专利名称：低温常压固化城市建筑垃圾为建筑材料的方法
合均匀后，压制成型；再将脱模后的试样，在温度为100°C的水的饱和蒸气压(常压)下处理12 72h，即得到所需产品；其中城市建筑垃圾的重量百分数为609Γ90%，消石灰为109^40%。本发明中，所述城市建筑垃圾包括废旧混凝土或废旧红砖的一至两种，废旧混凝土与红砖的混合物中，废旧混凝土的重量百分数为109Γ90%，废旧红砖的重量百分数为109^90%。本发明中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。本发明中，所述水或碱溶液的添加量为城市建筑垃圾和消石灰总重量的5 20wt%。本发明中，所述碱溶液的浓度为f4mol/L。
本发明的特点在干对废弃的城市建筑垃圾制备出高強度的建筑材料。其制备过程为常压低温(IOO0C )，所以可以不使用高压反应釜，这样不但使得设备投资大大降低，而且其过程也可实现连续性生产，耗能大大降低(见图14 )。本发明实现了城市建筑垃圾的资源化再利用，解决了低温连续性固化生产建筑材料的难题，制备高强建筑材料，可用于墙地砖、广场砖、路面砖以及江河护堤材料等方面。该技术既可以利用废弃物，又可以大大減少生产过程中的能源消耗，极大地減少对环境的负荷。
图I :低温固化城市建筑垃圾为建筑材料的エ艺流程。图2 :碱溶液添加量对混凝土试样固化后抗折强度的影响。图3 :消石灰含量对混凝土试样固化后抗折强度的影响。图4 :碱溶液浓度对混凝土试样固化后抗折强度的影响。图5 :固化时间对混凝土试样固化后抗折强度的影响。图6 :添加水的混凝土试样强度随时间变化曲线。图7 :碱溶液添加量对红砖试样固化后抗折强度的影响。图8 :碱溶液浓度对红砖试样固化后抗折强度的影响。图9 :消石灰含量对红砖试样固化后抗折强度的影响。图10 :固化时间对红砖试样固化后抗折强度的影响。图11 :添加水的红砖试样强度随时间变化曲线。图12 :不同配比的混凝土和红砖固化后抗折强度比较。图13 :固化处理前后红砖试样的FESEM形貌变化。其中(A)为处理前，(B)为处理后。图14 :连续式制备エ艺概念示意图。
具体实施例方式下面通过实施例进ー步说明本发明。实施例I :
首先，选取粉碎后的废旧混凝土为原料，添加重量百分数为10%的消石灰粉末，然后加入料总重量5%的水，充分搅拌均匀后，在压片机下压制成型；最后，将压制好的试样放入反应容器内，在100°c的水的饱和蒸气压下固化处理48h，得到最終的样品。实施例2:
首先，选取粉碎后的废旧混凝土为原料，添加30%的消石灰粉末，然后加入料总重量15%的水，充分搅拌均匀后，在压片机下压制成型；最后，将压制好的试样放入反应容器内，在100°C的水的饱和蒸气压下固化处理48h，得到最終的样品。实施例3
首先，选取粉碎后的废旧红砖为原料，添加30%的消石灰粉末，然后加入料总重量5%的4mol/L的氢氧化钠溶液，充分搅拌均匀后，在压片机下压制成型；最后，将压制好的试样放入反应容器内，在100°C的水的饱和蒸气压下固化处理48h，得到最終的样品。
实施例4
首先，选取粉碎后的废旧混凝土与废旧红砖各50%的混合物为原料，添加重量百分数为30%的消石灰粉末，然后加入料总重量10%的3mol/L的氢氧化钠溶液，充分搅拌均匀后，在压片机下压制成型；最后，将压制好的试样放入反应容器内，在100°C的水的饱和蒸气压下固化处理48h，得到最終的样品。固化材料的强度提高机理是固化过程中，通过化学反应固化体内生成了类水泥水化产物水化硅酸钙(CaO-SiO2-H2O, C-S-H),这些相互交织在一起的片状水化硅酸钙生成在材料内颗粒的表面和颗粒之间，填充了颗粒间隙，提高了材料的致密度，导致强度增カロ。下面通过介绍本发明通过改变试验的氢氧化钠添加量、氢氧化钠浓度、消石灰含量、反应时间等变量，进行固化的数据图像来进ー步说明本发明。