一种工业废渣和建筑垃圾综合利用的混凝土复合掺合料
阅读说明：本技术 一种工业废渣和建筑垃圾综合利用的混凝土复合掺合料 (Concrete composite admixture for comprehensively utilizing industrial waste residues and construction wastes ) 是由 严冠群 钱丽明 于 2021-05-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种工业废渣和建筑垃圾综合利用的混凝土复合掺合料,其包括以下成分：金属冶炼废渣、建筑垃圾、工业废渣、石材加工过程废料、石屑生产机制砂的细废料。本发明优点在于：以上述大宗工业固体废弃物和建筑垃圾为主体,因地制宜,根据本地工业废渣、加工废料和建筑垃圾多功能材料复合,组合灵活,性能更优,适合推广应用,不仅提高了大宗固废利用量和利用率,更能推动复合掺合料技术进一步发展,降低复合掺合料的生产成本,并能力求真正实现当地工业固体废渣从源头堵截,做到工业固废零排放,在保证混凝土工作性能的前提下,可替代矿粉、粉煤灰及水泥等,降低混凝土的生产成本,具有巨大的社会效益和经济效益。(The invention relates to a concrete composite admixture for comprehensively utilizing industrial waste residues and construction wastes, which comprises the following components: metal smelting waste, building waste, industrial waste, stone processing waste, and fine waste of stone chip production machine-made sand. The invention has the advantages that: the bulk industrial solid waste and the construction waste are used as main bodies, and the composite admixture is compounded according to local industrial waste residues, processing waste materials and multifunctional materials of the construction waste according to local conditions, is flexible in combination and better in performance, is suitable for popularization and application, improves the utilization amount and the utilization rate of the bulk solid waste, can promote further development of a composite admixture technology, reduces the production cost of the composite admixture, really realizes source blockage of the local industrial solid waste residues, achieves zero emission of the industrial solid waste, can replace mineral powder, coal ash, cement and the like on the premise of ensuring the working performance of concrete, reduces the production cost of the concrete, and has great social benefit and economic benefit.)
技术领域
本发明涉及混凝土用复合掺合料和复合水泥外掺料，属于建筑材料生产技术领域。具体是指一种工业废渣、加工废料和建筑垃圾灵活组合，通过粉磨和一定的激发剂作用生产符合建筑材料标准的活性混凝土复合掺合料和复合水泥外掺料。
背景技术
我国是钢铁大国，冶炼废渣比较多。在工业废渣的综合利用方面与发达国家仍有很大差距，而且很多的废渣利用大部分处于粗旷形式，许多大宗工业固体废料在水泥和混凝土中资源化利用的潜力仍没有完全挖掘和利用，未能充分发挥再生资源附加值最大化。
因此在自然资源日趋匮乏的今天，为了保护生态环境和自然资源，扩大可利用资源，工业固废高性能化、高值化是固废综合利用发展的大趋势，必须通过科学技术及关键技术创新手段使固体废弃物资源达到作为建筑材料的标准要求，在产生源头处做到利用综合利用生产过程中实现工业节能减排、绿色生态的目标。
固体废弃物资源生产的产品用作混凝土掺合料和复合水泥外掺料，减少了水泥用量，降低了混凝土和水泥生产成本，同时提高和改善产品性能和质量。仅以水泥混凝土行业使用了废渣综合利用产品，节省了水泥计算：每节省1吨水泥可节省煅烧所用标准煤0.121吨，每节省1吨水泥可减排0.815吨的二氧化碳 (其中：0.390吨二氧化碳是燃料燃烧产生的，0.425吨二氧化碳是石灰石分解产生的)。工业固体废物综合利用对节能减排的贡献巨大。用于水泥生产中能降低熟料用量，同时因磨尾直接外掺入(掺入量可达10～ 45％)，直接提高了水泥产量，降低了水泥生产综合电耗，降低了水泥生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业废渣和建筑垃圾综合利用的混凝土复合掺合料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种工业废渣和建筑垃圾综合利用的混凝土复合掺合料，其由以下固体废料组合粉磨制成：金属冶炼废渣、建筑垃圾、工业废渣、石材加工废料。
作为一种优选方案，所述金属冶炼废渣为钢渣、铜渣、矿渣、镍渣中的至少一种，所述建筑垃圾为废弃混凝土、混凝土建筑拆除固废、混凝土道路改造固废和再生人造石子加工的废弃砂浆细粉中的至少一种，所述工业废渣为电厂炉底渣、工业锅炉炉底渣中的至少一种，所述加工过程废料为石材加工废弃边角料、石材加工锯沫中、石屑加工机制砂废料的至少一种。
作为一种优选方案，包括Ⅰ型物料和Ⅱ型物料，Ⅰ型物料和Ⅱ型物料用作复合水泥外掺料时掺入量为混凝土质量的5-20％。
作为一种优选方案，所述型物料包括I-1、I-2、I-3三种组合：
所述Ⅰ-1包括以下原料所占重量份数为：钢渣0份～50份、铜渣10份～50份、炉底渣10份～50份、建筑垃圾0份～50份；
所述Ⅰ-2包括以下原料所占重量份数为：钢渣0份～40份、炉底渣20份～60份、建筑垃圾0份～40份、石材加工废物或石屑加工机制砂废料10份～40份；
所述Ⅰ-3包括以下原料所占重量份数为：镍渣5份～30份、炉底渣10份～80份、建筑垃圾0份～40份、钢渣10份～40份；
作为一种优选方案，所述型物料包括II-1、II-2、II-3三种组合：
Ⅱ-1包括以下原料所占重量份数为：矿渣20份～60份、钢渣10份～30份、铜渣0份～30份、建筑垃圾10份～30份；
Ⅱ-2包括以下原料所占重量份数为：矿渣20份～60份、钢渣10份～30份、铜渣0份～30份、炉底渣 10份～30份；
Ⅱ-3包括以下原料所占重量份数为：矿渣20份～80份、钢渣0份～40份、炉底渣10～50份、石材加工废料0份～30份、建筑垃圾0份～30份；
作为一种优选方案，还包括活化剂，所述活化剂是复合激发剂，为工业废渣脱硫石膏、石灰、硫酸钠等组合而成，掺入量是入磨物料质量的万分之六。
作为一种优选方案，所述工业废渣中的铜渣为冶炼铜废渣、船体喷砂除锈后的铜渣，镍渣为高炉镍渣。
作为一种优选方案，其制作方法是：(1)原料预处理：金属冶炼废渣、石材加工废弃边角料分别破碎成粒径为85％<10mm，max≤30mm的粗粒；(2)烘干：将含水量大的物料烘干，水分控制在≤15％；(3)粉磨：将各种原料按设计配比配料后入立磨粉磨，成品细度>420m2/kg。
本发明提供的高活性或活性混凝土复合掺合料和复合水泥外掺料优点在于：
1、与现有的复合料比较，因地制宜，根据本地工业废渣、加工废料和建筑垃圾灵活组合，减少远距离运输，减少工业废渣临时堆放占地面积，从而力求真正实现当地工业固体废渣从源头堵截。
2、针对各种固体废弃物的特点采用多组分配合，充分考虑各物料的特性，利用活性与惰性成分、低品质与高品质资源的相互叠合作用，充分利用粉磨的机械激活和物料之间的相互激发活性超叠加效应，发挥出比单原料或两组分更加好的效果。对低品质材料占比多的组合适当配置适用的活性功能激发组分，使各种掺合料的性能得到充分激发，提高组合的水化活性。
3、用于混凝土中时，在保证混凝土工作性能的前提下，提高了混凝土的强度，可替代部分或完全替代矿粉、粉煤灰，部分替代水泥，改善混凝土性能，降低混凝土的成本，提高了经济效益。在使用方式上，掺合料是在混凝土搅拌时掺入，其掺量可以根据混凝土性能要求随时调节，使用更灵活。
4、用作复合水泥外掺料时，增加水泥产量，降低水泥生产综电耗，提高水泥质量。
5、解决了水泥混合材料与水泥熟料一起粉磨，因达不到理想的细度使混合材料的颗粒级配的填充效应和潜在活性发挥不出来的问题。单独粉磨至比水泥更细，不仅使矿物掺合料活性得到最优发挥，同时改善了胶凝材料的颗粒级配，达到粉体颗粒级配连续性，水化时低活性微粉颗粒填充在界面的空隙中，使水泥石结构和界面结构更为致密，提高了水泥石强度和界面强度。
6、制备工艺简单，成本低廉，适于大规模工业化生产。
目前对建筑垃圾和废弃混凝土的利用仍主要局限于再生粗骨料,其中约占混凝土总量25％的砂浆中有部分未水化水泥(辅助胶凝材料)颗粒等，在低水胶比的高强度等级废弃混凝土中，未水化水泥的量甚至达到水泥用量的30％以上。加工过程中砂浆细粉作为废弃混凝土中成本最高的部分,利用附价值未被充分开发。这些加工过程产生的细粉中有小部分没有水化的水泥，具有潜在的水化活性；通过粉磨这些水泥颗粒外部水化物包裹层剥落，重新激发其水化活性，因此，废弃混凝土中的砂浆经处理和磨细后，可以作为水泥的混合材和混凝土的掺合料使用。
电厂炉底渣主要是由结成大团的粉煤灰沉积炉底而成渣，主要活性物质SiO2和Al2O3,可以参加水泥中的火山灰反应,和水化氢氧化钙反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙。因为粉煤灰中的玻璃体极其稳定，在粉煤灰水泥水化过程中其粉煤灰颗粒被Ca(OH)2侵蚀和破坏的速度很慢，所以在混凝土中随着掺量提高早期强度下降，其后期强度增进率大，甚至可以超过相应硅酸盐水泥的后期强度。通过粉磨使炉底渣中结团粉煤灰的粗颗粒细化，破坏了阻碍粉煤灰火山灰效应的颗粒表层坚硬密实的玻璃质外壳，增加参与火山灰效应的比表面积，有利于Ca2+离子渗透和玻璃体中硅、铝的溶解。从微观角度讲，粉磨能促使粉煤灰颗粒原生晶格发生畸形、破坏，提高结构不规则和缺陷程度,反应活性增大。
钢渣是钢铁工业最难以再利用的工业废渣,主要原因是钢渣中的游离氧化钙等膨胀性矿物造成钢渣体积安定性不良。1毫米以上的钢渣颗粒其膨胀粉化的概率永远不会等于零，细磨加工不仅使渣粉颗粒减小，增大其比表面积，使渣粉中的f－CaO进一步水化以提高渣粉稳定性，还伴随着钢渣晶格结构及表面物化性能变化，使粉磨能量转化为渣粉的内能和表面能，提升钢渣胶凝性。
利用钢渣与矿渣、炉底渣、铜渣、镍渣、废弃混凝土料混合配料磨制成比表大于420m2/kg的细粉，在混合粉体系中，组合材料的火山灰效应、形态效应和微集料效应相互叠加，形成“工作性能互补效应”和“强度互补效应”，使混凝土具有良好的抗渗性和可泵性。由于各物料间的激发叠加效应，钢渣的安定性不良问题可以100％被消除。在钢渣微粉与大量矿渣微粉、炉底渣粉煤灰微粉和脱硫石膏共同存在的条件下，混合粉体遇水后会迅速形成大量的钙矾石和C-S-H凝胶。这个反应会迅速消耗掉钢渣所提供的Ca(OH)2和 Mg(OH)2，并在溶液中造成Ca(OH)2和Mg(OH)2的不饱和状态。Ca(OH)2和Mg(OH)2的不饱和状态能够促进钢渣中残余的游离氧化钙和游离氧化镁快速水化，因此基本不存在游离氧化钙和游离氧化镁水化成固体 Ca(OH)2或Mg(OH)2的固体膨胀过程。
多组分物料复合粉磨，辅助以适当的激发剂提高混合粉料的活性，能生产出高性能的胶凝材料。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，并不是对本发明的限制。
实施例1
一种工业废渣综合利用的混凝土复合掺合料，其包括以下重量份的成分：钢渣25份、铜渣25份、炉底渣50份。
本实施例的复合掺合料用于混凝土中，可以完全替代混凝土粉煤灰，部分替代水泥、矿粉，以水泥、复合掺合料两组分就可以生产C30-C40混凝土，C40以上适当补充矿粉，大大降低了混凝土的成本，提高了经济效益。
实施例2
一种工业废渣和石屑机制砂加工废料综合利用的混凝土复合掺合料，其包括以下重量份的成分：铜渣 30份、石屑细沫20份、电厂炉底渣50份。
本实施例的混凝土用复合掺合料在满足新拌混凝土工作性能的前提下，可等量取代混凝土粉煤灰，部分替代矿粉和水泥，生产高标号混凝土时可适当补充矿粉，提高了混凝土的强度，并且本发明的掺合料成本较低。
实施例3
一种工业废渣综合利用的混凝土复合掺合料，其包括以下重量份的成分：镍渣20份、炉底渣60份、钢渣20份。
本实施例的混凝土用复合掺合料等量取代混凝土粉煤灰，部分替代矿粉或水泥，改善混凝土的性能，减小混凝土运送过程的经时坍损，并且本发明的掺合料成本较低，降低了混凝土生产成本。
实施例4
一种工业废渣和建筑垃圾综合利用的混凝土复合掺合料，其包括以下重量份的成分：钢渣35份、建筑垃圾固废(人造石子及加工人造石子的废弃混凝土细粉)35份、电厂炉底渣10份，矿渣20份。
本实施例的混凝土用复合掺合料在等量取代粉煤灰，同时部分替代矿粉和水泥，可等量取代混凝土中 20-40％的胶凝材料，完全满足新拌混凝土工作性能，因与复合掺合料和水泥、矿粉存在40-80元的差价，降低了混凝土的总配合成本。
实施例5
一种工业废渣综合利用的混凝土复合掺合料，其包括以下重量份的成分：矿渣40份、钢渣20份、电厂炉底渣40份。
本实施例的混凝土用复合掺合料在满足新拌混凝土工作性能的前提下，可等量取代混凝土中20-50％的胶凝材料，完全替代矿粉和粉煤灰，因与复合掺合料和矿粉存在50元左右的差价，降低了混凝土的总配合成本，提高混凝土的耐久性。
实施例6
一种工业废渣和建筑垃圾综合利用的混凝土复合掺合料，其包括以下重量份的成分：矿渣30份、铜渣20份、建筑垃圾固废(人造石子及加工人造石子的废弃混凝土细粉)20份、电厂炉底渣30份。
本实施例的混凝土用复合掺合料在满足新拌混凝土工作性能的前提下，可等量取代混凝土中20-50％的胶凝材料，完全替代矿粉和粉煤灰，降低了混凝土运送过程中坍落度经时损失。
实施例7
一种工业废渣和建筑垃圾综合利用的混凝土复合掺合料，其包括以下重量份的成分：矿渣30份、钢渣20份、炉底渣30份，石屑细粉料20份。
本实施例的混凝土用复合掺合料在满足新拌混凝土工作性能的前提下，可等量取代混凝土中20-50％的胶凝材料，完全替代矿粉和粉煤灰，降低了混凝土运送过程中坍落度经时损失，降低了混凝土总生产成本。
实施例8
一种工业废渣和建筑垃圾综合利用的混凝土复合掺合料，其包括以下重量份的成分：矿渣50份、钢渣20份、建筑垃圾固废30份。
本实施例的混凝土用复合掺合料在满足新拌混凝土工作性能的前提下，可等量取代混凝土中20-50％的胶凝材料，完全替代矿粉，因价格低于矿粉，混凝土生产成本下降。
具体实施方式：其制作方法是：(1)原料预处理：金属冶炼废渣、石材加工废弃边角料分别破碎成粒径为85％<10mm，max≤30mm的粗粒；(2)烘干：将含水量大的物料烘干，水分控制在≤15％；(3)粉磨：将各种原料按设计配比配料后入立磨粉磨，成品细度>420m2/kg。
将各组合粉磨成品比表面积大于4502/kg以上，用于代替矿粉、粉煤灰及水泥等，降低混凝土的成本，提高了经济效益。
应用例混凝土分析：按照JG/T486-2015《混凝土用复合掺合料》对实施例进行复合料流动度比、安定性及活性测试；按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行胶砂强度测试，测试结果见表1。
本发明通过生产后的大量检验数据汇集，产品细度在控制比表面积450m2/kg以上效果更好，从粉磨成本考虑比表面积控制在450-470m2/kg复合粉的活性最佳。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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