一種混凝土生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種混凝土生產(chǎn)工藝，其通過將如下組分混制來生產(chǎn)混凝土：40?70重量份的道路銑刨廢料，10?20重量份由建筑垃圾制得的骨料，1?15重量份的鋼渣微粉，15?30重量份的水泥，0.02?0.2重量份的外加劑，和10?50份的水；所述銑刨廢料為由瀝青混凝土路面銑刨廢料制得的級配骨料。該工藝能夠使路面銑刨料、建筑垃圾和廢鋼渣得到充分再利用，以較低的生產(chǎn)成本獲得滿足需要的混凝土。
【專利說明】
一種混凝土生產(chǎn)工藝
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種混凝土的新生產(chǎn)工藝，更特別地涉及一種由鋼渣、建筑垃圾和路 面銑刨料生產(chǎn)低成本混凝土的工藝。
【背景技術】
[0002] 隨著市場商品混凝土的日益增多，商品混凝土市場競爭日趨激烈，商品混凝土企 業(yè)的高利潤時代早已成為過去。面對這種形勢，降低商品混凝土的生產(chǎn)成本，才能夠增加商 品混凝土在市場上的競爭力。如何合理有效的成本控制，是商品混凝土廠家生存和發(fā)展的 關鍵。
[0003] 建筑垃圾主要指建設、施工單位或個人對各類構筑物、建筑物等進行建設、修繕、 拆除及進行房屋裝飾過程中產(chǎn)生的泥土、廢渣、砂漿等各類廢棄物。不同類型的建筑結構產(chǎn) 生的建筑垃圾的基本組成一致，主要成分包括泥土、散落的砂漿、廢渣，瀝青混凝土碎塊、打 粧截斷剩下的鋼筋混凝土粧頭，水泥混凝土、剔鑿產(chǎn)生的磚石，各種廢金屬、木材、各類建材 產(chǎn)品的包裝材料，墻體保溫板，裝修過程產(chǎn)生的廢料和其它廢棄物。
[0004] CN101343852A公開了一種利用廢鋼渣制造公路用混凝土的方法，其步驟是：（1)采 用廢鋼渣填筑路基；（2)需控制鋼渣填筑路基的填筑速率，保證路基的穩(wěn)定性；（3)鋼渣填筑 路堤應采用振動壓路機分層碾壓，碾壓時鋼渣應處于最佳含水量范圍內(nèi)，采用試驗路段試 驗的方法確定合適的碾壓機具，采用最大干密度和最佳含水量作為鋼渣填筑路基的壓實度 計算標準；（4)鋼渣路堤的橫斷面設計，包括路堤高度、路堤邊坡坡率、填筑層厚，頂封層、底 封層、夾層，護坡及排水系統(tǒng)。
[0005] CN103467014A公開了 一種混凝土，包括以下組分，各組分按照重量份分別為:水泥 180~280重量份;礦粉50~70重量份;粉煤灰50~80重量份;石子920~980重量份;碎肩700 ~750重量份;砂100~200重量份;水170~200重量份;減水劑5~9重量份;CTF混凝土增效 劑1.8~2.5重量份。
[0006] CN105152566A公開了一種混凝土添加劑，包括如下重量份數(shù)的原料:粉煤灰4~16 份、二氧化硅粉4~10份、聚丙烯纖維4~16份、鈣粉1~9份、木質素磺酸鈣粉1~9份、丙烯酸 乳液4~10份。
[0007] CN103524096A公開了一種纖維混凝土，所述纖維混凝土組分及重量份如下:骨料： 2.5-30% ;混凝土：20-90% ;鋼纖維或碳纖維：1-20% ;外加劑：1-10% ;聚丙乙烯纖維：0- 10%〇
[0008] CN105060752A公開了一種活性更高，制作成本更低的混凝土摻合料，混凝土摻合 料的原材料包括卵石粉、粉煤灰、石灰石粉，所述卵石粉、粉煤灰、石灰石粉混合均勻。
[0009] CN103819148A公開了一種鋼渣混凝土，由以下組分組成：水泥、水、重晶砂、石子、 燒結球、奈系高效減水劑、膨脹劑、粉煤灰。
[0010] CN103482938A公開了一種抗裂混凝土，抗裂混凝土的組分和含量如下：lm3混凝土 中含有水泥220-4801^、細骨料680-7401^、粗骨料650-8001^、橡膠顆粒220-4151^、粉煤灰 12-451^、廢舊聚苯乙烯泡沬顆粒10-351^、水160-1901^、外加劑4.5-8.01^、礦粉3.5- 6.5kg〇
