CN113087465A - 全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法，将建筑垃圾作为主要原料；制备绿色超高性能混凝土胶凝材料，采用磨机对原料进行超细化处理，将固体建筑垃圾作为原料制备纳微米级超细掺和料，纳微米级固体建筑垃圾作为早强剂，促进混凝土形成最紧密堆积，提高混凝土的密实性。考虑到建筑行业中产生的大量固体建筑垃圾，给生态环境带来了污染等问题，本发明提高了固体建筑垃圾的利用率，降低了超高性能混凝土的生产成本。提供了一种全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法。

Description

全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法
技术领域
本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法。
背景技术
一种全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的原材料通常为普通硅酸盐水泥(P·I52.5)、废加气混凝土块、石英砂、钢纤维和聚羧酸高性能减水剂等，生产成本较普通混凝土2-3倍。在大多数工程中，传统混凝土可满足性能要求，而超高性能混凝土价格昂贵，难以取代传统混凝土，导致其推广受限。采用将废加气混凝土破碎、分离、然后进行湿法研磨，取代部分胶凝材料，进行全组分利用，一定程度上减少胶凝材料生产成本，提升了混凝土的力学性能；全组分利用废加气混凝土建筑垃圾，减少了建筑业对天然砂石开采，提升了建筑垃圾二次利用的效率；利用废加气混凝土建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土，达到保护自然环境，降低能耗的目的，产生良好的经济效益、社会效益和环保效益。
CN109584973A公开了一种建筑废弃物粉基生态型超高性能混凝土的设计和制备方法，采用建筑废弃物粉替代部分胶凝材料，减少了水泥用量，且生态环保，但力学性能不足。
CN109293311A公开了一种超高性能混凝土浆料、超高性能混凝土及其制备方法，材料组分包括:水泥、微硅粉、纳米二氧化硅、石英粉、硅砂、钢纤维、减水剂和水，通过最紧密堆积模型算出实验配方，制备出一种力学性能优良的超高性能混凝土，但材料种类多，成本昂贵，不利用推广。
绿色混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，是混凝土发展的必然方向，超高性能混凝土的需求与日俱增，在满足现代混凝土生产和使用需要的前提下，坚持可持续发展原则。因此，研发一种全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、能耗低、生产成本低、对环境友好、废渣利用率高的绿色超高性能混凝土制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将固体块状建筑垃圾送入中破碎机中破碎，得到固体建筑垃圾集料；再将固体建筑垃圾集料送入卧式球磨机中研磨，得到固体建筑垃圾粉末；
S2：将步骤S1中的固体建筑垃圾粉末通过液相研磨***分离，得到硅质原料和固体建筑垃圾粉末浆液；
S3：将步骤S2中分离得到的固体建筑垃圾粉末浆液送入立式球磨机中进行湿法研磨，通过控制研磨时间，得到微米级和纳微米级固体建筑垃圾粉末浆料；
S4：将步骤S1中的固体建筑垃圾集料、固体建筑垃圾粉末，步骤S2中的硅质原料、步骤S3得到的微米级和纳微米级固体块状建筑垃圾粉末浆料连同硅质原料粉料、水泥按比例均匀混合搅拌，送入搅拌机中持续搅拌，依次加入水、聚羧酸高性能减水剂、镀铜钢纤维搅拌成型得到一种全组分利用建筑垃圾制备的绿色超高性能混凝土。
作为优选方案，所述步骤S1中，所述固体块状建筑垃圾为废加气混凝土块，所述固体建筑垃圾集料为废加气混凝土块集料，所述固体建筑垃圾粉末为废加气混凝土粉料；废加气混凝土块，其主要成分为水泥、粉煤灰、石膏、石英砂；
所述步骤S2中，所述硅质原料为石英砂，固体建筑垃圾粉末浆料为废加气混凝土粉末浆体。
进一步地，所述步骤S3中，所述固体含量为45％废加气混凝土粉末浆体通过湿法研磨，得到微米级和纳微米级废加气粉末浆料。
