一种人工砂及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种人工砂及其制备方法。
背景技术
目前，在城市垃圾中建筑垃圾占了很大比重，垃圾围城现象屡见不鲜。对于建筑垃圾，现有的处置方式主要是填埋，一般选择低洼地、荒地或采石场矿口作为填埋场。垃圾填埋场占用大量的土地，会破坏生态环境；且由于土地资源日益紧张，垃圾填埋场的选址越来越困难。同时，随着城镇化的快速发展，大量的混凝土建筑物被拆除，产生大量的拆除废弃混凝土，而废弃混凝土的主要成分是水泥和砂石，如此大量的拆除废弃混凝土的填埋处理，还会造成大量的资源浪费。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种人工砂及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一方面，提供一种人工砂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废弃混凝土破碎制成人工砂粗品；
S2、将步骤S1制得的人工砂粗品采用水泥浆液进行浸泡处理，浸泡完成后沥干水分，再进行静置处理，而后在热空气(一般为70～150℃热空气)中过筛，并进行热空气干燥处理。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中，所述水泥浆液的水胶比为0.25～0.50。此处，水胶比具体指每立方米水泥浆液中水量与胶凝材料用量的比值。浸泡处理完成且沥干水分后进行静置处理，通过过筛控制处理后人工砂粗品的粒径在5mm以内，过筛的同时采用热空气处理，可避免粘连问题。
根据本发明的一些实施例，所述水泥浆液由包括胶凝材料、减水剂、缓凝剂和聚合物乳液的原料制备得到；
以所述胶凝材料的总质量计，所述胶凝材料包括50％～100％水泥和0～50％掺合料；所述掺合料包括硅灰、矿渣粉和粉煤灰中的至少一种，所述硅灰的用量占所述胶凝材料的质量的0～15％，所述矿渣粉的用量占所述胶凝材料的质量的0～50％，所述粉煤灰的用量占所述胶凝材料的质量的0～25％；所述减水剂的用量占所述胶凝材料的质量的0.5％～2.5％；所述缓凝剂的用量占所述胶凝材料的质量的0～1.5％；所述聚合物的用量占所述胶凝材料的质量的0～20％。人工砂粗品浸渍用水泥浆液中聚合物的加入可改善人工砂的界面薄弱区，改善人工砂的性能；水泥浆液中缓凝剂的添加可延长水泥浆液的适用时间，节省成本。
其中，水泥可采用通用硅酸盐水泥，包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的至少一种；一般选用水泥强度等级为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R的水泥中的至少一种。
粉煤灰可采用Ⅰ级粉煤灰和/或Ⅱ级粉煤灰；矿渣粉可采用S95级矿渣粉和/或S105级矿渣粉；所采用的硅灰一般总碱量不大于1.5％、二氧化硅含量不小于85％、氯含量不大于0.1％、含水量(粉料)不大于3.0％、含固量(液料)生产控制值的±2.0％、烧失量不大于4.0％、需水量比不大于125％、比表面积(BET法)不小于15m2/kg、活性指数(7天快速法)不小于105％、抑制碱骨料反应性14天膨胀率降低值不小于35％、抗氯离子渗透性28天电通量之比不大于40％。
根据本发明的一些实施例，所述减水剂选自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至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述缓凝剂可采用木质素磺酸盐、糖蜜、蔗糖、锌盐中的至少一种。
