一種改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開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)明通過對玻璃尾砂進行表面改性，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。
【專利說明】一種改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料領域，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】
[0002]2013年，中國水泥產(chǎn)量達到24.1億噸，廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、城市建設、水利以及海洋開發(fā)等工程建設中，有力地支撐了我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，然而，水泥工業(yè)是我國能源資源消耗最大的行業(yè)之一，約占全國能源消耗總量的5%，顆粒物排放量約占工業(yè)排放總量的30%左右，這就對我國工業(yè)能源、資源和環(huán)保的壓力進一步加劇。受高能耗影響的水泥工業(yè)加劇了全社會對資源、能源和環(huán)境的壓力，同時又制約了水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而降低水泥產(chǎn)量途徑在目前國民經(jīng)濟建設是不可行的。
[0003]國內(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，延長水泥基材料使用壽命，提高水泥的應用效率，從而間接降低生產(chǎn)水泥能耗、減少CO2排放，目前中國通過制定標準使工業(yè)廢渣在水泥中作為混合材的應用技術得到廣泛應用，其作用在于一方面保護環(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，延長安全使用期，有較高的經(jīng)濟效益。但由于輔助性膠凝材料活性較低，導致水泥基材料早期強度低，限制了工業(yè)廢渣的摻量及復合水泥的應用范圍。只有通過提高水泥熟料的使用效率一在力學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，主要是以粒化高爐礦渣、粉煤灰等為主，由于國民經(jīng)濟建設需要，礦渣和粉煤灰在混凝土中也存在供不應求、價格上漲等因素。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、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，也會污染環(huán)境。我國對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，受運距限制，不易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]發(fā)明專利CN1887763A《一種預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》均公開采用熱液蝕變反應分別對黃河淤砂或淤泥和磁鐵石英巖型鐵礦鐵尾礦進行改性，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。這兩個發(fā)明都是制備水泥基輔助性膠凝材料的方法，均沒有涉及到玻璃尾砂，并且發(fā)明中提到的蝕變劑配料較為復雜；另外，發(fā)明專利CN100567194C中鐵尾礦制備混凝土摻合料方法較單一，實際生產(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度，達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，對實現(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用價值。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案實現(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進行機械粉磨時間為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中，干料攪拌，然后對混合攪拌好的物料進行水熱處理，水熱溫度控制在100° C~200° C，處理時間為4~12小時，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中，干料攪拌，然后對混合攪拌好的物料在馬弗爐或強熱鼓風高溫沸騰爐進行煅燒處理，煅燒溫度控制在700° C~900° C，保溫時間為0.5~2小時，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中，干料攪拌，然后對混合攪拌好的物料進行水熱-煅燒處理；即先進行水熱處理，水熱溫度控制在100° C~200° C，處理時間為4~12小時；再在馬弗爐或強熱鼓風高溫沸騰爐煅燒進行煅燒處理，煅燒溫度控制在600° C~800° C，保溫時間為0.5^2小時，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、對工業(yè)廢棄物玻璃尾砂進行改性處理，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性能，如抗壓強度改性玻璃尾砂比未改性玻璃尾砂的早期強度提高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，保護環(huán)境， 緩解我國混凝土澆筑量大而導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，克服傳統(tǒng)輔助性膠凝材料使用的一些缺點如活性低、早期強度低、耐久性差等因素，進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，實現(xiàn)節(jié)能減排目的。

【具體實施方式】
[0013]下面通過具體的實施例來進一步解釋本發(fā)明。
[0014]實施例1:
將玻璃尾砂置于球磨機內(nèi)機械粉磨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》測試，安定性結(jié)果為合格。對摻改性玻璃尾砂的水泥基材料的強度和收縮變形測試進行相關實驗，強度測試:采用GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》標準規(guī)定；自收縮測試:裝置采用模具為Φ25πιπιΧ 300mm的塑料波紋管，千分表測試；干燥收縮測試:裝置采用25mmX25mmX280mm三聯(lián)試模，端部預埋不銹鋼測頭，用比長儀百分表進行測試。當摻入30%未改性玻璃尾砂與改性的機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合水泥漿體的28d強度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強度增加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，放在攪拌機中，干料攪拌后進行水熱處理，水熱溫度控制在150° C，處理8小時，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》測試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實施例1所述的強度和收縮變形測試方法，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合水泥漿體的28d強度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強度增加11.2%、自收縮和干燥收縮分別減少5.9%、11.3%。
[0017]實施例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，放在攪拌機中，干料均勻攪拌后進行低溫煅燒處理，在馬弗爐中煅燒溫度為850° C，保溫時間為I小時，空氣中急冷所得表面改性玻璃尾砂。摻30wt%的改性玻璃尾砂復合水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實施例1所述的強度和收縮變形測試方法，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合水泥漿體的28d強度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強度增加13.2%、自收縮和干燥收縮分別減少5.8%、12.3%。
[0018]實施例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，放在攪拌機中，干料均勻攪拌后進行低溫煅燒處理，在馬弗爐中煅燒溫度為850° C，保溫時間為I小時，空氣中急冷所得表面改性玻璃尾砂。摻30wt%的改性玻璃尾砂復合水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實施例1所述測試方法，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合水泥漿體的28d強度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強度增加12.3%、自收縮和干燥收縮分別減少6.1%、13.3%ο
[0019]實施例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，放在攪拌機中，干料均勻攪拌后先在150° C進行水熱處理4小時，再進行低溫煅燒處理，在馬弗爐中煅燒溫度為800° C，保溫時間為0.5小時，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合水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實施例1所述測試方法，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合水泥漿體的28d強度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強度增加13.3%、自收縮和干燥收縮分別減少6.5%、14.3%。
[0020]實施例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，放在攪拌機中，干料均勻攪拌后先在150° C進行水熱處理4小時，再進行低溫煅燒處理，在馬弗爐中煅燒溫度為800° C，保溫時間為0.5小時，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合水泥漿體安定性按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》測試，安定性結(jié)果為合格。經(jīng)實例I所述測試方法，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合水泥漿體的28d強度比未改性玻璃尾砂的28d的抗壓強度增加14.3%，自收縮和干燥收縮分別減少6.8%、15.4%。
【權利要求】
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進行機械粉磨時間為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中，干料攪拌，然后對混合攪拌好的物料進行水熱處理，水熱溫度控制在100° C~200° C，處理時間為4~12小時，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中，干料攪拌，然后對混合攪拌好的物料在馬弗爐或強熱鼓風高溫沸騰爐進行煅燒處理，煅燒溫度控制在700° C~900° C，保溫時間為0.5~2小時，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中，干料攪拌，然后對混合攪拌好的物料進行水熱-煅燒處理；即先進行水熱處理，水熱溫度控制在100° C~200° C，處理時間為4~12小時；再在馬弗爐或強熱鼓風高溫沸騰爐煅燒進行煅燒處理，煅燒溫度控制在600° C~800° C，保溫時間為0.5~2小時，即得改性玻璃尾砂水泥基輔助性膠凝材料。
【文檔編號】C04B7/24GK104129935SQ201410366412
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權日:2014年7月29日
【發(fā)明者】郝成偉, 鄧敏, 陳登, 錢紅梅, 姜蕾 申請人:皖西學院, 南京工業(yè)大學