CN108117348B - 一种磷渣基环保型建筑材料及其制备方法 - Google Patents

一种磷渣基环保型建筑材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷渣基环保型建筑材料及其制备方法，各组分质量比如下：磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=14.61～44.08：1.11～18.72：1.11～6.24：1.11～3.12：2.10～8.46：20.81～66.51：11.08～16.53：0.22～1.17。本发明低成本、制备工艺简单，养护时间短。

Description

一种磷渣基环保型建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种磷渣基环保型建筑材料，同时还涉及该磷渣基环保型建筑材料的制备方法。
背景技术
随着我国经济高速发展，建筑、工业固体废弃物越来越多。我国每年产生不可估量旧城改造废弃混凝土、近1000万吨废弃玻璃、超过9500万吨磷渣等，且呈逐年增长趋势。大多固体废弃物露天堆放或填埋，占用大量土地，污染环境。大量固体废弃物不能得到再次充分利用，浪费社会资源。寻找一种有效的、绿色的建筑、工业固体废弃物处理方法，成为目前社会的迫切需求。
目前，对于建筑、工业固体废弃物在混凝土使用，中国专利公开号CN10730411于2016年4月18日公开了发明名称为“一种环保型再生混凝土”，其是将废弃混凝土代替砂石应用于混凝土中，但废弃混凝土作为骨料应用时存在碱骨料反应风险，未得到广泛应用。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，存在早期强度低的问题，同样得不到广泛应用。磷渣与普通硅酸盐水泥的化学成分基本相同，但由于磷渣存在P2O5和F，有较强的缓凝作用及早期活性较低，其在混凝土中的用量较小。所以如何高效、大量的应用废弃混凝土、废弃玻璃、磷渣等建筑、工业固体废弃物成为亟待解决的问题
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种低成本、制备工艺简单，养护时间短的磷渣基环保型建筑材料。
本发明的另一目的在于提供该磷渣基环保型建筑材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种磷渣基环保型建筑材料，各组分质量比如下：
磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=14.61～44.08：1.11～18.72：1.11～6.24：1.11～3.12：2.10～8.46：20.81～66.51：11.08～16.53：0.22～1.17。
其中：所述磷渣粉为电炉法生产黄磷时产生的废渣经粉磨而得到，比表面积为400-850m2/kg；
所述建筑废渣粉为经颚破、机械粉磨而得到的废弃水泥混凝土粉或废弃玻璃粉，废弃水泥混凝土粉比表面积为410-760m2/kg，废弃玻璃粉比表面积为380-820m2/kg；
所述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400-480m2/kg；
所述纳米级硅质粉为微硅灰，比表面积18000-20000m2/kg；
所述碱性激发剂为熟石灰、生石灰、P.O42.5或P.O52.5中的一种；
所述砂为河沙或机制砂，小于5.00mm的连续颗粒级配，MB值小于1.4；
所述水为符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）的自来水；
所述高效聚羧酸减水剂的减水率为25-28%的液体减水剂。
本发明的一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎建筑废渣，得到粒径为0.01-5.00mm的建筑废渣砂，然后用粉磨设备进行10-90min粉磨得到建筑废渣粉；
（2）按上述比例称取磷渣粉、建筑废渣粉、硅铝质球体材料、纳米级硅质粉、碱性激发剂、砂、水、高效聚羧酸减水剂置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在40-80℃中蒸养24h；然后带模置于40-80℃的饱和石灰石水中养护7-14d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
上述的磷渣基环保型建筑材料，其中：步骤（1）中的破碎设备为颚式破碎机，粉磨设备为统一试验小磨，建筑废渣砂为建筑废渣经破碎设备破碎而得到的废弃水泥混凝土砂和废弃玻璃砂。
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，本发明磷渣的玻璃体中的Al-O-Al、Si-O-Si、Si-O-Al 化学键不容易断裂，使得磷渣的早期活性很低。同时，磷渣粉中P2O5和F经过复杂的化学反应生成Ca3(PO4)2和CaF2，在胶凝材料颗粒表面形成包裹层，阻隔了水与胶凝材料的充分接触，降低胶凝材料水化速度，有较强的缓凝作用，也降低了磷渣早期活性。而磷渣玻璃体中的CaO为网络改性体，SiO2为网络形成体，Al2O3是网络调整体，Ca2+比网络形成体SiO2中的Si4+更易溶于水，网络改性体和网络调整体含量越高，玻璃体的结构越不稳定，磷渣活性越高。所以加入碱激发剂提供（Ca2+、OH-）碱性环境，使得CaF2分解。磷渣颗粒继续溶出P2O5产生的H3PO4使得Ca3(PO4)2变为Ca(H2PO4)2，胶凝材料颗粒表面的包裹层被破坏，同时在碱性及Ca2+的作用下，磷渣Al-O-Al、Si-O-Si、Si-O-Al等化学键断裂，玻璃体解聚，活性的SiO2和AI2O3解离出来，在热激发下，进一步加剧上述反应进程，降低了磷渣的缓凝效果，提高活性。硅铝质球体材料的球体特殊形态提高了新拌砂浆工作性，提高后期强度。经过颚破、粉磨得到建筑废渣粉其惰性部分起到稳定体积的作用，活性部分发生二次水化反应，提高强度。砂主要起到骨架及稳定体积的作用。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，能明显改善结构孔隙，促进磷渣的水化反应。高效聚羧酸减水剂具有减水作用的同时还明显改善砂浆的工作性。蒸养是为了在热效应下进一步解离磷渣玻璃体、粉煤灰玻璃体，加快二次水化反应提高强度。水热养护以一定温度的饱和的石灰水进行养护，具有热效应解离玻璃体的同时，保证胶凝材料水化反应产生Ca(OH)2不溶出及提供足够的Ca(OH)2与活性组分产生水化反应。本发明所制得的磷渣基环保型建筑材料，其强度在25.0-96.8MPa之间，可以根据工程需要调整各组分质量比、水热养护温度和时间得到不同的强度，可用于制备各种磷渣基水泥预制构件。本发明利用碱激发剂（少量（或可不用）普通硅酸盐水泥、生石灰、熟石灰），以磷渣为主要胶凝材料，加入各种建筑、工业废渣粉等制备得到磷渣基环保型建筑材料，减少碳排放，绿色环保。为固体废弃物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。本发明低成本、制备工艺简单，养护时间短。