更进一步地，所述步骤S1和步骤S3中，破碎机为颚式破碎机，进料粒径小于50cm，液相研磨***为直线式混凝土砂石分离机；
所述步骤S1中颚式球磨机产能为50-120t/h，颚式球磨机研磨时间为30-60min；
所述步骤S2中直线式混凝土砂石分离机工作时间为8-10min；
所述步骤S3立式球磨机转速为400rad/min。
更进一步地，所述步骤S4的具体过程如下：
将硅酸盐水泥、微米级和纳微米级废加气粉末浆料，预搅拌2min，再加入固体建筑垃圾集料和固体建筑垃圾粉末搅拌1min；搅拌过程中分两次加入水和聚羧酸高性能减水剂混合物；持续搅拌混凝土浆料，随后均匀加入钢纤维，搅拌时间8min，得到一种全组分利用建筑垃圾制备的绿色超高性能混凝土；
将纳微米级废加气混凝土粉末浆料主要用作绿色超高性能混凝土超细掺和料，提高废加气混凝土的内养护性能；
聚羧酸高性能减水剂的加入总量占胶凝材料比例为0.4％-0.7％。
更进一步地，所述步骤S4中，固体建筑垃圾粉末替代石英砂，用纳微米级废加气粉末浆料替代部分硅灰，减少了硅灰的用量，降低混凝土生产成本；通过控制湿法研磨时间，得到10-14μm的废加气块粉末浆料，将微米级废加气粉末浆料用来替代水泥，促进了全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土；废加气混凝土建筑垃圾经过处理，达到不同粒径，各级填充，提高混凝土的密实度，形成最紧密堆积模型。
作为最优选地具体实施方案，供参考如下：
S1：将废加气混凝土块送入中破碎机中破碎，得到废加气混凝土块集料；再将破碎后的废加气混凝土块送入卧式球磨机中研磨，得到废加气混凝土粉料；废加气混凝土粉料的平均粒径为0.5-1.0mm；
S2：将步骤S1中的废加气混凝土粉料通过液相研磨***分离，得到石英砂和废加气混凝土粉末浆液；石英砂的平均粒径为0.8-1.5mm；
S3：将步骤S2中分离得到的废加气混凝土粉末浆液送入立式球磨机中进行湿法研磨，得到微米级和纳微米级废加气混凝土粉末浆料；通过湿法研磨时间不同，得到10-14μm和300-400nm废加气混凝土粉末浆料；将废加气混凝土粉末浆体和水以相应比例(水料比为3:4)混合后湿法研磨25-35min，静停5-10min，重复至少3次，总研磨时间为85min-125min，得到纳微米级粉末浆料，粒径为200-300nm；随着湿法研磨时间增加，机器和集料的温度上升，静停能有效缓解机器和集料温度过高而造成机器研磨效率降低的现象；
S4：将步骤S1得到的固体废加气块集料400-600质量份、废加气混凝土粉料100-200质量份、步骤S3得到的纳微米级废加气混凝土粉末浆料25-45质量份和微米级废加气混凝土粉末浆料50-90质量份、水泥250-450质量份按一定比例均匀混合搅拌，送入搅拌机中持续搅拌，依次加入水125-225质量份、聚羧酸高性能减水剂4-7质量份、镀铜钢纤维50-80质量份，搅拌成型得到绿色超高性能混凝土；所述聚羧酸高性能减水剂为自制减水剂，固体含量为40％；钢纤维长径比为47-56。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明所涉及的湿法研磨工艺，利用了湿法研磨效率高，能耗低且优化了颗粒的粒径分布。废加气块中含有SiO2(36.0％)，CaO(22.4％)，Al2O3(18.5％)等成分，其中二氧化硅作为湿法研磨介质，通过湿法研磨激发废加气块粉料活性，制备纳微米废加气浆料早强剂具有无污染，分散稳定性高的特点。
2、本发明中将废加气混凝土粉料和水进行湿法研磨，通过控制研磨时间，得到微米级和纳微米级废加气混凝土粉末浆料，微米级和纳微米级废加气混凝土粉末浆料填充了胶凝材料在混凝土中所产生的微小孔隙，增大了混凝土内部密实度。将废加气混凝土粉料和水进行湿法研磨，便于制备超细活性浆料；将废加气混凝土粉料作为细粉料，替代石英粉等细粉料。
3、本发明中采用液相研磨***分离石英砂，一定程度上降低了集料的应用，同时拓展了废弃建筑材料利用的途径。
4、该制备方法采用湿法研磨，纳微米级废加气混凝土粉末浆料替代硅灰，不仅节约建造成本，还减少了硅灰、水泥和石英粉等材料用量，降低了超高性能混凝土的生产成本，缓解了建筑垃圾堆放的现状，一定程度上推动了水泥基材料的绿色可持续发展。
附图说明
图1为废加气混凝土与湿磨纳微米废加气混凝土的SEM图像；
图2为不同掺量纳米废加气混凝土抗压强度图。
具体实施方式
