CN107352883A - 以废弃玻璃为原料的复合胶凝材料及其制备改性方法 - Google Patents

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戴昌强
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Abstract

发明公开了一种以废弃玻璃为原料的复合胶凝材料及其制备改性方法。本发明利用45微米级的废弃玻璃粉部分替代水泥，并在纳米改性技术下，通过一定的质量份配合比：10‑35份废弃玻璃，65‑90份水泥，30‑50份水，0.5‑5份纳米改性剂，制备得到复合胶凝材料。本发明废弃玻璃利用率高，能够缓解土地资源的占用和环境污染问题，通过机械‑纳米共激发手段，能大幅提高废弃玻璃粉活性，该复合胶凝材料具有早期强度高，后期强度大幅增长，速凝速硬和耐久性好的特性且制备工艺简单，成本低廉，可同时在不同地区、不同环境下投入生产。

Description

以废弃玻璃为原料的复合胶凝材料及其制备改性方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体来说是一种以废弃玻璃为原料的复合胶凝材料及其制备改性方法。
背景技术
在我国工业化和城镇化进程中，大量的玻璃应用于建材、工业、化工及日常生活等领域，随着而来，废弃玻璃的产量也日益增加，这些废弃玻璃不仅占用土地资源，而且破坏生态环境。因此，在解决上述矛盾时，利用具有潜在胶凝性和火山灰活性的废弃玻璃部分替代水泥制备复合胶凝材料，具有极大的环境、社会意义和经济价值。
无论是化学组成，还是晶体结构，废弃玻璃都与粉煤灰非常接近，将其粉磨到一定细度，其具有胶凝性。然而废弃玻璃部分替代水泥制备胶凝材料，存在以下几个缺陷：碱硅反应的产生，掺废弃玻璃胶凝材料早期强度低，凝结时间长等问题，这些问题严重阻碍了废弃玻璃的回收再利用。而纳米二氧化硅可以改善复合胶凝材料的微观结构，从而提高早期强度；另一方面，纳米二氧化硅的促凝作用能显著缩短复合胶凝材料的凝结时间，且废弃玻璃粉与纳米二氧化硅在水泥体系中具有协同作用。
发明内容
本发明目的在于提供一种以废弃玻璃为原料的复合胶凝材料及其制备改性方法。该复合胶凝材料具有早期强度高，后期强度大幅增长，速凝速硬和耐久性好的特性且制备工艺简单，成本低廉，可同时在不同地区、不同环境下投入生产。
以废弃玻璃为原料的复合胶凝材料包括质量份计的10-35份废弃玻璃、65-90份水泥、30-50份水和0.5-5份纳米改性剂。
所述纳米改性剂选用溶胶态纳米二氧化硅。
所述纳米改性剂颗粒平均粒径为5-15纳米,作为优选纳米改性剂颗粒平均粒径为10纳米。
上述以废弃玻璃为原料的胶凝材料及其制备改性方法，包括以下几个步骤：
(1)收集生活中的废弃玻璃，主要类型包括棕色、无色和绿色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同规格平板玻璃和磨砂玻璃器皿等等。
(2)将收集到的废弃玻璃清洗和浸泡清水去除附着于废弃玻璃表面的商标、标签和灰尘等杂质;清洗完毕后，将材料放置阴凉处，自然晾干。
(3)将干燥的废弃玻璃经人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎机进行二次破碎，得到废弃玻璃粉。
(4)称取各原料，包括质量份计的10-35份步骤（3）所得废弃玻璃粉、35-90份的水泥、30-50份的水和0.5-5份的纳米改性剂;将其中的废弃玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔筛筛余小于5%，得到配合料。
(5)将步骤（4）纳米改性剂倒入水中，搅拌均匀后，与步骤(4)所得配合料混合，放入水泥净浆搅拌机搅拌2-3分钟，得到复合胶凝材料，最后将复合胶凝材料置入试件中，标准养护至规定龄期。
玻璃粉作为辅助胶凝材料在复合体系中具有一定的积极作用，如玻璃粉的掺入，增大了水泥有效水灰比，从而提高了水泥的水化程度；玻璃粉还能发挥微集料填充作用，密实了复合胶凝材料的孔结构。虽然玻璃粉对水泥基材料诸多性能有积极改善的作用，但是其也可能带来不利影响。复合体系中玻璃粉化学作用主要是通过具有潜在火山灰活性的硅、铝质组分溶解并与水泥水化生成的氢氧化钙发生化学反应来实现，但是由于玻璃粉颗粒的结构较为致密，化学键非常牢固，难以破坏，导致玻璃粉早期反应慢，进而减缓了复合体系水化程度、延缓了早期强度发展、延长凝结时间等问题，这些问题直接决定了玻璃粉的掺入量。
选用纳米二氧化硅作为复合胶凝材料改性剂，主要由于纳米二氧化硅表面含有大量不饱和的Si-O键，由于表面欠氧而偏离了稳定的硅氧结构，所以纳米二氧化硅具有比较高的反应活性。在水泥基材料掺入一定量的纳米材料可提高材料性能、促进材料的强度发展、加快复合体系的水化反应进程，纳米二氧化硅对材料凝结硬化的促进作用较大程度上缓解了掺玻璃粉体系早期性能发展不足的缺陷。
本发明的有益效果主要包括以下方面：
（1）本发明废弃玻璃利用率高，能够缓解土地资源的占用和环境污染问题，提供了一条废弃玻璃回收再利用的途径。
（2）复合胶凝材料具有早期强度高，后期强度大幅增长，速凝速硬和耐久性好的特性。
（3）制备工艺简单，成本低廉，可同时在不同地区、不同环境下投入生产。
（4）为环境管理部门节省处置废弃玻璃的人力、物力和财力方面，具有一定的社会价值和经济价值。
具体实施方式
