多元固废再生骨料及其制备工艺

本发明涉及建筑材料技术领域。更具体地说，本发明涉及一种多元固废再生骨料及其制备工艺。

背景技术：

随着工业生产的发展，工业固废的数量日益增加。工业固废数量庞大，种类繁多，成分复杂，处理起来存在一定难度。如今仅是有限的几种工业废物得到利用，如美国、瑞典等国利用了钢铁渣，日本、丹麦等国利用了粉煤灰和煤渣。其他工业固废仍以堆存为主，部分有害的工业固体废物采用填埋、焚烧、化学转化等方法进行处置。其实工业废物经过适当的工艺处理，可成为工业原料或能源，一些工业废物已制成多种产品，如制成水泥、混凝土骨料、砖瓦、纤维、铸石等建筑材料。但是，目前利用这些工业废物制成的水泥、混凝土骨料等建筑材料强度低耐久性差。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种多元固废再生骨料，包括以下原材料、磷石膏、粉煤灰、矿渣粉、减水剂、碱性激发剂、水玻璃溶液和有机粘合剂，其利用碱性激发剂、活性硅铝矿物掺和料和有机粘合剂，通过圆盘造粒成球工艺，经自然水化生成钙矾石和c-s-h凝胶将剩余未溶解的磷石膏和掺和料进行包裹并胶结在一起的新型建筑材料。待再生骨料自然水化后成型，将初成型的骨料放入温度为100±2℃湿度为95％以上的蒸养箱里，以加速c-s-h颗粒生成，提高水化率，改善再生骨料的性能，降低再生骨料吸水率，减少再生混凝土用水量，同时明显提高再生骨料混凝土强度，提高再生骨料在混凝土中的利用率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种多元固废再生骨料，按重量份计，由30～45份磷石膏、20～35份粉煤灰、20～30份矿渣粉、0.5～1.5份减水剂、2～3.5份质量分数为40％的naoh水溶液、2～3份质量分数为10％的水玻璃溶液、15～35份水和5～15份有机粘合剂组成。

优选的是，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为30％。

优选的是，所述有机粘合剂为硅酮、聚氨酯、氨基树脂中的一种。

本发明提供一种多元固废再生骨料的制备工艺，按上述重量份计，包括以下步骤、

称量磷石膏、粉煤灰、矿渣粉在搅拌器中搅拌，均匀混合得到干混料；

将减水剂、naoh水溶液、水玻璃溶液、水、有机粘合剂在容器中搅拌均匀，充分混合后得到混合液体；

将干混料放入圆盘造粒机中，调整圆盘造粒机的转速和喷水方式，向圆盘造粒机中喷射混合液体，润湿干混料，通过圆盘造粒机使干混料形成球状颗粒；

取出球状颗粒，经三级筛盘累计筛余90～100％得孔径为4.75mm的原料；

对孔径为4.75mm的原料进一步筛余95～100％得孔径为2.36mm的原料备用；

将4.75mm的原料、2.36mm的原料自然养护28天；

静置于温度为100±2℃、湿度为95％以上的蒸养箱里7天，取出晾晒，得多元固废再生骨料。

本发明提供一种多元固废再生骨料，由多元固废再生骨料的制备工艺制备得到。

优选的是，所述多元固废再生骨料粒径系数为1.1～1.5，含泥量0～0.1％，筒压强度5.0～12.0mpa，堆积密度900～100kg/m³，软化系数0.70～0.85，1h吸水率7％～11％。

本发明至少包括以下有益效果、

本发明采用的磷石膏具有粒径小、比表面积大、反应活性高的特点，适宜于碱性条件激发形成高强度胶凝材料，有利于高强度、高耐久性能建材的制备。

本发明根据材料水化活性增强原理设计固体废物配比范围，与水和有机溶剂混合后在常温常压下成型，获得致密骨料。

本发明充分利用电厂副产物磷石膏，高效率用了磷石膏，确定了磷石膏的高价值处理方式，将其中有害的k、na、nh3、fe、ca、mg等的水溶性无机盐或有机物转化为对材料有利的物质。在解决磷石膏堆存及环境污染问题的同时，能够有效的降低建筑墙体的成本，加入固化剂以提高材料的粘结性能，磷石膏在胶凝材料中占50％以上，能够最大程度的利用现有的废弃物，可实现工业废弃物资源化利用。

本发明采用naoh水溶液、水玻璃溶液，在两者的作用下，oh^-离子打破了粉煤灰中al-o、si-o键的网络结构后成低活性状态，利用碱性激发剂、活性硅铝矿物掺和料和有机粘合剂，通过圆盘造粒成球工艺，经自然水化生成钙矾石和c-s-h凝胶将剩余未溶解的磷石膏和掺和料进行包裹并胶结在一起。