图I为低温固化城市建筑垃圾为建筑材料的整个エ艺流程。图2为碱溶液添加量对混凝土试样固化后强度的影响。实验条件为，向一定量的废旧混凝土试样中添加相当于试样质量0、5%、10%、15%的2 mol/L的氢氧化钠溶液，压制成型后在100°C的条件下固化48h。从图中可以看出，不添加氢氧化钠溶液时，其样品强度为零。随着氢氧化钠添加量的増加，固化体的抗折强度有所増加，添加量为15%时强度最大。当添加量超过20%时，试样压制过程有溶液就有滲出使之无法达到更高。此图表明碱溶液的加入可以显著改变固化体的强度，一定的碱溶液加入可加快试样中固体颗粒的传质速率，促进反应进行。图3为消石灰含量对混凝土试样固化后抗折强度的影响。实验方法是向废旧混凝土试样中添加消石灰，使消石灰的重量百分数为O、10%、20%、30%、40%，并添加整个试样质量15%的2mol/L的氢氧化钠溶液，压制成型后在100°C的条件下固化48h。从图中可以看出，随着消石灰含量的増加，固化体的抗折强度先増加后降低，在30%消石灰时抗折強度接近ISMPa0由于加入的消石灰可以与废旧混凝土中的石英等晶相反应生成C-S-H晶体，増加固化体強度，所以对试样强度随着消石灰的加入显著增加，但是过多的消石灰加入反而对强度有副作用。图4为碱溶液浓度对混凝土试样固化后抗折强度的影响。取含30%消石灰的废旧混凝土试样，添加lmol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L的氢氧化钠溶液,在100°C条件下固化48h。图像反映出随着氢氧化钠浓度的增加，固化体的强度现增加后降低，在浓度为3mol/L时达到最大18MPa。喊的加入能够溶解混凝土原料中的娃质，促进反应的进行，但是过闻浓度的碱对CSH的生成有副作用。图5固化时间对混凝土试样固化后抗折强度的影响。取含30%消石灰的废旧混凝土试样，添加15%的3mol/L的氢氧化钠溶液，在100°C条件下固化Oh、12h、24h、48h、72h(其中Oh指未经固化反应直接测试试样抗折強度)。从图中可以看出，反应初期，试样强度不断増加，到达48h以后，继续反应强度反而减小。由此可知对于混凝土试样最佳的固化时间为48h。在相同的固化时间下，添加碱溶液的样品的強度比没有添加碱的样品的強度大。 图6为添加水的混凝土试样强度随时间变化曲线。取含30%消石灰的废旧混凝土试样，添加15%的水，在100°C条件下固化0h、12h、24h、48h、72h得到该图线。图中反映出随着反应时间的增加，试样强度不断増加。 图7为碱溶液添加量对红砖试样固化后强度的影响。实验条件为，向一定量的废旧红砖试样(试样中含有30%的消石灰)中添加相当于试样质量0、5%、10%、15%、20%的3mol/L的氢氧化钠溶液，压制成型后在100°C的条件下固化48h。从图中可以看出，随着碱溶液添加量的増加，固化体的抗折强度先増加后降低，在碱溶液的添加量为5%时强度最大。碱溶液的对红砖试样的作用机理与对混凝土试样的作用机理相同。图8为碱溶液浓度对红砖试样固化后抗折强度的影响。取含30%消石灰的废旧红砖试样，添加O. 5ml lmol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L的氢氧化钠溶液,在100°C条件下固化48h。图像反映出随着氢氧化钠浓度的增加，固化体的强度现增加后降低，在浓度为3mol/L时达到最大。图9为消石灰含量对红砖试样固化后抗折强度的影响。实验方法是向废旧红砖试样中添加消石灰，使消石灰的重量百分数为0、10%、20%、30%、40%，并添加整个试样质量5%的3 mol/L的氢氧化钠溶液，压制成型后在100°C的条件下固化48h。从图中可以看出，随着消石灰含量的増加，固化体的抗折强度先増加后降低，在30%消石灰时抗折強度超过25MPa，之后强度虽略有下降，但是仍保持较高的数值。