下面通过实施例的方式对本发明的制备工艺及技术方案进行详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本发明实施例中的复合胶凝材料的凝结时间按GB/T 1346-200测定，复合胶凝材料抗压强度按GB/T 17571-1999测定。
实施例1：
(1)收集生活中的废弃玻璃，包括棕色、无色和绿色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同规格平板玻璃和磨砂玻璃器皿。
(2)将收集到的废弃玻璃清洗和浸泡清水去除附着于废弃玻璃表面的商标、标签和灰尘等杂质;清洗完毕后，将材料放置阴凉处，自然晾干。
(3)将干燥的废弃玻璃经人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎机进行二次破碎，得到废弃玻璃粉。
(4)称取各原料，包括质量份计的30份步骤（3）所得废弃玻璃粉、70份的水泥、50份的水和5份的溶胶态纳米二氧化硅, 溶胶态纳米二氧化硅颗粒平均粒径为10纳米;将其中的废弃玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔筛筛余小于5%，得到配合料。
(5) 将步骤（4）溶胶态纳米二氧化硅倒入水中，搅拌均匀后，与步骤(4)所得配合料混合，放入水泥净浆搅拌机搅拌3分钟，得到复合胶凝材料，最后将复合胶凝材料置入试件中，标准养护至规定龄期。
所制得的复合胶凝材料的细度标准为比表面积大于400m2/kg，初凝时间126分钟，终凝时间217分钟，3天抗压强度13.51Pa，28天抗压强度28.47MPa。
实施例2：
(1)收集生活中的废弃玻璃，包括棕色、无色和绿色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同规格平板玻璃和磨砂玻璃器皿。
(2)将收集到的废弃玻璃清洗和浸泡清水去除附着于废弃玻璃表面的商标、标签和灰尘等杂质;清洗完毕后，将材料放置阴凉处，自然晾干。
(3)将干燥的废弃玻璃经人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎机进行二次破碎，得到废弃玻璃粉。
(4)称取各原料，包括质量份计的30份步骤（3）所得废弃玻璃粉、70份的水泥、50份的水和3份的溶胶态纳米二氧化硅, 溶胶态纳米二氧化硅颗粒平均粒径为10纳米;将其中的废弃玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔筛筛余小于5%，得到配合料。
(5) 将步骤（4）溶胶态纳米二氧化硅倒入水中，搅拌均匀后，与步骤(4)所得配合料混合，放入水泥净浆搅拌机搅拌2分钟，得到复合胶凝材料，最后将复合胶凝材料置入试件中，标准养护至规定龄期。
所制得的复合胶凝材料的细度标准为比表面积大于400m2/kg，初凝时间145分钟，终凝时间252分钟，3天抗压强度12.41Pa，28天抗压强度26.38MPa。
实施例3：
(1)收集生活中的废弃玻璃，包括棕色、无色和绿色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同规格平板玻璃和磨砂玻璃器皿。
(2)将收集到的废弃玻璃清洗和浸泡清水去除附着于废弃玻璃表面的商标、标签和灰尘等杂质;清洗完毕后，将材料放置阴凉处，自然晾干。
(3)将干燥的废弃玻璃经人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎机进行二次破碎，得到废弃玻璃粉。
(4)称取各原料，包括质量份计的20份步骤（3）所得废弃玻璃粉、80份的水泥、40份的水和5份的溶胶态纳米二氧化硅, 溶胶态纳米二氧化硅颗粒平均粒径为10纳米;将其中的废弃玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔筛筛余小于5%，得到配合料。
(5) 将步骤（4）溶胶态纳米二氧化硅倒入水中，搅拌均匀后，与步骤(4)所得配合料混合，放入水泥净浆搅拌机搅拌3分钟，得到复合胶凝材料，最后将复合胶凝材料置入试件中，标准养护至规定龄期。
所制得的复合胶凝材料的细度标准为比表面积大于400m2/kg，初凝时间109分钟，终凝时间194分钟，3天抗压强度15.79Pa，28天抗压强度30.97MPa。
实施例4：
(1)收集生活中的废弃玻璃，包括棕色、无色和绿色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同规格平板玻璃和磨砂玻璃器皿。
(2)将收集到的废弃玻璃清洗和浸泡清水去除附着于废弃玻璃表面的商标、标签和灰尘等杂质;清洗完毕后，将材料放置阴凉处，自然晾干。
(3)将干燥的废弃玻璃经人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎机进行二次破碎，得到废弃玻璃粉。
(4)称取各原料，包括质量份计的15份步骤（3）所得废弃玻璃粉、85份的水泥、40份的水和4.5份的溶胶态纳米二氧化硅, 溶胶态纳米二氧化硅颗粒平均粒径为10纳米;将其中的废弃玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔筛筛余小于5%，得到配合料。
(5) 将步骤（4）溶胶态纳米二氧化硅倒入水中，搅拌均匀后，与步骤(4)所得配合料混合，放入水泥净浆搅拌机搅拌3分钟，得到复合胶凝材料，最后将复合胶凝材料置入试件中，标准养护至规定龄期。
所制得的复合胶凝材料的细度标准为比表面积大于400m2/kg，初凝时间101分钟，终凝时间187分钟，3天抗压强度16.11Pa，28天抗压强度32.01MPa。