另外，聚合物乳液可为苯乙烯-丁二烯乳液、聚苯烯酸酯乳液、乙烯醋酸-乙烯酯乳液、氯丁乳液、丙苯乳液中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中，所述浸泡处理的时间为1～2h。静置处理的时间一般为0.25～2h。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中，在进行热空气干燥处理的同时，向人工砂粗品喷水泥粉末。具体可采用热空气干燥机，用热空气(或热风)向人工砂粗品喷水泥粉末，以使水泥粉末裹在水泥浆液浸渍处理后的人工砂粗品颗粒表面，以利于降低人工砂粗品的含水量，同时可增加颗粒表面粗糙度；且水泥具有水化作用，可显著改善人工砂的表面效果，促进人工砂粗品表面的水泥浆液硬化。一般控制热空气中水泥粉末的体积浓度为2％～20％；热空气气压一般需保证水泥粉末在热空气中的停留时间在5～120s。而为了提高处理效果，可将人工砂粗品和热空气逆向通入，具体可将人工砂粗品从上口通入，热空气从下部侧面入。
步骤S1中，所采用的废弃混凝土属于建筑垃圾，具体为建筑垃圾中的拆除混凝土，具体可采用设计强度等级C15以上的拆除混凝土，其原料通常包括硅酸盐水泥、砂、碎石、砾石、矿物掺合料及外加剂。由于拆除混凝土中通常含有较多杂质，因此，步骤S1中，将废弃混凝土破碎之前，一般先对废弃混凝土进行除杂处理。而对除杂处理后的废弃混凝土进行破碎之后，还可进行整形处理，再筛分，制得人工砂粗品。通过将废弃混凝土破碎之后再进行整形处理，有利于改善其粒径。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中，人工砂粗品的粒径一般≤5mm。对于粒径大于5mm人工砂粗品，需重新破碎加工。
另外，在人工砂粗品颗粒表面浆液硬化处理制成人工砂之后，一般再进行筛分，并按粒径分类堆放。筛分后一般按粒径分为三级分开堆放，第一级的粒径为2.5～5.0mm，第二级的粒径为1.25～2.5mm，第三级的粒径为小于或等于1.25mm。
本发明的第二方面，提供一种人工砂，由本发明第一方面所提供的任一种人工砂的制备方法制得。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种人工砂的制备方法，其以废弃混凝土为原料，制备人工砂，可变废为宝，实现资源化利用、垃圾无害化及减量化，节省占地，节约资源，避免污染，改善生态环境。并且，在人工砂制备过程中，通过对人工砂粗品进行水泥浆液浸渍表面处理，可改善废弃混凝土制成的人工砂的粒径，封闭表面空隙。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
一种人工砂的制备方法，包括以下步骤：
S1、人工砂粗品的制备：将建筑垃圾进行分类，分拣出废弃混凝土，而后进行除杂处理；具体地，清理拆除混凝土构件的外部夹杂，破碎拆除混凝土块，分拣清理拆除混凝土块内部的钢筋、塑料管、电线等杂质；而后进一步将拆除混凝土块破碎、整形、筛分，制成粒径不大于5mm的人工砂粗品；
S2、按如下质量份(每质量份按1kg计)取原料：100质量份强度等级为32.5R的粉煤灰硅酸盐水泥，加入35质量份的水、2.5质量份的减水剂、0.05质量份的缓凝剂蔗糖，混合均匀，制成水泥浆液；
S3、将步骤S1制得的人工砂粗品在步骤S2制得的水泥浆液中浸泡1h，沥干水分，静置1h后，过筛网，而后采用热空气干燥机向过筛后的人工砂粗品喷水泥粉末，降低人工砂粗品的含水量，促进人工砂表面的聚合物水泥浆液硬化，制得人工砂。
实施例2
一种人工砂的制备方法，包括以下步骤：
S1、人工砂粗品的制备：将建筑垃圾进行分类，分拣出废弃混凝土，而后进行除杂处理；具体地，清理拆除混凝土构件的外部夹杂，破碎拆除混凝土块，分拣清理拆除混凝土块内部的钢筋、塑料管、电线等杂质；而后进一步将拆除混凝土块破碎、筛分，制成粒径不大于5mm的人工砂粗品；
S2、按如下质量份(每质量份按1kg计)取原料：75质量份强度等级为52.5R的硅酸盐水泥、25质量份的掺合料矿渣粉混合，而后加入28质量份的水、2.0质量份的减水剂、0.06质量份的缓凝剂、10质量份的苯乙烯-丁二烯聚合物乳液混合均匀，制成聚合物水泥浆液；