由于加入的消石灰可以与废旧混凝土中的石英等晶相反应生成CSH晶体，増加固化体強度，所以对试样强度随着消石灰的加入显著增加，但是当过量的消石灰残留在固化体中会对破坏其強度，造成图线下滑。结合实际生产中成本等因素考虑，30%的消石灰添加量应是最合适的选择。图10固化时间对红砖试样固化后抗折强度的影响。取含30%消石灰的废旧红砖试样，添加5%的3 mol/L的氢氧化钠溶液，在100°C条件下固化Oh、12h、24h、48h、72h (其中Oh指未经固化反应直接测试试样抗折強度)。从图中可以看出，反应初期，试样强度不断増加，到达48h以后，強度下降。由此可知对于红砖试样最佳的固化时间为48h。图11为添加水的红砖试样强度随时间变化曲线。取含30%消石灰的废旧红砖试样，添加15%的水，在100°C条件下固化Oh、12h、24h、48h、72h得到该图线。图中反映出随着反应时间的増加，试样强度不断増加。图12为不同配比的混凝土和红砖固化后抗折强度比较。建筑垃圾原料中废旧混凝土的重量百分数为109Γ90%，废旧红砖的重量百分数为109Γ90%。其余实验条件为试样中消石灰的质量占30%，添加相当于试样质量10%的3mol/L的氢氧化钠溶液，压制成型后在100°C条件下固化48h。从图像可知，虽然不同配比的建筑垃圾试样固化后強度有一定差另O，但是强度都能达到IlMPa左右，符合強度要求。证明低温固化建筑垃圾的方法适用范围相当广阔。
图13固化处理前后红砖试样的FESEM形貌变化。其中(A)为未处理的废旧混凝土试样的FESEM图，由图中可以看出，处理前，较大的泥沙颗粒松散的堆积在一起，颗粒间间隙较大。(B)是固化处理48h后的FESEM图，可看出，泥沙的大颗粒间或大颗粒表面上产生了大量片状的CSH晶体，这些晶体有效的填充了原来颗粒的间隙，使固化体致密度大幅度提高，強度由此增加。图14所示为本 发明エ艺流程图。就像烧制陶瓷的隧道窑ー样，压制的坯体由前段缓慢进入固化设备(设备可为一般保温建筑材料砌筑)进行固化处理，固化设备中通入100°c的水蒸气。处理完毕后，从设备另一端出来的材料即为成品。以上对本发明进行了详细的介绍，文中应用了具体的实例对本发明进行阐述，这是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在本发明的思想应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的掲示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.ー种低温常压固化城市建筑垃圾为建筑材料的方法，其特征在用于具体步骤为选用城市建筑垃圾为原料，进行粉碎处理，然后加入消石灰并与水或碱溶液混合，混合均匀后，压制成型；再将脱模后的试样，在温度为100°c的水的饱和蒸气压即常压下处理12 72h，即得到所需产品；其中城市建筑垃圾为的重量百分数为609Γ90%，消石灰为109^40%。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述城市建筑垃圾为废旧混凝土或废旧红砖中ー种以上，废旧混凝土与红砖的混合物中，废旧混凝土的重量百分数为109Γ90%，废旧红砖的重量百分数为10% 90%。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述碱溶液为氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述水或碱溶液的添加量为城市建筑垃圾和消石灰总重量的5 20wt%。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于氢氧化钠溶液溶度为f4mol/L。低温常压固化城市建筑垃圾为建筑材料的方法技术领域
