CN108275936A - 一种再生砂粉绿色混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种再生砂粉绿色混凝土，包括如下组份和质量百分比：再生砂粉10％‑93％；再生复合掺合料5％‑83％；硅酸盐水泥0‑20％；碱激发剂0‑5％；外加剂1％‑2％；以再生砂粉和再生复合掺合料双掺总量超过70％而配制的密度小于1900kg/m3无粗骨料轻质混凝土。本发明还提供了一种再生砂粉绿色混凝土的制备方法。本发明的一种再生砂粉绿色混凝土及其制备方法，废旧混凝土水泥石粉与砖混再生砂粉混磨而得到的再生复合掺合料，属于多组分复合胶凝材料，具有复合胶凝和叠加效应；本发明的一种再生砂粉绿色混凝土充分发挥了再生砂粉的填充效应和微集料效应，以及再生复合掺合料胶凝性能，双掺超过70％，实现了再生材料大掺量，从而有利于促进建筑废物资源化全利用以及促进混凝土产业绿色发展。
Description
技术领域
本发明属于建筑废渣再生利用技术领域，具体涉及一种再生砂粉绿色混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是全世界产量最大的人造材料，全球混凝土总产量为60-70亿立方/年，我国的混凝土总产量为30-40亿立方/年。混凝土的可循环发展和可持续发展日益引起广泛的关注。混凝土从使用性能上基本分两大类，一类是结构承重型混凝土，一类是非结构承重型混凝土，即功能性混凝土，如填充混凝土、轻质混凝土、轻集料混凝土、泡沫混凝土、加气混凝土、粉末混凝土等。
传统的、狭义的再生混凝土是指混凝土构筑物等废旧混凝土再生骨料作为搀兑料拌制的混凝土；广义的再生混凝土是指建筑废物，包括混凝土建筑废物、砖混建筑废物、装修建筑废物等建筑废物的再生材料，包括再生粗集料、再生细集料、再生粉体等其中一种或多种作为原料拌制的混凝土。
我国发布的《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GB/T25176-2010)、《混凝土用再生粗骨料》 (GB/T25177-2010)都是沿袭传统的再生混凝土技术思路制定的标准。房屋建筑废物再生粗集料和再生细集料，常常不能达到这两个标准的要求。目前，大多数混凝土企业拒绝使用房屋建筑废物再生粗集料和房屋建筑再生细集料拌制混凝土。实践证明，通过提高房屋建废再生骨料强度生产再生骨料混凝土的技术路线不可行。所谓提高房屋建废再生粗集料强度，包括物理强化技术(即整形技术，减少棱角和叶片状等)和化学强化技术(即镀膜技术，采用有机硅防水剂喷淋、浸渍再生粗集料)，既增加了成本，也难以从根本上提高房屋建废再生粗集料强度。
我国现阶段及未来十五年以砖混建筑废物为主。我国到2030年之前合计约产生150亿吨左右的建筑废物，粗略估算砖混建筑废物约占建筑废物总量的70％左右，20％左右为钢筋混凝土构筑物建筑废物，10％左右为装修建筑废物和砖木结构建筑废物等。
砖混再生粗集料有两个弱点，致使其难以在再生骨料混凝土中打开局面：一是砖混再生粗集料压碎值指标波动大，二是砖混再生粗集料中轻质混杂物含量波动大、难以控制。这就是整个建废行业迟迟不能走出低谷的主要原因之一。
