CN107840586B - 一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥，包括如下组分：石灰、锂渣、富硅镁质镍渣，所述石灰、锂渣、富硅镁质镍渣的质量百分比分别为10‑20%、20‑40%、40‑70%。本发明采用石灰和锂渣的作为碱性激发剂，在一定的温度条件下，极大地发挥富硅镁质镍渣所含主要矿物的胶结性潜能，提高其水化活性，使其成为胶结材料。并通过控制石灰和锂渣的掺量以及反应温度，控制矿物组分斜顽辉石、顽辉石、铁镁橄榄石各自的反应速度，进而控制水化反应产物中Mg(OH)2的生成速度，并利用矿物中的MgO生成Mg(OH)2的体积增加的原理，控制水泥构件的收缩性能，进而制成不收缩水泥构件，为镍渣的大量且充分的利用提供途径。再者本发明的无熟料水泥制备工艺简单，易于操作。

Description

一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥及其制备方法。
背景技术
硅酸盐水泥硬化收缩是其严重的缺点，它会导致水泥不宜制成超长构件，水泥构件产生微裂缝等问题，进而严重限制了水泥的使用范围。
镍渣是镍金属冶炼过程中排放的一种工业废渣，以生产1t镍产生20-30t镍渣计算，2015年全国产生的镍渣约为2500-4000t，急需有效利用。富硅镁质镍渣的化学组成为CaO，SiO2，MgO，Al2O3，Fe2O3，在各种镍渣中它的SiO2、MgO含量高，两者总和可达80％，具体如下表1镍渣的主要化学组成。
表1镍渣的主要化学组成(质量百分率％)
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO CrO<sub>3</sub> MnO TiO<sub>2</sub> IL
55.02 4.93 29.61 7.05 1.04 0.76 0.31 0.05 1.23
该镍渣的主要矿物组成为单斜晶系的斜顽辉石MgSiO3，并含有少量的正交晶系的顽辉石MgSiO3和铁镁橄榄石(Mg·Fe)2SiO4。镍渣本身水化活性很低，难以被大量直接用作为胶凝材料。通过物理粉磨或化学活性激发等方式对镍渣进行改性，能够在一定程度上激发出镍渣的水化活性，国内科学家用脱硫石膏与电石渣等作为激发剂，制备出矿井充填用胶凝材料，养护28d后其抗压、抗折强度分别达到6.30MPa和1.01MPa【高术杰,倪文,李克庆,等.用水淬二次镍渣制备矿山充填材料及其水化机理[J].硅酸盐学报,2013,41(5):612-619】、【李克庆,冯琳,高术杰.镍渣基矿井充填用胶凝材料的制备[J].北京科技大学学报,2015(1):000001-6】。
发明内容
本发明的目的是提供一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥，包括如下组分：石灰、锂渣、富硅镁质镍渣，所述石灰、锂渣、富硅镁质镍渣的质量百分比分别为10-20％、20-40％、40-70％。
优选的，所述石灰、锂渣、富硅镁质镍渣的质量百分比分别为20％、40％、40％。
一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一，将质量百分比40-70％的富硅镁质镍渣磨细至通过0.08mm方孔筛，筛余小于30％，制成镍渣细粉；
步骤二，将质量百分比10-20％的石灰，20-40％的锂渣配合，共同磨细至通过0.08mm方孔筛，筛余小于3％，制得碱性激发剂；
步骤三，将镍渣细粉、碱性激发剂，混合均匀，即得到一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥。
一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥试块的制备方法，将富硅镁质镍渣无孰料不收缩水泥与水混合，控制水灰比为0.2-0.3，充分混合均匀制备成料浆，浇筑在40×40×160mm模具中，在振实成型后，置于标准养护箱内养护24-48h后脱模，继续在25～80℃下湿热养护28天，得到富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥试块。
优选的，所述湿热养护温度选择80℃。
优选的，所述标准养护箱控制温度18-25℃，湿度90-97％。
优选的，所述标准养护箱控制温度21℃，湿度95％。
本发明的有益效果是：
本发明采用石灰和锂渣的作为碱性激发剂，在一定的温度条件下，极大地发挥富硅镁质镍渣所含主要矿物的胶结性潜能，提高其水化活性，使其成为胶结材料。并通过控制石灰和锂渣的掺量以及反应温度，控制矿物组分斜顽辉石、顽辉石、铁镁橄榄石各自的反应速度，进而控制水化反应产物中Mg(OH)2的生成速度，并利用矿物中的MgO生成Mg(OH)2的体积增加的原理，控制水泥构件的收缩性能，进而制成不收缩水泥构件，为镍渣的大量且充分的利用提供途径。再者本发明的无熟料水泥制备工艺简单，易于操作。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
硅酸盐水泥硬化收缩是其严重的缺点，它会导致水泥不宜制成超长构件，水泥构件产生微裂缝等问题，进而严重限制了水泥的使用范围。富硅镁质镍渣产量巨大，急待大量有效的利用。富硅镁质镍渣的主要化学成分为SiO2、MgO，因此必须充分利用这两个组分，才能被认为得到有效利用。镍渣的主要矿物组成为单斜晶系的斜顽辉石MgSiO3，并含有少量的正交晶系的顽辉石MgSiO3和铁镁橄榄石(Mg·Fe)2SiO4。基于此，本发明使用石灰和锂渣作为碱性激发剂，通过控制石灰和锂渣的掺量以及反应温度，控制矿物组分斜顽辉石、顽辉石、铁镁橄榄石各自的反应速度，进而控制水化反应产物中Mg(OH)2的生成速度，并利用矿物中的MgO生成Mg(OH)2的体积增加的原理，控制水泥构件的收缩性能，进而制成不收缩水泥构件。
