CN110510966B - 高强度的渣土免烧制品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度的渣土免烧制品及其制备方法，包括：以重量份计，高炉矿渣20～50份，渣土50～90份，碱性激发剂8～30份。本发明的高强度的渣土免烧制品，高炉矿渣包覆在渣土表面，在碱性溶液中释放钙离子，钙离子替代渣土中粘粒表面吸附的低价阳离子，减弱粘粒表面双电层厚度，颗粒间距变小，外部压力作用下压实，获得更加致密的结构。高炉矿渣中的活性成分与碱性激发剂反应生成C‑A‑S‑H等胶凝物质，连接渣土颗粒，形成早期强度，并可以抵抗渣土水分散失造成的干裂。在高碱性条件下，渣土中的氧化硅和氧化铝被缓慢释放出来，与孔隙溶液中的碱性激发剂反应，生成地聚物，一方面填充孔隙，另一方面更好的胶结渣土颗粒，进而提升制品的长期强度。

Description

高强度的渣土免烧制品及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑和材料领域，特别地，涉及一种高强度的渣土免烧制品。此外，本发明还涉及一种上述高强度的渣土免烧制品的制备方法。

背景技术

高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。在高炉冶炼生铁时，从高炉加入的原料，除了铁矿石和燃料(焦炭)外，还要加入助熔剂。当炉温达到1400℃～1600℃时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物。从化学成分来看，高炉矿渣是属于硅酸盐质材料。随着钢铁冶炼工业发展，高炉矿渣等固废产量越来越多。同时，伴随城市地下工程的开发，大量渣土被挖掘和堆弃，不仅污染环境，还占用宝贵的土地资源，如何消纳大宗固体废弃物已经成为一大难题。

传统建材产品大部分是基于石灰与水泥，或是采用烧结法，获得具有一定强度的制品，一方面耗费大量能量，另外一方面排放大量二氧化碳，既不经济也不环保。

发明内容

本发明提供了一种高强度的渣土免烧制品，以解决现有固体废弃物存量大，建材产品成本高、污染严重的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种高强度的渣土免烧制品，包括：以重量份计，高炉矿渣20～50份，渣土50～90份，碱性激发剂8～30份。

进一步地，高炉矿渣30～50份，渣土60～80份，碱性激发剂10～25份。

进一步地，碱性激发剂包括以重量份计：NaOH或KOH 1～3份，水玻璃5～15份，水2～10份；渣土的粒径小于高强度的渣土免烧制品尺寸的1/10；渣土的粒径分布为不均匀系数＞5，曲率系数为1～3。

进一步地，高炉矿渣为比表面积＞300m²/kg的细粉，高炉矿渣的粒径小于80μm，其50％以上颗粒小于10μm；水玻璃的模数为2.8～3.2。

进一步地，高强度的渣土免烧制品的密度＞1970kg/m³；高强度的渣土免烧制品的单轴抗压强度＞30MPa。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述高强度的渣土免烧制品的制备方法，将高炉矿渣和渣土混合均匀，获得固体混合物；将固体混合物与碱性激发剂混合并搅拌，成型，养护，获得高强度的渣土免烧制品。

进一步地，碱性激发剂制备的具体步骤包括：将NaOH或KOH、水玻璃和水混合，静置至平衡，获得碱性激发剂；静置的时间为20h～28h。

进一步地，搅拌的时间为10min～20min。

进一步地，成型的具体步骤包括：将固体混合物与碱性激发剂搅拌后装入模具中，采用浇筑、振动冲击或压制中的一种成型方式进行成型，表面覆盖保护膜，静置20h～28h后脱模。

进一步地，养护的具体步骤包括：养护的具体步骤包括：采用所述保护膜包覆养护10天～30天，去掉所述保护膜，再养护15天～20天。

本发明具有以下有益效果：

本发明的高强度的渣土免烧制品包括高炉矿渣、渣土和碱性激发剂，其中高炉矿渣包覆在渣土颗粒表面，高炉矿渣在碱性溶液中释放钙离子，钙离子替代渣土中粘粒表面吸附的低价阳离子，减弱粘粒表面双电层厚度，使得颗粒间距变小，并在外部压力作用下压实，获得更加致密的结构。并且，高炉矿渣中的活性氧化钙、氧化硅等与碱性激发剂反应生成C-A-S-H等胶凝物质，连接渣土颗粒，形成早期强度，并可以抵抗养护过程中渣土水分散失造成的干裂。另外，随着水分的逐渐散失，孔隙溶液浓度更大，在高碱性条件下，渣土中的氧化硅和氧化铝被缓慢释放出来，与孔隙溶液中的碱性激发剂反应，生成地聚物，一方面填充孔隙，另一方面更好的胶结渣土颗粒，进而提升高强度的渣土免烧制品的长期强度，并使得试件具有良好的抗冻融特性。

