CN101274824A - 水泥熟料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属水泥熟料及水泥熟料制备技术领域，尤其是以废弃碎石混凝土为主要原料的水泥熟料及其制备方法，原料组成按重量百分含量是：废弃碎石混凝土37.0％～77.0％；石灰岩21.0％～52.0％；砂岩 0.5％～8.5％；硫酸渣 1.0％～4.5％。制备时将废弃碎石混凝土干燥、破碎、筛分，得粒径为5～20mm的颗粒，与石灰岩、砂岩及硫酸渣配合，按传统工艺制备成水泥熟料。本发明中所得水泥熟料制备的水泥，其强度等级可达52.5级，可作为制备混凝土的胶凝材料使用。废弃碎石混凝土在水泥熟料原料中的比例可接近80％，利用率很高，为废弃混凝土的资源化找到了一条很好的利用途径。

Description

水泥熟料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥熟料及其制备方法，尤其涉及以废弃碎石混凝土为主要原料的水泥熟料及其制备方法。

背景技术

随着国家经济和建筑业的发展，每年因拆除旧建筑产生的废弃混凝土数量巨大，所产生的建筑垃圾已成为城市的一大垃圾污染源，如果对这些垃圾只简单地填埋，无疑造成对环境的严重污染和对能源的巨大浪费。如何处理这些废弃混凝土已经引起了建筑行业和环保部门的高度重视。废弃混凝土是一种硬化了的混凝土，主要由硬化水泥浆(水泥石)、砂石集料等组成，其中砂石集料占70％～80％，对废弃混凝土的回收利用技术就是围绕其整体或某一分离组份而展开的，到目前为止，废弃混凝土再利用的研究主要有以下三种技术形式：

1.制成再生集料制备再生混凝土，即将废弃混凝土经破碎、筛分获得再生粗集料、再生细集料及粉料分别加以利用。如果废弃混凝土为卵石混凝土，则获得的再生粗集料性能较好；与卵石混凝土相比，碎石混凝土破碎分离出的粒径在粗集料范围的粗颗粒含有大量的硬化水泥浆，吸水率高、吸水快，压碎指标大，作为再生粗集料来使用时，只能用于强度要求低或比较次要的部位，如铺垫路基或基础回填等。而无论是卵石混凝土，还是碎石混凝土，其破碎分离出的粒径在细集料范围的细颗粒因含有大量的硬化水泥浆，吸水率很高，难以作为再生细集料来使用。

2.分离出废弃混凝土中的水泥石，制备再生胶凝材料，即将废弃混凝土经破碎、筛分后获得再生粗集料、再生细集料及粉料，将粉料进行热处理得到再生胶凝材料。这里得到的再生粗集料与再生细集料与技术形式1相类似，分离出的粉料主要为含水化硅酸钙的水泥石，加热失水后得到类似于水泥熟料矿物的硅酸钙，因而具有水硬活性，可在次要工程中作水泥或部分取代水泥使用，相当于从废弃混凝土中“分离”出水泥。该方法能够回收到的再生胶凝材料的数量占整个废弃混凝土的量的比例很小，并未从根本上解决技术形式1面临的技术难题。

3.用废弃混凝土作为煅烧水泥熟料的原材料，即将废弃混凝土经烘干、破碎后与石灰岩、粘土及硫酸渣一起作为煅烧水泥熟料的原材料加以利用。这一技术形式是基于上述技术形式1与技术形式2均存在技术难题而出现的，目前尚很少见报道。在《国外建材科技》2005年第26卷第2期万惠文等著的“利用废弃混凝土生产绿色水泥的研究”文章中，介绍了利用40％、60％、80％的废弃混凝土替代石灰岩制备水泥熟料的技术，其得到的水泥熟料在水灰比为0.32时强度可达到47.4MPa，但因废弃混凝土中含有的河砂导致既难磨又难烧，从而导致f-CaO含量增加，熟料的质量下降。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种以废弃碎石混凝土为主要原料的水泥熟料及其制备方法，废弃碎石混凝土的利用率高，所得熟料质量好，制备工艺更容易实现。