本发明的一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥，其特征在于，包括如下组分：石灰、锂渣、富硅镁质镍渣，所述石灰、锂渣、富硅镁质镍渣的质量百分比分别为10-20％、20-40％、40-70％。
一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一，将质量百分比40-70％的富硅镁质镍渣磨细至通过0.08mm方孔筛，筛余小于30％，制成镍渣细粉；
步骤二，将质量百分比10-20％的石灰，20-40％的锂渣配合，共同磨细至通过0.08mm方孔筛，筛余小于3％，制得碱性激发剂；
步骤三，将镍渣细粉、碱性激发剂，混合均匀，即得到一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥。
一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥试块的制备方法，将富硅镁质镍渣无孰料不收缩水泥与水混合，控制水灰比为0.2-0.3，充分混合均匀制备成料浆，浇筑在40×40×160mm模具中，在振实成型后，置于标准养护箱内养护24-48h后脱模，继续在25～80℃下湿热养护28天，得到富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥试块。(水灰比——水与固体物料的质量比)
为了测试本发明的富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥的性能，设计如下试验：
步骤一：制备七种不同质量百分比的抗硫酸盐水泥，分成七个试验组，分别按照本发明的方法制备成富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥，但各组水泥的成分不同，具体如下表2试验组成分所示：
表2试验组成分(质量百分比％)
Figure GDA0001573467340000051
步骤二：分别使用步骤一中制得的七种水泥，按照本发明的方法制作七个水泥试块，但每组水泥试块的置于不同的成型环境，具体如下表3水泥试块制备环境。
表3水泥试块制备环境
Figure GDA0001573467340000052
Figure GDA0001573467340000061
步骤三，水泥试块抗压强度和自由膨胀率测定。采用《GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法》测定试样的抗压强度，采用《JC/T 313-2009膨胀水泥膨胀率试验方法》测定试样的自由膨胀率。测试结果如下表4水泥试块材料的抗压强度、自由膨胀系数。
表4水泥试块材料的抗压强度、自由膨胀系数
Figure GDA0001573467340000062
从上述试验可以看出，试验组7，即所述石灰、锂渣、富硅镁质镍渣的质量百分比分别为20％、40％、40％，同时，水泥试块在80℃温湿环境下养护28天，其抗压强度、不收缩性能最好。
所描述的试验组仅仅是本发明一部分试验组，而不是全部的试验组。基于本发明中的试验组，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他试验组，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥的制备方法，其特征在于，所述无熟料不收缩水泥由石灰、锂渣、富硅镁质镍渣组成，所述镍渣的主要矿物组成为单斜晶系的斜顽辉石，并含有少量的正交晶系的顽辉石和铁镁橄榄石，所述的制备方法具体包括如下步骤：
步骤一，将质量百分比40-70%的富硅镁质镍渣磨细至通过0 .08mm方孔筛，筛余小于30%，制成镍渣细粉；步骤二，将质量百分比10-20%的石灰，20-40%的锂渣配合，共同磨细至通过0 .08mm方孔筛，筛余小于3%，制得碱性激发剂； 步骤三，将镍渣细粉、碱性激发剂，混合均匀，即得到一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥。
2.根据权利要求1所述的一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥的制备方法制成的富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥。
3.根据权利要求2所述的富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥，其特征在于，所述石灰、锂渣、富硅镁质镍渣的质量百分比分别为20%、40%、40%。
4.一种富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥试块的制备方法，其特征在于，将权利要求2中所述的富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥与水混合，控制水灰比为0 .2-0 .3，充分混合均匀制备成料浆，浇筑在 40×40×160mm模具中，在振实成型后，置于标准养护箱内养护24-48h后脱模，继续在25～ 80℃下湿热养护28天，得到富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥试块。
5.根据权利要求4所述富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥试块的制备方法，其特征在于，所述湿热养护温度选择80℃。
6.根据权利要求4所述富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥试块的制备方法，其特征在于，所述标准养护箱控制温度18-25℃，湿度90-97%。
7.根据权利要求6所述富硅镁质镍渣无熟料不收缩水泥试块的制备方法，其特征在于，所述标准养护箱控制温度21℃，湿度95%。
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