具体实施方式
实施例1
一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎晾干后的废弃水泥混凝土，得到粒径0.01-5.00mm的废弃水泥混凝土砂；用粉磨设备对废弃混凝土砂粉磨45min，得到比表面积760m2/kg的废弃混凝土粉；
（2）将比表面积为600m2/kg的磷渣粉、比表面积为760m2/kg的废弃混凝土粉、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、P.O42.5、机制砂、自来水、减水率为25%的高效聚羧酸减水剂，按质量比为磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=16.63：1.11：1.11：1.11：2.22：66.51：11.09：0.22称量并置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在60℃中蒸养24h；然后带模置于60℃的饱和石灰石水中养护7d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
实施例2
一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎晾干后的废弃水泥混凝土，得到粒径0.01-5.00mm的废弃水泥混凝土砂；用粉磨设备对废弃混凝土砂粉磨20min，得到比表面积580m2/kg的废弃混凝土粉；
（2）将比表面积为560m2/kg的磷渣粉、比表面积为580m2/kg的建筑废渣粉、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20000m2/kg的微硅灰、熟石灰、机制砂、自来水、减水率为27%的高效聚羧酸减水剂，按质量比为磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=14.61：5.86：2.93：1.97：2.93：59.63：11.72：0.35称量并置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在60℃中蒸养24h；然后带模置于70℃的饱和石灰石水中养护10d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
实施例3
一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎晾干后的废弃水泥混凝土，得到粒径0.01-5.00mm的废弃水泥混凝土砂；用粉磨设备对废弃混凝土砂粉磨30min，得到比表面积700m2/kg的废弃混凝土粉；
（2）将比表面积为660m2/kg的磷渣粉、比表面积为700m2/kg的建筑废渣粉、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、生石灰、河砂、自来水、减水率为25%的高效聚羧酸减水剂，按质量比为磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=18.98：8.46：4.23：1.27：8.46：43.23：14.81：0.56称量并置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在60℃中蒸养24h；然后带模置于80℃的饱和石灰石水中养护14d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
实施例4
一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎晾干后的废弃水泥混凝土，得到粒径0.01-5.00mm的废弃水泥混凝土砂；用粉磨设备对废弃混凝土砂粉磨10min，得到比表面积410m2/kg的废弃混凝土粉；
（2）将比表面积为660m2/kg的磷渣粉、比表面积为410m2/kg的建筑废渣粉、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、生石灰、河砂、自来水、减水率为26%的高效聚羧酸减水剂，按质量比为磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=44.08：3.86：2.75：1.65：2.75：27.55：16.53：0.83称量并置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在60℃中蒸养24h；然后带模置于80℃的饱和石灰石水中养护14d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
实施例5
一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃砂；用粉磨设备对废弃玻璃砂粉磨90min，得到比表面积820m2/kg的废弃玻璃粉；
（2）将比表面积为660m2/kg的磷渣粉、比表面积为820m2/kg的废弃玻璃粉、比表面积为420m2/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、生石灰、河砂、自来水、减水率为26%的高效聚羧酸减水剂，按质量比为磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=31.21：18.72：6.24：3.12：3.12：20.81：15.61：1.17称量并置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在60℃中蒸养24h；然后带模置于60℃的饱和石灰石水中养护7d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
实施例6
一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃砂；用粉磨设备对废弃玻璃砂粉磨30min，得到比表面积380m2/kg的废弃玻璃粉；
