一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉及其制备方法

摘要

本发明提供了一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，它以废旧混凝土水泥石粉料、石粉、烧结助剂、脱硫石膏、激发剂为原料经粉磨而成。该再生活性微粉具有活性高、颗粒尺寸分布均匀等特点，可以有效提高建筑垃圾再生活性微粉的活性指数，改善混凝土和砂浆初始流动性能，减少流动性经时损失量，提高混凝土早强力学性能，具有显著的经济和环保效益。

权利要求

1.一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，其特征在于，它以废旧混凝土水泥石粉料、石粉、烧结助剂、脱硫石膏、激发剂为原料经粉磨而成，其中各组分按重量份数计为：所述烧结助剂为硫酸锌、碳酸锌、偏锌酸钠中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，其特征在于，所述废旧混凝土水泥石粉料以废旧混凝土或废旧砂浆为原料，首先采用破碎机进行一次破碎得粒径小于19mm的再生粗骨料，再进行二次破碎得粒径小于4.75mm的再生细骨料，然后对再生细骨料进行筛分取粒度小于2.36mm的粉料，即为废旧混凝土水泥石粉料。

3.根据权利要求1所述的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，其特征在于，所述石粉为石材加工工程中产生的边角料，其中SiO2含量为70～95wt％，粒径小于4.75mm。

4.根据权利要求1所述的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，其特征在于，所述脱硫石膏为烟气脱硫石膏，CaSO4·2H2O的质量含量大于90％，200目筛余为5-8％。

5.根据权利要求1所述的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，其特征在于，所述激发剂为改性膨润土、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、海藻酸钠、纯碱、碱木素的混合物，其中各组分所占质量百分比为：改性膨润土65-82％，聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯4-12％，海藻酸钠6-10％，纯碱2-8％，碱木素5-14％。

6.根据权利要求5所述的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，其特征在于，所述改性膨润土的制备步骤为：

1)将钙基膨润土、聚乙二醇200、对苯二酚升温至60-80℃，机械搅拌5-10min，再滴加马来酸单丁酯继续搅拌1-2h，保温0.5-1.0h；2)将步骤1)所得反应产物进行冷凝回流和抽滤反应，在80-110℃烘干4-6h，将所得固体进行研磨即得所述改性膨润土；其中钙基膨润土、聚乙二醇200、对苯二酚、马来酸单丁酯的质量比为1:(0.5-2):(0.02-0.05):(0.8-1.5)。

7.权利要求1～6任一项所述的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将废旧混凝土水泥石粉料、石粉和烧结助剂按比例混合均匀，进行煅烧处理，煅烧温度为300-500℃，时间为2-4h；2)将经步骤1)煅烧处理后的粉料与脱硫石膏和激发剂按比例混合进行粉磨处理，至出机粉料200目筛余小于15％，粉料比表面积为

350-450m2/kg，即得所述废旧混凝土低温热处理再生活性微粉。

说明书

一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着我国城市建设进程的不断加快，外延式房地产开发模式及大规模的旧城改造使得我国建筑垃圾的产量逐年增加，占到城市垃圾总量的30-50％。简单粗放的堆放、填埋等处理方式不能有效解决城市垃圾极速增长的现状，同时浪费了自然资源和土地资源。国内现阶段资源化处理建筑垃圾的主要技术手段一般为破碎和粉磨再生工艺制备再生粗细骨料、再生活性微粉及相关再生混凝土制品，但再生集料及制品质量与普通混凝土还有一定的差距，废旧混凝土资源转换率较低。建筑垃圾中的废旧混凝土和砂浆中含有水泥石、少部分砂子及未水化水泥，可以通过有效技术手段使之成为再利用的微粉，添加到砂浆及混凝土中，这种方法可以有效解决废旧混凝土的简单堆放，实现建筑垃圾再生资源化。

[0003] 但是在传统建筑垃圾中废旧混凝土处理工艺中，一般是通过废旧混凝土机械破碎和粉磨达到的，所以处理过程中鄂式破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机等破碎机会造成部分已破碎的石料及砂子掺入到建筑垃圾水泥石中(粒径小于4.75mm)。理论上水泥石是水泥水化的有效产物，通过适当工艺处理可以达到部分再水化的能力，但是混入的部分石料及砂子会造成废旧混凝土再生活性微粉的活性降低，潜在再利用价值不足，难于推广应用。同时，单一的水泥石再生活性处理技术生产具有较高的热激发温度和机械粉磨制造成本，不利于国家提倡的节能减排效果。

