻璃的混凝土具有明显的进步。此外，根据实验可知，绿色玻璃成分中的氧化铬能够有效抑制ASR膨胀，因此本发明人在此基础上进一步通过试验筛选得到了绿色玻璃取代细骨料的合理比例，使混凝土的膨胀率进一步得到降低，充分保证了混凝土的安全使用。
总之，本发明的混凝土由于同时掺入了玻璃粉、玻璃微粉和硅灰，分别以很高比例取代细骨料和水泥，不仅使废玻璃的利用率显著提高，而且三者以特定比例协同作用，为本发明的混凝土的强度、流动度和膨胀率等性能带来了显著改善。
附图说明
图1为实施例1所述的一种废旧玻璃混凝土的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
一种C30废旧玻璃混凝土，制备步骤如下：
A、将废旧玻璃输送到布料器料斗中。
B、用筛分布料器进行一级除铁、筛分、布料。
C、粗大玻璃在输送过程中用人工方式剔除大体积类的杂质。
D、用废玻璃破碎机将筛分出来的细粉、中等玻璃与人工分拣除杂后的粗大玻璃破碎。
E、用比重筛将破碎后玻璃料进行筛分，筛除轻质的杂质。
F、用废玻璃杂质分拣机剔除玻璃料中的金属杂质与陶瓷类不透明杂质。
G、用废玻璃杂色分选机将玻璃料按颜色进行分离。
H、用振动磨将颜色分选出来的棕色、白色等玻璃料分开粉磨成玻璃微粉待用，玻璃微粉粒径≤30μm。
I、用废玻璃破碎机将颜色分选出来的绿色玻璃料细破，然后用振动筛筛分分级成0.16—0.315mm，0.315—0.63mm，0.63—1.25mm，1.25—2.5mm四个区，最后将各级玻璃料级配成Ⅱ区中砂玻璃细骨料。
J、配料、预搅拌：将制备好的玻璃微粉与玻璃细骨料、石子、水泥、硅灰按下述比例配料后加入搅拌机中预搅拌30s：
总胶材（水泥+玻璃微粉+硅灰）、玻璃细骨料、石子（粒径为5～16mm）总质量以100%计，总胶材20wt%，玻璃细骨料35wt%，石子45wt%。
总胶材（水泥+玻璃微粉+硅灰）总质量以100%计，水泥75wt%，玻璃微粉20wt%，硅灰5wt%。
K搅拌：将称量好的外加剂（总胶材质量的1.5wt%）与水（水胶比0.38）加入到预搅拌好的物料中搅拌120s。
2、废旧玻璃混凝土性能：
出机坍落度/扩展度230/600，流动性极好，3d平均强度16.8Mpa，28d平均强度45.2Mpa。
实施例2
一种以废玻璃为主要原料的混凝土，按照实施例1的方法进行制备，只是步骤J和K如下：
J、配料、预搅拌：将制备好的玻璃微粉与玻璃细骨料、石子、水泥、硅灰按下述比例配料后加入搅拌机中预搅拌30s：
总胶材（水泥+玻璃微粉+硅灰）、玻璃细骨料、石子（粒径为5～16mm）总质量以100%计，总胶材10wt%，玻璃细骨料40wt%，石子50wt%。
总胶材（水泥+玻璃微粉+硅灰）总质量以100%计，水泥70wt%，玻璃微粉20wt%，硅灰10wt%。
K搅拌：将称量好的外加剂（总胶材质量的1.2wt%）与水（水胶比0.41）加入到预搅拌好的物料中搅拌120s。
得到的废玻璃混凝土性能如下：
出机坍落度/扩展度220/650，流动性极好，3d平均强度15.1Mpa，28d平均强度41.5Mpa。
实施例3
一种以废玻璃为主要原料的混凝土，按照实施例1的方法进行制备，只是步骤J和K如下：
J、配料、预搅拌：将制备好的玻璃微粉与玻璃细骨料、石子、水泥、硅灰按下述比例配料后加入搅拌机中预搅拌30s：
总胶材（水泥+玻璃微粉+硅灰）、玻璃细骨料、石子（粒径为5～16mm）总质量以100%计，总胶材25wt%，玻璃细骨料33wt%，石子42wt%。
总胶材（水泥+玻璃微粉+硅灰）总质量以100%计，水泥78wt%，玻璃微粉17wt%，硅灰5wt%。
K搅拌：将称量好的外加剂（总胶材质量的2.0wt%）与水（水胶比0.35）加入到预搅拌好的物料中搅拌120s。
得到的废玻璃混凝土性能如下：