Claims (2)

1.一种以废弃玻璃为原料的复合胶凝材料，其特征在于复合胶凝材料包括质量份计的10-35份废弃玻璃、65-90份水泥、30-50份水和0.5-5份纳米改性剂；
所述纳米改性剂选用溶胶态纳米二氧化硅；
所述纳米改性剂颗粒平均粒径为5-15纳米,作为优选纳米改性剂颗粒平均粒径为10纳米。
2.根据权利要求1所述的以废弃玻璃为原料的复合胶凝材料的制备改性方法，其特征在于具体步骤：
(1)收集生活中的废弃玻璃，主要类型包括棕色、无色和绿色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同规格平板玻璃和磨砂玻璃器皿；
(2)将收集到的废弃玻璃清洗和浸泡清水去除附着于废弃玻璃表面的商标、标签和灰尘等杂质;清洗完毕后，将材料放置阴凉处，自然晾干；
(3)将干燥的废弃玻璃经人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎机进行二次破碎，得到废弃玻璃粉；
(4)称取各原料，包括质量份计的10-35份步骤（3）所得废弃玻璃粉、35-90份的水泥、30-50份的水和0.5-5份的纳米改性剂;将其中的废弃玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔筛筛余小于5%，得到配合料；
(5)将步骤（4）的纳米二氧化硅倒入水中，搅拌均匀后，与步骤(4)所得配合料混合，放入水泥净浆搅拌机搅拌2-3分钟，得到复合胶凝材料，最后将复合胶凝材料置入试件中，标准养护至规定龄期。
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