一种氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410583490.2	申请日：	2014.10.27
公开号：	CN104402258A	公开日：	2015.03.11
当前法律状态：	实审	有效性：	审中
法律详情：	发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C04B 7/14申请公布日:20150311\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C04B7/14申请日:20141027\|\|\|公开
IPC分类号：	C04B7/14	主分类号：	C04B7/14
申请人：	西安建筑科技大学
发明人：	宋强; 徐德龙; 李辉; 朱建辉; 李婷; 张肖艳; 王储
地址：	710055陕西省西安市雁塔路13号
优先权：
专利代理机构：	西安智大知识产权代理事务所61215	代理人：	段俊涛
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内容摘要

一种氢氧化钠碱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钠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。

权利要求书

权利要求书
1.  一种氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，包括：
步骤一，测定混凝土用细骨料、粗骨料和碱激发所用粉煤灰的化学成分，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、细骨料和粉煤灰，与碱激发剂氢氧化钠共同混合均匀后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。

2.  根据权利要求1所述的基于化学组成的氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，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。

3.  根据权利要求2所述的一种氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，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。

4.  根据权利要求2所述的基于化学组成的氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，所述砂子、石子和粉煤灰的化学成分(质量百分数)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。

5.  根据权利要求2所述的基于化学组成的氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，所述砂子、石子和粉煤灰的化学成分(质量百分数)如下：
砂子：1.4％的烧失量，2.61％的CaO，73.99％的SiO2，12.44％的Al2O3，2.54％的Fe2O3，0.62％的MgO，5.3％的R2O，和余量杂质；
石子：29.68％的烧失量，36.87％的CaO，16.17％的SiO2，2.34％的Al2O3，0.696％的Fe2O3，12.56％的MgO，0.827％的R2O，和余量杂质；
粉煤灰：4.49％的烧失量，1.53％的CaO，54.95％的SiO2，27.60％的Al2O3，2.80％的Fe2O3，0.82％的MgO，2.2％的R2O，和余量杂质。

6.  根据权利要求2或5所述的基于化学组成的氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，所述石子、砂子和粉煤灰的质量配比为3.6:0.4:1。

7.  根据权利要求2或5所述的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，其特征在于，所述步骤二中混合均匀后制备碱激发胶凝材料混凝土时还加入水和减水剂。

说明书

说明书一种氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法
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钠碱激发粉煤灰混凝土的方法。
背景技术
当前使用的具有水化活性的硅酸盐类胶凝材料主要有水泥熟料、电炉磷渣、高炉矿渣和粉煤灰等。这些材料在组成上相似，都是以CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO等氧化物为主要化学成分。同时这些材料在产生或生产工程中都经过了高温历程和快速冷却。并且这些材料水化后，再次将其煅烧均能再次获得胶凝活性。
将粉煤灰、氢氧化钠、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钠碱激发粉煤灰混凝土。这种材料在使用结束后直接作为建筑垃圾丢弃或者剥离出其中的砂、石作为建筑骨料后其余部分则被废弃。氢氧化钠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
在这两方面的背景下，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，或在其中加入适当的调整材料，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：
一种氢氧化钠碱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，与碱激发剂氢氧化钠共同混合均匀后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。
所述步骤二中混合均匀后制备碱激发胶凝材料混凝土时还加入水和减水剂。
与传统建筑垃圾处置通用的填埋或者用作再生骨料相比，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，可以节约石灰石资源。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。
本发明一种氢氧化钠碱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CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOR2O杂质合计石子29.6836.8716.172.340.69612.560.827余量100％砂子1.42.6173.9912.442.540.625.3余量100％粉煤灰4.491.5354.9527.602.800.822.2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钠按照粉煤灰质量的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％的氢氧化钠和1350g标准砂制成砂浆试件，测定其28d抗折达到5.4MPa、抗压强度35.8MPa。

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410583490.2(22)申请日 2014.10.27C04B 7/14(2006.01)(71)申请人西安建筑科技大学地址 710055 陕西省西安市雁塔路13号(72)发明人宋强徐德龙李辉朱建辉李婷张肖艳王储(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所 61215代理人段俊涛(54) 发明名称一种氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法(57) 摘要一种氢氧化钠碱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。