为更进一步说明本发明的内容，特别列举以下实施例对本发明做进一步的详细描述。实施例以说明的方式给出，制备出以下绿色超高性能混凝土的方法，具体实施案例如下：
实施例1
本实施例中全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的原材料通常为普通硅酸盐水泥(P·I 52.5)、废加气混凝土块、石英砂、钢纤维和聚羧酸高性能减水剂等按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
S1：将废加气混凝土块送入中破碎机中破碎，得到废加气混凝土块集料；再将破碎后的废加气混凝土块送入卧式球磨机中研磨，得到废加气混凝土粉料；
S2：将步骤S1中的废加气混凝土粉料通过液相研磨***分离，得到石英砂和废加气混凝土粉末浆液；
S3：将步骤S2中分离得到的废加气混凝土粉末浆液送入立式球磨机中进行湿法研磨，通过控制研磨时间，得到微米级和纳微米级废加气混凝土粉末浆料；
S4：将步骤S1得到的固体废加气块集料400-600质量份、废加气混凝土粉料100-200质量份、步骤S3得到的纳微米级废加气混凝土粉末浆料25-45质量份和微米级废加气混凝土粉末浆料50质量份(纳微米粉料浆料占胶凝材料2％)、水泥250-450质量份、石英砂300-400质量份按一定比例均匀混合搅拌，送入搅拌机中持续搅拌，依次加入水125-225质量份、聚羧酸高性能减水剂4-7质量份、镀铜钢纤维50-80质量份，搅拌成型得到绿色超高性能混凝土；
实施例2
本实施例中全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的原材料通常为普通硅酸盐水泥(P·I 52.5)、废加气混凝土块、石英砂、钢纤维和聚羧酸高性能减水剂等按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
S1：将废加气混凝土块送入中破碎机中破碎，得到废加气混凝土块集料；再将破碎后的废加气混凝土块送入卧式球磨机中研磨，得到废加气混凝土粉料；
S2：将步骤S1中的废加气混凝土粉料通过液相研磨***分离，得到石英砂和废加气混凝土粉末浆液；
S3：将步骤S2中分离得到的废加气混凝土粉末浆液送入立式球磨机中进行湿法研磨，通过控制研磨时间，得到微米级和纳微米级废加气混凝土粉末浆料；
S4：将步骤S1得到的固体废加气块集料400-600质量份、废加气混凝土粉料100-200质量份、步骤S3得到的纳微米级废加气混凝土粉末浆料25-45质量份和微米级废加气混凝土粉末浆料60质量份(纳微米粉料浆料占胶凝材料4％)、水泥250-450质量份、石英砂300-400质量份按一定比例均匀混合搅拌，送入搅拌机中持续搅拌，依次加入水125-225质量份、聚羧酸高性能减水剂4-7质量份、镀铜钢纤维50-80质量份，搅拌成型得到绿色超高性能混凝土；
实施例3
本实施例中全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的原材料通常为普通硅酸盐水泥(P·I 52.5)、废加气混凝土块、石英砂、钢纤维和聚羧酸高性能减水剂等按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
S1：将废加气混凝土块送入中破碎机中破碎，得到废加气混凝土块集料；再将破碎后的废加气混凝土块送入卧式球磨机中研磨，得到废加气混凝土粉料；
S2：将步骤S1中的废加气混凝土粉料通过液相研磨***分离，得到石英砂和废加气混凝土粉末浆液；
S3：将步骤S2中分离得到的废加气混凝土粉末浆液送入立式球磨机中进行湿法研磨，得到微米级和纳微米级废加气混凝土粉末浆料；
S4：将步骤S1得到的固体废加气块集料400-600质量份、废加气混凝土粉料100-200质量份、步骤S3得到的纳微米级废加气混凝土粉末浆料25-45质量份和微米级废加气混凝土粉末浆料70质量份(纳微米粉料浆料占胶凝材料6％)、水泥250-450质量份、石英砂300-400质量份按一定比例均匀混合搅拌，送入搅拌机中持续搅拌，依次加入水125-225质量份、聚羧酸高性能减水剂4-7质量份、镀铜钢纤维50-80质量份，搅拌成型得到绿色超高性能混凝土；
实施例4
