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《大连理工大学》 2011年
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全组分废弃混凝土制备再生水泥的试验研究

魏璟璟  
【摘要】:混凝土是世界范围内用量最大的人造建筑材料,一旦建筑物或构筑物解体,它也会相应地成为建筑垃圾的“主力军”。近年来,随着我国七、八十年代建筑物的日渐淘汰更新,以废弃混凝土为主体的建筑垃圾的产生和排出数量也在快速增长,迫切需要解决废弃混凝土的再生利用问题。在我国,废弃混凝土的传统处理方式主要是作为建筑垃圾被简单的填埋,也有将废弃混凝土破碎后作为路基材料使用,总体利用效率很低。近年来,关于废弃混凝土的再生利用,研究和应用较为广泛的是将废弃混凝土中的骨料回收处理后,生产再生骨料混凝土(也称再生混凝土),其相关技术已基本成熟。然而,限于分离技术和设备成本等原因,再生骨料的性能低于天然骨料,只能用于配制较低强度等级的混凝土,工程应用范围较窄,产品市场附加值不高。 另一方面,随着我国基本建设规模不断扩大,建筑行业对水泥的需求量急遽增长。传统水泥生产消耗大量的不可再生资源和能源,生产副产品中包含排入大气中的大量温室气体和粉尘,严重污染环境。数量扩张型的水泥工业发展模型使我国能源、资源和环境不堪重负,水泥生产迫切需要新技术和新原料。 利用废弃混凝土生产再生水泥是实现废弃混凝土资源化利用的有效途径。通过水泥——混凝土材料的闭路循环,一方面直接减少了整个混凝土生产系统的废弃物,减轻了对环境的负荷;另一方面,在水泥工业生产所需的石灰石、粘土等矿产资源日益枯竭的情况下,废弃混凝土再生水泥技术实现了循环过程的自己自足,真正体现了有限资源的可持续利用。 目前,废弃混凝土生产再生水泥的相关研究还处于起步阶段,研究思路集中于两方面:利用废弃混凝土分离出砂浆或水泥石部分,经热处理后制备再生胶凝材料;利用废弃混凝土中的粗骨料或者基质胶凝组分/砂浆取代部分水泥原料烧制再生水泥。这两种技术都需要对废弃混凝土进行组分分离,不仅增加了再生水泥的生产成本和能耗,而且材料的利用率较低。 本论文通过对国内外废弃混凝土再生利用技术的分析、比较,针对目前研究中存在的问题,在国内首次提出利用以石灰岩为粗骨料的废弃水泥混凝土中的全部组分——粗骨料、细骨料和硬化水泥石,取代全部粘土和部分石灰石作为水泥原料,再添加一定量的石灰石和少量校正原料,配料后烧制再生水泥熟料。论文研究的主要内容包括:全组分废弃混凝土烧制再生水泥熟料可行性的研究、废弃混凝土的预处理和生料配料的研究、再生水泥熟料烧成工艺的研究以及再生水泥性能的研究。 全组分废弃混凝土作为再生水泥生料区别于普通水泥生料的一个主要特点,是以废弃混凝土中的细骨料(砂)提供结晶度较高的SiO2作为硅质原料,这是否会严重影响再生水泥生料的易烧性,进而大幅度增加熟料的烧成能耗、影响熟料的性能,是关系到全组分废弃混凝土再生水泥技术是否可行的一个首要问题。本论文试验研究结果表明:再生水泥熟料中F-CaO含量约为1.1%左右,生料易烧性较好。 为了确定再生水泥烧成工艺的基本参数,本论文研究在1300~1350℃范围内选取了几个温度点分别进行煅烧,试验结果表明:不同温度煅烧所得熟料的成分与力学性能存在差异,1320℃~1330℃是本论文试验条件下较为理想的煅烧温度范围。为了进一步降低烧成温度,本论文研究采用了熟料和矿渣作为晶种添加到再生水泥生料中,试验结果表明:掺入晶种对于再生水泥熟料矿物的形成是有利的,可使熟料的烧结温度较普通硅酸盐水泥熟料降低50~100℃,而且可以提高再生水泥熟料的强度。 本论文对再生水泥熟料性能进行了研究:XRD分析表明,再生水泥熟料的矿物成分与普通硅酸盐水泥熟料基本相同,主要为C3S、β-C2S、CA、C3A和C4AF,除了少量的MgO和CA,衍射峰位置也基本相同;再生水泥熟料加入适量石膏混磨制成P·I型硅酸盐水泥,除3d抗压强度略低,其他物理性能满足国标GB175-2007中P·I 42.5的技术要求,再生水泥净浆3d和28d强度分别达到22MPa和66 MPa。 上述研究表明,利用废弃混凝土中的全部组分制备再生水泥熟料,在技术上是完全可行的;通过调整配料率值、改进烧成工艺、采用掺加矿化剂等技术措施,可以进一步提高生料易烧性以及熟料质量,制备出满足国标技术要求的再生水泥熟料,应用于42.5以上强度等级的通用硅酸盐水泥生产。 本论文研究紧扣再生资源利用和环境保护两大主题,为废弃混凝土再生水泥技术提供了新的研究思路;论文的研究成果将为废弃混凝土再生水泥的生产和应用提供有价值的基础试验数据。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU528

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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