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一种水泥混凝土及其制备方法和循环利用方法
申请号	CN201010569489.6	申请日	2010-12-02	公开(公告)号	CN102060485A	公开(公告)日	2011-05-18
申请人	济南大学;			发明人	周宗辉; 程新; 王金邦; 常钧; 叶正茂; 芦令超; 黄世峰;
摘要	本发明公开了一种可循环利用的水泥混凝土，包括水泥、粗骨料、细骨料和水，所述粗骨料和细骨料的制备方法为：采用与硅酸盐水泥相同的原料，经混合、粉磨，制得粉状材料，造粒后置于窑炉中，在1250-1450℃下煅烧制得烧结料，出窑后自然冷却至室温，经破碎、整形和筛分分级制得粗、细骨料。本发明还公开了本水泥混凝土的制备方法和循环利用方法。本发明的水泥混凝土性能优越，与传统水泥混凝土相比，因为其可循环利用，所以对资源的破坏和消耗大大降低，同时伴随水泥生产排放的CO2量也显著降低，而且不产生建筑垃圾。因此，本发明在保护资源和环境以及降低温室效应方面效果显著，是实现水泥混凝土可持续发展的一条十分重要的途径。
权利要求	1. 一种水泥混凝土，包括水泥、粗骨料、细骨料和水，其特征是所述粗骨料和细骨料的制备方法为：采用与硅酸盐水泥相同的原料，经混合、粉磨，制得粉状材料，造粒后置于窑炉中，在1250-1450°c下煅烧制得烧结料，出窑后自然冷却至室温，经破碎、整形和筛分分级制得粗、细骨料。 2.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征是：所述细骨料的粒径为0. 075-4. 75mm, 所述的粗骨料粒径为4. 75-40mm。 3.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征是各原料配比如下：硅酸盐水泥 300-500Kg/m3，细骨料 450-780 Kg/m3，粗骨料 1150-1350 Kg/m3，水 150-210 Kg/m3，水灰比 0. 3-0. 7。 4.根据权利要求3所述的水泥混凝土，其特征是各原料配比如下：硅酸盐水泥400 Kg/ m3，细骨料 567 Kg/m3，粗骨料 1323 Kg/m3，水 160 Kg/m3，水灰比 0. 4。 5. 一种权利要求1所述的水泥混凝土的制备方法，其特征是包括以下步骤：(1)粗、细骨料的制备：采用与硅酸盐水泥相同的原料，经混合、粉磨，制得粉状材料，造粒后置于窑炉中，在1250-1450°C下煅烧制得烧结料，出窑后自然冷却至室温，经破碎、整形和筛分分级制得粗、细骨料；(2)水泥混凝土的制备：将水泥、粗骨料、细骨料和水按配比混合，搅拌均勻后制得混凝土拌合物，经浇铸、振实、养护后制得水泥混凝土。 6. 一种权利要求1所述的水泥混凝土的循环利用方法，其特征是：将废弃的水泥混凝土破碎并粉磨，然后置于窑炉中煅烧，煅烧温度为1200-1450°C，出窑进行急冷，得到还原水泥熟料。 7.根据权利要求6所述的循环利用方法，其特征是：废弃的水泥混凝土粉磨至细度，过 0. 080mm筛，筛余控制在12%以下。
说明书全文	一种水泥混凝土及其制备方法和循环利用方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种水泥混凝土及该水泥混凝土的制备方法和循环利用方法，具体涉及一种可循环利用的水泥混凝土及其制备方法和循环利用方法，属于水泥混凝土材料技术领域。背景技术 [0002] 水泥混凝土作为土木工程中应用最为广泛的建筑材料，给人类生活带来了便利与财富，对人类的文明与进步发挥了积极的推动作用。但是，随着世界范围内城市化进程的加快，混凝土作为最大宗的人造材料对自然资源的占用以及对环境造成的负面影响也引发了可持续发展问题的讨论。保护地球环境，寻求与自然的和谐，走可持续发展之路，已经成为全世界共同关心的课题。混凝土今后发展的方向必然是既要满足工程建设的需要，又要考虑资源和环境的因素，减轻对地球环境的负荷，有利于资源、能源的节省和生态平 [0003] 可以预见，未来制约水泥混凝土发展的因素主要有两方面：一是资源问题，水泥混凝土是一种资源消耗较大的材料，大量混凝土的应用，必将消耗大量的资源，而资源是有限的，随着人类对有限资源的不断开发与应用，资源终会有枯竭的一天，特别是石灰石资源；二是环境问题，随着建筑业的迅猛发展，大量的建筑垃圾尤其是废弃混凝土的处理问题逐渐突显出来。这就需要人们另辟他径，找到一种妥善的处理方法。