一种砖混类再生微粉泡沫混合料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于建筑垃圾回用技术领域，具体涉及一种砖混类再生微粉泡沫混合料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着社会发展进程的加快，建筑垃圾的资源化利用问题得到了越来越多的关注。据统计，建筑垃圾的总量占到了城市垃圾总量的30～40％。国内外诸多学者针对建筑垃圾的回收利用提出了解决办法，但每年新产生的建筑垃圾利用率仍不足10％。
3.建筑垃圾处置过程中多以破碎除杂后的再生骨料作为基础应用产品，利用再生骨料生产各种混合料及其制品等。而在再生骨料生产过程中会产生大量扬尘，为了保证生产环境要求，生产设备均配备除尘设备，除尘设备中收集的再生微粉颗粒粒径小，可以作为砂浆、混凝土的矿物掺合料替代粉煤灰或矿粉等，降低砂浆混凝土的生产成本，实现再生微粉的合理应用，同时缓解粉煤灰、矿粉的材料短缺现象。
4.再生微粉按照不同建筑垃圾种类可以分为混凝土类再生微粉和砖混类再生微粉。其中砖混类建筑垃圾以烧结砖瓦材料组分占比达30％以上，所生产的再生微粉称为砖混类再生微粉。目前针对混凝土类再生微粉的研究相对广泛，许多学者将混凝土类再生微粉部分替代水泥材料制备水泥胶砂或水泥胶凝材料。混凝土类再生微粉部分替代水泥材料制备的水泥胶砂或水泥胶凝材料强度高，更多的应用于在对混凝土砂浆工程强度需求高的环境中。而砖混类再生微粉化学组分、矿物组成、颗粒形貌、粒径尺寸、烧失量、活性均与混凝土类再生微粉存在明显差异。另外，由于建筑垃圾处置企业生产再生微粉建筑垃圾原料组分复杂，建筑垃圾收集过程中不可避免混入土、棉絮、塑料等，建筑垃圾处置线收尘得到的再生微粉中含有一定量土、棉絮和塑料。相比于室内破碎、加工、研磨、分选的再生微粉，收尘再生微粉的组分复杂，烧失量大，活性低。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种砖混类再生微粉泡沫混合料及其制备方法和应用。本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料为一种价格低廉，且具有足够力学强度的回填材料。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种砖混类再生微粉泡沫混合料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：
7.水泥6～10.5份，砖混类再生微粉4.5～9份，水6.5～8.5份，发泡剂0.013～0.030份。
8.优选的，所述水泥和所述砖混类再生微粉的质量比≤2.34。
9.优选的，所砖混类再生微粉包括以下质量份的组分：
10.mgo 4.8～7.5份，cao 7～9.1份，fe2o
3 3.4～4.4份，al2o
3 8.3～11.3份，sio
2 28.2～41.7份，so
3 0.24～0.31份，k2o 1.18～2.49份，na2o 0.97～1.9份。
11.优选的，所述砖混类再生微粉的烧失量为5.9～11.8％；
12.优选的，所述砖混类再生微粉的粒度峰值为10～80μm；所述砖混类再生微粉的密度为2.45～2.65g/cm3；所述砖混类再生微粉的活性指数为50～70％；所述砖混类再生微粉中烧结砖瓦材料颗粒的质量百分含量≥30％。
13.优选的，所述发泡剂的固含量为16～22％，所述发泡剂的密度为1.01～1.05g/cm3；所述发泡剂的发泡倍率为20～30。
14.本发明提供了上述技术方案所述的砖混类再生微粉泡沫混合料的制备方法，包括以下步骤：
15.将水泥、砖混类再生微粉按比例与水混合，得到水泥微粉净浆；
16.将发泡剂按比例和水混合，得到发泡剂溶液；
17.将所述发泡剂溶液经发泡设备打发成稳定泡沫后注入所述水泥净浆中，混合后，得到所述砖混类再生微粉泡沫混合料。
18.优选的，所述发泡剂溶液的质量百分含量为3.23～4.77％。
19.本发明提供了上述技术方案所述的砖混类再生微粉泡沫混合料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的砖混类再生微粉泡沫混合料作为回填材料的应用。
20.优选的，所述回填材料的应用范围包括管沟、台背和检查井周边部位。