出机坍落度/扩展度220/550，流动性极好，3d平均强度22.7Mpa，28d平均强度62.8Mpa。
实施例4
本发明实施例3方法制备的混凝土与CN102745929A表2中的应用1-2和应用1-3的混凝土进行性能比较，结果如下表1所示。
表1
表3显示本发明混凝土性能全部优于CN102745929A的混凝土。
实施例5
本发明实施例1方法制备的混凝土与CN103172323A实施例8和9的混凝土进行性能比较，结果如下表2所示。
表2
表2显示本发明混凝土工作性能与抗压强度显著优于CN103172323A的混凝土。
Claims (10)
1.一种以废玻璃为主要原料的混凝土，其特征在于，按重量份计，它由10～30份的胶凝材料、30～40份的细骨料、40～50份的粗骨料、0.05～0.45份的外加剂、和3.8～16.5份的水制备而成；其中，所述的胶凝材料按重量百分比计，由70～85wt%的水泥、10～20wt%的粒径≤30μm的废玻璃微粉和5～10wt%的硅灰组成；所述的细骨料是Ⅱ区中砂级配的废玻璃粉；所述的粗骨料是粒径为5～16mm的石子。
2.权利要求1所述的混凝土，其特征在于：按重量份计，它由15～25份的胶凝材料、35～40份的细骨料、45～50份的粗骨料、0.1～0.3份的外加剂、和5.0～10.0份的水制备而成；其中，所述的胶凝材料，按重量百分比计，由70～75wt%的水泥、15～20wt%的粒径≤30μm的废玻璃微粉和5～8wt%的硅灰组成；所述的细骨料是Ⅱ区中砂级配的废玻璃粉；所述的粗骨料是粒径为5～16mm的石子。
3.权利要求1所述的混凝土，其特征在于：按重量份计，它由20份的胶凝材料、35份的细骨料、45份的粗骨料、0.24份的外加剂、和8份的水制备而成；其中，所述的胶凝材料，按重量百分比计，由75wt%的水泥、20wt%的粒径≤30μm的废玻璃微粉和5wt%的硅灰组成；所述的细骨料是Ⅱ区中砂级配的废玻璃粉，细度模数为2.4～2.8；所述的粗骨料是粒径为5～16mm的石子。
4.权利要求1-3所述的任意一种混凝土，其特征在于：所述的粒径≤30μm的废玻璃微粉比表面积为550～900m2/kg，由棕色和/或白色废玻璃制得。
5.权利要求1-3所述的任意一种混凝土，其特征在于：所述的Ⅱ区中砂级配的废玻璃粉由绿色废玻璃制得。
6.权利要求1-3所述的任意一种混凝土，其特征在于：所述的水泥是普通硅酸盐水泥，标号为P.O42.5。
7.权利要求1-3所述的任意一种混凝土，其特征在于：所述的硅灰的表观密度为2500～3000kg/m3，比表面积为18～28m2/g，平均粒径为0.1～0.2μm，无定形二氧化硅含量为88～97%。
8.权利要求1-3所述的任意一种混凝土，其特征在于：所述的外加剂是减水剂。
9.权利要求1所述的以废玻璃为主要原料的混凝土的制备方法，是将除外加剂和水以外的所有原料按照所述比例预混搅拌20s以上，再按所述比例加入外加剂和水，搅拌120s以上，即得所述的以废玻璃为主要原料的混凝土。
10.权利要求9所述的制备方法，包括以下步骤：
1）将废玻璃破碎并除去杂质后，按颜色分选；
2）将步骤1）分选出的棕色和/或白色玻璃分别粉磨成粒径小于等于30μm的玻璃微粉；
3）将步骤1）分选出的绿色玻璃细破，然后筛分分级，最后将各级绿色玻璃料级配成Ⅱ区中砂级配的玻璃细骨料；
4）将水泥、步骤2）制得的玻璃微粉、硅灰、步骤3）制得的玻璃细骨料、石子按所述的比例混合预搅拌20s以上，直到物料混合充分均匀，得到预混物料；
5）将外加剂与水按所述比例加入步骤4）得到的预混物料中，搅拌120s以上，直到物料混合充分均匀，即得所述的以废玻璃为主要原料的混凝土。
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