[0011] "中低強度混凝土低成本高性能化的研究"，馬保國等，混凝土，2004(8): 45-46，公 開了一種中低強度混凝土 C20-C50,指出高性能化和生產(chǎn)成本是目前混凝土行業(yè)急需解決 的關鍵問題，通過研究，進一步指出粉煤灰、礦粉復摻代替普通硅酸鹽水泥40 %~60%，能 夠有效改善混凝土工作、耐久性能，同時生產(chǎn)成本降低6~7元/m3。
[0012] 隨著我國公路事業(yè)的迅猛發(fā)展，高速公路的里程越來越長。一些早期修建的高速 公路面臨著大修或擴建，如何利用已損壞的路面面層、特別是瀝青面層逐漸受到人們的重 視。
[0013] 將鋼渣作為廢物遺棄，不僅占用大量的土地資源，還對環(huán)境造成了污染。為了適應 鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，近年來，各產(chǎn)鋼國都已經(jīng)將如何利用鋼渣的問題提到了重要日程上 來，并已經(jīng)取得了一些成果。到目前為止，鋼渣綜合利用主要涉及以下領域:返回冶金再用， 作水泥，作筑路工程材料，作農(nóng)肥和酸性土壤改良劑，用于廢水處理等，在用于混凝土制造 中的研究較少。
[0014] 如果能夠將所述各種廢料加以利用，則能夠合理降低混凝土的成本。然而，如何利 用所述廢料生產(chǎn)出滿足標準要求的混凝土，則存在諸多技術障礙，一直給低成本混凝土的 制造帶來困難。本領域需要一種低成本混凝土生產(chǎn)新工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 為克服現(xiàn)有技術中存在的上述技術問題，本發(fā)明人經(jīng)過深入研究和大量試驗，分 析了各組分的特點和相互作用關系，提供了以下技術方案。
[0016] 在本發(fā)明的一方面，提供了一種混凝土生產(chǎn)工藝，其通過將如下組分混制來生產(chǎn) 混凝土: 40-70重量份的道路銑刨廢料，10-20重量份由建筑垃圾制得的骨料，1-15重量份的 鋼渣微粉，15-30重量份的水泥，0.02-0.2重量份的外加劑，和10-50份的水;所述銑刨廢料 為由瀝青混凝土路面銑刨廢料制得的級配骨料。
[0017] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，道路銑刨廢料、尤其是路面銑刨廢料中含有較多的瀝青，因此能夠 將鋼渣微粉實現(xiàn)較好的包覆，從而使得能夠與氧有效隔絕，避免了鋼渣的氧化。
[0018] 任選地，該混凝土的制備原料中還包含0.1-2.0重量份的增強碳纖維。所述碳纖維 的表面優(yōu)選用改性環(huán)氧樹脂進行涂覆來進行增強。
[0019] 在一個優(yōu)選實施方式中，所述由建筑垃圾制得的骨料通過將建筑垃圾中的紅磚、 青磚、瓦和/或碎玻璃破碎至粒徑為1-20_，優(yōu)選5-18mm的顆粒而獲得。
[0020] 優(yōu)選地，所述由瀝青混凝土路面銑刨廢料制得的級配骨料通過包括以下步驟的方 法獲得：
[0021 ] (1)對瀝青混凝土路面進行銑刨，第一層銑刨厚度為2_6cm，第二層銑刨厚度為7- 10cm；
[0022] (2)對第一層銑刨料進行篩分，收集10-30mm的顆粒，將大于30mm的顆粒破碎后再 次進行篩分，獲得10_30mm的顆粒，記作顆粒A;將小于10mm的顆粒收集備用，該顆粒記作顆 粒B;
[0023] (3)對第二層銑刨料進行破碎，篩分收集10-20mm的顆粒，記作顆粒C，將顆粒A、顆 粒B和顆粒C以（40-50): (5-10): (20-30)的重量份比例進行級配混合，獲得級配骨料。