粘土烧结砖孔隙率高，因此砖混建筑废物吸水率、含水率高。砖混建筑废物大多含水率超过7％。砖混建筑废物粉碎、筛分而回收的小于5mm的细颗粒，实质上是再生砂粉。砖混再生砂粉粉体含量按照《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GB/T25176-2010)的标准要求，存在粉体含量超标的问题。砖混再生砂粉砂粉分离困难(烘干砖混再生砂粉能耗约需20度电，选粉能耗约需10度电)，这就是整个建废行业迟迟不能走出低谷的主要原因之二。
混凝土是资源消耗大户。我国年消耗250亿吨各种资源，其中混凝土行业消耗砂石、粘土合计150亿吨，约占我国资源消耗总量的70％(含水泥消耗)。我国年排放15亿吨建筑废物(包括混凝土建废、砖混建废、装修建废等)，其中95％为废旧粘土烧结砖、废旧混凝土、废陶瓷、废玻璃等建筑废渣废旧硅酸盐材料，5％为废木块、废织物、废纸、废塑料等轻质混杂物。大力开发新型再生材料，大力发展功能混凝土及其制品，实现建筑废渣再生利用，已经成为业界迫切需要实现的战略目标。
我国建筑废物中70％为水泥石粉和粘土烧结砖“熟料”。研究发现，混凝土水泥石粉和砖混建筑废物再生砂粉混磨具有复合胶凝和叠加效应，属于再生水泥范畴。我国年消耗20余亿吨水泥。实现建筑废物资源化再生利用，不仅仅要实现砂石的再生利用，也要实现水泥的再生利用。
经专利文献检索，关于再生水泥的专利有专利号为200510136624.7(废弃混凝土活化再生水泥技术)、200710144945.0(废弃混凝土生产再生骨料和再生水泥的方法)、201410623582.9 (利用废旧混凝土制备再生水泥的方法)三项发明专利。该三项发明专利都属于煅烧废弃混凝土制造再生水泥的技术，由于煅烧工艺复杂且增加城市环境负荷，致使难以在城市付诸实施。专利号为201110373402.2(再生水泥及其制造方法)是废弃混凝土与矿渣、钢渣混磨再生水泥的技术，矿渣、钢渣合计比例占总量的50％左右，势必要增加建废再生利用企业的工作量。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种再生砂粉绿色混凝土及其制备方法，以实现建筑废物资源化全利用和高附加值利用，以及混凝土业绿色发展和可持续发展。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种再生砂粉绿色混凝土，其特征在于，包括如下组份和质量百分比：
以再生砂粉和再生复合掺合料复掺总量超过70％而配制的密度小于1900kg/m3无粗骨料轻质混凝土。
根据本发明的优选实施例，所述的再生砂粉是建筑废物经过无害化处理和资源化再生而生产的粒径小于5mm的再生砂和再生粉双组份再生材料，其中粒径小于0.075mm的再生粉占总的再生砂粉的10％-25％；所述的无害化处理和资源化再生是将建筑废物经过破碎、筛分初步分离出金属物、可燃物、泥土之后而获得的粒径在5-50mm的再生粗集料。
根据本发明的优选实施例，所述的再生复合掺合料为质量比为6：4～8：2的混凝土再生砂粉与砖混再生砂粉及助磨剂混磨而得到的再生凝胶材料。
根据本发明的优选实施例，所述的混凝土再生砂粉是混凝土建筑废物经过粉碎、筛分分离出大于5mm砂石颗粒后回收的粒径小于5mm的以水泥石颗粒为主混凝土再生砂粉。
根据本发明的优选实施例，所述的砖混再生砂粉是砖混建筑废物经过粉碎、筛分分离出大于5mm轻质混杂物颗粒后回收的粒径小于5mm的以粘土烧结砖颗粒为主的砖混再生砂粉。
根据本发明的优选实施例，所述的碱激发剂包括硅酸钠、氢氧化钠。
根据本发明的优选实施例，所述外加剂包括发泡剂、减水剂。