21.本发明提供一种砖混类再生微粉泡沫混合料，包括以下质量份数的组分：水泥6～10.5份，砖混类再生微粉4.5～9份，水6.5～8.5份，发泡剂0.013～0.030份。本发明以砖混类再生微粉替代部分水泥，由于砖混类再生微粉中含有mgo、cao、sio2、fe2o3和al2o3等具备一定水化反应活性的组分，能够替代部分水泥发生水化反应作为回填材料中的主要组分，而其活性相对较低，在混合料中可主要起填充作用，可以延缓水泥水化时间，进而降低水化硬化收缩，降低了泡沫凝胶材料的成本。同时，由于砖混类再生微粉中能够发生水化反应的活性组分相较于混凝土类再生微粉含量低，因此，本发明提供的泡沫混合料通过控制上述原料的质量配比关系能够满足作为回填材料的力学强度同时，相比于掺杂混凝土类再生微粉的胶凝材料强度降低，有效避免回填材料二次挖掘时的工程难度大的问题。因此，本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料以砖混类建筑垃圾替代部分水泥作为一种主要组分，有效降低水泥使用量，不仅在一定程度上解决了建筑垃圾资源化利用的问题，同时还为实际工程提供了一种价格低廉，具有足够力学强度的回填材料。
22.同时，本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料，以砖混类再生微粉替代部分水泥，砖混类再生微粉具有多孔结构的特点，密度小，质量轻，收集颗粒粒径与混凝土类再生微粉相比较大，需水量小，配制的混合料流动度大，易于施工，但容易出现泌水，配制过程中应合理控制用水量及外加剂掺量。
附图说明
23.图1为本发明实施例使用的砖混类再生微粉的实物图；
24.图2为本发明实施例使用的砖混类再生微粉的电镜照片图；
25.图3为本发明实施例制备得到的砖混类再生微粉泡沫混合料的实物图；
26.图4为本发明实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的抗压强度与水泥和砖混类再生微粉的质量比的变化关系图；
27.图5为本发明实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的抗压强度与发泡剂掺量的变化关系图；
28.图6为本发明实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的流动性与水泥和砖混类再生微粉的质量比的变化关系图；
29.图7为本发明实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的流动性与发泡剂掺量的变化关系图。
具体实施方式
30.本发明提供一种砖混类再生微粉泡沫混合料，包括以下质量份数的组分：
31.水泥6～10.5份，砖混类再生微粉4.5～9份，水6.5～8.5份，发泡剂0.013～0.030份。
32.以质量份数计，本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料包括6～10.5份的水泥，优选为7.5～10.5份，更优选为7.5份。
33.本发明对所述水泥的种类和来源没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，优选采用下述水泥得到性能更优的砖混类再生微粉泡沫混合料。
34.在本发明中，所述水泥优选包括硅酸盐水泥。
35.在本发明中，所述水泥优选包括p
·
o42.5普通硅酸盐水泥、p
·
i42.5普通硅酸盐水泥和p
·
o32.5普通硅酸盐水泥中的一种或多种。
36.在本发明的具体实施例中，所述p
·
o42.5普通硅酸盐水泥的参数优选包括：初凝时间178min，终凝时间245min，3天和28天抗折强度分别为6.5mpa和9.1mpa，3天和28天抗压强度分别为32.2mpa和59.4mpa。
37.在本发明的具体实施例中，所述p
·
i42.5普通硅酸盐水泥的参数优选包括：初凝时间180min，终凝时间255min，3天和28天抗折强度分别为5.6mpa和8.5mpa，3天和28天抗压强度分别为27.6mpa和54.5mpa。
38.在本发明的具体实施例中，所述p
·
o32.5普通硅酸盐水泥的参数优选包括：初凝时间190min，终凝时间260min，3天和28天抗折强度分别为4.0mpa和7.0mpa，3天和28天抗压强度分别为21.5mpa和40.3mpa。
39.以所述水泥份质量份数为基准，本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料包括4.5～9份的砖混类再生微粉，优选为4.5～7.5份，更优选为7.5份。
40.在本发明中，所述砖混类再生微粉优选为建筑垃圾处置线收尘得到的砖混类再生微粉，所述砖混类再生微粉优选含有一定量土、棉絮和塑料。相比于室内破碎、加工、研磨、分选的再生微粉，收尘得到的砖混类再生微粉微粉的烧失量大，活性低。