为此，本发明所述的水泥熟料由下列重量百分比的原料制备而成：

废弃碎石混凝土：37.0％～77.0％

石灰岩：21.0％～52.0％

砂岩：0.5％～8.5％

硫酸渣：1.0％～4.5％

为得到上述水泥熟料，本发明采用的工艺步骤是：

(1)收集粗集料为破碎石灰岩的废弃混凝土，将其干燥、破碎，选取出粒径为5～20mm的以含石灰岩为主的废弃碎石混凝土颗粒；

(2)将得到的废弃碎石混凝土颗粒混匀，按设定的重量百分比加入烘干后的硫酸渣和/或经烘干及破碎后的石灰岩、砂岩，混合并磨细至用80μm方孔筛筛余为8％～16％的粉体后得到水泥生料粉；

(3)将上述生料粉按传统工艺经成球、煅烧及骤冷工序后得到水泥熟料。

本发明将废弃碎石混凝土经烘干、破碎、筛分后分离出其中以含石灰岩为主的碎石混凝土颗粒，用作烧制水泥熟料的主要钙质原料，避开了将其作为再生集料来使用时存在吸水率高、吸水快、强度低的缺点，而且分离出的碎石混凝土颗粒占整个废弃碎石混凝土的质量百分含量高，使废弃碎石混凝土的利用率得以大大提高。由于在破碎后将粒径为5mm以下的细颗粒分离出去了，避免了废弃混凝土中含有的河砂导致既难磨又难烧的问题，磨细和煅烧工艺更容易实现，使最终获得的水泥熟料质量稳定、可靠。

经实验证明，本发明中废弃碎石混凝土在水泥熟料原料中的比例可接近80％，废弃碎石混凝土的利用率很高，所得水泥熟料与普通水泥熟料的质量相当，用其制备的水泥的强度达到32.5级、42.5级或52.5级，可作为原材料应用到混凝土的制备之中，从而为废弃混凝土的资源化找到了一条很好的利用途径。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是实施例1所得水泥熟料与重庆市拉法基水泥厂水泥熟料的XRD对比分析图。

图3是实施例2所得水泥熟料与重庆市拉法基水泥厂水泥熟料的XRD对比分析图。

图4是实施例3所得水泥熟料与重庆市拉法基水泥厂水泥熟料的XRD对比分析图。

图5是实施例4所得水泥熟料与重庆市润江水泥厂水泥熟料的XRD对比分析图。

图6是实施例1、2、3、4所得水泥熟料与重庆市拉法基水泥厂水泥熟料、重庆市润江水泥厂水泥熟料的f-CaO含量对比分析图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：废弃混凝土取自重庆市区一些拆除的建筑物或构筑物，配制水泥生料粉所需的石灰岩、砂岩及硫酸渣取自重庆市拉法基水泥厂，并从重庆市拉法基水泥厂取来用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料，从市场上购得重庆市拉法基水泥厂生产的32.5复合硅酸盐水泥、42.5、52.5级和重庆市地维水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥，分别用作对比分析实验。水泥熟料的设计率值与重庆市拉法基水泥厂制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料的设计率值相同，即：石灰饱和系数KH＝0.93±0.02，铝率IM＝1.5±0.1，硅率SM＝2.5±0.1，按图1所示步骤进行如下操作：

(1)、从废弃混凝土中回收粗集料为破碎石灰岩的混凝土，将其自然晾干或烘干，然后破碎成最大粒径为20mm的颗粒，用孔径为5mm的方孔筛筛分，将其中粒径小于5mm的细颗粒分离出去，得到粒径为5mm～20mm的废弃碎石混凝土颗粒，测定该废弃碎石混凝土颗粒中含有的碳酸钙为80.20％；

(2)、将得到的废弃碎石混凝土颗粒混匀，将石灰岩、砂岩分别烘干及破碎，将硫酸渣烘干，按如下重量百分比称取各原料：

废弃碎石混凝土48.5％

石灰岩40.5％

砂岩8.2％

硫酸渣2.8％

将原料混合、磨细至80μm方孔筛筛余为8％～16％的粉体后得到水泥生料粉；

(3)、将上述生料粉按传统工艺经成球、煅烧及骤冷工序后得到水泥熟料。

将上述水泥熟料与天然二水石膏按重量比为97∶3混合，经磨细至80μm方孔筛筛余为12％以下的粉体后得到水泥。

将上述水泥称取300克，与水按重量比为2∶1混合搅拌均匀得到水灰比为0.5的水泥净浆，倒入6个内部直径为27mm，高为50mm的塑料瓶中，振动密实成型，放置在20℃环境中静置24小时后拆模得到6个硬化水泥净浆试样，然后泡在已经制备好的饱和石灰水中静置在20℃环境中备用。