发明内容 [0004] 本发明针对上述不足，提供了一种水泥混凝土，该水泥混凝土废弃后可用来制备水泥熟料，完全回收用于建筑工程，节约了资源，避免了建筑垃圾处理问题，实现了混凝土的可循环利用。 [0005] 本发明还提供了本水泥混凝土的制备方法，本方法操作简单，易于实施。 [0006] 本发明还提供了本水泥混凝土的循环利用方法，即以废弃的水泥混凝土为原料制备水泥熟料的方法，本方法实现了水泥混凝土的循环利用，大大减少了生产成本。 [0007] 本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明与传统水泥混凝土相比，采用自制的骨料配制混凝土，自制骨料代替了配制混凝土时所用的砂石，这种混凝土的废弃物经一定工艺处理后可完全还原为水泥，并可再用于配制混凝土，从而实现混凝土的循环利用。其技术方案如下：一种水泥混凝土，包括水泥、粗骨料、细骨料和水，其特征是所述粗骨料和细骨料的制备方法为：采用与硅酸盐水泥相同的原料，经混合、粉磨，制得粉状材料，造粒后置于窑炉中，在1250-1450°C下煅烧制得烧结料，出窑后自然冷却至室温，经破碎、整形和筛分分级制得粗、细骨料。 [0008] 本发明的循环混凝土，所述的人造粗细骨料的制备采用与生产水泥相类似的原料，如石灰质原料(如石灰、石灰石、大理石等)，粘土质原料(如粘土、砂岩以及煤矸石等工业废渣）和辅助校正原料(如铁粉、铁矿石、铝矾土、钢渣等)，将这些原料按一定比例配合粉磨后，在窑炉里于适当温度下煅烧一定时间，出窑冷却至室温，破碎后制得结构比较致密、具有一定强度的粒状颗粒，即为人造骨料。所制细骨料的粒径为0. 075-4. 75mm.粗骨料粒径为 4. 75-40mm。 [0009] 上述水泥混凝土中，各原料配比为：硅酸盐水泥300_500Kg/m3，细骨料450-780 Kg/m3，粗骨料 1150-1；350 Kg/m3，水 150-210 Kg/m3，水灰比 0. 3-0. 7。 [0010] 上述混凝土原料配比中，其优选配比为：硅酸盐水泥400 Kg/m3，细骨料567 Kg/ m3，粗骨料 1323 Kg/m3，水 160 Kg/m3，水灰比 0. 4。 [0011] 本发明还提供了水泥混凝土的制备方法，包括以下步骤：(1) 粗、细骨料的制备：采用与硅酸盐水泥相同的原料，经混合、粉磨，制得粉状材料，造粒后置于窑炉中，在1250-1450°C下煅烧制得烧结料，出窑后自然冷却至室温，经破碎、整形和筛分分级制得粗、细骨料； (2) 水泥混凝土的制备：将水泥、粗骨料、细骨料和水按配比混合，搅拌均勻后制得混凝土拌合物，经浇铸、振实、养护后制得水泥混凝土。 [0012] 本发明还提供了上述水泥混凝土的循环利用方法，其特征是：将废弃的水泥混凝土破碎并粉磨，然后置于窑炉中煅烧，煅烧温度为1200-1400°C，出窑进行急冷，得到还原水泥熟料。还原水泥熟料的意思为采用本发明的循环利用方法，将水泥混凝土破碎并粉磨，经过煅烧得到与水泥熟料相似的产物。煅烧后的水泥熟料采用急冷冷却，急冷操作能够防止或减少C3S的分解，还能使熟料中C3A结晶体减少，也使生成熟料的易磨性提高。 [0013] 上述循环利用方法中，废弃的水泥混凝土粉磨至细度，过0.080mm筛，筛余控制在 12%以下。 [0014] 本发明的循环混凝土，所述的人造骨料的化学成分和矿物组成与水泥熟料的类似，其制备工艺与水泥熟料的生产工艺基本相同，可以完全利用现有的水泥熟料生产线进行生产，不需增加新的设备，生产成本基本等同于水泥熟料。 [0015] 本发明的有益效果是，与传统水泥混凝土相比，因为其可循环利用，所以对资源的破坏和消耗大大降低，同时伴随水泥生产排放的(X)2量也显著降低，而且不产生建筑垃圾。因此，本发明在保护资源和环境以及降低温室效应方面效果显著，是实现水泥混凝土可持续发展的一条十分重要的途径。此外，本发明的混凝土性能优越，在使用时效果明显。附图说明 [0016] 图1为本发明实施例中E试样的SEM图。 [0017] 图2为图1中标注点1、3的EDS图谱，其中，图a为标注点1的EDS图谱，图b为标注点3的EDS图谱。 [0018] 图3为本发明实施例中E试样的XRD图谱。 [0019] 图4为本发明测试例3#所得的水泥混凝土和普通混凝土水化硬化28d的SEM图；其中，图如为本发明水泥混凝土水化硬化28d的SEM图，图4b是以天然砂石配制的普通混凝土水化硬化^d的SEM图。 [0020] 图5为本发明测试例中3#所得的水泥混凝土所制的还原水泥熟料的XRD分析图。 [0021] 图6为本发明测试例3#所得的水泥混凝土所制的还原水泥熟料和其对应的普通水泥熟料的SEM图。