CN106904847B

CN106904847B - 一种利用废弃混凝土水泥石相制备低烧复合水泥的方法

Info

Publication number: CN106904847B
Application number: CN201710235968.6A
Authority: CN
Inventors: 张领雷; 姬永生; 刘本琳; 殷允贺; 肖理坤; 刘翔宇
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT; Jiangsu Jianzhu Institute
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; Jiangsu Jianzhu Institute
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2019-07-19
Anticipated expiration: 2037-04-12
Also published as: CN106904847A

Abstract

一种利用废弃混凝土水泥石相制备低烧复合水泥的方法，属于水泥生产领域。本发明解决了废弃混凝土水泥石相资源化利用问题，同时还可以实现工业废渣的大掺量使用。该水泥包括下列重量份比的原料：脱水水泥石粉末50%‑70%、二水石膏2%‑5%、元明粉1.5%‑3%、矿粉25%‑40%、其他混合材0%‑20%。本发明制备工艺简单，按照本制备方法生产的水泥，废弃混凝土水泥石相得到高效利用，低温烧成技术使得水泥的生产成本大大降低，有效地减少了对天然资源的消耗和对环境的污染，具有明显的低碳环保效果，综合效益显著。

Description

一种利用废弃混凝土水泥石相制备低烧复合水泥的方法

技术领域

一种利用废弃混凝土水泥石相制备低烧复合水泥的方法，属于水泥生产领域。

背景技术

随着可持续发展战略的实施，水泥工业带来的资源、能源、环境问题成为制约其发展的主要因素。少用硅酸盐水泥熟料，尽量多利用固体废弃物来生产水泥，是一项具有环保意义和经济价值的课题。作为固体废弃物的重要组成，废弃混凝土利用是当前固废资源化利用的重要方面。再生混凝土技术能够较好的解决废弃混凝土的再生利用问题，而且对保护环境、节约砂石等天然资源具有重要意义，但对废弃混凝土中经济成本最高、环境负荷最重的水泥石相并未实现有效利用。

目前的研究表明，硬化水泥石在一定温度下煅烧可获得较高活性的脱水水泥石，具有一定的再水化能力。但从废弃混凝土中分离出来的硬化水泥石微粉颗粒较粗，需要进一步粉磨至水泥颗粒的细度方可作为胶凝材料使用。但在实际粉磨过程中，脱水水泥石极易出现“粘球、粘磨”、“微团聚”问题，导致粉磨效率降低，粉料颗粒平均粒径远大于水泥颗粒，限制了其胶凝性能的发挥。而即使能够将脱水水泥石超细粉磨，脱水水泥石微粉在使用时仍存在凝结时间短、需水量大、强度低等的问题。尤其是强度低的问题，极大地限制了其应用范围。因此，对脱水水泥石的力学性能的改性成为了其能否高效利用的关键。当脱水水泥石与高活性的硅灰复合作胶凝材料时，其力学性能有所提高但需水性明显增大；作为粉煤灰、矿粉的激发剂时，大掺量的粉煤灰、矿粉与脱水水泥石仅是分别粉磨后简单的复合，并未改变脱水水水泥石粉末的粒径且胶凝材料的匀致性得不到保证，力学性能依旧较低。

分析表明，脱水水泥石胶凝体系的强度较低的根本原因在于疏松多孔的脱水水泥石的颗粒硬度极低，这一方面导致脱水水泥石粉磨后的粒径依然偏粗，影响其胶凝能力的发挥；另一方面胶凝体系不能形成有效的支撑结构而使后期力学性能不佳。只有克服颗粒硬度低带来的两方面不利影响，才能彻底解决脱水水泥石胶凝体系强度低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用废弃混凝土水泥石相制备低烧复合水泥的方法，该方法充分发挥脱水水泥石易磨、良好胶凝性能的特点，制备出低烧复合水泥，从而实现脱水水泥石高效利用的目的。

本发明实现发明目的的基本思路：

矿粉作为常用辅助胶凝材料具有以下特性：自身的活性较高，可有效提高水泥基材料的后期强度；颗粒硬度非常高，可对其它胶凝材料起到微球磨效应，改善胶凝材料整体的颗粒级配；高颗粒硬度能够对胶凝体系的形成具有很好的微集料骨架支撑作用。因此，本发明利用矿粉的微球磨效应和微骨料效应，以矿粉作为脱水水泥石的固体分散剂和助磨剂，添加少量其他混合材和外加剂，经充分粉磨后实现脱水水泥石的超细粉磨与胶凝体系的高匀致性，制备出力学性能优异的低烧复合水泥。