41.在本发明中，所述砖混类再生微粉优选包括以下质量份的组分：mgo 4.8～7.5份，cao 7～9.1份，fe2o
3 3.4～4.4份，al2o
3 8.3～11.3份，sio
2 28.2～41.7份，so
3 0.24～0.31份，k2o 1.18～2.49份，na2o 0.97～1.9份，更优选为mgo 5.92份，cao 7.87份，fe2o
3 3.9份，al2o
3 10.07份，sio
2 30.22份，so
3 0.25份，k2o 2.49份，na2o 1.9份。
42.在本发明中，所述砖混类再生微粉的烧失量优选为5.9～11.8％，更优选为6～11.5％。
43.在本发明中，所述砖混类再生微粉的粒度峰值优选为10～80μm，更优选为45～75μ
m。
44.在本发明中，所述砖混类再生微粉的密度优选为2.45～2.65g/cm3，更优选为2.58～2.62g/cm3。
45.在本发明中，所述砖混类再生微粉的强度活性指数为优选50～70％。
46.在本发明中，所述砖混类再生微粉中烧结砖瓦材料颗粒的质量百分含量优选≥30％。
47.在本发明中，所述水泥和所述砖混类再生微粉的质量比优选≤2.34，更优选为1。
48.以所述水泥份质量份数为基准，本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料包括6.5～8.5份的水，优选为7.0～8.0份，更优选为7.5份。
49.以所述水泥份质量份数为基准，本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料包括0.013～0.030份的发泡剂，优选为0.018份。
50.在本发明中，发泡剂具体优选为浓缩型高效水泥发泡剂。
51.在本发明中，所述发泡剂的参数优选包括：密度为1.01～1.05g/cm3，含固量为16.0～22.0％，稀释为均匀液体静置8h不分层、不沉降，ph值为7.0～8.5，发泡倍率20～30，1h沉降距为2～5mm，1h泌水率10～15％，导热系数为0.085～0.090w/(m
·
k)，7天抗压强度为0.7～0.9mpa，28天抗压强度为1.1～1.3mpa。
52.本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料优选还包括矿物掺合料和/或外加剂。
53.在本发明中，所述外加剂优选为增稠剂和/或早强剂。
54.在本发明中，所述增稠剂优选为低粘度羟丙基甲基纤维素，更优选为hpmc400粘度的羟丙基甲基纤维素。
55.在本发明中，所述早强剂优选为工业级碳酸锂。
56.以所述水泥份质量份数为基准，本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料优选还包括0.005～0.5份的外加剂，优选为0.1份。
57.本发明提供了上述技术方案所述的砖混类再生微粉泡沫混合料的制备方法，包括以下步骤：
58.将水泥、砖混类再生微粉按比例与水混合，得到水泥微粉净浆；
59.将发泡剂按比例和水混合，得到发泡剂溶液；
60.将所述发泡剂溶液经发泡设备打发成稳定泡沫后注入所述水泥净浆中，混合后，得到所述砖混类再生微粉泡沫混合料。
61.在本发明中，所述砖混类再生微粉泡沫混合料经养护硬化后，得到所述砖混类再生微粉泡沫混合料硬化材料。
62.本发明将水泥、砖混类再生微粉按比例与水混合(以下称为第一混合)，得到水泥微粉净浆。
63.在本发明中，所述第一混合优选在搅拌机内进行。
64.在本发明中，所述第一混合的时间优选为2～3min。
65.本发明将将发泡剂按比例与水混合(以下称为第二混合)，得到发泡剂溶液。
66.在本发明中，所述发泡剂溶液的质量百分含量优选为3.23～4.77％。
67.本发明对所述第二混合的具体实施过程没有特殊要求。
68.将所述发泡剂溶液经发泡设备打发成稳定的泡沫后注入所述水泥微粉净浆中，混
合(以下称为第三混合)后，得到所述砖混类再生微粉泡沫混合料，经养护硬化后，得到所述砖混类再生微粉泡沫混合料硬化材料。
69.在本发明中，所述第三混合的时间优选为2～3min。
70.本发明对混合料流动度在250～350mm，施工过程要求采用自流平方式。
71.本发明对混合料成型后养护过程要求混合料硬化后及时进行上层材料铺筑或采取洒水、覆盖的养护措施。
72.本发明提供了上述技术方案所述的砖混类再生微粉泡沫混合料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的砖混类再生微粉泡沫混合料作为回填材料的应用。