本发明采用的有机粘合剂属于无机高分子粘合剂，与水混合时二者能够迅速形成三维空间的胶体结构，使体系粘度增大，能够显著提高材料的力学强度和耐水性能。

本发明在常温常压下进行，与一般烧结陶粒等轻骨料相比，能耗低、生产工艺简单，产品品种易调节，方便实现功能化。

本发明极大地降低工业固废排放对环境的负担，降低了成本，减少资源消耗，在大量消纳工业固废物的同时，实现产品的功能化、绿色化和高值化，具有良好的经济效益和社会效益。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的多元固废再生骨料的制备工艺的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

本发明提供一种多元固废再生骨料，按重量份计，由30～45份磷石膏、20～35份粉煤灰、20～30份矿渣粉、0.5～1.5份减水剂、2～3.5份质量分数为40％的naoh水溶液、2～3份质量分数为10％的水玻璃溶液、15～35份水和5～15份有机粘合剂组成。

本发明提供一种多元固废再生骨料的制备工艺，其制备工艺流程图如图1所示，按上述重量份计，包括以下步骤、

称量磷石膏、粉煤灰、矿渣粉在搅拌器中搅拌，均匀混合得到干混料；

将减水剂、naoh水溶液、水玻璃溶液、水、有机粘合剂在容器中搅拌均匀，充分混合后得到混合液体；

将干混料放入圆盘造粒机中，调整圆盘造粒机的转速和喷水方式，向圆盘造粒机中喷射混合液体，润湿干混料，通过圆盘造粒机使干混料形成球状颗粒；

取出球状颗粒，经三级筛盘累计筛余90-100％得孔径为4.75mm的原料；

对孔径为4.75mm的原料进一步筛余95～100％得孔径为2.36mm的原料备用；

将4.75mm的原料、2.36mm的原料自然养护28天；

静置于温度为100±2℃、湿度为95％以上的蒸养箱里7天，取出晾晒，得多元固废再生骨料，并检测其粒径系数、含泥量、筒压强度、堆积密度、软化系数、1h吸水率等性能指标。

本发明以磷石膏、粉煤灰、矿渣粉、减水剂为原料，其利用碱性激发剂、活性硅铝矿物掺和料和有机粘合剂，通过圆盘造粒成球工艺，经自然水化生成钙矾石和c-s-h凝胶将剩余未溶解的磷石膏和掺和料进行包裹并胶结在一起的新型建筑材料。待再生骨料自然水化后成型，将初成型的骨料放入温度为100±2℃湿度为95％以上的蒸养箱里养护，使其微裂缝黏合，其机理是硅酸钠溶液会析出硅酸凝胶，填充毛细孔，将本身细微裂纹黏合；同时硅酸钠会与氢氧化钙反应，生成水硬性硅酸钙胶体填充再生骨料孔隙，改善再生骨料的性能，降低再生骨料吸水率，减少再生混凝土用水量，同时明显提高再生骨料混凝土强度，提高再生骨料在混凝土中的利用率。

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

一种多元固废再生骨料配方，由以下原料按重量份数组成、磷石膏30份、粉煤灰20份、矿渣粉20份、减水剂0.5份、质量分数为40％的naoh水溶液2份、质量分数为10％的水玻璃溶液2份、水15份和硅酮5份。

上述所述的一种多元固废再生骨料的制备工艺，包括以下步骤、

s1、根据原料重量比，称量磷石膏、粉煤灰、矿渣粉在搅拌器搅拌，均匀混合得到干混料；

s2、将水、减水剂、质量分数为40％的naoh水溶液、质量分数为10％的水玻璃溶液和硅酮在容量桶里搅拌均匀，充分混合后得到混合液体；

s3、将步骤s1制得的干混料放入圆盘造粒机中，调整圆盘造粒机的转速、喷水方式，通过喷射步骤s2制得的混合液体，润湿干混料，通过造粒设备产生的滚动和搓动的机械作用，使球粒内测颗粒被进一步压紧，从而形成球状颗粒；

s4、将步骤s3制得的球状颗粒取出来，经三级筛盘累计筛余90～100％得孔径为4.75mm的原料；

s5、对孔径为4.75mm的原料进一步筛余95～100％得孔径为2.36mm的原料备用；

s6、将步骤s4、s5制得的再生骨料自然养护28天；

s7、对s6中的再生骨料静置于温度为100±2℃湿度为95％以上的蒸养箱里7天，待生成的水硬性硅酸钙胶体填充再生骨料孔隙，取出晾晒，得多元固废再生骨料。

实施例2

一种多元固废再生骨料配方，由以下原料按重量份数组成，磷石膏35份、粉煤灰23份、矿渣粉23份、减水剂0.7份、质量分数为40％的naoh水溶液2.3份、质量分数为10％的水玻璃溶液2.3份、水20份和聚氨酯8份。