本发明提出的利用废弃混凝土水泥石相制备低烧复合水泥的方法，

原料组成及其质量百分比：脱水水泥石粉末50%-70%、二水石膏2%-5%、元明粉1.5%-3%、矿粉25%-40%、其他混合材0%-20%。

该制备方法包括：煅烧工艺和粉磨工艺，具体方法过程如下：

步骤1，煅烧：将废弃混凝土中分离出的硬化水泥石粉末在600℃-800℃的温度下低温煅烧30min以上，即可实现水泥石相的胶凝性再生，制得脱水水泥石粉末。温度越低煅烧时间越长，煅烧时间上限以经济性和生产效率合理确定，一般煅烧时间90min足够，时间太长耗能增大。

步骤2，配制原料（质量百分比）：脱水水泥石粉末50%-70%、二水石膏2%-5%、元明粉1.5%-3%、矿粉25%-40%、其他混合材0%-20%，各组分按比例混合。

步骤3，粉磨：将步骤2配制的原料粉磨至粒度过0.08mm方孔筛筛余不大于2%、比表面积不小于400m²/kg，即得低烧复合水泥。

所述的硬化水泥石粉末为废弃混凝土破碎过程中分离出的硬化水泥石粉末；所述的矿粉为符合GB/T 18046-2008标准规定的粒化高炉矿渣微粉，为粒化高炉矿渣经磁选除铁处理后粉磨使其达到比表面积≥300 m²/kg制得，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的70%以上；其他混合材可为粉煤灰、赤泥、人工砂中的粉料、尾矿砂、煤矸石、采石场碎石屑等对混凝土无害的活性和惰性工业废渣，对于块状材料需破碎至通过0.15mm方孔筛筛余不大于5%，如为粉煤灰等粉料则可不需破碎直接使用，如原料潮湿需先烘干再破碎。

本发明具有以下有益效果：

（1）良好的力学性能

该制备方法生产的水泥具有较好的早强作用，3d强度大于30 MPa，明显高于P·O42.5普通硅酸盐水泥的3d强度。且28d强度不低于45MPa，与P·O 42.5普通硅酸盐水泥相当。

（2）消除了粘球粘磨问题，粉磨更高效

利用高颗粒硬度的矿粉等工业废渣作为脱水水泥石的固体分散剂和助磨剂，克服了脱水水泥石单独粉磨时的“粘球、粘磨”和“微团聚”问题，实现了脱水水泥石的超细粉磨，粉磨效率是普通硅酸盐水泥的3-5倍。

（3）低温烧成，低碳环保

经600-800℃低温煅烧即可恢复废弃混凝土水泥石相的胶凝能力，获得高活性的脱水水泥石。同时在煅烧过程中，水泥石相不再释放CO₂，粉磨过程采用工业废渣作为固体分散剂和助磨剂，整个生产过程能耗极低，低碳环保。

（4）原材料成本低廉

该制备方法的主要原料为废弃混凝土水泥石相、工业废渣，经简单处理即能得到满足实际使用要求的胶凝材料，其成本较水泥熟料生产工艺要低廉许多。

（5）显著的经济效益、环境效益和社会效益

利用废弃混凝土水泥石相制备的新型低烧复合水泥，能够减缓水泥工业中对粘土和石灰石泥等不可再生资源的过快消耗，最大限度利用建筑垃圾与工业废渣的使用价值与附加价值，将废弃混凝土和工业废渣变废为宝，减少工业废渣带来的种种环境污染问题。

