一种单组分碱矿渣-再生微粉水泥的制备方法

本发明属于建筑材料，具体涉及一种单组分碱矿渣-再生微粉水泥的制备方法。

背景技术：

1、我国作为建筑大国，基础建筑量已经远远超过西方国家，且随着城乡现代化建设日益加快，建筑行业也随之快速发展。同时，大量老旧的建设与违规建筑也面临着拆除，相伴产生的建筑垃圾也逐日增加。

2、地质聚合物是一种由硅氧四面体与铝氧四面体构成的具有三维网状结构的凝胶材料。与普通硅酸盐水泥相比，在性能方面，地聚物材料具有着力学性能优异，耐高温，耐久性好，抗酸碱腐蚀性好等优点；在环保与经济方面，地聚物材料的原料来源多为粉煤灰、矿渣等低钙工业废弃物，成本低。

3、再生微粉主要是建筑固废中的砂浆微粉、烧结砖粉体，与部分自然骨料碎屑，其中残留有大量的碱性物质。当再生微粉作为掺合料掺入硅酸盐水泥时，可增加浆体中的oh-浓度，将会促进水泥早期强度。再生微粉中含有大量潜在火山灰活性的硅铝物质，具有制备碱激发地质聚合物的潜力。

4、再生烧结砖粉（rbp）和再生混凝土微粉（rcp）原料来源的差异性，决定着其化学成分和特性的差异。再生烧结砖粉由黏土、粉煤灰、煤矸石、页岩等为主要原料经过高温煅烧形成的废弃烧结砖破碎而成，质地软而多孔。再生混凝土微粉是由砂、石子和水泥混合而成的废弃混凝土得到的，其颗粒质地坚硬，成分复杂，微裂缝多。烧结砖粉能够与ca(oh)2反应生成c-s-h凝胶，这些凝胶会细化孔隙结构，降低砂浆的孔隙率并阻断孔洞间的链接，对增强耐久性有利。再生烧结砖粉和再生混凝土微粉化学组成成分以sio2、cao、al2o3为主，具备制成碱激发胶凝材料的潜力，但两者的化学成分具有差异性，在实际应用时需要加以区分，两者通过适度复掺可获得“1+1＞2”复合优势。

5、镍渣由于是经由水淬急冷生成的，虽然钙含量低，但体系内中活性sio2和无定形玻璃体的含量较高，具有一定的潜在激发活性。不少学者将镍渣作为前驱体制备地聚物探究各项性能，以期推广镍渣利用率。

6、碱性激发剂可以与再生微粉中的活性成分发生化学反应，生成新的矿物结构，这些新生成的矿物结构具有更高的强度和稳定性，从而提高了水泥的整体性能。

7、机械力化学活化再生微粉，主要是对再生微粉进行机械力粉磨，激发再生微粉的潜在活性，能够细化再生微粉、去除不规则棱角，使其粒形更加规整。在机械力的作用下，再生微粉晶体发生错位和空位等缺陷，形成新的活化点，使再生微粉的活性得到提高。

8、将再生微粉和碱激发胶凝材料相结合有两个显著优势。首先，单组分碱矿渣-再生微粉水泥有望作为常规硅酸盐水泥替代品，能减少对自然资源的开采，降低对土地资源的破坏，保护有限自然资源；其次，单组分碱矿渣-再生微粉水泥能有效解决建筑垃圾固物的污染问题，能使废弃资源循环利用，节约生产成本。因此，将建筑固废再生微粉制备成单组分碱矿渣-再生微粉水泥，符合可持续发展、循环再生的战略要求，更是有利于实现建筑行业绿色发展目标，具有较好的生态效益、经济效益，重大的社会意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种单组分碱矿渣-再生微粉水泥的制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种单组分碱矿渣-再生微粉水泥的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）首先将再生微粉、矿渣和镍渣分别在250 r/min-300 r/min下球磨20min-60min，然后将质量比为3~5：3~4：1~4的矿渣、再生微粉、镍渣以及碱当量为2%~7%的碱激发剂投入球磨罐中共同球磨5min~15min得到混合粉体；所述再生微粉包括再生烧结砖粉和再生混凝土微粉，再生烧结砖粉为再生微粉总质量的40%-60%。

5、（2）将步骤（1）所得的混合粉体与砂子混合后加水搅拌均匀，然后注入模具放进恒温水养护箱中养护24h后拆模，然后将砂浆试块放置到恒温养护室中水养，待达到龄期后取出。