73.在本发明中，所述回填材料的应用范围优选包括建筑基础、管沟、台背和检查井周边、废弃孔洞部位。
74.为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
75.实施例1
76.本发明选取砖混类再生微粉(取材自北京及北京周边地区的砖厂)，按照质量份数计，包括：mgo 5.92份，cao 7.87份，fe2o
3 3.90份，al2o
3 10.0份，sio
2 30.22份，so
3 0.25份，k2o 2.49份，na2o 1.90份。，砖混类再生微粉的烧失量8.17％，砖混类再生微粉碱含量3.34wt％；砖混类再生微粉粒度峰值70μm，实物图如图1所示。采用kyky-2800b型扫描电子显微镜，使用100～300倍放大倍数对再生微粉微观形貌进行分析。电镜照片如2所示，如图2可以看出砖混类再生微粉成颗粒状，且尺寸均匀，表面有较多孔洞，与粒径测试分析得到的结果吻合。
77.本发明选取水泥：p
·
o42.5普通硅酸盐水泥，按照质量份数计，p
·
o42.5普通硅酸盐水泥包括：mgo 4.89份，cao 55.05份，fe2o
3 3.26％，al2o
3 5.39％，sio
2 22.15％，so
3 2.64％，k2o 0.80％，na2o 0.26％，初凝时间178min，终凝时间245min，3天和28天抗拉强度6.5mpa、8.9mpa，抗压强度31.8mpa和59.4mpa。
78.本发明选取浓缩型高效水泥发泡剂，密度1.03g/cm3，含固量18.2％，稀释为均匀液体静置8h不分层、不沉降，ph值8.2，发泡倍率24，1h沉降距2mm，1h泌水率10％，导热系数0.088w/(m
·
k)，7d抗压强度0.8mpa，28d抗压强度1.2mpa，泡沫混凝土料浆沉降率3％，稀释比例为发泡剂：水＝1：30。
79.其中，p
·
o42.5普通硅酸盐水泥、砖混类再生微粉、水和浓缩型高效水泥发泡剂按照表1记载的质量份数进行选取，将水、水泥、砖混类再生微粉在搅拌机内拌制2min，使水、水泥、砖混类再生微粉充分混合形成水泥净浆后，加入发泡剂溶液，其中发泡剂溶液按照发泡剂和水的质量比为1:30的比例与水混合后，经发泡机发泡后注入水泥净浆拌和机内，加入发泡剂后进行二次拌和，拌和时间2min。依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t 50081-2002)将混合料拌合后浇注成100mm
×
100mm
×
100mm的标准试件，每组共3块。试件在20
±
5℃的环境中静置一昼夜后进行拆模、编号，随后放入标准养护室中养护，记为bp-1。
80.表1实施1～6不同砖混类再生微粉泡沫回填材料原料配比
[0081][0082]
实施例2
[0083]
与实施例1的原料选择和制备方法基本相同，不同之处在于：p
·
o42.5普通硅酸盐水泥、砖混类再生微粉、水和浓缩型高效水泥发泡剂按照表1记载的质量份数进行选取。得到砖混类再生微粉泡沫混合料，记为bp-2。
[0084]
实施例3
[0085]
与实施例1的原料选择和制备方法基本相同，不同之处在于：p
·
o42.5普通硅酸盐水泥、砖混类再生微粉、水和浓缩型高效水泥发泡剂按照表1记载的质量份数进行选取。得到砖混类再生微粉泡沫混合料，记为bp-3。
[0086]
实施例4
[0087]
与实施例1的原料选择和制备方法基本相同，不同之处在于：p
·
o42.5普通硅酸盐水泥、砖混类再生微粉、水和浓缩型高效水泥发泡剂按照表1记载的质量份数进行选取。得到砖混类再生微粉泡沫混合料，记为bp-4。
[0088]
实施例5
[0089]
与实施例1的原料选择和制备方法基本相同，不同之处在于：p
·
o42.5普通硅酸盐水泥、砖混类再生微粉、水和浓缩型高效水泥发泡剂按照表1记载的质量份数进行选取。得到砖混类再生微粉泡沫混合料，记为bp-5。
[0090]
实施例6
[0091]
与实施例1的原料选择和制备方法基本相同，不同之处在于：p
·
o42.5普通硅酸盐水泥、砖混类再生微粉、水和浓缩型高效水泥发泡剂按照表1记载的质量份数进行选取。得到砖混类再生微粉泡沫混合料，记为bp-6。
[0092]
实施例7
[0093]
与实施例4的原料选择和制备方法基本相同，不同之处在于：砖混类再生微粉与实施例4选取同一厂家的不同批次的产品。选取10个批次的砖混类再生微粉原料制备砖混类再生微粉泡沫混合料。
[0094]
测试例1
[0095]