附图说明

图1是水泥粒度分布柱状图，其中图a是脱水水泥石粒度分布柱状图，（b）低烧复合水泥粒度分布柱状图，（c）硅酸盐水泥粒度分布柱状图。

具体实施方式

实施例1：

1、低烧复合水泥制备

利用废弃混凝土水泥石相制备低烧复合水泥，该水泥原料组成及其质量百分比如下：脱水水泥石粉末57%、二水石膏3%、元明粉2%、矿粉28%、粉煤灰10%。

该制备过程：将废弃混凝土中分离出的硬化水泥石粉末在700℃的温度下低温煅烧1h，制得脱水水泥石粉末；将脱水水泥石粉末与上述原料按配方比例混合粉磨至粒度过0.08mm方孔筛筛余不大于2%、比表面积不小于400m²/kg，即得该低烧复合水泥。实测该水泥过0.08mm方孔筛筛余1.6%、比表面积410m²/kg。同时，将纯脱水水泥石粉末粉磨成微粉以作对照。

2、低烧复合水泥的基本性能

（1）粒度分布

纯脱水水泥石粉磨后的颗粒分布如图1(a)所示，从图中可看出其10-100μm范围内的颗粒相对较多，测得其平均粒径为30.38μm。低烧复合水泥的粒度分布见图1(b)，与图1(a)相比，10-100μm范围内的颗粒明显减少，1-10μm范围内的颗粒相对增多，测得其平均粒径为11.39μm。这说明高颗粒硬度粉体在低烧复合水泥制备的过程中，对脱水水泥石具有很好的微球磨作用，使其粒径明显减小。原料混合粉磨10min制备的低烧复合水泥的细度已略低于硅酸盐水泥（平均粒径在14-18μm范围内，颗粒分布见图1(c)），可见其粉磨效率极高，粉磨能耗远低于硅酸盐水泥。

（2）力学强度

P·O 42.5普通硅酸盐水泥、纯脱水水泥石微粉与低烧复合水泥的抗压强度（水灰比0.5、胶砂比1:3）如表1所示。从表中可以看出，无论是早期强度还是后期强度，纯脱水水泥石的抗折强度和抗压强度均较低，仅能作为低强胶凝材料使用，极大的限制了其使用范围。

与纯脱水水泥石相比，本发明制备的低烧复合水泥3d、28d抗折强度分别提高了103.8%和91.9%，3d、28d抗压强度分别提高了109.6%和127.9%，力学性能大幅提高。

与P·O 42.5普通硅酸盐水泥相比，低烧复合水泥的早期强度提高较大，抗折强度和抗压强度分别提高了16.3%和18.8%，早强效果明显。28d时的力学强度与P·O 42.5普通硅酸盐水泥相当。

表1 力学性能比较

其中本实施例所用P·O 42.5普通硅酸盐水泥为徐州中国联合建材集团生产。

实施例2，与实施例1基本相同，所不同的是水泥原料组成及其质量百分比：脱水水泥石粉末50%、二水石膏5%、元明粉3%、矿粉40%、赤泥2%。煅烧时间为30min，煅烧温度为800℃

实施例3，与实施例1基本相同，所不同的是水泥原料组成及其质量百分比：脱水水泥石粉末70%、二水石膏2%、元明粉1.5%、矿粉25%、尾矿砂或煤矸石或采石场碎石屑1.5%。煅烧时间为1.5h，煅烧温度为600℃。

实施例4，与实施例1基本相同，所不同的是水泥原料组成及其质量百分比：脱水水泥石粉末70%、二水石膏3%、元明粉2%、矿粉25%。

Claims

1.一种利用废弃混凝土水泥石相制备低烧复合水泥的方法，其步骤如下：

步骤1，煅烧：将废弃混凝土中分离出的硬化水泥石粉末在600℃-800℃的温度下低温煅烧30min以上，制得脱水水泥石粉末；

步骤2，配制原料（质量百分比）：脱水水泥石粉末50%-70%、二水石膏2%-5%、元明粉1.5%-3%、矿粉25%-40%、其他混合材0%-20%，各组分按比例混合；

步骤3，粉磨：将步骤2配制的原料粉磨至粒度过0.08mm方孔筛筛余不大于2%、比表面积不小于400m²/kg，即得低烧复合水泥；

所述低温煅烧时间为30min～90min；

所述的矿粉为符合GB/T 18046-2008标准规定的粒化高炉矿渣微粉，为粒化高炉矿渣经磁选除铁处理后粉磨使其达到比表面积≥300 m²/kg制得，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的70%以上；

所述其他混合材为粉煤灰、赤泥、人工砂中的粉料、尾矿砂、煤矸石或采石场碎石屑，粒度通过0.15mm方孔筛筛余不大于5%。