以矿渣化学成分为目标的氢氧化钾激发粉煤灰混凝土循环利用方法

摘要

以矿渣化学成分为目标的氢氧化钾激发粉煤灰混凝土循环利用方法，首先通过配料计算得到除去烧失量和水分之外化学成分与粉煤灰化学成分相近的粗骨料和细骨料配比，然后使用该配比的骨料与碱激发剂氢氧化钾共同混合均匀后制备碱激发胶凝材料混凝土，等到混凝土服役结束后，再将其在1450-1500℃下煅烧，水淬，即再次得到有活性的胶凝材料，从而实现了粉煤灰和粗、细骨料中的有用成分的循环利用，本发明实现了碱激发混凝土的重复利用，可以节约石灰石资源，具有显著的经济性和可操作性。

说明书

技术领域

本发明属于建筑垃圾资源化利用领域，特别涉及一种预先设计混凝土配 比再通过二次煅烧循环利用氢氧化钾碱激发粉煤灰混凝土的方法。

背景技术

粉煤灰是大宗的工业固体废弃物，同时也是性能优良碱激发原料。粉煤 灰具有突出的火山灰活性，其在遇水并有碱性物质存在的条件下即可产生强 度。将粉煤灰、氢氧化钾、水和砂石等粗细骨料共同混合后可得到具有一定 强度的氢氧化钾碱激发粉煤灰混凝土。该材料在使用结束后会产生大量的建 筑垃圾。氢氧化钾碱激发粉煤灰混凝土建筑垃圾的资源化利用是影响其工程 化应用一个因素。

发明内容

在这样背景下，本技术通过在配制混凝土阶段，以矿渣主体化学成分为 目标，调整砂子、石子和粉煤灰的比例，最终要求所得混凝土整体化学成分 中除了烧失量和水分之外，与矿渣化学成分相似或接近。在该混凝土破坏后， 将其在1450-1550℃下煅烧，水淬冷却，所得产物即为具有一定活性的胶凝 材料，从而实现了碱激发粉煤灰混凝土的重复利用。本发明具有节能环保， 控制方便，便于工业化应用的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

以矿渣化学成分为目标的氢氧化钾激发粉煤灰混凝土循环利用方法，包 括：

步骤一，测定混凝土用细骨料、粗骨料和粉煤灰的化学成分，并通过配 料计算，不计入水分和烧失量的情况下，使得粗、细骨料和粉煤灰三种固体 混合料中的(CaO+MgO):(SiO₂+Al₂O₃)大于1且小于1.5，确定混凝土粗骨料、 细骨料和粉煤灰的质量比例；

步骤二，符合步骤一中化学组成的粗、细骨料和磨细粉煤灰，与碱激发 剂氢氧化钾共同混合均匀后加入适量的水和减水剂制备碱激发胶凝材料混凝 土；

步骤三，该混凝土在服役结束后，将其破碎、粉磨为粒径小于80微米的 粉体，再将其置于煅烧设备中在1450℃-1500℃下煅烧并快速冷却，煅烧后 的材料再经过破碎、粉磨至80微米以下，即可得到新的胶凝材料，粉煤灰和 粗、细骨料中的有用成分从而得到重复利用。

所述细骨料为砂子，粒径小于5mm；所述粗骨料为石子，粒径大于5mm。

如果石子与砂子的质量比例大于2.0，则将部分石子破碎成为机制砂， 以确保粗骨料和细骨料质量比例介于1.5-2.0之间。

本技术提供了一种可以使用碱激发混凝土建筑垃圾二次生产胶凝材料的 方法。使用本技术实现了碱激发混凝土的重复利用，可以节约天然资源。同 时，上述工艺在混凝土配制，废弃混凝土破碎、粉磨，二次煅烧等方面都是 成熟的技术，具有显著的经济性和可操作性。

附图说明

图1是本发明试验配比原料在五元相图中所处的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明以矿渣化学成分为目标的氢氧化钾激发粉煤灰混凝土循环利用方 法，首先测定配制混凝土所用砂子(即细骨料)、石子(即粗骨料)和粉煤 灰的化学成分，常规情况下，其成分(质量百分数)指标如下：

砂子：1-2％的烧失量，2-5％的CaO，60-80％的SiO₂，10-15％的Al₂O₃， 2-4％的Fe₂O₃，0-2％的MgO，1-6％的R₂O，和余量杂质；

石子：20-35％的烧失量，30-40％的CaO，10-20％的SiO₂，1-3％的Al₂O₃， 0-2％的Fe₂O₃，2-18％的MgO，0-1.5％的R₂O，和余量杂质；

粉煤灰：1-5％的烧失量，1-10％的CaO，38-56％的SiO₂，23-38％的Al₂O₃， 2-6％的Fe₂O₃，0.5-4％的MgO，0-2％的R₂O，和余量杂质。

本实施例中，具体选择参数见表1所示，根据表1中的化学成分，计算出 石子、砂子、粉煤灰之间的配比为3.6:0.4:1。该配比下，混凝土中除去水分和烧 失量之外其化学成分均落入图1中方框位置。图1中A代表矿渣化学成分，B 代表试验样品成分。可以看出，该成分与粒化高炉矿渣成分相近，通过熔融， 水淬可以得到一定活性的胶凝材料。

表1混凝土原料化学成分(质量百分数)

原料 烧失量 CaO SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃MgO R₂O 杂质 合计 石子 29.68 36.87 16.17 2.34 0.696 12.56 0.827 余量 100％ 砂子 1.4 2.61 73.99 12.44 2.54 0.62 5.3 余量 100％ 粉煤灰 4.49 1.53 54.95 27.60 2.80 0.82 2.2 余量 100％

由于上述原料比例中的粗骨料石子的含量高于目前通行的混凝土配合比相 比。可将其中部分石子破碎成粒径小于5mm的细骨料与天然砂子共同作为细骨 料配制混凝土。

1m³混凝土中粉煤灰为430kg，670kg细骨料(其中172kg砂子，498kg石 子破碎而成的机制砂)，1050kg粗骨料石子，用作碱激发剂的氢氧化钾按照粉 煤灰质量的5％掺入，即21.5kg，同时加入聚羧酸减水剂4.3kg，水215kg。

因为实例为验证性质实验，同时混凝土的组分随着时间变化不大，对后续 实验无本质影响，因此无需将混凝土养护至十年甚至数十年。使用该配合比配 制的15L混凝土经过自然养护至2个月后，经过破碎，粉磨至细度超过400m2/kg 后再将其混合均匀，然后从中分别取出1000g左右细粉2份。两份细粉放入坩 埚中，在马弗炉中1470℃煅烧1小时后取出。取出后的坩埚中的物料已经完全 融化。一个干锅中物料自然冷却，另一个坩埚中的熔融物料快速倒入事先准备 好的、装满的水的铁桶中，使其水淬。水淬所得产品即为可二次利用的硅酸盐 类胶凝材料。

将水淬后的物料称取450g加入5％的氢氧化钾和1350g标准砂制成砂浆试 件，测定其28d抗折达到5.2MPa、抗压强度31.6MPa。