按照《混凝土外加剂匀质性试验方法》(gb/t 8077-2012)测定实施1～6不同配合比的胶凝材料在搅拌混合后的浆体流动度。采用yaw5306型微机液压万能试验机(量程0～3000kn)，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t 50081-2002)测定实施1～6制备
的试件养护1d、3d、28d后的抗压强度。采用neld-bs610硬化混凝土气泡间距系数分析仪，依据《水工混凝土试验规程》(dl/t 5150-2017)中的直线导线法，测定实施1～6的制备的砖混类再生微粉泡沫混合料气泡含量相关指标。
[0096]
表2为实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的流动性和力学性能，由表2可以得出，本发明提供的砖混类再生微粉泡沫混合料由于砖混类再生微粉和发泡剂的掺加能够显著改善泡沫混合料的浆体流动度，如表2所示，流动度最小为262mm。砖混类再生微粉取代水泥的比例增加，复合材料抗压强度逐渐降低，3天抗压强度最小值为1.2mpa，28天抗压强度最小值为4.0mpa。
[0097]
表2实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的流动性和力学性
[0098][0099][0100]
图4为本发明实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的抗压强度与水泥和砖混类再生微粉的质量比的变化关系图；图5为本发明实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的抗压强度与发泡剂掺量的变化关系图；
[0101]
图6为本发明实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的流动性与水泥和砖混类再生微粉的质量比的变化关系图；图7为本发明实施例1～6制备的砖混类再生微粉泡沫混合料的流动性与发泡剂掺量的变化关系图。
[0102]
由图4可以得出，水泥和砖混类再生微粉的质量比与发泡胶凝材料的抗压强度变化成正比，而发泡剂掺量与发泡胶凝材料的抗压强度变化成反比。在发泡剂掺量不变的情况下，当水泥和砖混类再生微粉的质量比值由2.33降低到1.55时，胶凝材料抗压强度大幅下降，由5.4mpa降低至2.0mpa，而水泥和砖混类再生微粉的质量比值继续降低时，抗压强度变化幅度很小，当水泥和砖混类再生微粉的质量比为1时，抗压强度达到最低值1.0mpa。
[0103]
由图5可以得出，发泡剂掺量的增加会导致胶凝材料抗压强度的下降，当发泡剂溶液掺量从0.4kg增加至0.6kg时，3天抗压强度由7.5mpa降低至5.4mpa，降幅28％，28天抗压强度由11.5mpa降低至10.5mpa，降幅8.7％。当发泡剂掺量从0.6kg增加至0.7kg时，3天、28天抗压强度分别由1.6mpa、4.8mpa降低至1.0mpa、2.9mpa，降幅37.5％和39.6％。可见当微粉掺量较低时，发泡剂含量对于胶凝材料前期抗压强度影响较大，而当微粉掺量较高时，发泡剂含量对于胶凝材料早期及后期抗压强度均有较大影响。
[0104]
由图6和图7可以得出：当发泡剂溶液掺量不变，逐渐降低水泥和砖混类再生微粉的质量比值时，发泡胶凝材料流动度先是大幅降低，由298mm降低至262mm，继续降低水泥和
砖混类再生微粉的质量比值，流动度骤然增高至310mm，这是由于砖混类再生微粉活性较低，化学反应需水量相对较低，但其颗粒较细且多孔，会导致吸水率增加，因此降低水泥和砖混类再生微粉的质量比值时，流动度会下降。当水泥和砖混类再生微粉的质量比值降低至1以下时，一方面胶凝材料化学反应需水量进一步降低，另一方面砖混类再生微粉颗粒吸水性达到饱和，过多的自由水导致流动度的骤然升高，因此实施例4的配合比为最优配合比，此时再生微粉掺量最大，胶凝材料流动度最低。
[0105]
测试例2
[0106]
对实施例7制备的砖混类再生微粉泡沫混合料进行性能测试，测试方法与测试例1相同，测试结果如表3所示，由表3可知，不同批次的砖混类再生微粉采用相同的配合比方案制备的砖混类再生微粉泡沫混合料抗压强度、浆体流动度较为接近。受发泡剂发泡效果不同的影响，泡沫混合料抗压强度会有轻微浮动，因此，在工程应用时，应做到发泡剂的现配现用，避免存放时间对发泡剂发泡效果产生影响。
[0107]
表3不同批次砖混类再生微分泡沫回填材料特性
[0108][0109]
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。