本发明所使用的混凝土再生砂粉是混凝土建筑废物经过粉碎、筛分分离出大于5mm砂石颗粒后的粒径小于5mm的颗粒物，经过分析其成分，大多数是水泥石和水泥砂浆。废旧混凝土再生砂粉与砖混再生砂粉混磨而得到的再生复合掺合料，属于多组分复合胶凝材料，具有复合胶凝和叠加效应。
一种再生砂粉绿色混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)、再生材料首次改性——再生砂粉的制备：
步骤(1.1)、层压：5-50mm的建筑废物再生粗集料采用层压粉碎设备粉碎；
步骤(1.2)、去杂：采用分选设备分离出粒径大于5mm的颗粒(砂石或轻质混杂物)，回收粒径小于5mm的再生砂粉；
步骤(2)、再生材料二次改性——再生复合掺合料的制备：
步骤(2.1)、混磨：按照质量比为6：4～8：2的混凝土再生砂粉和砖混再生砂粉加助磨剂采用研磨设备混磨；
步骤(2.2)、选粉：通过选粉机回收300-800目的再生微粉即为再生复合掺合料，也是再生胶凝材料；
步骤(3)、再生材料三次改性——再生砂粉绿色混凝土的制备：
将再生砂粉和再生复合掺合料复掺比例大于70％，按照如上所述的配比添加硅酸盐水泥、碱激发剂、外加剂，激发再生砂粉和再生复合掺合料的活性，生产出密度小于1900kg/m3的各种强度等级的再生砂粉绿色混凝土。
根据本发明的优选实施例，步骤(1.1)再生材料首次改性的层压设备包括高压辊压机，步骤(1.2)、去杂：采用分选设备包括滚筒筛；步骤(2.1)再生材料二次改性的研磨设备包括雷蒙磨、立磨、环辊磨、球磨。
根据本发明的优选实施例，步骤(3)再生材料三次改性的碱激发剂包括硅酸钠、氢氧化钠，外加剂包括发泡剂、减水剂。
步骤(1)再生材料首次改性原理是通过高压辊压机挤压建筑废物再生粗集料，形成高压料层集团粉碎，从而产生选择性粉碎现象，脆性材料废混凝土、废砖、废陶瓷等硅酸盐废渣大多被压碎至粒径5mm以下，其中强度较高的生料砂石成为研磨介质，挤压研磨熟料水泥石和废砖，致使水泥石和废砖颗粒率先被挤压粉碎成粉体，其粒径小于0.075mm再生粉体约占 10-25％，砂石成为粗细机制砂；而韧性材料碎木块、碎织物、碎塑料等轻质混杂物被压扁(大多粒径在5mm以上)，从而有利于砂粉分离机或滚筒式筛分机等分选设备分离出轻质混杂物，并生产出再生砂粉双组份再生材料。
步骤(2)再生材料二次改性原理是研磨设备混磨混凝土再生砂粉和砖混再生砂粉，其压缩、剪切、冲击、摩擦、拉伸、弯曲等机械力致使混凝土再生砂粉和砖混再生砂粉产生结构和性能变化，加之混凝土再生砂粉和砖混再生砂粉混磨，具有叠加效应和复合胶凝特点，从而提高再生复合掺合料的活性。
步骤(3)再生材料三次改性原理是水泥或碱激发剂激发再生砂粉中粉体及再生复合掺合料活性，加之发泡剂和减水剂等组合运用，提高混凝土孔隙率和混凝土流动性，从而获得再生砂粉轻质混凝土、液态混凝土等。
实验表明，水泥激发型再生砂粉绿色混凝土具有节约水泥、后期强度高、耐久性好等特点，特别适宜生产预制型再生建材制品。碱激发型再生砂粉绿色混凝土具有节约水泥、早期强度高、耐久性好等特点，特别适宜生产300-800kg/m3发泡型再生建材，用于地下管廊填充混凝土及房屋建筑填充墙混凝土使用，以及适宜生产装修建筑废物再生砂粉基绿色混凝土制品，包括市政工程用道路声屏障板、围墙板、路基垫层等等。