发明内容

[0004] 为解决上述建筑垃圾再生活性微粉由于部分石料及砂子对再生活性微粉活性的不利影响，本发明提供了一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，该再生活性微粉具有活性高、颗粒尺寸分布均匀等特点，可以有效提高建筑垃圾再生活性微粉的活性指数，改善混凝土和砂浆初始流动性能，减少流动性经时损失量，提高混凝土早强力学性能，且涉及的制备方法简单、能耗低，具有显著的经济和环保效益。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，它以废旧混凝土水泥石粉料、石粉、烧结助剂、脱硫石膏、激发剂为原料经粉磨而成，其中各组分按重量份数计为：

[0007]

[0008]

[0009] 上述方案中，所述废旧混凝土水泥石粉料以废旧混凝土或废旧砂浆为原料，首先采用破碎机进行一次破碎得粒径小于19mm的再生粗骨料，再进行二次破碎得粒径小于4.75mm的再生细骨料，然后对再生细骨料进行筛分取粒度小于2.36mm的粉料，即为所述废旧混凝土水泥石粉料。

[0010] 上述方案中，所述石粉为石材等在锯片、切削、磨片等加工工程中产生的边角料，SiO2含量为70～95wt％，粒径小于4.75mm。

[0011] 上述方案中，所述烧结助剂为硫酸锌、碳酸锌、偏锌酸钠中的一种或多种。

[0012] 上述方案中，所述脱硫石膏为烟气脱硫石膏，CaSO4·2H2O的质量含量大于90％，使用前烘干水分，200目筛余为5-8％(质量)。

[0013] 上述方案中，所述激发剂为改性膨润土、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、海藻酸钠、纯碱、碱木素的混合物，其中各组分质量百分比为：改性膨润土65-82％，聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯4-12％，海藻酸钠6-10％，纯碱2-8％，碱木素5-14％。

[0014] 上述方案中，所述改性膨润土的制备步骤为：1)将钙基膨润土、聚乙二醇200、对苯二酚加入到反应釜中，升温至60-80℃，机械搅拌5-10min，再滴加马来酸单丁酯继续搅拌1-2h，保温0.5-1.0h；2)将步骤1)所得反应产物进行冷凝回流和抽滤反应，在80-110℃烘干4-
6h，将所得固体进行研磨即得所述改性膨润土；其中钙基膨润土、聚乙二醇200、对苯二酚、马来酸单丁酯的质量比为1:(0.5-2):(0.02-0.05):(0.8-1.5)。

[0015] 上述一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉的制备方法，包括如下步骤：1)将废旧混凝土水泥石粉料与石粉和烧结助剂按比例混合均匀，进行低温煅烧处理(低温热处理)，煅烧温度300-500℃，时间2-4h；2)将经步骤1)煅烧处理后的粉料与脱硫石膏和激发剂按比例混合进行粉磨处理，粉磨时间为1-3h，至出机粉料200目筛余小于15％，比表面积为350-450m2/kg，即得所述废旧混凝土低温热处理再生活性微粉。

[0016] 本发明的技术原理为：

[0017] 1)通过对废旧混凝土水泥石粉料低温热处理技术使得粉料活性增加；废旧混凝土水泥石粉料中含有部分粉状细集料，而细集料中含有较多的二氧化硅等其他非水泥石成分，在锌化合物烧结助剂的作用下通过低温(300-500℃)热处理工艺可以提高二氧化硅颗粒表面醇基活性，同时低温热处理过程可以使水泥石中水化硅酸钙完全脱水，界面过渡区形成裂缝、多孔等薄弱结构，便于废旧混凝土水泥石粉料的粉磨处理；低温热处理还可以去除废旧混凝土水泥石粉料中可燃有机物，控制粉料含水率，提高水泥石粉料和非水泥石粉料整体的活性。

