利用建筑垃圾制备绿色砂浆的方法

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种利用建筑垃圾制备绿色砂浆的方法。


背景技术：

2.随着我国城市化进程的加快、新农村建设的迅速推进，建筑垃圾年产量持续增加，约占城市垃圾总量的30％-40％。建筑垃圾资源化利用具有重要的社会意义。目前，我国建筑垃圾存量巨大，大量建筑垃圾随意堆放，不仅占用大量土地，还会改变土壤的物质组成及结构，降低土壤生产能力，也会对地下水水质、空气等产生巨大危害，并且直接或间接地影响着空气质量。因此，建筑垃圾资源化利用技能变废为宝，解决“垃圾围城”现象，又可以减少对天然砂石的开采，控制砂石价格高涨，具有重要的社会意义。
3.目前，发达国家的建筑垃圾回收利用水平较高，如日本等国家相关利用率甚至接近100％。而发展中国家资源化利用率较低，有些国家甚至没有进行利用，各国建筑垃圾资源化程度在世界范围内差距明显。国外主要使用建筑垃圾生产再生骨料用于道路工程，少量再生骨料用于配制混凝土。如今我国在建筑垃圾回收再利用方面已有一定的技术条件。建筑垃圾中大多是废混凝土块、废砖、废砂浆，现阶段主要的回收再利用途径就是生产再生骨料，其主要应用范围有坑洞的回填和制备道路工程中路面基层及底基层、制备再生骨料制品，如再生骨料地面砖、透水砖，及配合水泥等胶凝材料制成的非烧结实心砖；制备再生混凝土和砂浆等。
4.建筑砂浆广泛应用于建筑、抹面、修补、灌浆及粘贴饰面材料等工程中，是建筑工程中用量较大的建筑材料之一，发展绿色再生砂浆是发展绿色生态水泥混凝土材料的重要组成部分。因为砂浆不作为建筑的主要受力构件，对强度的要求往往没有混凝土那么严格，而再生细骨料往往存在级配不良、针片状较多、表面附着水泥砂浆以及较大孔隙率、吸水率大于天然骨料等问题，导致所制备的再生砂浆无论是工作性能还是力学性能相较于普通砂浆均有不同程度地下降。
5.中国专利cn 111747710 a公布了一种建筑垃圾再生细骨料通过工业废弃物的隔声砂浆，该发明所用干料包括水泥、建筑垃圾再生细骨料、粉煤灰、矿渣、废橡胶、漂珠、纤维素醚、纤维、减水剂，制得的砂浆施工方便快捷、综合成本低、改善隔声性能，无污染，充分利用建筑垃圾再生细骨料及工业废弃物粉煤灰、矿渣、废橡胶和漂珠，但是该发明制备的砂浆的抗压强度较低。
6.中国专利cn 110922106 a公开了一种建筑垃圾再生骨料砌筑砂浆及其制备方法，该发明通过在主材料砂、水泥中加入特定配比的废石粉、二羟甲基丙酸、三乙醇胺、乙二醇、纤维素醚、木质素硫酸钙以及乳胶粉组份，共同构成胶凝材料，节约了天然河沙资源，降低了成本，同时提高了砂浆的硬度、抗裂性及韧性，使最终产品具有良好的和易性及可操作性，其废石粉由质量比为1：1的废大理石粉废花岗岩石粉组成，但是废石粉只占了总原料质量的8～15％，所以该砂浆的成本较高，且该制备过程中加入了有机物二羟甲基丙酸、三乙
醇胺、乙二醇等有机物质，不经济环保。


技术实现要素：

7.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是绿色砂浆的吸水率高、工作性能差的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种利用建筑垃圾制备绿色砂浆的方法，用该方法制备的砂浆的吸水性、抗压强度、工作性能均较好，且建筑垃圾的利用率高，具有经济环保的特点。
9.为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