通过层压设备生产再生砂粉实现选首次改性、研磨设备生产再生复合掺合料实现机械力化学二次改性，以及激发技术的三次改性生产再生砂粉基绿色混凝土，从实现了再生材料大掺量，达到了既节约砂石又节约水泥的目的；由于其不含粗骨料，既大幅度提高其流动性，又避免与结构承重型混凝土混淆；由于再生砂粉绿色混凝土密度小于1900kg/m3属于法定轻集料混凝土范畴，适宜生产结构承重型混凝土以外各种轻质混凝土及其制品，从而有望发展成为第二混凝土，成为结构承重型混凝土的重要补充。
一种再生砂粉混凝土应用，包括再生砂粉基发泡混凝土和再生砂粉基非发泡混凝土；再生砂粉基预拌混凝土和再生砂粉基板块砖等预制混凝土；房屋工程用再生砂粉基填充混凝土、保温混凝土等和道路工程用再生砂粉基路基稳定混凝土、道路护坡混凝土以及市政地下工程填充混凝土等等。
与现有技术相比，本发明的一种再生砂粉绿色混凝土及其制备方法具有如下有益效果：
一、我国废旧混凝土排放约2亿吨/年，其中水泥石约5000万吨左右，将这5000万吨水泥石与砖混再生砂粉混磨制成再生复合掺合料，部分替代水泥用来生产非结构承重功能混凝土及其制品，具有重大节能、环保意义。
二、混凝土再生砂粉和砖混再生砂粉及其再生复合掺合料，既有填充性，又充分发挥其火山灰质胶凝材料特性；
三、本发明的一种再生砂粉绿色混凝土，充分发挥了再生砂粉的填充效应和微集料效应，以及再生复合掺合料胶凝性能，复掺超过70％，实现了再生材料大掺量，从而有利于促进建筑废物减量化；
四、碱激发水泥具有强度高、耐腐蚀性能好、耐久性好等优点，混杂建筑废物再生砂粉采用水玻璃等碱激发剂，可以制成再生砂粉基的聚合物混凝土，用来生产混杂再生砂粉混凝土道路隔声板(声屏障板)、道路隔断、城市沙发等市政构件，具有封闭性好、耐久性好、质量轻、韧性好等特点，解决了装修建筑废物混杂再生材料的资源化再生利用；
五、综合分析，本发明的一种再生砂粉绿色混凝土，属于绿色建材范畴：
1、一种再生砂粉绿色混凝土属于节材型绿色建材，再生砂粉和再生复合掺合料复掺超过 70％，意味着一种再生砂粉绿色混凝土节约70％天然资源，体现了保护有限天然资源的原则；
2、本发明的一种再生砂粉绿色混凝土属于节能型绿色建材；再生砂粉无需烘干、选粉，节约能耗约30度电/吨；再生复合掺合料是水泥石粉与砖混再生砂粉混磨得到的再生复合胶凝材料，水泥石粉中含有未水化的水泥颗粒及粘土烧结砖再生粉体具有火山灰质胶凝特点，加之水泥石中含有粉煤灰、矿渣粉、石灰石等物质，通过混磨机械力化学活化、碱激发等，实现了节约水泥；本发明的一种再生砂粉绿色混凝土将成为传统结构承重型混凝土的重要补充，钢筋混凝土结构建筑除了梁板柱等承重结构不宜使用再生砂粉基绿色混凝土外，其它轻质填充墙混凝土(含浇筑和预制)、屋面保温混凝土、地坪保温混凝土等都可以使用；
3、本发明的一种再生砂粉绿色混凝土属于健康型绿色建材；再生砂粉和再生复合掺合料都属于深加工回收的清洁再生材料；将5-50mm再生粗集料，采用层压再生工艺设备，利用产生的选择性粉碎现象，脆性材料碎粘土砖、混凝土、陶瓷、玻璃等硅酸盐建渣被压碎，韧性材料碎木块、织物、塑料等被压扁，再通过筛分机剥离混杂物，从而实现清洁再生材料回收；
4、本发明的一种再生砂粉绿色混凝土属于高性能绿色建材；一种再生砂粉基绿色混凝土是无粗骨料混凝土，可以配制成高流态混凝土，流动性好且不容易离析；