[0024] 在本發(fā)明中，充分考慮到第一層銑刨料和第二層銑刨料的組成和性質，將其以所 述特定的粒徑和比例進行級配，使各種粒徑的銑刨料能夠實現(xiàn)充分的性能互補，例如在混 凝土中能夠實現(xiàn)密實填充，使制得的混凝土具有較高的強度。又如，第一層銑刨料具有較高 的瀝青含量，不易破碎，具有較強的韌性，可以采用較大粒徑，第二層銑刨料含有較多的砂 石，具有較高的強度。與現(xiàn)有技術中將路面銑刨料簡單粉碎相比，本發(fā)明的該級配方法能夠 使混凝土的強度提高1倍以上。
[0025] 特別優(yōu)選地，在步驟(3)的級配混合中，還加入0.5-1.5重量份的慢裂快凝陽離子 型乳化瀝青。
[0026] 所述乳化瀝青優(yōu)選是通過使用N-[2_羥基-3-壬基酚聚氧乙烯醚]丙基三甲基氯化 銨作為乳化劑對瀝青進行乳化制得。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當使用該乳化劑來制備乳化瀝青時，能 夠以最低的用量實現(xiàn)較大的乳化效果，使瀝青具有較好的再生效果。
[0027]所述鋼渣微粉優(yōu)選通過將鋼渣研磨獲得，其優(yōu)選具有大于1500m2/kg的比表面積。 [0028] 所述鋼渣優(yōu)選為經(jīng)過處理的鋼渣，其中所含鈣元素的80%以上和硅元素的60%以 上以斜硅鈣石形式存在，所述鋼渣通過以下步驟進行處理：
[0029] (1)將鋼渣研磨，直至比表面積大于1500m2/kg;和
[0030] (2)將研磨后的鋼渣在600-900°C的溫度下煅燒10-20,優(yōu)選12-16小時，然后在自 然條件下冷卻至室溫。
[0031] 進一步優(yōu)選地，將所述步驟(2)得到的煅燒后的鋼渣在含硅鹽和/或含鋁鹽的水溶 液中浸泡5天以上，優(yōu)選10天以上，所述含硅鹽或含鋁鹽的溶液可以是(NH4)2Si03或NH4[A1 (0H) 4 ]的20-50重量％的水溶液。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，其中NH4+的存在可以增強鋼渣對S i和A1的 吸收，從而進一步增強鋼渣的活性指數(shù)，從而有利于增強制得的混凝土的強度。
[0032] 另外，在本發(fā)明中，通過研磨，可以使無定形的鋼渣轉變?yōu)榇蟛糠殖式Y晶態(tài)，晶相 主要是斜硅鈣石和鐵氧化物，從而可以顯著提高其水化活性指數(shù)，通?？商岣?0%以上。此 外，鋼渣磨細還可以降低游離CaO和MgO的不安定性。
[0033] 本發(fā)明中優(yōu)選高硅和高鋁含量的鋼渣，更有利于上述反應的進行和鋼渣的穩(wěn)定與 密化。
[0034] 在本發(fā)明中，所述混凝土外加劑特別優(yōu)選包含或者是通過使如下單體（I)和單體 (II)共聚獲得的共聚物：
[0035] (I)
[0036]
[0037] 其中R1為C1-C6的烷基，例如乙基，R2為C2-C8的烷基，例如丙基，η為3-6的整數(shù);和 [0038] (ΙΙ)α，β-芳族不飽和羧酸；
[0039] 其中單體（I)和（II)的重量比為60-90 :10-40，所述共聚物的重均分子量為600- 1800〇
[0040]在所述單體（I)的結構中，重復的乙氧基單元的存在進一步增強了混凝土的減水 性能，從而克服了由再生料(特別是道路銑刨料)制得的混凝土減水性不足的缺陷。
[0041] 最優(yōu)選地，所述α，β-芳族不飽和羧酸具有如下化學結構式：
[0042]
[0043] 發(fā)現(xiàn)通過在苯環(huán)兩個間位用F取代，由于電子效應，與單F取代或非取代形式相比， 可以進一步增強共聚物的減水性能，從而可以在混凝土配制中加入低至〇.〇1重量％的所述 外加劑就可以實現(xiàn)所需減水性能。
[0044] 本發(fā)明的這種具有優(yōu)異減水性能的外加劑聚合物尚未有報導。
[0045] 聚合方法可以采用本領域常規(guī)的聚合方法來進行，例如本體聚合、溶液聚合、乳液 聚合法或懸浮聚合。
