一种无水泥建筑垃圾制品及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种无水泥建筑垃圾制品，包括胶凝材料、建筑垃圾破碎而成的再生细骨料、晶胚、废纸纤维、超塑化剂，本发明还提供制备上述建筑制品的方法，按重量称取胶凝材料、和/或建筑垃圾破碎而成的再生细骨料、和/或晶胚、和/或废纸纤维、超塑化剂、和/或矿物颜料、水置于搅拌机中强制搅拌，搅拌均匀后装入模具，养护拆模后即得。本发明大量利用建筑垃圾作为再生骨料，碱激发粒化高炉矿渣作为胶凝材料，为建筑垃圾和工业废渣的资源化提供了一个有效的途径，并大大降低了环境负荷。本制品不使用高排放的硅酸盐水泥，因此将在碳交易市场上占据优势。本制品应用范围广泛，可制成步道砖、道面砖、植草砖、护坡砖、砌墙砖、板材等多种产品。
【专利说明】一种无水泥建筑垃圾制品及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑材料领域，特别是涉及一种用建筑垃圾制备的无水泥建筑材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]建筑垃圾是建筑物在建造、使用和拆除过程中产生的大量废弃物，主要包括混凝土、砖石洛土、陶瓷、木材、玻璃等废弃物。建筑垃圾中最主要的组分是混凝土，占58.8%ο据报道，我国每年建筑垃圾为24亿t左右，其中的绝大部分主要采用露天堆放或填埋的方式处理。建筑垃圾的大量排放，给社会和环境带来种种不利的影响，包括大量占用土地、降低土壤质量、影响空气质量、污染水域、破坏市容、恶化市区卫生和造成安全隐患等。发达国家较早针对该问题进行了一系列卓有成效的研究和实践，证明实现建筑垃圾的资源化是切实解决这一社会问题的良方。因此，建筑垃圾的资源化已经成为我国经济社会发展急需解决的重要课题，其资源化研究已势在必行。
[0003]再生骨料混凝土是建筑垃圾资源化的一个重要发展方向，其胶凝材料主要是高排放的硅酸盐水泥，平均每生产It硅酸盐水泥要排放大约ItCO2温室气体。《京都议定书》正式生效以来，碳金融市场进入快速发展时期，碳交易市场的规模迅速膨胀。2005年，全球以CO2排放权为商品的交易总额为100亿美元左右，而到2008年这一数字增长到1260亿美元，四年时间增长了 12倍。目前，我国是世界第二大CO2排放国，2005年全球CO2排放总量中，我国占到约18.9%，仅次于美国。此外，我国还要承受国内经济发展带来的巨大减排压力。因此，采用碱-激发矿渣代替水泥作为建筑垃圾制品的胶凝材料对于经济发展和环境保护都有重大意义。
[0004]综上所述，市场上亟需研发一种零排放的新型建筑材料，为建筑垃圾的资源化提供一个切实有效的途径，同时大量消纳工业废渣。
[0005]
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种无水泥建筑垃圾制品及其制备方法。本发明制备的建筑材料成本低廉，无CO2排放,并大量消纳建筑垃圾和工业废洛,可制成高性能建筑垃圾制品，如步道砖、道面砖、植草砖、护坡砖、砌墙砖、板材等多种产品。
[0007]其具体技术方案如下:
一种用建筑垃圾制备的无水泥建筑材料，其特征在于:包括如下组分:胶凝材料、建筑垃圾破碎而成的再生细骨料、晶胚、废纸纤维、超塑化剂，所述胶凝材料包括以下重量份的原料:工业废渣75?85份，石灰1(Γ20份，微/纳米矿物掺和料(Γ5份；所述晶胚为胶凝材料质量的09Γ4%;所述再生细骨料与胶凝材料质量之比为:((Tl):1 ;所述废纸纤维的质量为胶凝材料质量的0°/Γ5% ;所述超塑化剂的质量为胶凝材料质量的1.0%。
