CN107746198A - 一种废弃玻璃粉复合掺合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废弃玻璃粉复合掺合料及其制备方法，风干清洗后的废弃玻璃至含水率0.1‑1.0%，用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01‑5.00mm的废弃玻璃颗粒；统一试验小磨对废弃玻璃颗粒粉磨45‑90min，得到比表面积500‑850m²/kg的玻璃粉；按废弃玻璃：微米硅铝质球体材料：纳米级超细硅质粉：工业废渣粉：碱性钙质物=30～70：10～37：10～30：5～20：2～15，将各组份同时置于粉磨设备中粉磨5‑15min，得到均匀的粉体即可。本发明能明显改善混凝土工作性及耐久性，早期活性高、后期活性持续发展，成本低、环保。

Description

一种废弃玻璃粉复合掺合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种废弃玻璃粉复合掺合料，同时还涉及该废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法。

背景技术

随着我国工业的发展和生活水平的提高，产生的固体废弃物越来越多。我国每年产生废弃玻璃近1000万吨，呈逐年增长趋势。废弃玻璃的回收费用高、二次利用率低，大多露天堆放或填埋，占用大量土地，污染环境。大量废弃玻璃不能得到再次充分利用，浪费社会资源。寻找一种有效的、绿色的废弃玻璃处理方法，成为目前社会的迫切需求。

生活中最常用的是钠钙玻璃，占所有玻璃的80%以上。钠钙玻璃中含有大量的无定形SiO₂。理论上只要通过机械力粉磨到一定细度，将具备火山灰活性，可做混凝土掺合料，但单掺玻璃粉时，混凝土早期强度低，不利于工程高效建设。

目前，对于废弃玻璃作为混凝土掺合料使用，中国专利公开号CN102745929A于2012年10月24日公开了发明名称为“一种再生矿物掺合料及其应用”，其是将废弃玻璃粉磨细化后得到一定细度玻璃粉，玻璃粉作为一种再生矿物掺合料应用于混凝土中。虽然混凝土的工作性及后期强度发展得到改善，但是混凝土早期强度较低。中国专利公开号CN104987003A于2015年10月21日公开了发明名称为“一种可再生掺合料制备混凝土的方法”，其是将废弃玻璃粉作为掺合料制备混凝土，强度只满足C15-C40混凝土，同样存在混凝土早期强度低的问题。中国专利公开号CN103553398A于2014年2月5日公开了发明名称为“一种混凝土复合掺合料及其制备方法和应用”，既是一种利用玻璃粉、钢渣、粉煤灰、熟石灰制备的混凝土复合掺合料，虽然复合掺合料各组分之间相互激发提高了活性，但制备过程中需要把钢渣粉磨、钢渣硬度高、粉磨成本高，导致生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种能明显改善混凝土工作性及耐久性，早期活性高、后期活性持续发展，成本低、环保的废弃玻璃粉复合掺合料。

本发明的另一目的在于提供该废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的一种废弃玻璃粉复合掺合料，各组分质量比如下：

废弃玻璃：微米硅铝质球体材料：纳米级超细硅质粉：工业废渣粉：碱性钙质物=30～70：10～37：10～30：5～20：2～15。

其中：所述废弃玻璃为收集到的工业或生活中的废弃玻璃；

所述微米级硅铝质球体材料为煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰，比表面积为360-450m²/kg；

所述纳米级硅质粉为微硅灰，比表面积18000-20000m²/kg；

所述工业废渣粉为磷渣粉、高炉矿渣粉中的一种，比表面积为400-500m²/kg；

所述碱性钙质物为熟石灰、生石灰。

本发明的一种废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法，包括以下步骤：

（1）用自来水清洗废弃玻璃中的杂物，风干清洗后的废弃玻璃至含水率0.1-1.0%；

（2）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃颗粒；

（3）统一试验小磨对废弃玻璃颗粒粉磨45-90min，得到比表面积500-850m²/kg的玻璃粉；

（4）按比例将废弃玻璃粉与微米级硅铝质球体材料、纳米级硅质粉、工业废渣粉和碱性钙质物同时置于粉磨设备中粉磨5-15min，得到均匀的粉体即可。

上述的废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法，其中：步骤（2）中的破碎的设备是指颚式破碎机。

