[发明专利]用废弃混凝土和污泥制生态水泥和活性砂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用废弃混凝土和污泥制生态水泥和活性砂的方法。

背景技术

当前，我国废弃混凝土日均产量已逾百万吨，且以每年8％的速度增长，预计2020年将达到6.5～7.0亿吨。这些废弃混凝土如果不能得到良好的再利用，不仅破坏生态环境，而且也是资源的巨大浪费，同时还将进一步加剧建材行业的生产负担。我国水泥产量居世界首位，2014年水泥产能近28亿吨；与此同时，水泥生产所需的石灰石、黏土等原材料却面临资源匮乏的局面。利用废弃混凝土制备再生水泥，通过水泥—混凝土材料的闭路循环，一方面可以直接减少整个混凝土生产系统的废弃物，实现废弃混凝土的高附加值再生利用；另一方面，能够有效缓解水泥工业的生产压力，减少对不可再生资源的消耗。

近年来，废弃混凝土资源化利用国内外相关研究多集中于再生骨料，且以多级破碎、振动分选方式为主，但是，受废弃混凝土成分复杂性以及骨料与硬化砂浆分离技术的限制，我国现阶段再生骨料生产成本较高而产品性能有限，骨料破碎过程中产生裂缝损伤，且骨粒表面粘附有大量疏松的水泥石矿物，导致骨料强度、弹性模量下降，吸水量上升，界面结构脆弱，直接影响其应用。此外，再生骨料技术主要利用的是废弃混凝土中的粗骨料，而成本更高的砂浆、尤其是水泥石部分没有被有效的利用。

在以废弃混凝土为原料煅烧水泥方面，目前研究的技术途径主要有二种。

一是，从废弃混凝土中分离出粗骨料，利用废弃混凝土中的粗骨料取代部分天然石灰石作为水泥钙质原料。申请号为201110307407.5的中国专利申请“用废弃混凝土制备水泥熟料的方法”及2012年4月《土木建筑与环境工程》第34卷第2期“废弃混凝土再生水泥熟料的配制与性能”介绍了重庆大学万朝均等在实验室将废弃混凝土多次破碎、分离，去掉含砂较多的水泥石（＜5mm颗粒物），获得以石灰石为主的颗粒(粒径5～20mm)，取代天然石灰石煅烧熟料。武汉理工大学万惠文等同样以实验室条件利用废弃混凝土代替部分石灰石原料配料烧制水泥，实验室配料中石灰石取代率为60％时可煅烧出熟料。

二是，利用废弃混凝土破碎后分离出的水泥石微粉、含砂硬化水泥石或者砂浆部分作为水泥生料组分。

废弃混凝土经破碎、分选制备再生骨料过程中产生的细小微粒，主要成分为水泥石。有研究者将废弃混凝土破碎，经低温热处理、多次磨碎、分次筛分后的微粉（去掉石英砂后的水泥石微粉）煅烧水泥。捷克研究人员用回收的混凝土微粉（水泥石微粉）作为波特兰水泥生料组分，掺人富钙石灰石、铁质校正原料以及CaF₂，于实验室在1430℃煅烧熟料。申请号为201210492158.6的中国专利申请“废弃混凝土微粉活化方法”介绍了浙江大学孙家瑛等用废弃混凝土微粉（水泥石微粉）与粉状硅酸钠混合后加热（250℃～350℃）1-2小时，冷却后再加脱硫石膏和熟石灰、硫铝酸盐、硅酸盐水泥熟料、三乙醇胺外加剂一起粉磨至大于450m²/kg的粉料。

经破碎的废弃混凝土中，水泥石与砂紧密黏接、不易分离，有研究者利用这种含砂的硬化水泥石、或直接利用废砂浆为原料煅烧水泥。如山东大学陶珍东等采用热处理或者三乙醇胺(TEA)处理，并结合机械粉碎，将废弃混凝土中的基质胶凝组分（即纯粹的水泥石组分）分离出来作为水泥原料，于实验室条件下掺量20％时，熟料强度与常规生料煅烧的熟料相差不大。同济大学王培铭等利用废弃混凝土中分离出的废砂浆为部分粘土替代原料，于实验室分别按照高C₃S、高C₂S和普通硅酸盐水泥3种典型配料煅烧熟料。

但是，国内外现有的实验显示，以分离后的含砂废弃混凝土胶凝组分为原料煅烧水泥熟料，存在一个关键性的技术难题-结晶态SiO₂的活化。砂的主要矿物成分为石英，在水泥煅烧时不易解聚出[Si0₄]^4-(反应活性体)与CaO结合形成C₂S，进而影响生料易烧性；另外，由于硬度大、难磨，砂中SiO₂晶体的颗粒较粗，对熟料中硅酸盐矿物(C₂S、C₃S)的组成和晶型晶貌有不利影响。万惠文等的研究表明：随着分离后的废弃混凝土取代石灰石比例的上升，熟料中f-CaO含量增加、熟料质量下降；陶珍东等的研究配制的生料易烧性较差，且随着掺量增加，生料易烧性更差，熟料强度降低；王晓波利用以分离的废弃混凝土和废砖为主的建筑垃圾为原料煅烧熟料，随废弃混凝土建筑垃圾掺量增加，熟料抗压强度呈下降趋势。