[0046] 本發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，通過加入這樣的外加劑，可以提供優(yōu)異的減水性能，防止 混凝土的流動性隨著時間降低，非常有利于在混凝土填筑中進行施工，并且使得能夠有效 減少水泥的使用，克服再生料的減水性能和強度不足的缺陷，使得混凝土構筑件強度高，滿 足所需要求。
[0047] 所述改性環(huán)氧樹脂化合物優(yōu)選為硅氧烷化合物改性的環(huán)氧樹脂化合物。
[0048] 特別優(yōu)選地，所述硅氧烷化合物優(yōu)選為下式(III)所示的化合物：
[0049]
[0050] 其中，Me代表甲基，R為乙基或丙基，優(yōu)選為乙基，η為5-20，優(yōu)選為8。
[0051]當采用該硅氧烷化合物進行改性時，能夠使環(huán)氧樹脂由松散線性結構形成牢固的 緊密網(wǎng)狀結構，該網(wǎng)狀結構進而可以有效包覆和固定碳纖維，并且使碳纖維之間可以形成 交聯(lián)，從而極大地增強混凝土的強度。經(jīng)測試，用本發(fā)明方法的改性環(huán)氧樹脂涂覆的碳纖 維，其拉伸強度是普通環(huán)氧樹脂涂覆的碳纖維約2.3倍。
【具體實施方式】
[0052]通過以下具體實施例和對比例，進一步描述本發(fā)明，但是實施例僅用于說明，并不 能限制本發(fā)明的范圍。
[0053]在本發(fā)明中，各項性能測試可以參照下列標準進行：1、GB/T 1346《水泥標準稠度 用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》；2、混凝土減水劑質量標準和試驗方法JGJ 56-84;和 3、JTGE51 -2009公路無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程。
[0054] 實施例1
[0055]混凝土外加劑的制備
[0056]單體(1)的化學結構式為：
[0057]
[0058] 其中R1為甲基，R2為乙基，η為5,該單體可以通過將聚乙二醇和甲基基丙烯酸按照 常規(guī)酯化方法進行酯化、然后將酯化產(chǎn)物與乙氧基氯按照常規(guī)消除反應制得，或者可以直 接商購自Sigma-Aldrich公司；
[0059] 單體(II)的化學結構式為：
[0060]
i單體同樣可商購自Sigma-Aldrich公司；
[00611采用乳液聚合法，向500mL帶有機械攪拌裝置的圓底燒瓶中加入80g單體(1)和13g 單體（II)以及200mL去離子水，攪拌下通氮氣，然后加入O.lg過硫酸銨作為引發(fā)劑，升溫至 聚合溫度，聚合溫度為80°C，保持反應4小時，結束反應后回收聚合產(chǎn)物，經(jīng)測量所得共聚物 的重均分子量為約1650。
[0062] 實施例2
[0063]由如下組分混合來制備混凝土: 50重量份的道路銑刨廢料，15重量份由建筑垃圾 中的磚石破碎制得的骨料，其平均粒徑為約15_，10重量份的鋼渣微粉，20重量份的水泥， 0.03重量份的實施例1制備的外加劑，和30份的水;所述銑刨廢料為由瀝青混凝土路面銑刨 廢料制得的級配骨料;所述由瀝青混凝土路面銑刨廢料制得的級配骨料通過以下步驟獲 得：（1)對107國道的待翻新瀝青混凝土路面進行銑刨，第一層銑刨厚度為5cm，第二層銑刨 厚度為10cm; (2)對第一層銑刨料進行篩分，收集10-30mm的顆粒，將大于30mm的顆粒破碎后 再次進行篩分，獲得10_30mm的顆粒，記作顆粒A;將小于10mm的顆粒收集備用，該顆粒記作 顆粒B;(3)對第二層銑刨料進行破碎，篩分收集10-20mm的顆粒，記作顆粒C，將顆粒A、顆粒B 和顆粒C以50:10:25的重量份比例進行級配混合，獲得級配骨料。所述鋼渣為來自首鋼集團 的煉鋼渣，其比表面積為1700m2/kg。
