一種改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料及其制備方法，該材料的原料為按照質(zhì)量比為70-100：0-30的玻璃尾砂和改性輔料；所述改性輔料為鈣質(zhì)材料或鈣鎂質(zhì)材料或二者任意質(zhì)量比的混合物；將所有原料混合后，采用機(jī)械粉磨、水熱、低溫煅燒和水熱-煅燒中的任意一種方法處理即得。本發(fā)明通過(guò)對(duì)玻璃尾砂進(jìn)行表面改性，著力提高玻璃尾砂表面膠凝性，降低水泥基材料收縮變形和提高早期力學(xué)性能。本發(fā)明充分利用工業(yè)廢棄物玻璃尾砂、電石渣、菱鎂礦尾礦等，開(kāi)發(fā)新型水泥基輔助性膠凝材料，可減少水泥熟料用量，延長(zhǎng)水泥基材料使用壽命，間接降低生產(chǎn)水泥能耗、減少二氧化碳排放，對(duì)節(jié)能減排和水泥混凝土工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，涉及用于水泥基材料，特別涉及一種利用玻璃尾砂制備水泥基輔助性膠凝性材料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]2013年，中國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)到24.1億噸，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、城市建設(shè)、水利以及海洋開(kāi)發(fā)等工程建設(shè)中，有力地支撐了我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，然而，水泥工業(yè)是我國(guó)能源資源消耗最大的行業(yè)之一，約占全國(guó)能源消耗總量的5%，顆粒物排放量約占工業(yè)排放總量的30%左右，這就對(duì)我國(guó)工業(yè)能源、資源和環(huán)保的壓力進(jìn)一步加劇。受高能耗影響的水泥工業(yè)加劇了全社會(huì)對(duì)資源、能源和環(huán)境的壓力，同時(shí)又制約了水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而降低水泥產(chǎn)量途徑在目前國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)是不可行的。
[0003]國(guó)內(nèi)外都注重在水泥中摻入工業(yè)廢棄物或工業(yè)廢渣作為輔助性膠凝材料，使用輔助性膠凝材料能降低水泥用量，延長(zhǎng)水泥基材料使用壽命，提高水泥的應(yīng)用效率，從而間接降低生產(chǎn)水泥能耗、減少CO2排放，目前中國(guó)通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)使工業(yè)廢渣在水泥中作為混合材的應(yīng)用技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，其作用在于一方面保護(hù)環(huán)境、變廢為寶和可持續(xù)發(fā)展，另一方面調(diào)節(jié)水泥性能，改善水泥混凝土的耐久性，延長(zhǎng)安全使用期，有較高的經(jīng)濟(jì)效益。但由于輔助性膠凝材料活性較低，導(dǎo)致水泥基材料早期強(qiáng)度低，限制了工業(yè)廢渣的摻量及復(fù)合水泥的應(yīng)用范圍。只有通過(guò)提高水泥熟料的使用效率一在力學(xué)性能不受影響的前提下增加混合材或摻合料的摻入量， 但目前混合材或摻合料的品種還不夠豐富，主要是以?；郀t礦渣、粉煤灰等為主，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要，礦渣和粉煤灰在混凝土中也存在供不應(yīng)求、價(jià)格上漲等因素。為了更為有效地利用工業(yè)廢棄物，尋找新型水泥基混合材或摻合料即水泥基輔助性膠凝材料，并提高其活性，使之成為具有性能調(diào)節(jié)功能的水泥基輔助性膠凝材料越來(lái)越引起人們的重視。
[0004]本發(fā)明采用的玻璃尾砂主要是玻璃廠生產(chǎn)原料石英砂經(jīng)粉碎篩選后的廢棄物，主要成分是石英，S12含量大于85%。玻璃尾砂具有粒度細(xì)、數(shù)量大、可回收利用，具有二次資源與環(huán)境污染雙重特性，為固體廢料堆積，不僅占用土地，也會(huì)污染環(huán)境。我國(guó)對(duì)石英尾砂綜合利用主要集中在用于聚醋酸乙烯酯涂料、作為配料生產(chǎn)水泥熟料、提取超高純石英砂、生產(chǎn)陶粒等方面，然而生產(chǎn)的這些制品附加值低，受運(yùn)距限制，不易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]發(fā)明專(zhuān)利CN1887763A《一種預(yù)處理的黃河淤砂或淤泥、由其獲得的凝石膠凝材料及它們的制備方法》和CN100567194C《一種利用鐵尾礦生產(chǎn)混凝土活性摻合料的方法》均公開(kāi)采用熱液蝕變反應(yīng)分別對(duì)黃河淤砂或淤泥和磁鐵石英巖型鐵礦鐵尾礦進(jìn)行改性，獲得混凝土摻合料，目的是分別消耗黃河淤砂或淤泥和尾礦，降低混凝土的造價(jià)。