从加水搅拌开始计时，到3天时，取出3个硬化水泥净浆试样，用精密切割机分别将其切割，得到3个高度和直径均为27mm的圆柱体试件，测定出3个圆柱体试件3天抗压强度，取其平均值作为该水泥样品的3天抗压强度；从加水搅拌开始计时，到28天时，重复前述操作，获得该水泥样品的28天抗压强度。

经化学分析后计算，本实施例所得水泥熟料实际率值为：石灰饱和系数KH＝0.91，铝率IM＝1.49，硅率SM＝2.43，满足设计要求。与取自重庆市拉法基水泥厂的用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料作XRD对比分析结果如图2所示。

实施例2：废弃混凝土取自重庆市区一些拆除的建筑物或构筑物，配制水泥生料粉所需的石灰岩、砂岩及硫酸渣取自重庆市拉法基水泥厂，并从重庆市拉法基水泥厂取来用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料、从市场上购得重庆市拉法基水泥厂生产的32.5复合硅酸盐水泥、42.5、52.5级和重庆市地维水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥，分别用作对比分析实验。水泥熟料的设计率值与重庆市拉法基水泥厂制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料的设计率值相同，即：石灰饱和系数KH＝0.93±0.02，铝率IM＝1.5±0.1，硅率SM＝2.5±0.1，按图1所示步骤进行如下操作：

(1)、从废弃混凝土中回收粗集料为破碎石灰岩的混凝土，将其自然晾干或烘干，然后破碎成最大粒径为20mm的颗粒，用孔径为5mm的方孔筛筛分，将其中粒径小于5mm的细颗粒分离出去，得到粒径为5～20mm的废弃碎石混凝土颗粒，测定该废弃碎石混凝土颗粒中含有的碳酸钙为75.62％；

(2)、将得到的废弃碎石混凝土颗粒混匀，将石灰岩、砂岩分别烘干及破碎，将硫酸渣烘干，按如下重量百分比称取各原料：

废弃碎石混凝土77.0％

石灰岩21.0％

砂岩0.7％

硫酸渣1.3％

将原料混合、磨细至80μm方孔筛筛余为8％～16％的粉体后得到水泥生料粉；

(3)、将上述生料粉按传统工艺经成球、煅烧及骤冷工序后得到水泥熟料。

将上述水泥熟料与天然二水石膏按重量比为97∶3混合，经磨细至80μm方孔筛筛余为12％以下的粉体后得到水泥。

将上述水泥称取300克，与水按重量比为2∶1混合搅拌均匀得到水灰比为0.5的水泥净浆，倒入6个内部直径为27mm，高为50mm的塑料瓶中，振动密实成型，放置在20℃环境中静置24小时后拆模得到6个硬化水泥净浆试样，然后泡在已经制备好的饱和石灰水中静置在20℃环境中备用。

从加水搅拌开始计时，到3天时，取出3个硬化水泥净浆试样，用精密切割机分别将其切割，得到3个高度和直径均为27mm的圆柱体试件，测定出3个圆柱体试件3天抗压强度，取其平均值作为该水泥样品的3天抗压强度；从加水搅拌开始计时，到28天时，重复前述操作，获得该水泥样品的28天抗压强度。

经化学分析后计算，本实施例所得水泥熟料实际率值为：石灰饱和系数KH＝0.95，铝率IM＝1.40，硅率SM＝2.46，满足了设计要求。与取自重庆市拉法基水泥厂的用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料作XRD对比分析结果如图3所示。

实施例3：废弃混凝土取自重庆市区一些拆除的建筑物或构筑物，配制水泥生料粉所需的石灰岩、砂岩及硫酸渣取自重庆市拉法基水泥厂，并从重庆市拉法基水泥厂取来用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料、从市场上购得重庆市拉法基水泥厂生产的32.5复合硅酸盐水泥、42.5、52.5级和重庆市地维水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥，分别用作对比分析实验。水泥熟料的设计率值与重庆市拉法基水泥厂制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料的设计率值相同，即：石灰饱和系数KH＝0.93±0.02，铝率IM＝1.5±0.1，硅率SM＝2.5±0.1，按图1所示步骤进行如下操作：