[0018] 2)通过化学激发和机械粉磨复合技术来提高废旧混凝土再生粉料活性；经低温热处理的废旧混凝土水泥石粉料水泥石与骨料由于膨胀系数的差异形成了较多的微裂纹，更加有利于粉磨处理；废旧混凝土水泥石粉料与化学激发剂(无机-有机激发剂)、脱硫石膏混合粉磨后改善了水泥石粉料的表面分散效果，采用的无机-有机激发剂形成分散介质粘附于废旧混凝土水泥石粉料颗粒表面，颗粒形状及颗粒粒度指数更加均匀，水泥石与集料更加分散，同时使所得微粉的活性得到较大提高。

[0019] 本发明的有益效果为：

[0020] 1)本发明将废旧混凝土水泥石粉料进行资源化再生利用，有效解决了现有混凝土或砂浆再生微粉活性普遍偏低的问题，制备出了高活性的混凝土和砂浆再生活性微粉，其7天活性指数达到50％，28天活性指数达到80-110％。

[0021] 2)通过一级破碎及筛余和二级破碎及筛余处理工艺，实现了废旧混凝土再生资源化的全面利用，一级破碎及筛分后可以作为再生粗骨料制备再生混凝土制品，二级破碎后的部分可以作为再生细骨料或者制备再生活性微粉的原材料，资源转化率接近100％。

[0022] 3)本发明所采用的石粉和烟气脱硫石膏均来源广泛，价格低廉，且加工及生产能耗低，经济效益明显，将工业副产品(石粉、脱硫石膏)添加到再生活性微粉中，改善了再生活性微粉的工作性能，同时降低了生产成本，探索出了石粉再生利用的新方式，显著降低能耗和电耗。

[0023] 4)本发明生产的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉可以部分替代水泥、粉煤灰、矿渣等使用，制备的混凝土工作性能、力学性能和耐久性能均得到有效改善。

具体实施方式

[0024] 为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

[0025] 以下实施例中，如无具体说明，所述的试剂均为市售化学试剂或工业产品。

[0026] 所述废旧混凝土水泥石粉料以废旧混凝土为原料，采用颚式破碎机进行一次破碎得粒径小于19mm的再生粗骨料，采用锤式破碎机将所得再生粗骨料进行二次破碎得粒径小于4.75mm的再生细骨料，然后对再生细骨料进行筛分取粒度小于2.36mm的粉料，即得废旧混凝土水泥石粉料。

[0027] 所述脱硫石膏采用烟气脱硫石膏，CaSO4·2H2O的质量含量为94％，200目筛余7％(质量)；所述石粉采用麻城汇森建材有限公司提供的花岗岩石粉料，SiO2含量为84wt％，取粒径小于4.75mm。

[0028] 所述改性膨润土的制备步骤为：1)将钙基膨润土、聚乙二醇200、对苯二酚加入到反应釜中，升温至75℃，机械搅拌8min，再滴加马来酸单丁酯继续搅拌2h，保温1h；其中钙基膨润土、聚乙二醇200、对苯二酚、马来酸单丁酯的质量比为1:0.8:0.03:1.2；2)将步骤1)所得反应产物进行冷凝回流和抽滤反应，在105℃烘干4h，将所得固体进行简单研磨即得所述改性膨润土。

[0029] 实施例1

[0030] 一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，它由100重量份废旧混凝土水泥石粉料、70重量份石粉、0.8重量份烧结助剂、7重量份脱硫石膏、0.8重量份激发剂组成；其中激发剂由72wt％改性膨润土、6wt％聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、8wt％海藻酸钠、5wt％纯碱、碱木素9wt％混合而成；烧结助剂为硫酸锌。

[0031] 所述废旧混凝土低温热处理再生活性微粉的制备步骤为：1)取废旧混凝土或废旧砂浆为原料，首先采用破碎机进行一次破碎得粒径小于19mm的再生粗骨料，再进行二次破碎得粒径小于4.75mm的再生细骨料，然后对再生细骨料进行筛分取粒度小于2.36mm的粉料作为废旧混凝土水泥石粉料；2)将步骤1)所得废旧混凝土水泥石粉料与石粉和硫酸锌按比例混合均匀，进行低温煅烧处理，煅烧温度400℃，煅烧时间3h；3)将步骤2)煅烧处理后的粉料与烟气脱硫石膏和激发剂按比例混合进行粉磨工艺处理，粉磨2h至出机粉料200目筛余小于15％(质量)，即得所述废旧混凝土低温热处理再生活性微粉。

[0032] 将本实施例制备的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉进行活性试验，结果表明其需水量比为98％，28天活性指数为93％，流动度比为105％，全自动比表面积测定仪测定的比表面积为421m2/kg。