這兩個(gè)發(fā)明都是制備水泥基輔助性膠凝材料的方法，均沒(méi)有涉及到玻璃尾砂，并且發(fā)明中提到的蝕變劑配料較為復(fù)雜；另外，發(fā)明專(zhuān)利CN100567194C中鐵尾礦制備混凝土摻合料方法較單一，實(shí)際生產(chǎn)中也存在一定的難處。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料及其制備方法，進(jìn)一步拓寬新型水泥基輔助性膠凝材料的范圍。本發(fā)明利用惰性材料玻璃尾砂進(jìn)行改性，增加其表面膠凝性，減少水泥基材料收縮變形且增加水泥基材料的早期強(qiáng)度，達(dá)到消耗玻璃尾砂工業(yè)廢棄物、減少生廣水泥熟料、提聞水泥基材料耐久性，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和水泥混凝土工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料，原料為按照質(zhì)量比為70-100:0-30的玻璃尾砂和改性輔料；所述改性輔料為鈣質(zhì)材料或鈣鎂質(zhì)材料或二者任意質(zhì)量比的混合物。
[0008]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述玻璃尾砂和改性輔料的質(zhì)量比為70-90:10-30 ；所述玻璃尾砂的主要成分是石英，S12含量大于85%，取自玻璃廠生產(chǎn)玻璃的原料石英砂經(jīng)粉碎篩選后的廢棄物；鈣質(zhì)材料的主要成分為CaO，取自電化廠濕法乙炔生產(chǎn)PVC的副產(chǎn)品電石渣；鈣鎂質(zhì)材料的主要成分為CaO和MgO，取自菱鎂礦尾礦。
[0009]所述的改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料的制備方法:將所有原料混合后，采用機(jī)械粉磨、水熱、低溫煅燒和水熱-煅燒中的任意一種方法處理，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料。
[0010]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述的改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料的制備方法，具體包括以下四種:
方法1:將玻璃尾砂在球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械粉磨時(shí)間為30mirTlh，至顆粒粒徑為80 μ m方孔篩篩余10wt%±2wt%為止，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料；
方法2:將玻璃尾砂和改性輔料放在攪拌機(jī)中，干料攪拌，然后對(duì)混合攪拌好的物料進(jìn)行水熱處理，水熱溫度控制在100° C~200° C，處理時(shí)間為4~12小時(shí)，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料；
方法3:將玻璃尾砂和改性輔料放在攪拌機(jī)中，干料攪拌，然后對(duì)混合攪拌好的物料在馬弗爐或強(qiáng)熱鼓風(fēng)高溫沸騰爐進(jìn)行煅燒處理，煅燒溫度控制在700° C~900° C，保溫時(shí)間為0.5~2小時(shí)，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料；
方法4:將玻璃尾砂和改性輔料放在攪拌機(jī)中，干料攪拌，然后對(duì)混合攪拌好的物料進(jìn)行水熱-煅燒處理；即先進(jìn)行水熱處理，水熱溫度控制在100° C~200° C，處理時(shí)間為4~12小時(shí)；再在馬弗爐或強(qiáng)熱鼓風(fēng)高溫沸騰爐煅燒進(jìn)行煅燒處理，煅燒溫度控制在600° C~800° C，保溫時(shí)間為0.5^2小時(shí)，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:
1、對(duì)工業(yè)廢棄物玻璃尾砂進(jìn)行改性處理，使其表面具有膠凝性，提高水泥基材料中熟料水化產(chǎn)物與玻璃尾砂表面的粘結(jié)強(qiáng)度，減小水泥基材料收縮變形，在同摻量代替水泥改性玻璃尾砂比未改性的玻璃尾砂自收縮降低5%~?Ο%、干燥收縮降低10%~20%，增加水泥基材料早期力學(xué)性能，如抗壓強(qiáng)度改性玻璃尾砂比未改性玻璃尾砂的早期強(qiáng)度提高10%~15%，能夠改善水泥基材料的耐久性。
[0012]2、提高輔助性膠凝材料玻璃尾砂在水泥基材料的使用摻量，消耗工業(yè)廢棄物，保護(hù)環(huán)境， 緩解我國(guó)混凝土澆筑量大而導(dǎo)致的輔助性膠凝材料如粉煤灰、礦粉等緊缺狀況，降低混凝土造價(jià)，克服傳統(tǒng)輔助性膠凝材料使用的一些缺點(diǎn)如活性低、早期強(qiáng)度低、耐久性差等因素，進(jìn)而減少水泥熟料用量，間接降低生產(chǎn)水泥能耗、減少CO2排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面通過(guò)具體的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步解釋本發(fā)明。