5、本发明的一种再生砂粉绿色混凝土属于高附加值绿色建材；由于砖混建筑废物再生粗集料强度低和混杂物含量波动大，其市场售价仅8-15元/吨；而再生砂粉是对砖混建筑废物再生粗集料进行深加工而得到的，既剥离了轻质混杂物，又改变了原有再生粗集料性状，实现了改性和活化，由于再生复合掺合料的生产，从而有利于利用发泡技术生产再生砂粉泡沫混凝土及其制品。经综合评估，有望实现平均1吨再生砂粉生产1立方再生砂粉混凝土，平均 1吨建渣再生材料创造200元市场价值，比砖混再生粗集料8-15元/吨的售价提高价值10倍以上；
6、本发明的一种再生砂粉绿色混凝土属于安全绿色建材；再生粗骨料混凝土，由于水泥砂浆裹着骨料，用肉眼很难辨别再生粗骨料品种、含量、搀兑率等，以及再生粗骨料混凝土容易与天然砂石骨料混凝土混淆，致使一些城市工程施工监理公司拒绝再生骨料混凝土进入施工现场(一些城市再生骨料混凝土进入施工现场就被举报)；而本发明的一种再生砂粉绿色混凝土是无粗骨料混凝土，作为非结构承重型的轻质填充混凝土使用，用手抓和肉眼看很容易辨别，不容易混淆；
7、本发明的一种再生砂粉绿色混凝土属于可循环利用建材；一种再生砂粉基绿色混凝土被破碎后还可以循环、回收、再生利用，避免堆放和填埋；
8、本发明的一种再生砂粉绿色混凝土是“通用混凝土”、“万能混凝土”、“第二混凝土”、“第二建材”，用途广泛；本发明的一种再生砂粉绿色混凝土除作为结构承重型混凝土使用外，适宜生产各种各样的混凝土：房屋保温墙混凝土、填充墙混凝土、地坪混凝土等，道路稳定混凝土、垫层混凝土、护坡混凝土，城市地下工程填充混凝土、灌浆混凝土、自流平混凝土、自密实混凝土等，都可以使用再生砂粉基绿色混凝土，以及可以生产各种用途的再生砂粉基绿色混凝土板块砖及构件。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1～8：
一种再生砂粉绿色混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)、再生砂粉的制备：
通常房屋拆除现场采用移动式破碎机预处理，粗碎后的建筑废物运到工厂进行再生利用。
粗碎后的建筑废渣进入工厂，通过棒条筛剥离出含土量较大的小于5mm渣土，然后采用：
步骤(1)再生砂粉制备工艺：
1、层压：颗粒大小为5-50mm的建筑废物再生粗集料采用高压辊压机的层压设备粉碎；
2、去杂：采用例如滚筒式筛分机的分选设备分离出粒径大于5mm的砂石或轻质混杂物，回收粒径小于5mm的再生砂粉。
步骤(2)、再生复合掺合料的制备：
1、混磨：采用例如雷蒙磨、立磨、环辊磨或球磨的研磨设备，按照质量比为7：3的混凝土再生砂粉和砖混再生砂粉加助磨剂混磨；
2、选粉：通过选粉机回收300-800目的再生复合掺合料。
步骤(3)、再生砂粉绿色混凝土的制备：
再生砂粉A，再生复合掺合料B，水泥C1、碱激发剂C2，发泡剂D1、减水剂D2，可以生产各种强度等级和各种密度等级的再生砂粉绿色混凝土及其板块砖等制品，可用于钢结构或混凝土结构装配式房屋工程建筑填充墙、保温隔热墙、地坪、屋面等非结构承重型混凝土使用以及市政工程路基稳定混凝土、路面(砖)、围墙等。
表1非发泡型再生砂粉混凝土及其制品各组分的配比(质量百分比)
表2发泡型再生砂粉混凝土及其制品各组分的配比(质量百分比)
经过比较分析，水泥激发型再生砂粉混凝土适宜生产应用于房屋工程用填充混凝土及其制品，碱激发型再生砂粉混凝土适宜生产应用于道路工程用混凝土及其制品，水泥与碱激发剂复合激发型再生砂粉混凝土适宜生产应用于发泡混凝土及其制品，具有节约水泥、强度适宜，用途广泛等特点。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种再生砂粉绿色混凝土，其特征在于，包括如下组份和质量百分比：