(1)、从废弃混凝土中回收粗集料为破碎石灰岩的混凝土将其自然晾干或烘干，然后破碎成最大粒径为20mm的颗粒，用孔径为5mm的方孔筛筛分，将其中粒径小于5mm的细颗粒分离出去，得到粒径为5mm～20mm的废弃碎石混凝土颗粒，测定该废弃碎石混凝土颗粒中含有的碳酸钙为75.45％；

(2)、将得到的废弃碎石混凝土颗粒混匀，将石灰岩、砂岩分别烘干及破碎，将硫酸渣烘干，按如下重量百分比称取各原料：

废弃碎石混凝土：38.9％

石灰岩：51.5％

砂岩：7.1％

硫酸渣：2.5％

将原料混合、磨细至80μm方孔筛筛余为8％～16％的粉体后得到水泥生料粉；

(3)、将上述生料粉按传统工艺经成球、煅烧及骤冷工序后得到水泥熟料。

将上述水泥熟料与天然二水石膏按重量比为97∶3混合，经磨细至80μm方孔筛筛余为12％以下的粉体后得到水泥。

将上述水泥称取300克，与水按重量比为2∶1混合搅拌均匀得到水灰比为0.5的水泥净浆，倒入6个内部直径为27mm，高为50mm的塑料瓶中，振动密实成型，放置在20℃环境中静置24小时后拆模得到6个硬化水泥净浆试样，然后泡在已经制备好的饱和石灰水中静置在20℃环境中备用。

从加水搅拌开始计时，到3天时，取出3个硬化水泥净浆试样，用精密切割机分别将其切割，得到3个高度和直径均为27mm的圆柱体试件，测定出3个圆柱体试件3天抗压强度，取其平均值作为该水泥样品的3天抗压强度；从加水搅拌开始计时，到28天时，重复前述操作，获得该水泥样品的28天抗压强度。

经化学分析后计算，本实施例所得水泥熟料实际率值为：石灰饱和系数KH＝0.91，铝率IM＝1.40，硅率SM＝2.60，满足了设计要求。与取自重庆市拉法基水泥厂的用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料作XRD对比分析结果如图4所示。

实施例4：废弃混凝土取自重庆市区一些拆除的建筑物或构筑物，配制水泥生料粉所需的石灰岩、砂岩及硫酸渣取自重庆市润江水泥厂，并从重庆市润江水泥厂取来用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料、从市场上购得重庆市拉法基水泥厂生产的32.5复合硅酸盐水泥、42.5、52.5级和重庆市地维水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥，分别用作对比分析实验。水泥熟料的设计率值与重庆市润江水泥厂制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料的设计率值相同，即：石灰饱和系数KH＝0.91±0.02，铝率IM＝1.4±0.1，硅率SM＝2.6±0.1，按图1所示步骤进行如下操作：

(1)、从废弃混凝土中回收粗集料为破碎石灰岩的混凝土将其自然晾干或烘干，然后破碎成最大粒径为20mm的颗粒，用孔径为5mm的方孔筛筛分，将其中粒径小于5mm的细颗粒分离出去，得到粒径为5mm～20mm的废弃碎石混凝土颗粒，测定该废弃碎石混凝土颗粒中含有的碳酸钙为80.20％；

(2)、将得到的废弃碎石混凝土颗粒混匀，将石灰岩、砂岩分别烘干及破碎，将硫酸渣烘干，按如下重量百分比称取各原料：

废弃碎石混凝土：63.1％

石灰岩：26.2％

砂岩：6.3％

硫酸渣：4.4％

将原料混合、磨细至80μm方孔筛筛余为8％～16％的粉体后得到水泥生料粉；

(3)、将上述生料粉按传统工艺经成球、煅烧及骤冷工序后得到水泥熟料。

将上述水泥熟料与天然二水石膏按重量比为97∶3混合，经磨细至80μm方孔筛筛余为12％以下的粉体后得到水泥。

将上述水泥称取300克，与水按重量比为2∶1混合搅拌均匀得到水灰比为0.5的水泥净浆，倒入6个内部直径为27mm，高为50mm的塑料瓶中，振动密实成型，放置在20℃环境中静置24小时后拆模得到6个硬化水泥净浆试样，然后泡在已经制备好的饱和石灰水中静置在20℃环境中备用。

从加水搅拌开始计时，到3天时，取出3个硬化水泥净浆试样，用精密切割机分别将其切割，得到3个高度和直径均为27mm的圆柱体试件，测定出3个圆柱体试件3天抗压强度，取其平均值作为该水泥样品的3天抗压强度；从加水搅拌开始计时，到28天时，重复前述操作，获得该水泥样品的28天抗压强度。