（2）将比表面积为640m2/kg的磷渣粉、比表面积为380m2/kg的废弃玻璃粉、比表面积为480m2/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、P.O52.5、机制砂、自来水、减水率为27%的高效聚羧酸减水剂，按质量比为磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=17.52：5.84：1.46：1.46：2.92：58.39：11.68：0.73称量并置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在60℃中蒸养24h；然后带模置于60℃的饱和石灰石水中养护10d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
实施例7
一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃砂；用粉磨设备对废弃玻璃砂粉磨45min，得到比表面积520m2/kg的废弃玻璃粉；
（2）将比表面积为850m2/kg的磷渣粉、比表面积为520m2/kg的废弃玻璃粉、比表面积为480m2/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、P.O52.5、机制砂、自来水、减水率为28%的高效聚羧酸减水剂，按质量比为磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=29.66：2.08：6.08：2.10：2.10：42.56：14.72：0.70称量并置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在60℃中蒸养24h；然后带模置于60℃的饱和石灰石水中养护7d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
实施例8
一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎晾干后的废弃玻璃，得到粒径0.01-5.00mm的废弃玻璃砂；用粉磨设备对废弃玻璃砂粉磨60min，得到比表面积640m2/kg的废弃玻璃粉；
（2）将比表面积为400m2/kg的磷渣粉、比表面积为640m2/kg的废弃玻璃粉、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20000m2/kg的微硅灰、熟石灰、机制砂、自来水、减水率为28%的高效聚羧酸减水剂，按质量比为磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=15.50：2.21：1.11：1.11：2.21：66.45：11.08：0.33称量并置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在40℃中蒸养24h；然后带模置于40℃的饱和石灰石水中养护7d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
实施例1-8的抗压强度，其结果见表1
表1.试验结果
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8
抗压强度/MPa 58.4 69.4 56.1 87.9 86.4 70.5 96.8 25.0
抗折强度/MPa 9.8 10.2 9.9 9.5 9.6 11.2 12.8 6.3
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，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做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种磷渣基环保型建筑材料，各组分质量比如下：
磷渣粉：建筑废渣粉：硅铝质球体材料：纳米级硅质粉：碱性激发剂：砂：水：高效聚羧酸减水剂=14.61～44.08：1.11～18.72：1.11～6.24：1.11～3.12：2.10～8.46：20.81～66.51：11.08～16.53：0.22～1.17，
其中：
所述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400-480m2/kg；
所述纳米级硅质粉为微硅灰，比表面积18000-20000m2/kg；
所述碱性激发剂为熟石灰、生石灰、P.O42.5或P.O52.5中的一种；
所述砂为河沙或机制砂，小于5.00mm的连续颗粒级配，MB值小于1.4；
所述水为符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）的自来水；
所述高效聚羧酸减水剂为减水率为25-28%的液体减水剂。
2.如权利要求1所述的一种磷渣基环保型建筑材料，其中：所述磷渣粉为电炉法生产黄磷时产生的废渣经粉磨而得到，比表面积为400-850m2/kg。
3.如权利要求1所述的一种磷渣基环保型建筑材料，其中：所述建筑废渣粉为经颚破、机械粉磨而得到的废弃水泥混凝土粉或废弃玻璃粉，废弃水泥混凝土粉比表面积为410-760m2/kg，废弃玻璃粉比表面积为380-820m2/kg。
4.如权利要求1-3之一所述的一种磷渣基环保型建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用破碎设备破碎建筑废渣，得到粒径为0.01-5.00mm的建筑废渣砂，然后用粉磨设备进行10-90min粉磨得到建筑废渣粉；
（2）按权利要求1中各组分质量比称取磷渣粉、建筑废渣粉、硅铝质球体材料、纳米级硅质粉、碱性激发剂、砂、水、高效聚羧酸减水剂置于搅拌机中搅拌均匀得到砂浆；
（3）将砂浆采用模具浇筑、振实成型，在40-80℃中蒸养24h；然后带模置于40-80℃的饱和石灰石水中养护7-14d，脱模得磷渣基环保型建筑材料。
5.如权利要求4所述的磷渣基环保型建筑材料，其中：步骤（1）中的破碎设备为颚式破碎机，粉磨设备为统一试验小磨。
6.如权利要求4所述的磷渣基环保型建筑材料，其中：步骤（1）中的建筑废渣砂为建筑废渣经破碎设备破碎而得到的废弃水泥混凝土砂和废弃玻璃砂。
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