本发明的高强度的渣土免烧制品，通过采用渣土和高炉矿渣作为原料，可以实现废弃物资源化利用，降低高强度的渣土免烧制品成本，并且生产工艺简单，无毒素残留，符合节能减排、绿色低碳的可持续发展的要求。在土木、水利与市政工程领域具有广泛应用价值，既可用于制作建筑砌块，也可以用于制作夯土墙。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例1的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩应力应变曲线图；

图2是本发明优选实施例1的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩破坏形态图；

图3是本发明优选实施例2的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩应力应变曲线图；

图4是本发明优选实施例2的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩破坏形态图；

图5是本发明优选实施例3的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩应力应变曲线图；

图6是本发明优选实施例3的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩破坏形态图；

图7是本发明对比例1的建材产品试件的单轴压缩应力应变曲线图；

图8是本发明对比例2的建材产品试件的单轴压缩应力应变曲线图；

图9是本发明优选实施例4的高强度的渣土免烧制品试件的冻融0次后的单轴压缩应力应变曲线图；

图10是本发明优选实施例4的高强度的渣土免烧制品试件的冻融15次后的单轴压缩应力应变曲线图；

图11是本发明优选实施例4的高强度的渣土免烧制品试件的冻融25次后的单轴压缩应力应变曲线图；

图12是本发明优选实施例4的高强度的渣土免烧制品试件的冻融40次后的单轴压缩应力应变曲线图；

图13是本发明的高强度的渣土免烧制品试件中的高炉矿渣与渣土质量比与密度关系图；以及

图14是本发明的高强度的渣土免烧制品试件中的高炉矿渣与渣土质量比与单轴压缩强度关系图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明优选实施例1的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩应力应变曲线图；图2是本发明优选实施例1的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩破坏形态图；图3是本发明优选实施例2的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩应力应变曲线图；图4是本发明优选实施例2的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩破坏形态图；图5是本发明优选实施例3的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩应力应变曲线图；图6是本发明优选实施例3的高强度的渣土免烧制品试件的单轴压缩破坏形态图；图7是本发明对比例1的建材产品试件的单轴压缩应力应变曲线图；图8是本发明对比例2的建材产品试件的单轴压缩应力应变曲线图；图9是本发明优选实施例4的高强度的渣土免烧制品试件的冻融0次后的单轴压缩应力应变曲线图；图10是本发明优选实施例4的高强度的渣土免烧制品试件的冻融15次后的单轴压缩应力应变曲线图；图11是本发明优选实施例4的高强度的渣土免烧制品试件的冻融25次后的单轴压缩应力应变曲线图；图12是本发明优选实施例4的高强度的渣土免烧制品试件的冻融40次后的单轴压缩应力应变曲线图；图13是本发明的高强度的渣土免烧制品试件中的高炉矿渣与渣土质量比与密度关系图；图14是本发明的高强度的渣土免烧制品试件中的高炉矿渣与渣土质量比与单轴压缩强度关系图。

本实施例的高强度的渣土免烧制品，包括：以重量份计，高炉矿渣20～50份，渣土50～90份，碱性激发剂8～30份。本发明的高强度的渣土免烧制品包括高炉矿渣、渣土和碱性激发剂，其中高炉矿渣包覆在渣土颗粒表面，高炉矿渣在碱性溶液中释放钙离子，钙离子替代渣土中粘粒表面吸附的低价阳离子，减弱粘粒表面双电层厚度，使得颗粒间距变小，并在外部压力作用下压实，获得更加致密的结构。并且，高炉矿渣中的活性氧化钙、氧化硅等与碱性激发剂反应生成C-A-S-H等胶凝物质，连接渣土颗粒，形成早期强度，并可以抵抗养护过程中渣土水分散失造成的干裂。另外，随着水分的逐渐散失，孔隙溶液浓度更大，在高碱性条件下，渣土中的氧化硅和氧化铝被缓慢释放出来，与孔隙溶液中的碱性激发剂反应，生成地聚物，一方面填充孔隙，另一方面更好的胶结渣土颗粒，进而提升高强度的渣土免烧制品的长期强度，并使得试件具有良好的抗冻融特性。

上述高强度的渣土免烧制品，通过采用渣土和高炉矿渣作为原料，可以实现废弃物资源化利用，降低高强度的渣土免烧制品成本，并且生产工艺简单，无毒素残留，符合节能减排、绿色低碳的可持续发展的要求。在土木、水利与市政工程领域具有广泛应用价值，既可用于制作建筑砌块，也可以用于制作夯土墙。