10.利用建筑垃圾制备绿色砂浆的方法，包括以下步骤：
11.(1)将废弃粘土砖、废弃混凝土混合后进行破碎、筛分后将其加入有机硅防水剂中浸泡、沥干得到活化建筑垃圾再生细骨料；
12.(2)将水泥、粉煤灰、步骤(1)得到的活化建筑垃圾再生细骨料、石英砂、减水剂、缓凝剂、粘结剂、拌合水进行搅拌得到所述绿色砂浆；
13.优选的，所述利用建筑垃圾制备绿色砂浆的方法，包括以下步骤：
14.(1)将质量比为1：1-2的废弃粘土砖、废弃混凝土混合后进行破碎、筛分后将其加入有机硅防水剂中浸泡12～24h后沥干得到活化建筑垃圾再生细骨料；
15.(2)将50～100份水泥、30～50份粉煤灰、步骤(1)得到的200～400份活化建筑垃圾再生细骨料、30～50份石英砂、0.5～1份减水剂、0.3份缓凝剂、0.2份粘结剂、80～100份拌合水进行搅拌得到绿色砂浆。
16.所述的建筑垃圾再生细骨料粒径为0.15～4.75mm，是由废弃粘土砖、废弃混凝土二次破碎、筛分得到。
17.所述的有机硅防水剂为甲基硅酸钠，浓度为10wt％，本发明用甲基硅酸钠对建筑垃圾再生骨料进行表面改性处理，降低其吸水率，防水剂中低分子活性基团进入建筑垃圾再生骨料表面的毛细孔，外表面为憎水基团形成一层致密的防水层，从而达到防水的效果，甲基硅酸钠即可以填充建筑垃圾再生骨料表面的裂缝，还可以降低建筑垃圾再生骨料的吸水性。
18.所述的水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的任意一种或两种及两种以上的混合。
19.所述的石英砂的粒径为30～60目。
20.所述的减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的任意一种或两种及两种以上的混合；
21.优选的，减水剂为聚羧酸系减水剂，是分子量为5000－50000的聚羧酸聚合物，减水率为40％。
22.所述的成型过程为机械振动加人工振捣，养护相关的设置参数是：温度设置为20
±
2℃，湿度为》95％。
23.所述的缓凝剂为4-溴苄基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、苄基纤维素醚中的一种或两种及两种以上的混合。
24.所述的4-溴苄基纤维素醚制备方法，包括如下步骤：
25.步骤1：将α-纤维素用n,n-二甲基乙酰胺溶解，升温至160～180℃搅拌1～2h；然后冷却到80～100℃，加入氯化锂，搅拌12～24小时，得到混合物i；
26.步骤2：将步骤1得到的混合物i冷却至60～70℃，加入固体naoh，滴入溶有4-溴苄基溴的n,n-二甲基乙酰胺溶液，将得到的混合物在60～70℃搅拌12～24小时，冷却到室温，得到混合物ii；
27.步骤3：向步骤2得到的混合物ii中加入蒸馏水，溶液静置分层，水层用氯仿萃取，合并有机层并减压浓缩，向浓缩液中加入乙醇，20～30℃搅拌12～24h，过滤，所得滤饼分别用蒸馏水、乙醇、环己烷洗涤，将得到的固体真空干燥得到的白色粉末即为4-溴苄基纤维素醚。
28.优选的，α-纤维素与n,n-二甲基乙酰胺的质量体积比为1：20～30g/ml。
29.优选的，α-纤维素、氯化锂、naoh的质量比为1：3～4：9～10。
30.优选的，α-纤维素与4-溴苄基溴的质量比为1：20～30。
31.优选的，4-溴苄基溴与n,n-二甲基乙酰胺的质量体积比为0.8～1：1g/ml。