2、化钠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。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页(10)申请公布号 CN 104402258 A(43)申请公布日 2015.03.11CN 104402258 A1/1页21.一种氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，包括：步骤一，测定混凝土用细骨。

3、料、粗骨料和碱激发所用粉煤灰的化学成分，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、细骨料和粉煤灰，与碱激发剂氢氧化钠共同混合均匀后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。2.根据权利要求1。

4、所述的基于化学组成的氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的一种氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，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。4.根据权利要求2所述的基于化学组成的氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，所述砂子、石子和粉煤灰的化学成分(质量百分数)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。

5、-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。5.根据权利要求2所述的基于化学组成的氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，所述砂子、石子和粉煤灰的化学成分(质量百分数)如下：砂子：1.4的烧失量，2.61的CaO，73.99的SiO2，12.44的Al2O3，2.54的Fe2O3，0.62的。

6、MgO，5.3的R2O，和余量杂质；石子：29.68的烧失量，36.87的CaO，16.17的SiO2，2.34的Al2O3，0.696的Fe2O3，12.56的MgO，0.827的R2O，和余量杂质；粉煤灰：4.49的烧失量，1.53的CaO，54.95的SiO2，27.60的Al2O3，2.80的Fe2O3，0.82的MgO，2.2的R2O，和余量杂质。6.根据权利要求2或5所述的基于化学组成的氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，其特征在于，所述石子、砂子和粉煤灰的质量配比为3.6:0.4:1。7.根据权利要求2或5所述的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，其特。

7、征在于，所述步骤二中混合均匀后制备碱激发胶凝材料混凝土时还加入水和减水剂。权利要求书CN 104402258 A1/3页3一种氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法技术领域0001 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钠碱激发粉煤灰混凝土的方法。背景技术0002 当前使用的具有水化活性的硅酸盐类胶凝材料主要有水泥熟料、电炉磷渣、高炉矿渣和粉煤灰等。这些材料在组成上相似，都是以CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO等氧化物为主要化学成分。同时这些材料在产生或生产工程中都经过了高温历程和快速冷却。并且这些材料水化后，再次将其。

8、煅烧均能再次获得胶凝活性。0003 将粉煤灰、氢氧化钠、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钠碱激发粉煤灰混凝土。这种材料在使用结束后直接作为建筑垃圾丢弃或者剥离出其中的砂、石作为建筑骨料后其余部分则被废弃。氢氧化钠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0004 在这两方面的背景下，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，或在其中加入适当的调整材料，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。

9、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。0005 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：0006 一种氢氧化钠碱激发粉煤灰混凝土循环利用方法，包括：0007 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；0008 步骤二，符合步骤一中化学组成的粗、细骨料和磨细粉煤灰，与碱激发剂氢氧化钠共同混合均匀后制备碱激发胶凝材。

10、料混凝土；0009 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。0010 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。0011 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。说明书CN 104402258 A2/3页40012 所述步骤二中混合均匀后制备碱激发胶凝材料混凝土时还加入水和减水剂。0013 。

11、与传统建筑垃圾处置通用的填埋或者用作再生骨料相比，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，可以节约石灰石资源。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0014 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0015 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。0016 本发明一种氢氧化钠碱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。

12、下：0017 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；0018 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；0019 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。0020 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。

13、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。0021 表1 混凝土原料化学成分(质量百分数)0022 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。

14、1000023 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。0024 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钠按照粉煤灰质量的5掺入，即21.5kg，同时加入聚羧酸减水剂4.3kg，水215kg。0025 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混凝土经说明书CN 104402。

15、258 A3/3页5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。0026 将水淬后的物料称取450g加入5的氢氧化钠和1350g标准砂制成砂浆试件，测定其28d抗折达到5.4MPa、抗压强度35.8MPa。说明书CN 104402258 A1/1页6图1说明书附图CN 104402258 A。

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