本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知，本发明采用玻璃粉、微米级硅铝质球体材料、纳米级硅质粉、工业废渣粉和碱性钙质物，通过改性、优化颗粒级配、均化而得的产品属于废弃玻璃粉复合掺合料。由于原料的粒度分布不同使的本发明废弃玻璃粉复合掺合料的颗粒级配搭配良好，总体细度要求小于水泥。废弃玻璃虽然具有火山灰活性，但其稳定的[SiO₄]^4-网络结构，使活性不易释放。首先通过统一试验小磨对对废弃玻璃进行机械力物理改性、机械力化学改性，使玻璃粉颗粒的微细化，从而使玻璃粉更好的填充水泥孔隙及其晶核效应下促进水泥水化，玻璃粉颗粒表面光滑面减少棱角增多使玻璃粉与凝胶具有更强的胶结能力，玻璃粉颗粒表面活化使玻璃粉具有更好的火山灰活性，发生水化反应。经改性而得的玻璃粉虽然具有较高的后期活性，但早期活性仍然在70%左右，早期活性不高，纳米级硅质粉高的早期活性补充玻璃粉早期活性的不足，并且协同提高玻璃粉的活性，纳米级硅质粉具有的小尺寸效使充分发挥填充效应、晶核效应，明显促进水泥的水化反应，产生更多的Ca(OH)₂、提高碱性，在碱激发条件下，玻璃粉受碱激发更易于Ca(OH)₂发生水化反应，提高玻璃粉活性。微米级硅铝质球体材料具有火山灰活性的同时，其颗粒形状为球体，具有良好的滚珠效应，起到减少摩擦、增加流动性，提高工作性的作用。工业废渣粉除了具有活性，还具有一定的缓凝作用或是促凝作用，可以调节缓凝时间，节约外加剂的缓凝或促凝组分。碱性钙质物的作用是：增强碱性环境，提高碱激发效果，同时还起到补钙作用，促进玻璃粉的二次水化，生成更多的C-S-H凝胶，优化孔隙结构，提高强度。各组分之间相互协同、激发提高水化活性，在保证混凝土力学性能及耐久性的前提下，可以取代40%以内的水泥，使混凝土的单方成本大幅度下降。同时还能提高混凝土的工作性、抗压强度及耐久性。制备工艺简单，成本低廉，所制得复合掺合料7d活性提高到85%以上、28d活性提高到100%以上、56d活性提高到110%以上。因而本发明具有早期活性高、后期活性持续发展、能明显改善混凝土工作性及耐久性的优点。本发明还为固体废弃物（废弃玻璃、粉煤灰、硅灰、工业废渣粉）的有效利用提供了新的途径，避免了社会资源的浪费，保护了环境。具有良好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法，包括以下步骤：

（1）用自来水清洗收集到的工业或生活中的废弃玻璃中的杂物，风干清洗后的废弃玻璃至含水率0.1-1.0%；

（2）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃颗粒；

（3）统一试验小磨对废弃玻璃颗粒粉磨45min，得到比表面积500m²/kg的玻璃粉；

（4）将比表面积为500m²/kg的玻璃粉、比表面积为450m²/kg的煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰，比表面积为18000m²/kg的微硅灰、比表面积为500m²/kg的磷渣粉、生石灰准备好，按质量比为玻璃粉：微米级硅铝质球体材料：纳米级超细硅质粉：磷渣粉：生石灰=30：37：30：5：2配料，将准备好的配料置于粉磨设备中粉磨5min，得到均匀的粉体即可。

实施例2

一种废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法，包括以下步骤：

（1）用自来水清洗收集到的工业或生活中的废弃玻璃中的杂物，风干清洗后的废弃玻璃至含水率0.1-1.0%；

（2）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃颗粒；

（3）统一试验小磨对废弃玻璃颗粒粉磨60min，得到比表面积620m²/kg的玻璃粉；

（4）将比表面积为620m²/kg的玻璃粉、比表面积为360m²/kg的煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰，比表面积为20000m²/kg的微硅灰、比表面积为400m²/kg的高炉矿渣粉、生石灰准备好，按质量比为玻璃粉：微米级硅铝质球体材料：纳米级超细硅质粉：高炉矿渣粉：生石灰=35：10：20：20：15配料，将准备好的配料置于粉磨设备中粉磨10min，得到均匀的粉体即可。