S3、将步骤S1制得的人工砂粗品在步骤S2制得的聚合物水泥浆液中浸泡1h，沥干水分，静置2h后，过筛网，而后采用热空气干燥机向过筛后的人工砂粗品喷水泥粉末，降低人工砂粗品的含水量，促进人工砂表面的聚合物水泥浆液硬化，待表面处理水泥浆液硬化、干燥后，制得人工砂。
实施例3
一种人工砂的制备方法，包括以下步骤：
S1、人工砂粗品的制备：将建筑垃圾进行分类，分拣出废弃混凝土，而后进行除杂处理；具体地，清理拆除混凝土构件的外部夹杂，破碎拆除混凝土块，分拣清理拆除混凝土块内部的钢筋、塑料管、电线等杂质；而后进一步将拆除混凝土块破碎、整形、筛分，制成粒径不大于5mm的人工砂粗品；
S2、按如下质量份(每质量份按1kg计)取原料：90质量份强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥、10质量份掺合料硅灰混合，而后加入35质量份的水、1.5质量份减水剂、0.05质量份的缓凝剂、6质量份乙烯醋酸-乙烯酯聚合物乳液混合均匀，制成聚合物水泥浆液；
S3、将步骤S1制得的人工砂粗品在步骤S2制得的聚合物水泥浆液中浸泡1h，沥干水分，静置0.25h后，过筛网，采用热空气干燥机向过筛后的人工砂粗品喷水泥粉末，降低人工砂粗品的含水量，促进人工砂表面的聚合物水泥浆液硬化，制得人工砂；
S4、对人工砂进行再次筛分，按粒径分类堆放，第一级粒径为2.5～5.0mm，第二级粒径为1.25mm～2.5mm，第三级粒径为≤1.25mm。
实施例4
一种人工砂的制备方法，包括以下步骤：
S1、人工砂粗品的制备：将建筑垃圾进行分类，分拣出废弃混凝土，而后进行除杂处理；具体地，清理拆除混凝土构件的外部夹杂，破碎拆除混凝土块，分拣清理拆除混凝土块内部的钢筋、塑料管、电线等杂质；而后进一步将拆除混凝土块破碎、筛分，制成粒径不大于5mm的人工砂粗品；
S2、按如下质量份(每质量份按1kg计)取原料：90质量份强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥、10质量份掺合料硅灰混合，而后加入35质量份的水、1.5质量份减水剂、0.05质量份的缓凝剂混合均匀，制成水泥浆液；
S3、将步骤S1制得的人工砂粗品在步骤S2制得的水泥浆液中浸泡1h，沥干水分，静置2h后，过筛网，而后采用热空气干燥机向过筛后的人工砂粗品喷水泥粉末，降低人工砂粗品的含水量，促进人工砂表面的水泥浆液硬化，制得人工砂；
S3、对人工砂进行再次筛分，按粒径分类堆放，第一级粒径为2.5～5.0mm，第二级粒径为1.25mm～2.5mm，第三级粒径为≤1.25mm。
实施例5
本实施例人工砂的制备方法与实施例3基本相同，不同之处在于：步骤S3中直接采用热空气干燥机对过筛后的人工砂粗品进行表面浆液硬化处理，未喷水泥粉末。
性能测试
分别对实施例1～4中步骤S1所制得的人工砂粗品和步骤S3所制得的人工砂进行孔隙率、吸水率和粗糙度测试，具体测试方法如下：
孔隙率的测试方法采用压汞法；吸水率的测试方法按照JGJ52-2006砂的吸水率试验；粗糙度的测试方法按照T%200345--2005细集料棱角性试验(流动时间法)；压碎值的测试方法参照JGJ52-2006人工砂压碎值指标试验。
采用以上方法对各人工砂进行性能测试，所得结果如下表1所示。
表1实施例1～4步骤S1制得人工砂粗品和步骤S3制得人工砂的性能测试结果
由表1可知，实施例1～3中步骤S1制得人工砂粗品的孔隙率为23.5％，吸水率9.6％，粗糙度(流动时间法)测试结果为25.3秒；经过步骤S3制得的人工砂部分孔隙被封闭，孔隙率和吸水率均降低，且人工砂颗粒粒形改善、表面更圆滑，漏斗流出时颗粒之间的阻碍更少，粗糙度降低，人工砂性能得到改善。在步骤S1中，强度等级高的水泥、低水胶比、高活性掺合料有利于降低人工砂的压碎值。由实施例1～4人工砂的性能测试结果可知，在步骤2中，聚合物乳液有利于降低人工砂的孔隙率、吸水率、表面粗糙度和压碎值。对比实施例3和实施例5的人工砂性能测试结果可知，步骤3中喷水泥粉末，有利于降低人工砂的孔隙率、吸水率、表面粗糙度和压碎值。