[0064]按照標準公路設計規(guī)范，將所述混凝土材料作為公路上基層進行鋪筑，測試其7d 抗壓強度。經(jīng)測量，其7d抗壓強度為3.88MPa，完全符合高速公路對基層7d抗壓強度的要求； 同時，測得其減水劑收縮率比（％ )為82 %。
[0065] 對比例1
[0066] 重復實施例2的操作，不同之處在于使用常規(guī)市售聚羧酸系高性能減水劑混凝土 外加劑，測得其減水劑收縮率比（％ )為98%。。
[0067] 對比例2
[0068]重復實施例2的操作，不同之處僅在于鋼渣的比表面積為700m2/kg。測試其7d抗壓 強度為2.41MPa，不符合高速公路對上基層的7d抗壓強度的要求，僅僅符合普通公路例如一 級公路對交通基層材料的要求。
[0069]由上述實施例和對比例明顯可知，通過采用本發(fā)明工藝，能夠使路面銑刨料和廢 鋼渣得到充分再利用，并且以較低的生產(chǎn)成本獲得完全滿足需要的混凝土，例如其強度提 高，收縮率明顯降低，使得能夠減少水的用量和水泥的用量。這樣的技術效果是先前所未預 料到的。
[0070]本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領域技術人員能夠 制造和使用本發(fā)明。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權利要求書限定，且可以包括本領域技 術人員想到的其它實例。如果這種其它實例具有不異于權利要求書的字面語言的結構元 素，或者如果這種其它實例包括與權利要求書的字面語言無實質性差異的等效結構元素， 則這種其它實例意圖處于權利要求書的范圍之內(nèi)。在不會造成不一致的程度下，通過參考 將本文中參考的所有引用之處并入本文中。
【主權項】
1. 一種混凝土生產(chǎn)工藝，其通過將如下組分混制來生產(chǎn)混凝土 :40-70重量份的道路銑 刨廢料，10-20重量份由建筑垃圾制得的骨料，1-15重量份的鋼渣微粉，15-30重量份的水 泥，0.02-0.2重量份的外加劑，和10-50份的水;所述銑刨廢料為由瀝青混凝土路面銑刨廢 料制得的級配骨料。2. 根據(jù)權利要求1所述的混凝土生產(chǎn)工藝，其中所述由瀝青混凝土路面銑刨廢料制得 的級配骨料通過包括以下步驟的方法獲得： (1) 對瀝青混凝土路面進行銑刨，第一層銑刨厚度為2-6cm，第二層銑刨厚度為7-lOcm; (2) 對第一層銑刨料進行篩分，收集10-30mm的顆粒，將大于30mm的顆粒破碎后再次進 行篩分，獲得10-30_的顆粒，記作顆粒A;將小于10_的顆粒收集備用，該顆粒記作顆粒B; (3) 對第二層銑刨料進行破碎，篩分收集10-20mm的顆粒，記作顆粒C，將顆粒A、顆粒B和 顆粒C以（40-50): (5-10): (20-30)的重量份比例進行級配混合，獲得級配骨料。3. 根據(jù)權利要求2所述的混凝土生產(chǎn)工藝，其中在步驟（3)的級配混合中，還加入0.5-1.5重量份的慢裂快凝陽離子型乳化瀝青。4. 根據(jù)權利要求3所述的混凝土生產(chǎn)工藝，其中所述乳化瀝青通過使用N-[2-羥基-3-壬基酚聚氧乙烯醚]丙基三甲基氯化銨作為乳化劑對瀝青進行乳化制得。5. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的混凝土生產(chǎn)工藝，其中所述鋼渣微粉通過將鋼渣 研磨獲得，其具有大于1500m2/kg的比表面積。6. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的混凝土生產(chǎn)工藝，其中所述由建筑垃圾制得的骨 料通過將建筑垃圾中的紅磚、青磚、瓦和/或碎玻璃破碎至粒徑為1 -20mm的顆粒而獲得。
【文檔編號】C04B28/00GK105837096SQ201610166708
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】崔保磊, 梁超, 王 琦
【申請人】北京奧潤開元環(huán)?？萍佳芯吭河邢薰?br>