6、进一步地，所述再生微粉中再生烧结砖粉和再生混凝土微粉的质量比为1：1。

7、进一步地，所述矿渣、再生微粉、镍渣的质量比为4：4：2。

8、进一步地，所述再生微粉中再生混凝土微粉的粒径小于2.36mm，再生烧结砖粉的粒径小于40mm。

9、进一步地，所述矿渣为s75级、s95级或s105级粒化高炉矿渣中的一种。

10、进一步地，所述固体碱激发剂为naoh、ca(oh)2、na2sio3中的一种。

11、进一步地，所述镍渣为高炉镍渣、电炉镍渣中的一种。

12、进一步地，所述混合粉体、砂和水的比例为2：6：1。

13、机理：球磨过程中，研磨球将自身的能量（以动能为主）通过砸击、摩擦、热能等方式传递给粉体，粉体内部能量不断积攒，促使粉体发生物理化学变化，激发再生微粉的潜在活性，细化再生微粉、去除不规则棱角，使其粒形更加规整，更好地填充水泥浆体的孔隙，改善水泥凝胶体的微观结构，提高砂浆的密实度，进而提升水泥强度。同时碱激发剂能为胶凝材料浆体提供较高浓度的oh-，再生微粉在碱性环境下表面非活性键易转换为游离的不饱和活性键，即表面的sio2和al2o3中的si-o和al-o键发生断裂，形成si-o-al网络聚合体，聚合度下降，易与体系中的活性成分发生火山灰反应，生成具有较高强度和水硬性的c-(a)-s-h凝胶，达到碱激发微粉活性的效果，从而达到改善水泥基材料的力学性能的效果。与此同时镍渣与矿渣生成具有强度特性的矿物相，如硅酸钙（c-s-h）、钙铝硅酸盐（c-a-s-h）等，细化颗粒结构，促进水合反应形成水化产物，降低砂浆的孔隙率并阻断孔洞间的链接，提高材料密实度，增强强度，对增强耐久性有利。

14、本发明的有益效果在于：

15、（1）本发明在机械力化学和碱激发两种活化手段下，对建筑垃圾再生微粉和镍渣中潜在活性进行活化，在再生微粉中（rbp和rcp）中掺入镍渣发挥活性，优化颗粒级配，与矿渣一起使用时，它们的水化反应可以相互补充，提供更长时间的强度提升。与矿渣大量絮状相填充构成，反应产物交联凝聚成网状结构，更好地填充水泥浆体孔隙，改善水泥凝胶体的微观结构，进而提升水泥强度。

16、（2）本发明配方简单，实用性强，实现了胶凝材料、掺合料、生产工艺的绿色化，其原料近乎100%来自于废弃物，可以对建筑固废再生微粉进行资源化回收利用，有效解决建筑垃圾固物的污染问题，能使废弃资源循环利用，节约生产成本，符合可持续发展、循环再生的战略要求。且再生微粉中的碱性物质可能会促进矿渣类胶凝特性的激发，既可节约碱激发剂用量，又有利于提高材料性能。

技术特征：

1.一种单组分碱矿渣-再生微粉水泥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述再生微粉中再生烧结砖粉和再生混凝土微粉的质量比为1：1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述矿渣、再生微粉、镍渣的质量比为4：4：2。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述再生微粉中再生混凝土微粉的粒径小于2.36mm，再生烧结砖粉的粒径小于40mm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述矿渣为s75级、s95级或s105级粒化高炉矿渣中的一种。

6.根据权利要求1所述的单组分碱矿渣-再生微粉水泥制备方法，其特征在于：所述固体碱激发剂为naoh、ca(oh)2、na2sio3中的一种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述镍渣为高炉镍渣、电炉镍渣中的一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述混合粉体、砂子和水的比例为2：6：1。

技术总结
本发明提供一种单组分碱矿渣‑再生微粉水泥的制备方法。本发明将再生微粉、矿渣、镍渣以及固体碱激发剂混合后进行球磨制备得到单组分碱矿渣‑再生微粉水泥。通过机械力化学和碱激发两种活化手段对再生微粉中潜在火山灰活性进行活化，调节再生微粉中RBP和RCP的比例改善颗粒形貌，镍渣增大体系碱度促进了碱激发反应过程的进行，有利于宏观性能的提升。本发明旨在实现建筑固废再生微粉的资源化利用，引入再生微粉，改善水泥的力学性能，实现了胶凝材料、掺合料、生产工艺的绿色化。

技术研发人员：吴文达,邵诗尧,孙化强,马世龙,王雪芳
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/6