[0014]實(shí)施例1:
將玻璃尾砂置于球磨機(jī)內(nèi)機(jī)械粉磨45min左右，至顆粒粒徑為80 μ m方孔篩篩余10wt%±2wt%為止，得到改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料。
[0015]摻30wt%的改性玻璃尾砂的水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測(cè)試，安定性結(jié)果為合格。對(duì)摻改性玻璃尾砂的水泥基材料的強(qiáng)度和收縮變形測(cè)試進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)度測(cè)試:采用GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；自收縮測(cè)試:裝置采用模具為Φ25πιπιΧ 300mm的塑料波紋管，千分表測(cè)試；干燥收縮測(cè)試:裝置采用25mmX25mmX280mm三聯(lián)試模，端部預(yù)埋不銹鋼測(cè)頭，用比長(zhǎng)儀百分表進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)摻入30%未改性玻璃尾砂與改性的機(jī)械粉磨玻璃尾砂等質(zhì)量代替水泥，所得表面改性玻璃尾砂復(fù)合水泥漿體的28d強(qiáng)度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強(qiáng)度增加10.2%、28d的自收縮和干燥收縮分別減少5.1%> 10.2%。
[0016]實(shí)施例2:
按80:20的質(zhì)量百分比取玻璃尾砂和鈣質(zhì)材料電石渣，放在攪拌機(jī)中，干料攪拌后進(jìn)行水熱處理，水熱溫度控制在150° C，處理8小時(shí)，將水熱處理后的粉體材料烘干后獲得表面改性玻璃尾砂。摻30%的改性玻璃尾砂的水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測(cè)試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實(shí)施例1所述的強(qiáng)度和收縮變形測(cè)試方法，摻入30wt%未改性玻璃尾砂與改性的水熱處理改性表面玻璃尾砂等質(zhì)量代替水泥，所得表面改性玻璃尾砂復(fù)合水泥漿體的28d強(qiáng)度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強(qiáng)度增加11.2%、自收縮和干燥收縮分別減少5.9%、11.3%。
[0017]實(shí)施例3:
按90:10的質(zhì)量百分比取玻璃尾砂和鈣質(zhì)材料電石渣，放在攪拌機(jī)中，干料均勻攪拌后進(jìn)行低溫煅燒處理，在馬弗爐中煅燒溫度為850° C，保溫時(shí)間為I小時(shí)，空氣中急冷所得表面改性玻璃尾砂。摻30wt%的改性玻璃尾砂復(fù)合水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測(cè)試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實(shí)施例1所述的強(qiáng)度和收縮變形測(cè)試方法，摻入30wt%未改性玻璃尾砂與改性低溫煅燒處理的改性表面玻璃尾砂等質(zhì)量代替水泥，所得表面改性玻璃尾砂復(fù)合水泥漿體的28d強(qiáng)度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強(qiáng)度增加13.2%、自收縮和干燥收縮分別減少5.8%、12.3%。
[0018]實(shí)施例4:
按80:20的質(zhì)量百分比取玻璃尾砂和鈣鎂質(zhì)材料菱鎂礦尾礦，放在攪拌機(jī)中，干料均勻攪拌后進(jìn)行低溫煅燒處理，在馬弗爐中煅燒溫度為850° C，保溫時(shí)間為I小時(shí)，空氣中急冷所得表面改性玻璃尾砂。摻30wt%的改性玻璃尾砂復(fù)合水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測(cè)試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實(shí)施例1所述測(cè)試方法，摻30wt%未改性玻璃尾砂與改性低溫煅燒處理的改性表面玻璃尾砂等質(zhì)量代替水泥，所得表面改性玻璃尾砂復(fù)合水泥漿體的28d強(qiáng)度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強(qiáng)度增加12.3%、自收縮和干燥收縮分別減少6.1%、13.3%ο
[0019]實(shí)施例5:
按90:10的質(zhì)量百分比取玻璃尾砂和鈣鎂質(zhì)材料菱鎂礦尾礦，放在攪拌機(jī)中，干料均勻攪拌后先在150° C進(jìn)行水熱處理4小時(shí)，再進(jìn)行低溫煅燒處理，在馬弗爐中煅燒溫度為800° C，保溫時(shí)間為0.5小時(shí)，空氣中急冷所得表面改性玻璃尾砂。摻30wt%的改性玻璃尾砂的復(fù)合水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測(cè)試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實(shí)施例1所述測(cè)試方法，摻30wt%未改性玻璃尾砂與改性低溫煅燒處理的改性表面玻璃尾砂等質(zhì)量代替水泥，所得表面改性玻璃尾砂復(fù)合水泥漿體的28d強(qiáng)度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強(qiáng)度增加13.3%、自收縮和干燥收縮分別減少6.5%、14.3%。
[0020]實(shí)施例6:
按80:10:10的質(zhì)量百分比取玻璃尾砂、鈣質(zhì)材料電石渣和鈣鎂質(zhì)材料菱鎂礦尾礦，放在攪拌機(jī)中，干料均勻攪拌后先在150° C進(jìn)行水熱處理4小時(shí)，再進(jìn)行低溫煅燒處理，在馬弗爐中煅燒溫度為800° C，保溫時(shí)間為0.5小時(shí)，空氣中急冷所得表面改性玻璃尾砂。摻30wt%的改性玻璃尾砂的復(fù)合水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測(cè)試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實(shí)例I所述測(cè)試方法，摻30wt%未改性玻璃尾砂與改性低溫煅燒處理的改性表面玻璃尾砂等質(zhì)量代替水泥，所得表面改性玻璃尾砂復(fù)合水泥漿體的28d強(qiáng)度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強(qiáng)度增加14.3%，自收縮和干燥收縮分別減少6.8%、15.4%。
【權(quán)利要求】
1.一種改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料，其特征在于:原料為按照質(zhì)量比為70-100:0-30的玻璃尾砂和改性輔料；所述改性輔料為鈣質(zhì)材料或鈣鎂質(zhì)材料或二者任意質(zhì)量比的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料，其特征在于:所述玻璃尾砂和改性輔料的質(zhì)量比為70-90:10-30。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料，其特征在于:所述玻璃尾砂主要成分是石英，S12含量大于85%，取自玻璃廠生產(chǎn)玻璃的原料石英砂經(jīng)粉碎篩選后的廢棄物；鈣質(zhì)材料的主要成分為CaO，取自電化廠濕法乙炔生產(chǎn)PVC的副產(chǎn)品電石渣；鈣鎂質(zhì)材料的主要成分為CaO和MgO，取自菱鎂礦尾礦。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述的改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料的制備方法，其特征在于:將所有原料混合后，采用機(jī)械粉磨、水熱、低溫煅燒和水熱-煅燒中的任意一種方法處理，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下四種: 方法1:將玻璃尾砂在球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械粉磨時(shí)間為30mirTlh，至顆粒粒徑為80 μ m方孔篩篩余10wt%±2wt%為止，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料； 方法2:將玻璃尾砂和改性輔料放在攪拌機(jī)中，干料攪拌，然后對(duì)混合攪拌好的物料進(jìn)行水熱處理，水熱溫度控制在100° C~200° C，處理時(shí)間為4~12小時(shí)，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料； 方法3:將玻璃尾砂和改性輔料放在攪拌機(jī)中，干料攪拌，然后對(duì)混合攪拌好的物料在馬弗爐或強(qiáng)熱鼓風(fēng)高溫沸騰爐進(jìn)行煅燒處理，煅燒溫度控制在700° C~900° C，保溫時(shí)間為0.5~2小時(shí)，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料； 方法4:將玻璃尾砂和改性輔料放在攪拌機(jī)中，干料攪拌，然后對(duì)混合攪拌好的物料進(jìn)行水熱-煅燒處理；即先進(jìn)行水熱處理，水熱溫度控制在100° C~200° C，處理時(shí)間為4~12小時(shí)；再在馬弗爐或強(qiáng)熱鼓風(fēng)高溫沸騰爐煅燒進(jìn)行煅燒處理，煅燒溫度控制在600° C~800° C，保溫時(shí)間為0.5~2小時(shí)，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料。
【文檔編號(hào)】C04B7/24GK104129935SQ201410366412
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】郝成偉, 鄧敏, 陳登, 錢(qián)紅梅, 姜蕾 申請(qǐng)人:皖西學(xué)院, 南京工業(yè)大學(xué)