实施例3

一种废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法，包括以下步骤：

（1）用自来水清洗收集到的工业或生活中的废弃玻璃中的杂物，风干清洗后的废弃玻璃至含水率0.1-1.0%；

（2）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃颗粒；

（3）统一试验小磨对废弃玻璃颗粒粉磨75min，得到比表面积760m²/kg的玻璃粉；

（4）将比表面积为760m²/kg的玻璃粉、比表面积为400m²/kg的煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰，比表面积为18000m²/kg的微硅灰、比表面积为460m²/kg的磷渣粉、熟石灰准备好，按质量比为玻璃粉：微米级硅铝质球体材料：纳米级超细硅质粉：磷渣粉：熟石灰=50：20：10：10：10配料，将准备好的配料置于粉磨设备中粉磨10min，得到均匀的粉体即可。

实施例4

一种废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法，包括以下步骤：

（1）用自来水清洗收集到的工业或生活中的废弃玻璃中的杂物，风干清洗后的废弃玻璃至含水率0.1-1.0%；

（2）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃颗粒；

（3）统一试验小磨对废弃玻璃颗粒粉磨90min，得到比表面积850m²/kg的玻璃粉；

（4）将比表面积为850m²/kg的玻璃粉、比表面积为450m²/kg的煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰，比表面积为20000m²/kg的微硅灰、比表面积为500m²/kg的高炉矿渣粉、熟石灰准备好，按质量比为玻璃粉：微米级硅铝质球体材料：纳米级超细硅质粉：高炉矿渣粉：熟石灰=70：10：10：5：5配料，将准备好的配料置于粉磨设备中粉磨15min，得到均匀的粉体即可。

实施例1-4及对照组（纯水泥组）的胶砂扩展度、活性、耐久性，其结果见表1。

表1.试验结果

表1中，活性指数参照GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的规定进行测定。胶砂流动度参照GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》中的规定进行测定。耐久性方面测定了3d、7d的抗碳化性，碳化试件制作方法：水胶比为0.5，胶材：标准砂（质量比）=1：3，其中胶材为废弃玻璃粉复合掺合料：P.O42.5水泥（质量比）=3：7。然后按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性和耐久性试验方法标准》进行碳化试件的制作、养护、碳化深度测量。

从表1中可以知：7d活性指数大于85%，28d活性指数大于100%，56d活性指数大于110%，早期活性较高，后期活性持续增长。在耐久性（抗碳化）方面有明显提高，在3d、7d的快速碳化中，掺废弃玻璃粉复合掺合料的实施例1-4的碳化深度均小于对照组。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种废弃玻璃粉复合掺合料，各组分质量比如下：

废弃玻璃：微米硅铝质球体材料：纳米级超细硅质粉：工业废渣粉：碱性钙质物=30～70：10～37：10～30：5～20：2～15。

2.如权利要求1所述的废弃玻璃粉复合掺合料，其中：所述废弃玻璃为收集到的工业或生活中的废弃玻璃。

3.如权利要求1所述的废弃玻璃粉复合掺合料，其中：所述微米级硅铝质球体材料为煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰，比表面积为360-450m²/kg。

4.如权利要求1所述的废弃玻璃粉复合掺合料，其中：所述纳米级硅质粉为微硅灰，比表面积18000-20000m²/kg。

5.如权利要求1所述的废弃玻璃粉复合掺合料，其中：所述工业废渣粉为磷渣粉、高炉矿渣粉中的一种，比表面积为400-500m²/kg。

6.如权利要求1所述的废弃玻璃粉复合掺合料，其中：所述碱性钙质物为熟石灰、生石灰。

7.如权利要求1-6之一所述的一种废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法，包括以下步骤：

（1）用自来水清洗废弃玻璃中的杂物，风干清洗后的废弃玻璃至含水率0.1-1.0%；

（2）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃颗粒；

（3）统一试验小磨对废弃玻璃颗粒粉磨45-90min，得到比表面积500-850m²/kg的玻璃粉；

（4）按比例将废弃玻璃粉与微米级硅铝质球体材料、纳米级硅质粉、工业废渣粉和碱性钙质物同时置于粉磨设备中粉磨5-15min，得到均匀的粉体即可。

8.如权利要求7所述的一种废弃玻璃粉复合掺合料的制备方法，其中：步骤（2）中的破碎的设备是指颚式破碎机。