其中，图a为还原水泥熟料的SEM图，图b为普通水泥熟料的SEM图。 [0022] 图7为图6 a图中标注点1的EDS图。 [0023] 图8为图6 a图中标注点2的EDS图。 [0024] 图9为图6 a图中标注点3的EDS图。 [0025] 图10为图6 b图中标注点1的EDS图。 [0026] 图11为图6 b图中标注点2的EDS图。 [0027] 图12为图6 b图中标注点4的EDS图。 [0028] 具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。 [0029] 以硅酸盐水泥原料制备骨料。实施例 [0030] 采用与制备普通硅酸盐水泥熟料相同的原料及配比制备骨料原料重量百分比组成为：石灰质原料(如石灰、石灰石、大理石等）76-84%，粘土质原料 (如粘土、砂岩以及煤矸石等工业废渣）10-16%，辅助校正原料(如铁粉、铁矿石、铝矾土、钢渣等）0-8%。制备方法为：将原料分别按表1的配比混合，粉磨得粉状材料，造粒后置于窑炉中，在1250-1450°C下煅烧制得烧结料，出窑后自然冷却至室温，经破碎、整形和筛分、分级制得粒径为0. 075-4. 75mm的细骨料和粒径为4. 75_40mm的粗骨料，所得粗骨料的性能参数如表1。 [0031] 下面以试样E为例，对生成的粗骨料进行分析。图1、2分别为所得E试样的SEM 照片和EDS图谱，可以看出人造骨料生成的矿物晶粒形成都很规则，晶粒外观清晰，晶界分明，发育良好，骨料的各组成成分在煅烧过程中充分的反应，制备的骨料致密。图3为E试样的XRD图谱，图中显示的矿物经过分析主要为C3S、C2S，其衍射峰最为尖锐且衍射峰强度最高，说明C3S矿物数量多、结晶程度较高。另外还有一定量的C4AF、C3A和CA2,与水泥熟料矿物组成相似。 [0032] 制备水泥混凝土：测试例：混凝土所用的硅酸盐水泥选择42. 5R I型硅酸盐水泥，硅酸盐水泥的主要物理性能如表2 [0033] 采用上述实施例中制得的粗细骨料制备水泥混凝土，制备方法为：采用上述 42. 5R I型硅酸盐水泥和实施例中制得的人造骨料，根据表3给出的混凝土的配合比，将水泥和骨料倒入混凝土搅拌机中，加水搅拌后，装入IOOmmX IOOmmX IOOmm模具中，于振动台上振动2-3分钟。在标准条件下(标准养护条件是温度为20士2°C，湿度为95%以上）养护 1天后脱模并继续养护。在标准条件下养护至一定龄期，测定其抗压强度，结果如表3。 [0034] 以实施例3#为例，将本发明的混凝土与普通混凝土进行对比，图4为实施例3#循环混凝土和普通混凝土水化硬化28d试样的SEM，由图4可见，循环混凝土硬化试样比普通混凝土硬化试样的结构密实，水泥石与人造骨料结合更为紧密，没有明显的界面。另外，循环混凝土中存在大量粒径不等的未水化水泥熟料颗粒，这些未水化熟料颗粒对混凝土中出现的微裂纹的愈合将起到积极的作用。由此可见，本发明的混凝土比普通混凝土性能能加优越。 [0035] 水泥混凝土的循环利用：混凝土循环利用方法：将测定抗压强度破型后的1#、姊、3#、4#和5#混凝土碎块，经过破碎并磨细至过0. 080mm筛筛余在1¾以下，然后在窑炉中加热至1200-1450°C，出炉急冷，得到还原水泥熟料。 [0036] 以3#混凝土所得的还原水泥熟料为例，对以混凝土为原料制得的还原水泥熟料进行分析。图5为3#还原水泥熟料的XRD图，图中A — C3S, B 一 C2S, C 一 C3A, D 一 C4AF,E — C4 AS'F- CaS()4。从图5可以看出，还原水泥熟料的主要矿物为C3S、C2S、C3A和C4AF, 与原始硅酸盐水泥熟料相同。实施例3#还原水泥熟料和原始硅酸盐水泥熟料的SEM分析如图6所示，从图6可以看出，还原水泥熟料中的主要矿物结晶形态与原始熟料很相似。发明实施例3#还原水泥熟料和原始硅酸盐水泥熟料的EDS分析如图7-12所示，从图7-12可以看出，还原水泥熟料中的矿物组成与原始熟料基本相同。以上说明还原水泥熟料的矿物组成和结构与原始熟料基本相同。 [0037] 将还原水泥熟料破碎，加入3_5wt%的石膏磨细制成还原水泥。对应1#、姊、3#、4# 和5#混凝土的还原水泥的物理性能如表4。 [0038] 对比表2和表4可见，还原水泥^d的抗折强度和抗压强度与原始水泥的十分接近，说明由循环混凝土制备的还原水泥性能没有降低。

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