上述所述的一种多元固废再生骨料的制备工艺，包括以下步骤、

s1、根据原料重量比，称量磷石膏、粉煤灰、矿渣粉在搅拌器搅拌，均匀混合得到干混料；

s2、将水、减水剂、质量分数为40％的naoh水溶液、质量分数为10％的的水玻璃溶液和聚氨酯在容量桶里搅拌均匀，充分混合后得到混合液体；

s3、将步骤s1制得的干混料放入圆盘造粒机中，调整圆盘造粒机的转速、喷水方式，通过喷射步骤s2制得的混合液体，润湿干混料，通过造粒设备产生的滚动和搓动的机械作用，使球粒内测颗粒被进一步压紧，从而形成球状颗粒；

s4、将步骤s3制得的球状颗粒取出来，经三级筛盘累计筛余90～100％得孔径为4.75mm的原料；

s5、对孔径为4.75mm的原料进一步筛余95～100％得孔径为2.36mm的原料备用；

s6、将步骤s4、s5制得的再生骨料自然养护28天；

s7、对s6中的再生骨料静置于温度为100±2℃湿度为95％以上的蒸养箱里7天，待生成的水硬性硅酸钙胶体填充再生骨料孔隙，取出晾晒，得多元固废再生骨料。

实施例3

一种多元固废再生骨料配方，由以下原料按重量份数组成，磷石膏37份、粉煤灰20份、矿渣粉25份、减水剂0.9份、质量分数为40％的naoh水溶液2.6份、质量分数为10％的水玻璃溶液2.6份、水25份和氨基树脂9份。

上述所述的一种多元固废再生骨料的制备工艺，包括以下步骤、

s1、根据原料重量比，称量磷石膏、粉煤灰、矿渣粉在搅拌器搅拌，均匀混合得到干混料；

s2、将水、减水剂、质量分数为40％的naoh水溶液、质量分数为10％的的水玻璃溶液和氨基树脂在容量桶里搅拌均匀，充分混合后得到混合液体；

s3、将步骤s1制得的干混料按照原材料重量比放入圆盘造粒机中，调整圆盘造粒机的转速、喷水方式，通过喷射步骤s2制得的混合液体，润湿干混料，通过造粒设备产生的滚动和搓动的机械作用，使球粒内测颗粒被进一步压紧，从而形成球状颗粒；

s4、将步骤s3制得的球状颗粒取出来，经三级筛盘累计筛余90～100％得孔径为4.75mm的原料；

s5、对孔径为4.75mm的原料进一步筛余95～100％得孔径为2.36mm的原料备用；

s6、将步骤s4、s5制得的再生骨料自然养护28天；

s7、对s6中的再生骨料静置于温度为100±2℃湿度为95％以上的蒸养箱里7天，待生成的水硬性硅酸钙胶体填充再生骨料孔隙，取出晾晒，得多元固废再生骨料。

实施例4

本实施例的一种多元固废再生骨料配方，由以下原料按重量份数组成、磷石膏40份、粉煤灰25份、矿渣粉28份、减水剂1.1份、质量分数为40％的naoh水溶液2.9份、质量分数为10％的水玻璃溶液2.9份、水30份和聚氨酯11份。

上述所述的一种多元固废再生骨料的制备工艺，包括以下步骤、

s1、根据原料重量比，称量磷石膏、粉煤灰、矿渣粉在搅拌器搅拌，均匀混合得到干混料；

s2、将水、减水剂、质量分数为40％的naoh水溶液、质量分数为10％的的水玻璃溶液和聚氨酯在容量桶里搅拌均匀，充分混合后得到混合液体；

s3、将步骤s1制得的干混料按照原材料重量比放入圆盘造粒机中，调整圆盘造粒机的转速、喷水方式，通过喷射步骤s2制得的混合液体，润湿干混料，通过造粒设备产生的滚动和搓动的机械作用，使球粒内测颗粒被进一步压紧，从而形成球状颗粒；

s4、将步骤s3制得的球状颗粒取出来，经三级筛盘累计筛余90～100％得孔径为4.75mm的原料；

s5、对孔径为4.75mm的原料进一步筛余95～100％得孔径为2.36mm的原料备用；

s6、将步骤s4、s5制得的再生骨料自然养护28天；

s7、对s6中的再生骨料静置于温度为100±2℃湿度为95％以上的蒸养箱里7天，待生成的水硬性硅酸钙胶体填充再生骨料孔隙，取出晾晒，得多元固废再生骨料。

实施例5

一种多元固废再生骨料配方，由以下原料按重量份数组成，磷石膏43份、粉煤灰30份、矿渣粉30份、减水剂1.3份、质量分数为40％的naoh水溶液3.3份、质量分数为10％的水玻璃溶液3份、水33份和聚氨酯13份。