本实施例中，高炉矿渣30～50份，渣土60～80份，碱性激发剂10～25份。上述各成分的配比获得的高强度的渣土免烧制品的性能更优。上述高炉矿渣与渣土混合后进行击实试验，确定其达到最大干密度所需要的用水量。碱性激发剂中水为2～10份，通过添加适量水以保证混合料中化学反应顺利进行和便于后续的压制成型。上述液固比在最优含水率附近，确保混合料压实时能达到较高密实度。

本实施例中，碱性激发剂包括以重量份计：NaOH或KOH 1～3份，水玻璃5～15份，水2～10份。当NaOH或KOH浓度过低，则碱性过低导致溶解的高炉矿渣中的活性氧化物少，生成的胶凝物质少，强度低；当NaOH或KOH浓度过大，则过量存在的NaOH或KOH导致硅铝酸盐凝胶更快和更早地沉淀，随后阻碍了其他地质聚合物前体单元的形成。可溶性硅酸钠有助于地聚合物的缩聚反应，但多余的硅酸盐会抑制地聚合反应，从而阻碍地质聚合物结构的形成。因此，对于特定的高炉矿渣与渣土混合物，NaOH或KOH的浓度、水玻璃与NaOH或KOH的比率存在一个最佳范围值，在此范围内高强度的渣土免烧制品强度最高。渣土的粒径小于高强度的渣土免烧制品尺寸的1/10。渣土的粒径分布为不均匀系数＞5，曲率系数为1～3。上述渣土既作为骨料，也作为化学反应的原材料，需要将渣土经过风干、粉碎、筛分，筛分后的渣土颗粒的粒径小于高强度的渣土免烧制品尺寸的1/10，以确保高强度的渣土免烧制品的均匀性。上述渣土包括砂粒(0.075mm～2mm)、粉粒(0.005mm～0.075mm)和黏粒(小于0.005mm)，由于渣土中的黏粒矿物会吸附钠离子，因此，所用的NaOH或KOH的量可以根据渣土中黏粒含量进行调整，以满足工艺要求。另外，渣土包含部分黏粒，使得在压力作用下渣土内部结构发生变化，可以获得较大密实度。上述渣土的粒径分布为不均匀系数＞5，曲率系数为1～3。使得渣土具有良好的级配，保证渣土的压实强度。上述水玻璃含水59％左右。

本实施例中，高炉矿渣的比表面积＞300m²/kg的细粉，高炉矿渣的粒径小于80μm，其50％以上颗粒小于10μm。上述高炉矿渣的无定形态组分超过90％，主要氧化物为氧化钙、氧化硅、氧化铝等。上述磨细后的高炉矿渣为比表面积＞300m²/kg的细粉，与渣土混合，使得高炉矿渣细粉包覆在渣土表面并均匀分布，便于高炉矿渣粉末水化后产生钙离子替代粘粒表面吸附的低价阳离子，获得更加致密的结构。上述水玻璃的模数为2.8～3.2。上述水玻璃一方面提供硅源，控制硅铝比以及硅钠比在合理范围，进而提高反应程度，另外一方面提升碱度，稳定溶液的pH。

本实施例中，高强度的渣土免烧制品的密度＞1970kg/m³。高强度的渣土免烧制品的单轴抗压强度＞30MPa。上述高强度的渣土免烧制品强度取决于密度和胶凝物质含量，胶凝物质主要为高炉矿渣中的活性成分与碱性激发剂反应生成的物质，在其它成分不变情况下，高炉矿渣掺量越大，生成胶凝物质越多。高炉矿渣压实密度小于渣土，当混合物中高炉矿渣比例增大时，高强度的渣土免烧制品的密度降低，但由于胶凝物质增加导致强度增加，并且新生成胶结物对强度的增加量大于密实度减小导致的强度下降量，从而试件在整体上表现为强度上升。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述高强度的渣土免烧制品的制备方法，将高炉矿渣和渣土混合均匀，获得固体混合物；将固体混合物与碱性激发剂混合并搅拌，成型，养护，获得高强度的渣土免烧制品。本发明的高强度的渣土免烧制品的制备方法，采用无需加热加压的常温常压养护制备工艺，反应条件温和，重复性好，单位能耗低且无三废排放，是一种绿色的制备工艺。本发明生产成本低，将高炉矿渣和渣土作为原材料，不仅解决了废弃物的排放难题，还使得高强度的渣土免烧制品具有固化快，强度高，耐久性好的特点，实现了高炉矿渣和渣土的综合利用，以废治废，因此具有很强的市场竞争能力和推广应用。本发明的高强度的渣土免烧制品，单轴压缩强度为34MPa～60MPa，能承受40次以上冻融循环。