以再生砂粉和再生复合掺合料双掺总量超过70％而配制的密度小于1900kg/m3无粗骨料轻质混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种再生砂粉绿色混凝土，其特征在于，所述的再生砂粉是建筑废物经过无害化处理和资源化再生而生产的粒径小于5mm的再生砂和再生粉双组份再生材料，其中粒径小于0.075mm的再生粉占总的再生砂粉的10％-25％；所述的无害化处理和资源化再生是将建筑废物经过破碎、筛分初步分离出金属物、可燃物、泥土之后而获得的粒径在5-50mm的再生粗集料。
3.根据权利要求1所述的一种再生砂粉绿色混凝土，其特征在于，所述的再生复合掺合料为质量比为6：4～8：2的混凝土再生砂粉与砖混再生砂粉及助磨剂混磨而得到的再生凝胶材料。
4.根据权利要求3所述的一种再生砂粉绿色混凝土，其特征在于，所述的混凝土再生砂粉是混凝土建筑废物再生粗骨料经过粉碎、筛分分离出粒径大于5mm砂石颗粒后回收的粒径小于5mm的以水泥石颗粒为主的废旧混凝土再生砂粉。
5.根据权利要求3所述的一种再生砂粉绿色混凝土，其特征在于，所述的砖混再生砂粉是砖混建筑废物再生粗骨料经过粉碎、筛分分离出粒径大于5mm轻质混杂物颗粒后回收的粒径小于5mm的以粘土烧结砖颗粒为主的砖混建筑废物再生砂粉。
6.根据权利要求1所述的一种再生砂粉绿色混凝土，其特征在于，所述的碱激发剂包括硅酸钠、氢氧化钠。
7.根据权利要求1所述的一种再生砂粉绿色混凝土，其特征在于，所述外加剂包括发泡剂、减水剂。
8.一种再生砂粉绿色混凝土的制备方法，其特征在于对再生材料的三次改性而获得的一种新型再生建筑材料，包括如下步骤：
步骤(1)、再生材料首次改性——再生砂粉的制备：
步骤(1.1)、层压：5-50mm的建筑废物再生粗集料采用层压粉碎设备粉碎；
步骤(1.2)、去杂：采用分选设备分离出粒径大于5mm的颗粒(砂石或轻质混杂物)，回收粒径小于5mm的再生砂粉；
步骤(2)、再生材料二次改性——再生复合掺合料的制备：
步骤(2.1)、混磨：按照质量比为6：4～8：2的混凝土再生砂粉和砖混再生砂粉加助磨剂采用研磨设备混磨；
步骤(2.2)、选粉：通过选粉机回收300-800目的再生微粉即为再生复合掺合料，也是再生胶凝材料；
步骤(3)、再生材料三次改性——再生砂粉绿色混凝土的制备：
将再生砂粉和再生复合掺合料复掺比例大于70％，按照权利要求1所述的配比添加硅酸盐水泥、碱激发剂、外加剂，激发再生砂粉和再生复合掺合料的活性，生产出密度小于1900kg/m3的各种强度等级的再生砂粉绿色混凝土。
9.根据权利要求8所述的一种再生砂粉绿色混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(1.1)再生材料首次改性的层压设备包括高压辊压机，步骤(1.2)、去杂：采用分选设备包括滚筒筛；步骤(2.1)再生材料二次改性的研磨设备包括雷蒙磨、立磨、环辊磨、球磨。
10.根据权利要求8所述的一种再生砂粉绿色混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)再生材料三次改性的碱激发剂包括硅酸钠、氢氧化钠，外加剂包括发泡剂、减水剂。
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