[0033] 实施例2

[0034] 一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，它是由100重量份废旧混凝土水泥石粉料、65重量份石粉、0.7重量份烧结助剂、6重量份脱硫石膏、1.0重量份激发剂组成；其中激发剂由80wt％改性膨润土，4wt％聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯，7wt％海藻酸钠，4wt％纯碱，碱木素5wt％组成；烧结助剂为碳酸锌。

[0035] 所述废旧混凝土低温热处理再生活性微粉的制备步骤为：1)取废旧混凝土或废旧砂浆为原料，首先采用破碎机进行一次破碎得粒径小于19mm的再生粗骨料，再进行二次破碎得粒径小于4.75mm的再生细骨料，然后对再生细骨料进行筛分取粒度小于2.36mm的粉料作为废旧混凝土水泥石粉料；2)将步骤1)所得废旧混凝土水泥石粉料与石粉和碳酸锌按比例混合均匀，进行低温煅烧处理，煅烧温度430℃，煅烧时间2.5h；3)将步骤2)煅烧处理后的粉料与烟气脱硫石膏和激发剂按比例混合进行粉磨工艺处理，粉磨1.5h至出机粉料200目筛余小于15％(质量)，即得所述废旧混凝土低温热处理再生活性微粉。

[0036] 将本实施例制备的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉进行活性试验，结果表明其需水量比为100％，28天活性指数为95％，流动度比为92％，全自动比表面积测定仪测定的比表面积为436m2/kg。

[0037] 实施例3

[0038] 一种废旧混凝土低温热处理再生活性微粉，它是由100重量份废旧混凝土水泥石粉料、60重量份石粉、0.6重量份烧结助剂、8重量份脱硫石膏、1.2重量份激发剂组成；其中激发剂由68wt％改性膨润土，11wt％聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯，9wt％海藻酸钠，2wt％纯碱，碱木素10wt％组成；烧结助剂为偏辛酸钠。

[0039] 所述废旧混凝土低温热处理再生活性微粉的制备步骤为：1)取废旧混凝土或废旧砂浆为原料，首先采用破碎机进行一次破碎得粒径小于19mm的再生粗骨料，再进行二次破碎得粒径小于4.75mm的再生细骨料，然后对再生细骨料进行筛分取粒度小于2.36mm的粉料作为废旧混凝土水泥石粉料；2)将步骤1)所得废旧混凝土水泥石粉料与石粉和偏心酸钠按比例混合均匀，进行低温煅烧处理，煅烧温度380℃，煅烧2h至出机粉料200目筛余小于15％(质量)；3)将步骤2)煅烧处理后的粉料与烟气脱硫石膏和激发剂按比例混合进行粉磨工艺处理，粉磨时间1.5h，即得所述废旧混凝土低温热处理再生活性微粉。

[0040] 将本实施例制备的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉进行活性试验，结果表明其需水量比为99％，28天活性指数为96％，流动度比为95％，全自动比表面积测定仪测定的2
比表面积为442m/kg。

[0041] 应用例和对比例

[0042] 将实施例2制备的废旧混凝土低温热处理再生活性微粉应用于配制混凝土，配比见表1，将所得废旧混凝土低温热处理再生活性微粉全部替代普通Ⅱ级粉煤灰，性能测试结果见表2。

[0043] 所述水泥采用华新P·O42.5R水泥；粉煤灰采用武汉阳逻电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，活性指数80％；矿粉采用江南粉磨有限公司S95级高性能矿渣微粉，活性指数105％；碎石为5-30mm连续级配石灰岩碎石，压碎值7.9％，吸水率1.8％；河砂采用洞庭湖中砂，细度模数
2.8，含泥量0.8％；减水剂采用武汉苏博特聚羧酸系高效缓释型减水剂。

[0044] 表1应用例和对比例所述混凝土的配合比(kg/m3)

[0045]

[0046] 表2应用例与对比例所得混凝土的性能测试结果

[0047]

[0048] 上述结果表明：本发明所述废旧混凝土低温热处理再生活性微粉28天活性指数可以达到95％，将其应用于混凝土中可改善混凝土的初始流动性，且具有早期强度高，收缩率低等特点，可以完全取代粉煤灰使用。

[0049] 以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。