32.所述的苄基纤维素醚的制备方法如下：将微晶纤维素与二甲基亚砜混合，氩气氛围下升温至60～80℃；加入四丁基氟化铵反应1～2h；混合物冷却至20～30℃，得到清澈的溶液；加入固体naoh和氯化苄，升温至60～80℃，4～6小时后，将混合物冷却至20～30℃，加入70～80wt％甲醇水溶液；混合物用40～50wt％乙酸水溶液中和；过滤水洗，将滤饼置于60～80℃真空干燥箱中干燥20～24h得到苄基纤维素醚。
33.优选的，微晶纤维素与二甲基亚砜的质量体积比为1：25～30g/ml。
34.优选的，微晶纤维素与四丁基氟化铵的质量比为1：3～4。
35.优选的，微晶纤维素与固体naoh的质量比为1～1.5：1。
36.优选的，固体naoh与氯化苄的质量体积比为1：3～4g/ml。
37.所述的粘结剂为钠基膨润土、钙基膨润土、高岭土、硅藻土中的一种或两种及两种以上的组合。
38.本发明中部分原材料的说明如下：
39.(1)粉煤灰
40.粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，是我国当前排量比较大的工业废渣之一，作为矿物掺合料，在砂浆中掺入粉煤灰能节约大量的水泥和细骨料。
41.(2)石英砂
42.石英砂是石英石经破碎加工而成的石英颗粒，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，作为一种矿物掺合料用在砂浆中，可以提高砂浆的强度。
43.(3)减水剂
44.本发明选用的是减水率为40％的聚羧酸减水剂，聚羧酸减水剂中碱含量和氯离子含量甚微，聚羧酸减水剂掺入后砂浆无不良影响，可以减少拌合水的用量，同时在低温季节不盐析、不结晶、使用方便，有利于改善砂浆的和易性、减少泌水，提高砂浆的外观质量和耐久性能。
45.(4)缓凝剂
46.缓凝剂，使一种降低水泥水化速度和水化热、延长凝结时间的添加剂，在砂浆中掺入缓凝剂的目的是为了延长水泥的硬化时间，能在较长时间内保持塑性，提高砂浆的工作
性能，同时对砂浆后期各项性能不会造成不良影响。
47.(5)粘结剂
48.粘结剂，本发明采用的是钠基膨润土，是碱性系数大于或等于1的膨润土，是一种无机粘结剂，它的胶体悬浮液触变性好、粘度、润滑性好，ph值高，热稳定好，有较高的可塑性和较强的粘结性，它既能耐高温又能耐低温，具有成本低，不易老化，结构简单，粘结度高等特点。
49.与现有技术相比，本发明的有益效果：
50.(1)本发明采用建筑垃圾、工业废渣粉煤灰、低掺量的水泥为主要原料制备绿色砂浆，实现了建筑垃圾、工业废渣的回收利用，经济环保，且工艺简单，有利于工业化大生产。
51.(2)本发明制备的4-溴苄基纤维素醚、苄基纤维素醚发挥相互间的协同作用，增强了砂浆的保水性能，延长了砂浆稠度保持时间，从而延长了操作时间，改善了其施工性能。
52.(3)本发明制备的绿色砂浆具有较好的保水、憎水及工作性能。
具体实施方式
53.本发明实施例中部分原料的来源如下，实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过常规的方法制备得到：
54.水泥，购买自湖北鑫润德化工有限公司，型号为p
·
o 42.5，比表面积为360
㎡
/kg，标准稠度用水量0.26；
55.粉煤灰为ii级粉煤灰，购买自武汉华电实业有限公司粉煤灰开发公司，其化学组成为al2o3质量分数为37.45％，sio2质量分数为32.27％，fe2o3质量分数为20.7％，tio2质量分数为3.9％，cao质量分数为2.4％，so3质量分数为0.6％，mgo质量分数为0.45％。
56.石英砂，购买自安徽长圆新材料有限公司，莫氏硬度为7。
57.减水剂，购买自湖武汉华轩高新技术有限公司，为白色粉末，型号为pc-1007，减水率为40％，堆积密度为300～600kg/m3，氯离子含量《0.03％，碱含量《5％。
58.α-纤维素，购买自上海甄准生物科技有限公司，纯度为99.5％，货号为zs-10857。
59.微晶纤维素，购买自西安明宁生物工程有限公司，含量为99％。
60.羟丙基甲基纤维素醚，购买自廊坊代尔塔建材有限公司，型号为75hb，粘度为2％。
61.钠基膨润土，购买于泗水县昌兴冶铸材料有限公司，蒙脱石含量为60％，膨胀系数为5，表观粘度为6000mpa.s，型号为cx-01。
62.对照例1
63.利用建筑垃圾制备绿色砂浆的方法，包括以下步骤：
64.(1)将200份废弃粘土砖、200份废弃混凝土投入颚式破碎机破碎，再用wzj振动式超微粉碎机进行一次磨碎处理得40mm以下的建筑垃圾再生骨料，然后通过磁选，震动筛选后区分为建筑垃圾再生粗骨料与再生细骨料，建筑垃圾再生细骨料进行收集，再生粗骨料进行二次破碎、筛分处理直至得到粒径区间为0.15～4.75mm的建筑垃圾再生细骨料；将建筑垃圾再生细骨料加入甲基硅酸钠中浸泡24h后沥干得到活化建筑垃圾再生细骨料；
65.(2)称取100份水泥、50份粉煤灰、300份步骤(1)得到的活化建筑垃圾、40份石英砂、1份聚羧酸减水剂、0.3份羟丙基甲基纤维素醚、0.2份钠基膨润土、100份拌合水加入到水泥净浆搅拌机中搅拌3分钟得到绿色砂浆。
66.实施例1
67.利用建筑垃圾制备绿色砂浆的方法，包括以下步骤：
68.(1)将200份废弃粘土砖、200份废弃混凝土投入颚式破碎机破碎，再用wzj振动式超微粉碎机进行一次磨碎处理得粒径40mm以下的建筑垃圾再生骨料，然后通过磁选，震动筛选后区分为建筑垃圾再生粗骨料与再生细骨料，建筑垃圾再生细骨料进行收集，再生粗骨料进行二次破碎、筛分处理直至得到粒径区间为0.15～4.75mm的建筑垃圾再生细骨料；将建筑垃圾再生细骨料加入甲基硅酸钠中浸泡24h后沥干得到活化建筑垃圾再生细骨料；
69.(2)称取100份水泥、50份粉煤灰、300份步骤(1)得到的活化建筑垃圾、40份石英砂、1份聚羧酸减水剂、0.3份4-溴苄基纤维素醚、0.2份钠基膨润土、100份拌合水加入到水泥净浆搅拌机中搅拌3分钟得到绿色砂浆。
70.所述的4-溴苄基纤维素醚的制备方法，包括以下步骤：
71.步骤1：将1gα-纤维素用30ml n,n-二甲基乙酰胺溶解，加热至160℃搅拌2h，然后冷却到100℃，加入3.4g氯化锂，搅拌24小时，混合物i；
72.步骤2：将步骤1得到的i混合物冷却至60℃，加入9.4g固体naoh，滴入30ml溶有25.4g 4-溴苄基溴的n,n-二甲基乙酰胺溶液，将得到的混合物在60℃搅拌24小时，冷却到室温，得到混合物ii；
73.步骤3：向步骤2得到的混合物ii中加入100ml蒸馏水，溶液静置分层，水层用500ml氯仿分3次萃取，合并有机层并减压浓缩，向浓缩液中加入乙醇，25℃下搅拌24h，过滤，所得滤饼分别用蒸馏水、乙醇、环己烷洗涤，将得到的固体置于80℃真空干燥箱干燥得到2.6g白色粉末即为4-溴苄基纤维素醚。
74.实施例2
75.利用建筑垃圾制备绿色砂浆的方法，包括以下步骤：
76.(1)将200份废弃粘土砖、200份废弃混凝土投入颚式破碎机破碎，再用wzj振动式超微粉碎机进行一次磨碎处理得粒径40mm以下的建筑垃圾再生骨料，然后通过磁选，震动筛选后区分为建筑垃圾再生粗骨料与再生细骨料，建筑垃圾再生细骨料进行收集，再生粗骨料进行二次破碎、筛分处理直至得到粒径区间为0.15～4.75mm的建筑垃圾再生细骨料；将建筑垃圾再生细骨料加入甲基硅酸钠中浸泡24h后沥干得到活化建筑垃圾再生细骨料；
77.(2)称取100份水泥、50份粉煤灰、300份步骤(1)得到的活化建筑垃圾、40份石英砂、1份聚羧酸减水剂、0.3份苄基纤维素醚、0.2份钠基膨润土、100份拌合水加入到水泥净浆搅拌机中搅拌3分钟得到绿色砂浆。
78.所述苄基纤维素醚的制备方法，包括以下步骤：
79.将2g微晶纤维素用50ml二甲基亚砜混合，氩气氛围下升温至70℃；加入6.5g四丁基氟化铵反应1h，混合物冷却至25℃，得到清澈的溶液；加入1.5g固体naoh和4.5ml氯化苄，升温至70℃，5小时后，将混合物冷却至25℃，加入250ml 80wt％甲醇水溶液；混合物用50wt％乙酸水溶液中和至ph为7；过滤水洗，将滤饼置于80℃真空干燥箱中干燥24h得到2.68g苄基纤维素醚。
80.实施例3
81.利用建筑垃圾制备绿色砂浆的方法，包括以下步骤：
82.(1)将200份废弃粘土砖、200份废弃混凝土投入颚式破碎机破碎，再用wzj振动式
超微粉碎机进行一次磨碎处理得粒径40mm以下的建筑垃圾再生骨料，然后通过磁选，震动筛选后区分为建筑垃圾再生粗骨料与再生细骨料，建筑垃圾再生细骨料进行收集，再生粗骨料进行二次破碎、筛分处理直至得到粒径区间为0.15～4.75mm的建筑垃圾再生细骨料；将建筑垃圾再生细骨料加入甲基硅酸钠中浸泡24h后沥干得到活化建筑垃圾再生细骨料；
83.(2)称取100份水泥、50份粉煤灰、300份步骤(1)得到的活化建筑垃圾再生细骨料、40份石英砂、1份聚羧酸减水剂、0.2份4-溴苄基纤维素醚、0.1份苄基纤维素醚、0.2份钠基膨润土、100份拌合水加入到水泥净浆搅拌机中搅拌3分钟得到绿色砂浆。
84.所述的4-溴苄基纤维素醚的制备方法同实施例1；
85.所述的苄基纤维素醚的制备方法同实施例2。
86.测试例
87.将对比例1、实施例1-3制得的新鲜砂浆分成两部分，一部分新鲜砂浆用于检测稠度、保水性能；另一部分新鲜砂浆倒入70.7mm
×
70.7mm
×
70.7mm模具中，放在振动台上震动10s以排出气泡，使试块尽可能密实，然后用抹子收面成型，置于温度为20
±
2℃，相对湿度》95％的标准养护室养护至一定龄期后进行拉伸粘接强度性能的测试。
88.(1)保水性测试：将对照例1、实施例1-3制得的新鲜砂浆依据jgj/t70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行再生砂浆保水性的测试，保水性试验按照下列步骤进行：称量下不透水片与干燥试模着质量m1和8片中速定性滤纸质量m2；将砂浆拌合物一次性填入试模，并用抹刀插捣数次，当填充砂浆略高于试模边缘时，用抹刀以45
°
角一次性将试模表面多余的砂浆刮去，然后再用抹刀以较平的角度在试模表面反方向将砂浆刮平；抹掉试模边的砂浆，称量试模、不下透水片与砂浆总质量m3；用2片医用棉纱覆盖在砂浆表面，再在棉纱表面放上8片滤纸，用不透水片改在滤纸表面，以2kg的重物把不透水片压着；静止2min后移走重物及不透水片，取出滤纸(不包括棉纱)，迅速称量滤纸质量m4；从砂浆的配比及加水量计算砂浆的含水率，砂浆的保水性按下式计算：
[0089][0090]
w—保水性，％；
[0091]
m1—下不透水片与干燥试模质量(g)；
[0092]
m2—8片滤纸吸水前的质量(g)；
[0093]
m3—试模、下不透水片与砂浆总质量(g)；
[0094]
m4—8片滤纸吸水后的质量(g)；
[0095]
α—砂浆含水率(％)。
[0096]
取两次试验结果的平均值作为结果，如两个测定值中有1个超出平均值的5％，则此组试验结果无效。
[0097]
砂浆含水率测试方法：称取100g砂浆拌合物试样，置于一干燥并已称重的盘中，在(105
±
5)℃的烘箱中烘干至恒重，砂浆含水率应按下式计算：
[0098][0099]
α—砂浆含水率(％)；
[0100]
m5—烘干后砂浆样本损失的质量(g)；
[0101]
m6—砂浆样本的总质量(g)；
[0102]
砂浆含水率值精确至0.1％。
[0103]
(2)初始稠度及2h稠度损失率测试：将对照例1、实施例1-3所制得的新鲜砂浆依据jgj/t70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》使用砂浆稠度测定仪来测定砂浆的初始稠度值与2h后的稠度值。为了保证试验结果的准确性，每次搅拌砂浆时，将同一砂浆锅中的砂浆分别置于两个不同的容器中，置于标准试验条件下并分别测试其初始稠度值与2h后的稠度值。并根据得到的稠度值来计算砂浆的sp
2h
，计算公式如下：
[0104]
sp
2h
—砂浆2h稠度损失率(％)；s0—初始稠度值(mm)；s
2h
—2h后稠度值(mm)。
[0105]
fm.cu—砂浆立方体试件抗压强度(mpa),应精确到0.1mpa；nu—试件破坏荷载(n)；a—试件承压面积(mm2)；k—换算系数，取1.35。
[0106]
(3)拉伸粘接强度试验：将对照例1、实施例1-3所得的砂浆在温度为(20
±
2)℃，湿度》95％的条件下养护13d，在试件表面涂上环氧树脂等高强度粘合剂，然后将上夹具对正位置放在粘合剂上，并确保上夹具不歪斜，继续养护24h后对砂浆进行拉伸粘接强度的测定，其中当破坏状态为试件表面与上夹具之间的破坏时，试验结果无效，且试验结果应精确至0.01mpa。拉伸粘接强度计算公式为：
[0107][0108]fat
—砂浆的拉伸粘接强度(mpa)；f—试件的破坏荷载(n)；az—粘接面积(mm2)。
[0109]
砂浆性能测试结果见表1：
[0110]
表1
[0111][0112]
砂浆的保水率越高，说明砂浆的保水性能越好，保水率差，水分容易散失，水分被基材吸走，而砂浆未凝结，没有能抵抗因体积收缩产生的拉应力，出现不规则的裂纹以及造
成空鼓及降低施工性等问题。
[0113]
砂浆的稠度的大小，是以标准圆锥体在砂浆中沉入的深度来表示的，砂浆的稠度越大，说明砂浆的流动性越好。
[0114]
砂浆的2h稠度损失率是再生预拌砂浆工作性的重要指标，在实际工程中，砂浆的稠度值会随着时间的流逝而增加，导致砂浆逐渐失去工作性，gb/t 25181-2010要求其sp
2h
要低于30％，即可较好的保留住砂浆的工作性，由表1的数据可知，该发明制备的砂浆的2h稠度损失率均低于30％，具有较好的工作性能。
[0115]
砂浆的粘接强度是砂浆的一个非常重要的性能，只有砂浆本身具有一定的粘接力，才能与基层实现有效的粘接，并长期保持这种稳定性。
[0116]
从测试数据可以看出，本发明制备的4-溴苄基纤维素醚、苄基纤维素醚发挥相互间的协同作用，增强了砂浆的保水性能，延长了砂浆稠度保持时间，从而延长了操作时间，改善了其施工性能。