本实施例中全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的原材料通常为普通硅酸盐水泥(P·I 52.5)、废加气混凝土块、石英砂、钢纤维和聚羧酸高性能减水剂等按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
S1：将废加气混凝土块送入中破碎机中破碎，得到废加气混凝土块集料；再将破碎后的废加气混凝土块送入卧式球磨机中研磨，得到废加气混凝土粉料；
S2：将步骤S1中的废加气混凝土粉料通过液相研磨***分离，得到石英砂和废加气混凝土粉末浆液；
S3：将步骤S2中分离得到的废加气混凝土粉末浆液送入立式球磨机中进行湿法研磨，得到微米级和纳微米级废加气混凝土粉末浆料；
S4：将步骤S1得到的固体废加气块集料400-600质量份、废加气混凝土粉料100-200质量份、步骤S3得到的纳微米级废加气混凝土粉末浆料25-45质量份和微米级废加气混凝土粉末浆料80质量份(纳微米粉料浆料占胶凝材料8％)、水泥250-450质量份、石英砂300-400质量份按一定比例均匀混合搅拌，送入搅拌机中持续搅拌，依次加入水125-225质量份、聚羧酸高性能减水剂4-7质量份、镀铜钢纤维50-80质量份，搅拌成型得到绿色超高性能混凝土；
实施例5
本实施例中全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的原材料通常为普通硅酸盐水泥(P·I 52.5)、废加气混凝土块、石英砂、钢纤维和聚羧酸高性能减水剂等按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
S1：将废加气混凝土块送入中破碎机中破碎，得到废加气混凝土块集料；再将破碎后的废加气混凝土块送入卧式球磨机中研磨，得到废加气混凝土粉料；
S2：将步骤S1中的废加气混凝土粉料通过液相研磨***分离，得到石英砂和废加气混凝土粉末浆液；
S3：将步骤S2中分离得到的废加气混凝土粉末浆液送入立式球磨机中进行湿法研磨，得到微米级和纳微米级废加气混凝土粉末浆料；
S4：将步骤S1得到的固体废加气块集料400-600质量份、废加气混凝土粉料100-200质量份、步骤S3得到的纳微米级废加气混凝土粉末浆料25-45质量份和微米级废加气混凝土粉末浆料90质量份(纳微米粉料浆料占胶凝材料10％)、水泥250-450质量份、石英砂300-400质量份按一定比例均匀混合搅拌，送入搅拌机中持续搅拌，依次加入水125-225质量份、聚羧酸高性能减水剂4-7质量份、镀铜钢纤维50-80质量份，搅拌成型得到绿色超高性能混凝土；
对照组0-0
将固体废加气块集料400-600质量份、废加气混凝土粉料100-200质量份、微米级废加气混凝土粉末浆料25-45质量份(纳微米粉料浆料占胶凝材料0％)、水泥250-450质量份、石英砂300-400质量份按一定比例均匀混合搅拌，送入搅拌机中持续搅拌，依次加入水125-225质量份、聚羧酸高性能减水剂4-7质量份、镀铜钢纤维50-80质量份，搅拌成型得到绿色超高性能混凝土；
力学性能测试按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护28d的抗压强度；28d抗压强度测试参照中国建筑材料协会标准T/CBMF37-2018《超高性能混凝土基本性能与试验方法》。
表1：性能测试
Figure BDA0003001346500000071
由表1可知，随着纳微米级废加气粉末浆料掺量的增加，密度逐渐增加，混凝土流动性降低，这是由于纳微米浆料填充了混凝土中的微小孔隙，提升混凝土的密实度；随着掺量增加，混凝土28抗压强度呈上升趋势，强度最高提升112％；随着纳微米浆料的掺量增加，其收缩应变呈上升趋势，并且电通量呈下降趋势。综上所述，利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法满足中国标准，且为建筑垃圾绿色的回收利用提供新的途径。
从图1中可以明显观察到废加气混凝土孔隙明显减小，湿磨纳米废加气混凝土具有更好的填充效应，从而降低了混凝土的孔隙率，提高了废加气超高性能混凝土的抗压强度。