经化学分析后计算，本实施例所得水泥熟料实际率值为：石灰饱和系数KH＝0.90，铝率IM＝1.50，硅率SM＝2.50，满足了设计要求。与取自重庆市润江水泥厂的用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料作XRD对比分析结果如图5所示。

上述四个实施例与重庆市拉法基水泥厂和重庆市润江水泥厂取来的用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料作f-CaO含量对比分析如图6所示，可以看出，利用废弃碎石混凝土颗粒煅烧出的水泥熟料的f-CaO含量并不高于重庆市拉法基水泥厂和重庆市润江水泥厂的水泥熟料的f-CaO含量，也满足国家规范对水泥熟料中f-CaO含量的限量(≯1％)。

上述实施例1、实施例2、实施例3所得3天、28天抗压强度与设计率值相同的重庆市拉法基水泥厂取来的用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料按同样方法获得的3天、28天抗压强度实验结果如下表：

上述实施例4所得3天、28天抗压强度与设计率值相同的重庆市润江水泥厂取来的用于制备42.5级普通硅酸盐水泥的水泥熟料按同样方法获得的3天、28天抗压强度实验结果如下表：

上述实施例1、实施例2、实施例3所得3天、28天抗压强度与市场上购得的重庆市拉法基水泥厂生产的32.5复合硅酸盐水泥、42.5、52.5级和重庆市地维水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥按同样方法获得的3天、28天抗压强度实验结果如下表：

可见，以废弃碎石混凝土为主要配料煅烧的水泥熟料制备的水泥，其实际强度等级可达32.5级、42.5级或52.5级。

本发明利用从废弃碎石混凝土中分离出的以含石灰岩为主的颗粒组分作为配制水泥生料的主要钙质原料，为废弃混凝土的资源化找到了一条很好的利用途径。本发明中作为配制水泥生料次要钙质原料的石灰岩也可用大理岩、泥灰岩、白垩代替，作为配制水泥生料粘土质原料的砂岩可用粘土、黄土、红土、页岩、泥岩、煤矸石、粉煤灰代替，作为配制水泥生料铁质校正原料的硫酸渣还可用赤铁矿、硫铁矿、铁矿渣代替，当选用不同的钙质原料、粘土质原料及铁质校正原料时，需要根据水泥熟料的设计率值对各原料的含量配比进行重新设计。本发明中石灰岩、砂岩的用量可进一步减少，甚至不用，相应地增加废弃碎石混凝土的用量。

Claims (6)

1、一种水泥熟料，其特征在于由下列重量百分比的原料制备而成：

废弃碎石混凝土：37.0％～77.0％

石灰岩：21.0％～52.0％

砂岩：0.5％～8.5％

硫酸渣：1.0％～4.5％。

2、根据权利要求1所述的水泥熟料，其特征在于制备该水泥熟料的原料重量百分比为：

废弃碎石混凝土：48.5％

石灰岩：40.5％

砂岩：8.2％

硫酸渣：2.8％。

3、根据权利要求1所述的水泥熟料，其特征在于制备该水泥熟料的原料重量百分比为：

废弃碎石混凝土：77.0％

石灰岩：21.0％

砂岩：0.7％

硫酸渣：1.3％。

4、根据权利要求1所述的水泥熟料，其特征在于制备该水泥熟料的原料重量百分比为：

废弃碎石混凝土：38.9％

石灰岩：51.5％

砂岩：7.1％

硫酸渣：2.5％。

5、根据权利要求1所述的水泥熟料，其特征在于制备该水泥熟料的原料重量百分比为：

废弃碎石混凝土：63.1％

石灰岩：26.2％

砂岩：6.3％

硫酸渣：4.4％。

6、一种水泥熟料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

(1)收集粗集料为破碎石灰岩的废弃混凝土，将其干燥、破碎，选取出粒径为5～20mm的以含石灰岩为主的废弃碎石混凝土颗粒；

(2)将得到的废弃碎石混凝土颗粒混匀，按设定的重量百分比加入烘干后的硫酸渣和/或经烘干及破碎后的石灰岩、砂岩，混合并磨细至用80μm方孔筛筛余为8％～16％的粉体后得到水泥生料粉；

(3)将上述生料粉按传统工艺经成球、煅烧及骤冷工序后得到水泥熟料。

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