上述所述的一种多元固废再生骨料的制备工艺，包括以下步骤、

s1、根据原料重量比，称量磷石膏、粉煤灰、矿渣粉在搅拌器搅拌，均匀混合得到干混料；

s2、将水、减水剂、质量分数为40％的naoh水溶液、质量分数为10％的的水玻璃溶液和聚氨酯在容量桶里搅拌均匀，充分混合后得到混合液体；

s3、将步骤s1制得的干混料按照原材料重量比放入圆盘造粒机中，调整圆盘造粒机的转速、喷水方式，通过喷射步骤s2制得的混合液体，润湿干混料，通过造粒设备产生的滚动和搓动的机械作用，使球粒内测颗粒被进一步压紧，从而形成球状颗粒；

s4、将步骤s3制得的球状颗粒取出来，经三级筛盘累计筛余90～100％得孔径为4.75mm的原料；

s5、对孔径为4.75mm的原料进一步筛余95～100％得孔径为2.36mm的原料备用；

s6、将步骤s4、s5制得的再生骨料自然养护28天；

s7、对s6中的再生骨料静置于温度为100±2℃湿度为95％以上的蒸养箱里7天，待生成的水硬性硅酸钙胶体填充再生骨料孔隙，取出晾晒，得多元固废再生骨料。

实施例6

一种多元固废再生骨料配方，由以下原料按重量份数组成，磷石膏45份、粉煤灰35份、矿渣粉30份、减水剂1.5份、质量分数为40％的naoh水溶液3.5份、质量分数为10％的水玻璃溶液3份、水35份和氨基树脂15份。

本实施例上述所述的一种多元固废再生骨料的制备工艺，包括以下步骤、

s1、根据原料重量比，称量磷石膏、粉煤灰、矿渣粉在搅拌器搅拌，均匀混合得到干混料；

s2、将水、减水剂、质量分数为40％的naoh水溶液、质量分数为10％的的水玻璃溶液和氨基树脂在容量桶里搅拌均匀，充分混合后得到混合液体；

s3、将步骤s1制得的干混料按照原材料重量比放入圆盘造粒机中，调整圆盘造粒机的转速、喷水方式，通过喷射步骤s2制得的混合液体，润湿干混料，通过造粒设备产生的滚动和搓动的机械作用，使球粒内测颗粒被进一步压紧，从而形成球状颗粒。

s4、将步骤s3制得的球状颗粒取出来，经三级筛盘累计筛余90～100％得孔径为4.75mm的原料；

s5、对孔径为4.75mm的原料进一步筛余95～100％得孔径为2.36mm的原料备用；

s6、将步骤s4、s5制得的再生骨料自然养护28天；

s7、对s6中的再生骨料静置于温度为100±2℃湿度为95％以上的蒸养箱里7天，待生成的水硬性硅酸钙胶体填充再生骨料孔隙，取出晾晒，得多元固废再生骨料。

<性能指标检测>

对实施例1～6的多元固废再生骨料进行粒径系数、含泥量、筒压强度、堆积密度、软化系数、1h吸水率的性能指标测试，测试结果如表1所示；

表1实施例1～6的多元再生骨料制品的性能指标测试结果

由表1可知，实施例1制备的再生骨料粒径系数为1.5，含泥量0％，筒压强度5.5mpa，堆积密度900kg/m³，软化系数0.70，1h吸水率8％，符合建筑用再生骨料的标准。

实施例2制备的再生骨料粒径系数为1.1，含泥量0.2％，筒压强度12mpa，堆积密度900kg/m³，软化系数0.75，1h吸水率8％，符合建筑用再生骨料的标准。

实施例3制备的再生骨料粒径系数为1.2，含泥量0.5％，筒压强度11mpa，堆积密度1000kg/m³，软化系数0.78，1h吸水率7％，符合建筑用再生骨料的标准。

实施例4制备的再生骨料粒径系数为1.2，含泥量0％，筒压强度10.2mpa，堆积密度1000kg/m³，软化系数0.80，1h吸水率10％，符合建筑用再生骨料的标准。

实施例5制备的再生骨料粒径系数为1.4，含泥量0％，筒压强度9.4mpa，堆积密度900kg/m³，软化系数0.84，1h吸水率11％，符合建筑用再生骨料的标准。

实施例6制备的再生骨料粒径系数为1.0，含泥量0.1％，筒压强度8mpa，堆积密度900kg/m3，软化系数0.80，1h吸水率10％，符合建筑用再生骨料的标准。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。