如图2所示，随着纳微米级废加气浆料掺量提升，1d强度较对照组强度先增加后下降，这是由于减水剂的负面效应所导致的，7d、28d强度较对照组强度均出现增长，减水剂负面效应消失，纳微米级废加气浆料产生的晶核效应和填充效应，促进废加气混凝土强度增长。随着实施例1-5中纳微米浆料的掺量增加，28d抗压强度呈增加状态，与SEM图中湿磨纳微米废加气浆料孔隙体积减小的结果符合，结果证实了全组分利用废加气块制作超高性能混凝土具有可行性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将固体块状建筑垃圾送入中破碎机中破碎，得到固体建筑垃圾集料；再将固体建筑垃圾集料送入卧式球磨机中研磨，得到固体建筑垃圾粉末；
S2：将步骤S1中的固体建筑垃圾粉末通过液相研磨***分离，得到硅质原料和固体建筑垃圾粉末浆液；
S3：将步骤S2中分离得到的固体建筑垃圾粉末浆液送入立式球磨机中进行湿法研磨，通过控制研磨时间，得到微米级和纳微米级固体建筑垃圾粉末浆料；
S4：将步骤S1中的固体建筑垃圾集料、固体建筑垃圾粉末，步骤S2中的硅质原料、步骤S3得到的微米级和纳微米级固体块状建筑垃圾粉末浆料连同硅质原料粉料、水泥按比例均匀混合搅拌，送入搅拌机中持续搅拌，依次加入水、聚羧酸高性能减水剂、镀铜钢纤维搅拌成型得到一种全组分利用建筑垃圾制备的绿色超高性能混凝土。
2.根据权利要求1所述的全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法，其特征在于：
所述步骤S1中，所述固体块状建筑垃圾为废加气混凝土块，所述固体建筑垃圾集料为废加气混凝土块集料，所述固体建筑垃圾粉末为废加气混凝土粉料；废加气混凝土块，其主要成分为水泥、粉煤灰、石膏、石英砂；
所述步骤S2中，所述硅质原料为石英砂，固体建筑垃圾粉末浆料为废加气混凝土粉末浆体。
3.根据权利要求1或2所述的全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述固体含量为45％废加气混凝土粉末浆体通过湿法研磨，得到微米级和纳微米级废加气粉末浆料。
4.根据权利要求1或2所述的全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法，其特征在于：所述步骤S1和步骤S3中，破碎机为颚式破碎机，进料粒径小于50cm，液相研磨***为直线式混凝土砂石分离机；
所述步骤S1中颚式球磨机产能为50-120t/h，颚式球磨机研磨时间为30-60min；
所述步骤S2中直线式混凝土砂石分离机工作时间为8-10min；
所述步骤S3立式球磨机转速为400rad/min。
5.根据权利要求3所述的全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法，其特征在于：所述步骤S1和步骤S3中，破碎机为颚式破碎机，进料粒径小于50cm，液相研磨***为直线式混凝土砂石分离机；
所述步骤S1中颚式球磨机产能为50-120t/h，颚式球磨机研磨时间为30-60min；
所述步骤S2中直线式混凝土砂石分离机工作时间为8-10min；
所述步骤S3立式球磨机转速为400rad/min。
6.根据权利要求1或2或5所述的全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法，其特征在于：所述步骤S4的具体过程如下：
将硅酸盐水泥、微米级和纳微米级废加气粉末浆料，预搅拌2min，再加入固体建筑垃圾集料和固体建筑垃圾粉末搅拌1min；搅拌过程中分两次加入水和聚羧酸高性能减水剂混合物；持续搅拌混凝土浆料，随后均匀加入钢纤维，搅拌时间8min，得到一种全组分利用建筑垃圾制备的绿色超高性能混凝土；
将纳微米级废加气混凝土粉末浆料主要用作绿色超高性能混凝土超细掺和料，提高废加气混凝土的内养护性能；
聚羧酸高性能减水剂的加入总量占胶凝材料比例为0.4％-0.7％。
7.根据权利要求6所述的全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土的方法，其特征在于：所述步骤S4中，固体建筑垃圾粉末替代石英砂，用纳微米级废加气粉末浆料替代部分硅灰，减少了硅灰的用量，降低混凝土生产成本；通过控制湿法研磨时间，得到10-14μm的废加气块粉末浆料，将微米级废加气粉末浆料用来替代水泥，促进了全组分利用建筑垃圾制备绿色超高性能混凝土；废加气混凝土建筑垃圾经过处理，达到不同粒径，各级填充，提高混凝土的密实度，形成最紧密堆积模型。
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