[0008]所述无水泥建筑材料中还包括矿物颜料。
[0009]所述再生骨料中粒径为1.0-5.0mm、0.5-1.0mm和0.08-0.5mm的颗粒各占1/3。
[0010]所述工业废渣为粒化高炉矿渣。
[0011]所述晶胚为粒径小于80 μ m的结块水泥或破碎建筑垃圾(主要是混凝土)时形成的小于80 μ m的颗粒；
所述微/纳米矿物掺和料为球状S12，其粒径<400nm。
[0012]所述增强剂为CaSO4.2H20。
[0013]所述超塑化剂为甲基丙烯酸为主链接枝EO或PO支链聚羧酸。
[0014]所述废纸纤维为宽度小于5_的条状废弃纸张。
[0015]所述矿物颜料为氧化铁或氧化锰或氧化铬。
[0016]本发明还提供制备上述的用建筑垃圾制备的无水泥建筑材料的方法，步骤如下:按重量称取胶凝材料、和/或建筑垃圾破碎而成的再生细骨料、和/或晶胚、和/或废纸纤维、超塑化剂、和/或矿物颜料和水，置于搅拌机中强制搅拌，搅拌均匀后装入模具，养护拆模后即得；
所述水与胶凝材料质量的比值为0.33、.45。
[0017]矿物颜料用于无水泥建筑垃圾制品表面形成纹理或图案，其用量与纹理或图案的复杂程度有关。
[0018]与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益效果:
1、本发明所述无水泥建筑垃圾制品大量利用建筑垃圾作为再生骨料，碱激发粒化高炉矿渣作为胶凝材料，为建筑垃圾和工业废渣的资源化提供了一个有效的途径，并大大降低了环境负荷。
[0019]2、本发明所述无水泥建筑垃圾制品使用高排放的硅酸盐水泥(生产It水泥大约排放It CO2),因此将在碳交易(碳交易是为促进全球温室气体减排，减少全球CO2排放所采用的市场机制)市场上占据优势。
[0020]3、本发明所述无水泥建筑垃圾制品中所述的晶胚由结块水泥或破碎废弃混凝土时形成的粉尘制得。晶胚的大量使用为这些粉尘和废弃水泥的资源化提供了一个有效的方法。
[0021]4、掺入适量的晶胚可提高无水泥建筑垃圾制品的早期强度，其作用机理在于晶胚充当了 C-S-H的成核基体，降低了成核位垒，即降低水化产物析出的能量障碍。如图2所示为无水泥建筑垃圾制品水化7d的场发射电镜照片，其中AO中未掺晶胚，A4中掺入了 4%的晶胚。从图中可以看出其水化产物主要是AFt和类似于C-S-H的凝胶，两者搭接成网状结构，这是无水泥建筑垃圾制品具有较高强度的微观基础。比较样品AO和A4，可以看出A4中C-S-H凝胶较为致密，AO中C-S-H凝胶较为疏松，这是因为晶胚为C-S-H凝胶等水化产物提供了成核基底，加速了水化反应。
[0022]5、碱激发胶凝材料赋予了无水泥建筑垃圾制品优异的力学性能和耐久性。如图3所示为本材料与低热硅酸盐水泥力学性能的比较，可以看出7d龄期时，无论是抗折强度还是抗压强度，本材料均高于低热硅酸盐水泥，28d龄期时与低热硅酸盐水泥相当。能够满足大多数步道砖、道面砖、板材等制品力学性能的要求，可进行大量推广使用。工业废渣中的玻璃体可以在石灰的激发下发生火山灰反应生成类似于水泥水化产物C-S-H凝胶，并且随着火山灰反应的不断进行，凝胶大量生成形成了致密的结构，这是无水泥建筑垃圾制品具有优异力学性能和耐久性的微观基础。如图4所示为粒化高炉矿渣-石灰系统的XRD图，可以看出，随着水化龄期的延长，该系统中CH的吸热峰有所降低，这表明了玻璃体消耗系统中的CH发生了火山灰反应。
[0023]6、本发明大量利用建筑垃圾作为再生骨料，碱激发粒化高炉矿渣作为胶凝材料，为建筑垃圾和工业废渣的资源化提供了一个有效的途径，并大大降低了环境负荷。本制品不使用高排放的硅酸盐水泥(生产It水泥大约排放It CO2),因此将在碳交易(碳交易是为促进全球温室气体减排，减少全球CO2排放所采用的市场机制)市场上占据优势。本制品应用范围广泛，可制成步道砖、道面砖、植草砖、护坡砖、砌墙砖、板材等多种产品，本发明所述无水泥建筑垃圾制品的原材料来源广泛，生产工艺简单，成本低廉。
[0024]
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1:la、lb为本发明制备的无水泥建筑材料成品。
[0026]图2:本发明制备的无水泥建筑材料水化7天的场发射电镜照片，其中2a中未掺晶胚，2b中惨入了 4%的晶胚。
[0027]图3:本发明制备的无水泥建筑材料与低热硅酸盐水泥力学性能的比较示意图；
图4:粒化高炉矿渣-石灰系统的XRD图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合具体实施例来对本发明做进一步的说明。
[0029]实施例1
按重量称取工业废渣85份、石灰10份、微/纳米矿物掺和料5份作为无水泥建筑垃圾制品的胶凝材料；然后称取增强剂和超塑化剂，增强剂为胶凝材料质量的3%，超塑化剂为胶凝材料质量的1% ;加入自来水，自来水与胶凝材料质量之比为0.33 ;强制搅拌后浇筑成型(模具预先涂刷脱模剂，并用矿物颜料绘制图案)，养护72小时后拆模即得。制得的无水泥建筑垃圾制品7d时抗压强度为28.3MPa。
[0030]上述工业废渣为粒化高炉矿渣。
[0031]上述微/纳米矿物掺和料为球状S12，其粒径<400nm。
[0032]上述增强剂为CaSO4.2H20。
[0033]上述超塑化剂为甲基丙烯酸为主链接枝EO或PO支链聚羧酸。
[0034]上述矿物颜料为氧化铁或氧化锰或氧化铬。
[0035]实施例2
按重量称取工业废渣75份、石灰20份、微/纳米矿物掺和料5份作为无水泥建筑垃圾制品的胶凝材料；然后称取增强剂和超塑化剂，增强剂为胶凝材料质量的3%，超塑化剂为胶凝材料质量的1% ;加入自来水，自来水与胶凝材料质量之比为0.33 ;强制搅拌后浇筑成型(模具预先涂刷脱模剂，并用矿物颜料绘制图案)，养护72小时后拆模即得。制得的无水泥建筑垃圾制品7d时抗压强度为27.0MPa0
[0036]上述工业废渣为粒化高炉矿渣。
[0037]上述微/纳米矿物掺和料为球状S12，其粒径<400nm。
[0038]上述增强剂为CaSO4.2H20。
[0039]上述超塑化剂为甲基丙烯酸为主链接枝EO或PO支链聚羧酸。
[0040]上述矿物颜料为氧化铁或氧化锰或氧化铬。
[0041]实施例3
按重量称取工业废渣85份、石灰10份、微/纳米矿物掺和料5份作为无水泥建筑垃圾制品的胶凝材料；然后称取增强剂、超塑化剂、废纸纤维和建筑垃圾破碎而成的再生细骨料，增强剂为胶凝材料质量的3%，超塑化剂为胶凝材料质量的1%，废纸纤维为胶凝材料质量的5%，再生细骨料与胶凝材料质量之比为3:1 ;加入自来水，自来水与胶凝材料质量之比为0.45 ;强制搅拌后浇筑成型(模具预先涂刷脱模剂，并用矿物颜料绘制图案)，养护72小时后拆模即得。制得的无水泥建筑垃圾制品7d时抗折强度为5.7MPa，抗压强度为25.8MPa，28d时抗折强度为7.0MPa，抗压强度为31.8MPa。
[0042]上述再生骨料中粒径为1.0-5.0mm、0.5-1.0mm和0.08-0.5mm的颗粒各占1/3。
[0043]上述工业废渣为粒化高炉矿渣。
[0044]上述晶胚为粒径小于80 μ m的结块水泥或破碎建筑垃圾时形成的小于80 μ m的颗粒;
上述微/纳米矿物掺和料为球状S12，其粒径<400nm。
[0045]上述增强剂为CaSO4.2H20。
[0046]上述超塑化剂为甲基丙烯酸为主链接枝EO或PO支链聚羧酸。
[0047]上述废纸纤维为宽度小于5_的条状废弃纸张。
[0048]上述矿物颜料为氧化铁或氧化锰或氧化铬。
[0049]实施例4
按重量称取工业废渣85份、石灰10份、微/纳米矿物掺和料5份作为无水泥建筑垃圾制品的胶凝材料；然后称取晶胚、增强剂、超塑化剂和建筑垃圾破碎而成的再生细骨料，晶胚为胶凝材料质量的4%，增强剂为胶凝材料质量的3%，超塑化剂为胶凝材料质量的1%，再生细骨料与胶凝材料质量之比为1:1 ;加入自来水，自来水与胶凝材料质量之比为0.45 ;强制搅拌后浇筑成型(模具预先涂刷脱模剂，并用矿物颜料绘制图案)，养护72小时后拆模即得。制得的无水泥建筑垃圾制品7d时抗压强度为36.7MPa，14d时抗压强度为44.8MPa。
[0050]上述再生骨料中粒径为1.0-5.0mm、0.5-1.0mm和0.08-0.5mm的颗粒各占1/3。
[0051]上述工业废渣为粒化高炉矿渣。
[0052]上述晶胚为粒径小于80 μ m的结块水泥或破碎建筑垃圾时形成的小于80 μ m的颗粒;
上述微/纳米矿物掺和料为球状S12，其粒径<400nm。
[0053]上述增强剂为CaSO4.2H20。
[0054]上述超塑化剂为甲基丙烯酸为主链接枝EO或PO支链聚羧酸。
[0055]上述矿物颜料为氧化铁或氧化锰或氧化铬。
[0056]实施例5
按重量称取工业废渣85份、石灰10份、微/纳米矿物掺和料5份作为无水泥建筑垃圾制品的胶凝材料；然后称取晶胚、增强剂、超塑化剂和建筑垃圾破碎而成的再生细骨料，晶胚为胶凝材料质量的4%，增强剂为胶凝材料质量的3%，超塑化剂为胶凝材料质量的1%，再生细骨料与胶凝材料质量之比为0.5:1 ;加入自来水，自来水与胶凝材料质量之比为0.45 ；强制搅拌后浇筑成型，养护72小时后拆模即得。制得的无水泥建筑垃圾制品7d时抗压强度为42.1MPa, 14d时抗压强度为45.4MPa。
[0057]上述再生骨料中粒径为1.0-5.0mm、0.5-1.0mm和0.08-0.5mm的颗粒各占1/3。
[0058]上述工业废渣为粒化高炉矿渣。
[0059]上述晶胚为粒径小于80 μ m的结块水泥或破碎建筑垃圾时形成的小于80 μ m的颗粒;
上述微/纳米矿物掺和料为球状S12，其粒径<400nm。
[0060]上述增强剂为CaSO4.2H20。
[0061]上述超塑化剂为甲基丙烯酸为主链接枝EO或PO支链聚羧酸。
[0062]实施例6
按重量称取工业废渣85份、石灰10份、微/纳米矿物掺和料5份作为无水泥建筑垃圾制品的胶凝材料；然后称取晶胚、增强剂和超塑化剂，晶胚为胶凝材料质量的1%，增强剂为胶凝材料质量的3%，超塑化剂为胶凝材料质量的1% ;加入自来水，自来水与胶凝材料质量之比为0.32 ;强制搅拌后浇筑成型，养护72小时后拆模即得。制得的无水泥建筑垃圾制品7d时抗压强度为38.7MPa，14d时抗压强度为41.4MPa。
[0063]上述工业废渣为粒化高炉矿渣。
[0064]上述晶胚为粒径小于80 μ m的结块水泥或破碎建筑垃圾时形成的小于80 μ m的颗粒;
上述微/纳米矿物掺和料为球状S12，其粒径<400nm。
[0065]上述增强剂为CaSO4.2H20。
[0066]上述超塑化剂为甲基丙烯酸为主链接枝EO或PO支链聚羧酸。
[0067]实施例7
按重量称取工业废渣85份、石灰10份、微/纳米矿物掺和料5份作为无水泥建筑垃圾制品的胶凝材料；然后称取增强剂、超塑化剂和废纸纤维，增强剂为胶凝材料质量的3%，超塑化剂为胶凝材料质量的1%,废纸纤维为胶凝材料质量的4% ;加入自来水，自来水与胶凝材料质量之比为0.33 ;强制搅拌后浇筑成型，养护72小时后拆模即得。制得的无水泥建筑垃圾制品7d时抗压强度为27.0MPa0
[0068]上述工业废渣为粒化高炉矿渣。
[0069]上述晶胚为粒径小于80 μ m的结块水泥或破碎建筑垃圾时形成的小于80 μ m的颗粒;
上述微/纳米矿物掺和料为球状S12，其粒径<400nm。
[0070]上述增强剂为CaSO4.2H20。
[0071]上述超塑化剂为甲基丙烯酸为主链接枝EO或PO支链聚羧酸。
[0072]上述废纸纤维为宽度小于5_的条状废弃纸张。
[0073]凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种无水泥建筑垃圾制品，其特征在于:包括如下组分:胶凝材料、建筑垃圾破碎而成的再生细骨料、晶胚、增强剂、废纸纤维、超塑化剂，所述胶凝材料包括以下重量份的原料:工业废渣75?85份，石灰1(Γ20份，微/纳米矿物掺和料5份；所述增强剂为胶凝材料质量的3% ;所述晶胚为胶凝材料质量的09Γ4% ;所述再生细骨料与胶凝材料质量之比为:((Γ3):1 ;所述废纸纤维的质量为胶凝材料质量的09Γ5%;所述超塑化剂的质量为胶凝材料质量的1.0%。
2.如权利要求1所述的无水泥建筑垃圾制品，其特征在于:所述无水泥建筑材料中还包括矿物颜料。
3.如权利要求1或2所述的无水泥建筑垃圾制品，其特征在于: (1)所述再生骨料中粒径为1.0-5.0mm、0.5-1.0mm和0.08-0.5mm的颗粒各占1/3 ； (2)所述工业废渣为粒化高炉矿渣； (3)所述晶胚为粒径小于80μ m的结块水泥或破碎建筑垃圾时形成的小于80 μ m的颗粒; (4)所述微/纳米矿物掺和料为球状S12，其粒径<400nm； (5)所述增强剂为CaS04.2H20 ； (6)所述超塑化剂为甲基丙烯酸为主链接枝EO或PO支链聚羧酸； (7)所述废纸纤维为宽度小于5_的条状废弃纸张。
4.如权利要求2所述的无水泥建筑垃圾制品，其特征在于:所述矿物颜料为氧化铁或氧化锰或氧化铬。
5.一种制备如权利要求1所述无水泥建筑垃圾制品的方法，其特征在于:步骤如下:按重量称取胶凝材料、和/或建筑垃圾破碎而成的再生细骨料、和/或晶胚、和/或废纸纤维、超塑化剂、和/或矿物颜料、水，置于搅拌机中强制搅拌，搅拌均匀后装入模具，养护拆模后即得。
6.如权利要求5所述的制备用建筑垃圾制备的无水泥建筑材料的方法,其特征在于:所述水与胶凝材料质量的比值为:0.33、.45。
【文档编号】C04B18/16GK104310923SQ201410537118
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】杨华山, 车玉君, 马小满, 康亭, 杨锐山, 董博伍 申请人:武汉大学