本发明属于建筑材料,具体涉及一种再生微粉物理-化学联合活化再生利用的方法。
背景技术:
1、随着全球工业化和城市化的推进,建筑面积稳步增长,导致对混凝土的需求不断增加。然而,每年城市建设和拆迁都会产生大量废弃混凝土。废弃混凝土往往被直接运往郊区、露天堆放或填埋,不仅造成环境污染,还造成巨大的经济损失。国内外利用建筑垃圾的主要方法是对其进行破碎和碾磨,通过机械和化学方法处理的再生骨料已广泛应用于工程项目中。然而,在制备再生粗集料和再生细集料的过程中,不可避免地会产生大量粒径小于0.16mm的再生混凝土粉,占粉碎材料总量的5%至20%。面对再生混凝土粉的高吸水性、多元化来源以及复杂的组成,其重复使用的过程呈现出明显的挑战性,再生微粉的大孔隙率和吸水性使得其在用于混凝土等建筑材料时,可能会显著影响材料的工作性、物理力学特性以及耐久性。
2、现有研究表明,再生微粉的化学成分主要由cao、sio2和al2o3组成,使其具有潜在的胶凝活性。因此,建筑固体废弃物粉末作为一种辅助胶凝材料,具有部分替代水泥的潜力。作为辅助胶凝材料部分替代水泥,不仅可以降低水泥和能源消耗,还有助于提高建筑固体废弃物的利用率和环境保护。再生微粉活化方法可分为物理(机械)活化、化学活化和热(高温)活化。与化学活化相比,物理活化和热活化能更有效地提高再生微粉的反应活性。然而,采用热处理等活化方式激发再生微粉活性时,一方面能耗相对较高,另一方面在处理过程中会产生大量co2,这与国家倡导的经济、环保和低能耗相违背。
3、研磨是一种利用机械力细化再生微粉以提高其活性的过程。干法研磨工艺通常用于再生微粉。然而,随着粒度的减小,颗粒的表面能显著增加,导致颗粒更容易团聚,研磨能耗也相应激增,使进一步降低细度的工作面临挑战。使用液相介质的湿法研磨可以降低物料的表面能,从而防止颗粒团聚。同时,球磨过程中添加具备助磨和络合作用的化学外加剂一方面可显著减少粉磨过程中的颗粒团聚,提高粉磨效率,优化粒度分布;另一方面在液体环境中化学外加剂中的羟基、胺基和磷酸基团在液体中与微粉金属离子(ca2+)形成配合物,提高离子溶解增大活性。此外,在水泥水化和硬化过程中,化学外加剂可通过影响水泥水化过程来影响水泥的凝结时间、强度发展等性能。
4、cn 106242336 a公开了一种应用建筑垃圾制备建筑砂浆的方法。该发明通过筛选、磨细、均化等特殊工艺制得建筑垃圾微粉,并通过复掺等方式制得砂浆。利用此发明方式制作建筑垃圾微粉的具体操作不够详实,且利用该方法制得的建筑垃圾微粉粒度不够细,对建筑垃圾微粉的活性激发有限,限制了其在建筑材料中的高效利用。
5、cn116283022 a公开了一种利用建筑垃圾微粉碳化再激活方法。该发明采用将建筑垃圾微粉做成强化浆液风干后的方式,一方面未加入化学活性外加剂,对建筑垃圾微粉的活性激发效果有限,需通入co2制备工艺复杂,另一方面浆液风干并非直接利用使得其流程更加繁琐,对建筑垃圾微粉的利用有限。
技术实现思路
1、针对再生微粉存量大,现有技术在处理再生微粉方面不环保、效率低等问题,本发明提供了一种再生微粉物理-化学联合活化再生利用的方法。本发明方法一方面缓解了再生微粉对自然环境的污染和经济损失,另一方面再生微粉对于水泥的部分替代缓解了水泥的碳排放和能源消耗等问题,提供了一种再生微粉的高效资源化利用的可行性方案。
2、本发明对再生微粉进行低碳处理,利用液体环境下高球磨效率和高分散性,同时利用化学外加剂中羟基、胺基和磷酸基团在液体中与微粉金属离子(ca2+)形成配合物,提高微粉金属离子的溶解增大活性。本发明利用化学外加剂经低碳联合作用后可显著提高再生微粉ca2+溶解好和活性,活性高达75%;且经联合作用处理完后浆体可直接成型,不需要烘干,工艺流程简单,符合国家低碳发展目标。
3、本发明再生微粉物理-化学联合活化再生利用的方法,包括如下步骤:
4、步骤1:收集拆除后的建筑废弃物置于多级破碎机中,经过破碎、筛分、分选得到废弃混凝土再生微粉;
5、步骤2:取10-25份废弃混凝土再生微粉与10-45份水混合并加入0.02-0.2份化学外加剂后湿球磨30min,得到再生微粉浆液;
6、步骤3:将10-30份再生微粉浆液与60-90份水泥和5-40份水混合搅拌,随后将获得的水泥-微粉浆体倒入模具成型,经振捣、养护得到水泥-微粉净浆材料。
7、上述投料比按质量份计。
8、步骤1中,所述废弃混凝土再生微粉的粒径≤0.16mm。
9、步骤2中,所述化学外加剂为具备助磨作用和化学络合作用的具有羟基、胺基和磷酸基团的醇胺类和磷酸基团类物质的一种或几种,具体选自三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种。二者均为稠状液体,使用前需先置于水中搅拌至充分分散。
10、步骤2中,湿球磨时,球磨罐中球料比为1:1-3:1,水料比为1:1-1:2,研磨球采用氧化锆材质且级配为18-22mm:9-11mm:3.5-4mm=3:6:1,球磨机转速为400r/min。
11、步骤3中,所述水泥为p·o 42.5级水泥。
12、步骤3中,水灰比为0.4-0.5。
13、步骤3中,试块拆模前需养护24小时,拆模后养护至28天,养护环境为20±2℃,湿度不低于95%。
14、所述再生微粉浆体为再生微粉、水和化学外加剂组成的可直接加工的浆体,配置水泥-微粉浆体试块时的需水量需扣除浆体内水剂量掺入搅拌机中。
15、本发明将活化的再生微粉浆料参入到水泥净浆中,替代10%-40%水泥用量,使其在水泥基材料中进行广泛应用。
16、本发明方法处理后溶液中金属离子溶解度不断增大,并于化学助剂中的阴离子络合继续溶解。
17、本发明的技术原理为:
18、通过将收集的再生微粉掺加外加剂并进行湿磨,制备出富含活性的辅助胶凝材料。首先再生微粉经由机械球磨作用后一方面会细化颗粒、增加表面活性,另一方面可以将微粉中已有的晶态有序结构转变为非晶态无定型结构,同时再生微粉中被包裹的未水化熟料被释放可发生再次水化;在湿磨过程中加入具有络合作用的化学助剂,一方面它可以提高球磨效率并降低能耗,另一方面它与金属离子(ca2+、mg2+)形成稳定络合物,碱性环境更容易使固体中离子溶解。最后,液相中生成的微晶核可以增强早起水化反应,提高胶凝材料的稳定性和一致性。此外,由于经过化学外加剂处理后的浆体,含有浆体试块成型具备的液体和浆料,无需再次进行烘干成型,减少能现有技术存在的制备工艺流程复杂,经济效益不高,可持续发展能力差等问题。
19、本发明有益效果体现在:
20、(1)本发明通过湿磨过程中加入具备助磨和化学络合的助剂,提高助磨效果同时,增大了活性离子的溶解,并通过络合作用控制钙离子的浓度,调节水化反应速率。
21、(2)本发明通过上述方法低碳制备的得到的辅助性胶凝材料,活性指数可达65%以上,可实现建筑废弃物的高值化利用。
22、(3)使用具备湿磨作用和改性作用的化学外加剂,二者作为助磨剂可以通过降低能耗,提升粉体粒度分布和性能。作为性能改性剂,一方面通过与水泥中的矿物相如c3a和c3s发生相互作用,影响水泥的水化速率和水化产物的形成,提高水泥的早期强度,有利于水泥石的早期硬化过程;另一方面,既可以参与生成某些具有特定结构的水化产物,提升基体的致密性和耐久性,还可以通过影响水泥浆的粘度和流动性,改善混凝土和浆体的工作性。
23、(4)本方法制备的辅助性胶凝材料浆体级配更好,活性更高,不需在湿磨处理后烘干利用可直接按照配比进行成型,施工方便快捷,显著降低能耗,具备良好的稳定性。
1.一种再生微粉物理-化学联合活化再生利用的方法,其特征在于包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于: