專利名稱：低溫常壓固化城市建筑垃圾為建筑材料的方法
合均勻后，壓制成型；再將脫模后的試樣，在溫度為100°C的水的飽和蒸氣壓(常壓)下處理12 72h，即得到所需產(chǎn)品；其中城市建筑垃圾的重量百分?jǐn)?shù)為609Γ90%，消石灰為109^40%。本發(fā)明中，所述城市建筑垃圾包括廢舊混凝土或廢舊紅磚的一至兩種，廢舊混凝土與紅磚的混合物中，廢舊混凝土的重量百分?jǐn)?shù)為109Γ90%，廢舊紅磚的重量百分?jǐn)?shù)為109^90%。本發(fā)明中，所述堿溶液為氫氧化鈉溶液。本發(fā)明中，所述水或堿溶液的添加量為城市建筑垃圾和消石灰總重量的5 20wt%。本發(fā)明中，所述堿溶液的濃度為f4mol/L。

本發(fā)明的特點(diǎn)在干對(duì)廢棄的城市建筑垃圾制備出高強(qiáng)度的建筑材料。其制備過程為常壓低溫(IOO0C )，所以可以不使用高壓反應(yīng)釜，這樣不但使得設(shè)備投資大大降低，而且其過程也可實(shí)現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)，耗能大大降低(見圖14 )。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了城市建筑垃圾的資源化再利用，解決了低溫連續(xù)性固化生產(chǎn)建筑材料的難題，制備高強(qiáng)建筑材料，可用于墻地磚、廣場磚、路面磚以及江河護(hù)堤材料等方面。該技術(shù)既可以利用廢棄物，又可以大大減少生產(chǎn)過程中的能源消耗，極大地減少對(duì)環(huán)境的負(fù)荷。


圖I :低溫固化城市建筑垃圾為建筑材料的エ藝流程。圖2 :堿溶液添加量對(duì)混凝土試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。圖3 :消石灰含量對(duì)混凝土試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。圖4 :堿溶液濃度對(duì)混凝土試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。圖5 :固化時(shí)間對(duì)混凝土試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。圖6 :添加水的混凝土試樣強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線。圖7 :堿溶液添加量對(duì)紅磚試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。圖8 :堿溶液濃度對(duì)紅磚試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。圖9 :消石灰含量對(duì)紅磚試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。圖10 :固化時(shí)間對(duì)紅磚試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。圖11 :添加水的紅磚試樣強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線。圖12 :不同配比的混凝土和紅磚固化后抗折強(qiáng)度比較。圖13 :固化處理前后紅磚試樣的FESEM形貌變化。其中(A)為處理前，(B)為處理后。圖14 :連續(xù)式制備エ藝概念示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)ー步說明本發(fā)明。實(shí)施例I :
首先，選取粉碎后的廢舊混凝土為原料，添加重量百分?jǐn)?shù)為10%的消石灰粉末，然后加入料總重量5%的水，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，在壓片機(jī)下壓制成型；最后，將壓制好的試樣放入反應(yīng)容器內(nèi)，在100°c的水的飽和蒸氣壓下固化處理48h，得到最終的樣品。實(shí)施例2:
首先，選取粉碎后的廢舊混凝土為原料，添加30%的消石灰粉末，然后加入料總重量15%的水，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，在壓片機(jī)下壓制成型；最后，將壓制好的試樣放入反應(yīng)容器內(nèi)，在100°C的水的飽和蒸氣壓下固化處理48h，得到最終的樣品。實(shí)施例3
首先，選取粉碎后的廢舊紅磚為原料，添加30%的消石灰粉末，然后加入料總重量5%的4mol/L的氫氧化鈉溶液，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅趬浩瑱C(jī)下壓制成型；最后，將壓制好的試樣放入反應(yīng)容器內(nèi)，在100°C的水的飽和蒸氣壓下固化處理48h，得到最終的樣品。
實(shí)施例4
首先，選取粉碎后的廢舊混凝土與廢舊紅磚各50%的混合物為原料，添加重量百分?jǐn)?shù)為30%的消石灰粉末，然后加入料總重量10%的3mol/L的氫氧化鈉溶液，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，在壓片機(jī)下壓制成型；最后，將壓制好的試樣放入反應(yīng)容器內(nèi)，在100°C的水的飽和蒸氣壓下固化處理48h，得到最終的樣品。固化材料的強(qiáng)度提高機(jī)理是固化過程中，通過化學(xué)反應(yīng)固化體內(nèi)生成了類水泥水化產(chǎn)物水化硅酸鈣(CaO-SiO2-H2O, C-S-H),這些相互交織在一起的片狀水化硅酸鈣生成在材料內(nèi)顆粒的表面和顆粒之間，填充了顆粒間隙，提高了材料的致密度，導(dǎo)致強(qiáng)度增カロ。下面通過介紹本發(fā)明通過改變?cè)囼?yàn)的氫氧化鈉添加量、氫氧化鈉濃度、消石灰含量、反應(yīng)時(shí)間等變量，進(jìn)行固化的數(shù)據(jù)圖像來進(jìn)ー步說明本發(fā)明。圖I為低溫固化城市建筑垃圾為建筑材料的整個(gè)エ藝流程。圖2為堿溶液添加量對(duì)混凝土試樣固化后強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)條件為，向一定量的廢舊混凝土試樣中添加相當(dāng)于試樣質(zhì)量0、5%、10%、15%的2 mol/L的氫氧化鈉溶液，壓制成型后在100°C的條件下固化48h。從圖中可以看出，不添加氫氧化鈉溶液時(shí)，其樣品強(qiáng)度為零。隨著氫氧化鈉添加量的増加，固化體的抗折強(qiáng)度有所増加，添加量為15%時(shí)強(qiáng)度最大。當(dāng)添加量超過20%時(shí)，試樣壓制過程有溶液就有滲出使之無法達(dá)到更高。此圖表明堿溶液的加入可以顯著改變固化體的強(qiáng)度，一定的堿溶液加入可加快試樣中固體顆粒的傳質(zhì)速率，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。圖3為消石灰含量對(duì)混凝土試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)方法是向廢舊混凝土試樣中添加消石灰，使消石灰的重量百分?jǐn)?shù)為O、10%、20%、30%、40%，并添加整個(gè)試樣質(zhì)量15%的2mol/L的氫氧化鈉溶液，壓制成型后在100°C的條件下固化48h。從圖中可以看出，隨著消石灰含量的増加，固化體的抗折強(qiáng)度先増加后降低，在30%消石灰時(shí)抗折強(qiáng)度接近ISMPa0由于加入的消石灰可以與廢舊混凝土中的石英等晶相反應(yīng)生成C-S-H晶體，増加固化體強(qiáng)度，所以對(duì)試樣強(qiáng)度隨著消石灰的加入顯著增加，但是過多的消石灰加入反而對(duì)強(qiáng)度有副作用。圖4為堿溶液濃度對(duì)混凝土試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。取含30%消石灰的廢舊混凝土試樣，添加lmol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L的氫氧化鈉溶液,在100°C條件下固化48h。圖像反映出隨著氫氧化鈉濃度的增加，固化體的強(qiáng)度現(xiàn)增加后降低，在濃度為3mol/L時(shí)達(dá)到最大18MPa。喊的加入能夠溶解混凝土原料中的娃質(zhì)，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，但是過聞濃度的堿對(duì)CSH的生成有副作用。圖5固化時(shí)間對(duì)混凝土試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。取含30%消石灰的廢舊混凝土試樣，添加15%的3mol/L的氫氧化鈉溶液，在100°C條件下固化Oh、12h、24h、48h、72h(其中Oh指未經(jīng)固化反應(yīng)直接測(cè)試試樣抗折強(qiáng)度)。從圖中可以看出，反應(yīng)初期，試樣強(qiáng)度不斷増加，到達(dá)48h以后，繼續(xù)反應(yīng)強(qiáng)度反而減小。由此可知對(duì)于混凝土試樣最佳的固化時(shí)間為48h。在相同的固化時(shí)間下，添加堿溶液的樣品的強(qiáng)度比沒有添加堿的樣品的強(qiáng)度大。 圖6為添加水的混凝土試樣強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線。取含30%消石灰的廢舊混凝土試樣，添加15%的水，在100°C條件下固化0h、12h、24h、48h、72h得到該圖線。圖中反映出隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，試樣強(qiáng)度不斷増加。 圖7為堿溶液添加量對(duì)紅磚試樣固化后強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)條件為，向一定量的廢舊紅磚試樣(試樣中含有30%的消石灰)中添加相當(dāng)于試樣質(zhì)量0、5%、10%、15%、20%的3mol/L的氫氧化鈉溶液，壓制成型后在100°C的條件下固化48h。從圖中可以看出，隨著堿溶液添加量的増加，固化體的抗折強(qiáng)度先増加后降低，在堿溶液的添加量為5%時(shí)強(qiáng)度最大。堿溶液的對(duì)紅磚試樣的作用機(jī)理與對(duì)混凝土試樣的作用機(jī)理相同。圖8為堿溶液濃度對(duì)紅磚試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。取含30%消石灰的廢舊紅磚試樣，添加O. 5ml lmol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L的氫氧化鈉溶液,在100°C條件下固化48h。圖像反映出隨著氫氧化鈉濃度的增加，固化體的強(qiáng)度現(xiàn)增加后降低，在濃度為3mol/L時(shí)達(dá)到最大。圖9為消石灰含量對(duì)紅磚試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)方法是向廢舊紅磚試樣中添加消石灰，使消石灰的重量百分?jǐn)?shù)為0、10%、20%、30%、40%，并添加整個(gè)試樣質(zhì)量5%的3 mol/L的氫氧化鈉溶液，壓制成型后在100°C的條件下固化48h。從圖中可以看出，隨著消石灰含量的増加，固化體的抗折強(qiáng)度先増加后降低，在30%消石灰時(shí)抗折強(qiáng)度超過25MPa，之后強(qiáng)度雖略有下降，但是仍保持較高的數(shù)值。由于加入的消石灰可以與廢舊混凝土中的石英等晶相反應(yīng)生成CSH晶體，増加固化體強(qiáng)度，所以對(duì)試樣強(qiáng)度隨著消石灰的加入顯著增加，但是當(dāng)過量的消石灰殘留在固化體中會(huì)對(duì)破壞其強(qiáng)度，造成圖線下滑。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中成本等因素考慮，30%的消石灰添加量應(yīng)是最合適的選擇。圖10固化時(shí)間對(duì)紅磚試樣固化后抗折強(qiáng)度的影響。取含30%消石灰的廢舊紅磚試樣，添加5%的3 mol/L的氫氧化鈉溶液，在100°C條件下固化Oh、12h、24h、48h、72h (其中Oh指未經(jīng)固化反應(yīng)直接測(cè)試試樣抗折強(qiáng)度)。從圖中可以看出，反應(yīng)初期，試樣強(qiáng)度不斷増加，到達(dá)48h以后，強(qiáng)度下降。由此可知對(duì)于紅磚試樣最佳的固化時(shí)間為48h。圖11為添加水的紅磚試樣強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線。取含30%消石灰的廢舊紅磚試樣，添加15%的水，在100°C條件下固化Oh、12h、24h、48h、72h得到該圖線。圖中反映出隨著反應(yīng)時(shí)間的増加，試樣強(qiáng)度不斷増加。圖12為不同配比的混凝土和紅磚固化后抗折強(qiáng)度比較。建筑垃圾原料中廢舊混凝土的重量百分?jǐn)?shù)為109Γ90%，廢舊紅磚的重量百分?jǐn)?shù)為109Γ90%。其余實(shí)驗(yàn)條件為試樣中消石灰的質(zhì)量占30%，添加相當(dāng)于試樣質(zhì)量10%的3mol/L的氫氧化鈉溶液，壓制成型后在100°C條件下固化48h。從圖像可知，雖然不同配比的建筑垃圾試樣固化后強(qiáng)度有一定差另O，但是強(qiáng)度都能達(dá)到IlMPa左右，符合強(qiáng)度要求。證明低溫固化建筑垃圾的方法適用范圍相當(dāng)廣闊。
圖13固化處理前后紅磚試樣的FESEM形貌變化。其中(A)為未處理的廢舊混凝土試樣的FESEM圖，由圖中可以看出，處理前，較大的泥沙顆粒松散的堆積在一起，顆粒間間隙較大。(B)是固化處理48h后的FESEM圖，可看出，泥沙的大顆粒間或大顆粒表面上產(chǎn)生了大量片狀的CSH晶體，這些晶體有效的填充了原來顆粒的間隙，使固化體致密度大幅度提高，強(qiáng)度由此增加。圖14所示為本 發(fā)明エ藝流程圖。就像燒制陶瓷的隧道窯ー樣，壓制的坯體由前段緩慢進(jìn)入固化設(shè)備(設(shè)備可為一般保溫建筑材料砌筑)進(jìn)行固化處理，固化設(shè)備中通入100°c的水蒸氣。處理完畢后，從設(shè)備另一端出來的材料即為成品。以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，文中應(yīng)用了具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述，這是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域的人員可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在本發(fā)明的思想應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的掲示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種低溫常壓固化城市建筑垃圾為建筑材料的方法，其特征在用于具體步驟為選用城市建筑垃圾為原料，進(jìn)行粉碎處理，然后加入消石灰并與水或堿溶液混合，混合均勻后，壓制成型；再將脫模后的試樣，在溫度為100°c的水的飽和蒸氣壓即常壓下處理12 72h，即得到所需產(chǎn)品；其中城市建筑垃圾為的重量百分?jǐn)?shù)為609Γ90%，消石灰為109^40%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述城市建筑垃圾為廢舊混凝土或廢舊紅磚中ー種以上，廢舊混凝土與紅磚的混合物中，廢舊混凝土的重量百分?jǐn)?shù)為109Γ90%，廢舊紅磚的重量百分?jǐn)?shù)為10% 90%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述堿溶液為氫氧化鈉溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述水或堿溶液的添加量為城市建筑垃圾和消石灰總重量的5 20wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于氫氧化鈉溶液溶度為f4mol/L。低溫常壓固化城市建筑垃圾為建筑材料的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無機(jī)廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體涉及ー種低溫常壓固化城市建筑垃圾為建筑材料的方法。
背景技術(shù)：
城市化進(jìn)程，不但加劇了我國城市土地、資源的緊張，而且?guī)砹舜罅康慕ㄖ?。目前，我國的城市建筑垃圾一般約為城市垃圾總量的30%，每年生產(chǎn)量達(dá)5000萬t。如以每萬m2建筑的建筑垃圾的排出量為50(T600t的標(biāo)準(zhǔn)推算，到2020年，我國還將新增建筑面積300億m2，新產(chǎn)生的建筑垃圾將是ー個(gè)令人震撼的數(shù)字。目前，對(duì)建筑垃圾處理的主要方式是進(jìn)行填埋、堆放或者作為建筑地基的填筑材料。
目前我國建筑垃圾主要應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)保型磚塊、再生骨料和堆山造景等方面。但是由于其產(chǎn)品單一、附加值低、適用面窄等原因，嚴(yán)重限制了建筑垃圾再生資源化的普及。另外，我國建筑垃圾還存在回收利用率低，再生資源化技術(shù)水平相對(duì)落后，缺乏新技術(shù)、新エ藝的現(xiàn)狀。因此研究建筑垃圾再利用的新技術(shù)十分必要。
中國專利《利用建筑垃圾生產(chǎn)蒸壓磚》(
公開日2007. 09. 26，公開號(hào)CN101041567)公開了ー種以建筑垃圾、粉煤灰、石灰(或電石渣)和外加劑等為主要原材料，研制生產(chǎn)蒸壓粉煤灰垃圾磚的技術(shù)，其中建筑垃圾的用量為15% 55%，最佳范圍為20% 35%，并將制品置于大于100°C的飽和蒸汽(反應(yīng)釜)中進(jìn)行處理。該技術(shù)對(duì)建筑垃圾利用率較低，并且生產(chǎn)溫度相對(duì)較高需要在反應(yīng)釜中進(jìn)行。
中國專利《利用建筑垃圾生產(chǎn)的建材及其制備方法》(
公開日2009. 01. 21，公開號(hào)CN101348343)公開了ー種利用建筑垃圾生產(chǎn)的建材及其制備方法。但是該發(fā)明的方法制備建筑材料需要在19(T230°C蒸壓養(yǎng)護(hù)，該過程需要在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行。反應(yīng)釜造價(jià)高，使用過程需要高額的維護(hù)費(fèi)用，另外，使用高壓釜時(shí)其生產(chǎn)過程為ー間歇過程(即進(jìn)料-升溫加壓-恒溫-降溫減壓-取樣)，使得生產(chǎn)エ藝漫長。這些使產(chǎn)品成本提高，能量消耗加大。
如果能實(shí)現(xiàn)低溫(IO(TC)生產(chǎn)，由于水在100°C的飽和蒸汽壓為常壓，故其制備壓カ就為常壓。此時(shí)不但不需要使用高壓反應(yīng)釜使得生產(chǎn)過程可實(shí)現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)，而且其生產(chǎn)過程會(huì)大大簡化,生產(chǎn)成本以及能耗也都會(huì)大大下降。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出ー種低溫常壓固化城市建筑垃圾為建筑材料的方法。所述方法為城市建筑垃圾資源化提供ー種新途徑，提高城市建筑垃圾的資源化效率；通過該固化的方法，在低溫度(100°C )常壓不使用反應(yīng)釜的條件下再利用城市建筑垃圾制備高質(zhì)量的新型建筑材料，簡化生產(chǎn)過程、提高生產(chǎn)效率(連續(xù)生產(chǎn))和節(jié)約能源。
本發(fā)明提出的低溫常壓固化城市建筑垃圾為建筑材料的方法，是將廢舊混凝土、廢舊紅磚等城市建筑垃圾固化為具有高強(qiáng)度的建筑材料的方法，具體步驟如下選用城市建筑垃圾為原料，進(jìn)行粉碎處理，然后加入消石灰并與水或堿溶液混合，混
全文摘要
本發(fā)明屬低溫常壓固化城市建筑垃圾為建筑材料的方法。結(jié)合國內(nèi)外建筑垃圾問題日益突出的實(shí)際情況，在常壓100℃低溫下，將城市建筑垃圾固化再生成一種強(qiáng)度高的新型建筑材料。該固化過程為首先對(duì)建筑垃圾進(jìn)行粉碎研磨預(yù)處理，再添加一定量的消石灰并和堿溶液或水混合，將其混合物在壓機(jī)下壓制成型，然后對(duì)脫模后的成型體進(jìn)行固化處理即可獲得高強(qiáng)度(抗折強(qiáng)度可達(dá)18MPa以上)的材料。本發(fā)明的固化材料可用于諸如，墻地磚、路面磚、廣場磚、和江河護(hù)堤材料等建筑用材方面。本發(fā)明一改使用高壓釜的蒸壓生產(chǎn)方法，在100℃低溫常壓下(不使用高壓釜)固化建筑垃圾為新型建筑材料。由于是常壓，所以其固化過程可以使用連續(xù)生產(chǎn)過程，這樣就可以既能有效的降低建筑材料的生產(chǎn)以及設(shè)備成本又可以大大降低其能耗。
文檔編號(hào)C04B18/16GK102674729SQ201210152620
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者單成沖, 孫光耀, 徐鵬亮, 景鎮(zhèn)子, 趙衛(wèi)國 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)