本发明属于无机废弃物资源化利用领域，具体涉及ー种低温常压固化城市建筑垃圾为建筑材料的方法。
背景技术：
城市化进程，不但加剧了我国城市土地、资源的紧张，而且带来了大量的建筑垃圾。目前，我国的城市建筑垃圾一般约为城市垃圾总量的30%，每年生产量达5000万t。如以每万m2建筑的建筑垃圾的排出量为50(T600t的标准推算，到2020年，我国还将新增建筑面积300亿m2，新产生的建筑垃圾将是ー个令人震撼的数字。目前，对建筑垃圾处理的主要方式是进行填埋、堆放或者作为建筑地基的填筑材料。
目前我国建筑垃圾主要应用于生产环保型砖块、再生骨料和堆山造景等方面。但是由于其产品单一、附加值低、适用面窄等原因，严重限制了建筑垃圾再生资源化的普及。另外，我国建筑垃圾还存在回收利用率低，再生资源化技术水平相对落后，缺乏新技术、新エ艺的现状。因此研究建筑垃圾再利用的新技术十分必要。
中国专利《利用建筑垃圾生产蒸压砖》(
公开日2007. 09. 26，公开号CN101041567)公开了ー种以建筑垃圾、粉煤灰、石灰(或电石渣)和外加剂等为主要原材料，研制生产蒸压粉煤灰垃圾砖的技术，其中建筑垃圾的用量为15% 55%，最佳范围为20% 35%，并将制品置于大于100°C的饱和蒸汽(反应釜)中进行处理。该技术对建筑垃圾利用率较低，并且生产温度相对较高需要在反应釜中进行。
中国专利《利用建筑垃圾生产的建材及其制备方法》(
公开日2009. 01. 21，公开号CN101348343)公开了ー种利用建筑垃圾生产的建材及其制备方法。但是该发明的方法制备建筑材料需要在19(T230°C蒸压养护，该过程需要在高压反应釜中进行。反应釜造价高，使用过程需要高额的维护费用，另外，使用高压釜时其生产过程为ー间歇过程(即进料-升温加压-恒温-降温减压-取样)，使得生产エ艺漫长。这些使产品成本提高，能量消耗加大。
如果能实现低温(IO(TC)生产，由于水在100°C的饱和蒸汽压为常压，故其制备压カ就为常压。此时不但不需要使用高压反应釜使得生产过程可实现连续性生产，而且其生产过程会大大简化,生产成本以及能耗也都会大大下降。发明内容
本发明的目的是提出ー种低温常压固化城市建筑垃圾为建筑材料的方法。所述方法为城市建筑垃圾资源化提供ー种新途径，提高城市建筑垃圾的资源化效率；通过该固化的方法，在低温度(100°C )常压不使用反应釜的条件下再利用城市建筑垃圾制备高质量的新型建筑材料，简化生产过程、提高生产效率(连续生产)和节约能源。
本发明提出的低温常压固化城市建筑垃圾为建筑材料的方法，是将废旧混凝土、废旧红砖等城市建筑垃圾固化为具有高強度的建筑材料的方法，具体步骤如下选用城市建筑垃圾为原料，进行粉碎处理，然后加入消石灰并与水或碱溶液混合，混
全文摘要
本发明属低温常压固化城市建筑垃圾为建筑材料的方法。结合国内外建筑垃圾问题日益突出的实际情况，在常压100℃低温下，将城市建筑垃圾固化再生成一种强度高的新型建筑材料。该固化过程为首先对建筑垃圾进行粉碎研磨预处理，再添加一定量的消石灰并和碱溶液或水混合，将其混合物在压机下压制成型，然后对脱模后的成型体进行固化处理即可获得高强度(抗折强度可达18MPa以上)的材料。本发明的固化材料可用于诸如，墙地砖、路面砖、广场砖、和江河护堤材料等建筑用材方面。本发明一改使用高压釜的蒸压生产方法，在100℃低温常压下(不使用高压釜)固化建筑垃圾为新型建筑材料。由于是常压，所以其固化过程可以使用连续生产过程，这样就可以既能有效的降低建筑材料的生产以及设备成本又可以大大降低其能耗。
文档编号C04B18/16GK102674729SQ201210152620
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者单成冲, 孙光耀, 徐鹏亮, 景镇子, 赵卫国 申请人:同济大学