本实施例中，碱性激发剂制备的具体步骤包括：将NaOH或KOH、水玻璃和水混合，静置至平衡，获得碱性激发剂。静置的时间为20h～28h。为了避免大气碳酸化造成的污染，尽量保持配制容器或装置密封。

本实施例中，搅拌的时间为10min～20min。先将高炉矿渣和渣土混合均匀，使得渣土表面覆盖有高炉矿渣细粉，再将配制好的碱性激发剂缓慢添加到固体混合物并在行星搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为10min～20min，防止发生团聚。当搅拌时间小于10min时，碱性激发剂与固体混合物不能充分接触，从而导致湿润程度不均和反应程度不高；高炉矿渣中的活性成分与碱性激发剂迅速反应生成胶凝物质，当搅拌时间大于20min时，继续搅拌会破坏已经生成的结构，进而降低强度。

本实施例中，成型的具体步骤包括：将固体混合物与碱性激发剂搅拌后装入模具中，采用浇筑、振动冲击或压制中的一种成型方式进行成型，表面覆盖保护膜，静置20h～28h后脱模。上述将固体混合物与碱性激发剂搅拌形成混合湿料后装入模具成型，可采用浇筑、振动冲击或压制成型，当渣土中黏粒含量低于5％时，可以采用浇筑成型方式；当渣土中黏粒含量高于5％时，采用振动冲击或压制成型方式。优选地，采用液压试验机将混合湿料压紧，液压试验机的压力逐渐增至10～12MPa后卸载，静置后脱模。上述将混合湿料边装料边压实且在液压控制的压力机上成型时，采用缓慢加载，控制加载速度和峰值荷载持续时间，逐渐增大压力至10～12MPa，在到达最大压力后，持续5s，以尽可能地将其中空气排出，然后卸载压力。通过静压提高混合湿料的密实度，从而提高高强度的渣土免烧制品的强度。上述操作过程中，成型压力过小，会导致混合湿料密实度不够，强度偏低；成型压力过大，则模具可能被侧向压力破坏。

上述混合湿料在模具中成型，通过静压减少了混合湿料的孔隙率，提高其密实度，从而使所得的高强度的渣土免烧制品具有较高强度。上述混合湿料在脱模之前进行静置，能够使模具中的混合湿料在常温下充分反应，从而使高强度的渣土免烧制品的强度明显提高。表面用塑料薄膜覆盖并静置20h～28h，防止水分蒸发，有效防止早期高强度的渣土免烧制品因水分散失造成的干裂。高强度的渣土免烧制品成型过程中其与模具内壁紧密接触，摩擦力较大，导致脱模困难；同时，早期高强度的渣土免烧制品的强度不高，不能承受较大荷载，脱模时采用软质锤子如木棒锤击或静压方式将成型制品推出，避免在高强度的渣土免烧制品内部产生初始损伤，造成最终强度偏低。

本实施例中，养护的具体步骤包括。采用保护膜包覆养护10天～30天，去掉保护膜，再养护15天～20天。采用上述静置养护时间能够使混合湿料在常温下反应完全，从而使高强度的渣土免烧制品成型效果更好，保护膜包覆养护时间越长，强度越高，但随着保护膜包覆养护时间的延长强度增长速率降低，因此，保护膜包覆养护时间为10天～30天。成型制品脱模后采用保护膜包覆，保护膜可采用塑料薄膜，防止早期因水分散失造成的高强度的渣土免烧制品开裂。

上述高强度的渣土免烧制品为标准砖、路面砖、园林景观挡土石、路缘石、植草砖、护坡砖、预制排水沟、挡墙砌块、夯土墙中的一种或几种。

实施例

以下各实施例中，各种试剂均为市售。

实施例1

高强度的渣土免烧制品

包括：高炉矿渣300g，渣土900g(含水率小于3％)，水玻璃128g，NaOH 25.6g，水38.4g；

渣土的粒径分布为不均匀系数为6，曲率系数为2；高炉矿渣的比表面积为400m²/kg的细粉，水玻璃的模数为2.8。

高强度的渣土免烧制品的制备方法

将渣土风干，粉碎，筛分，控制并调整渣土的粒径小于高强度的渣土免烧制品尺寸的1/10，粒径分布为不均匀系数为6，曲率系数为2；粉碎高炉矿渣至比表面积为400m²/kg的细粉，将渣土与高炉矿渣充分混合，使高炉矿渣包覆渣土表面，获得固体混合物；

将NaOH、水玻璃和水混合，静置24h至平衡，获得碱性激发剂；

将配制好的碱性激发剂缓慢添加到固体混合物并在行星搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为15min，使得固体混合物充分湿润获得混合湿料，将混合湿料装入模具中，边装料边人工压实，再采用液压试验机缓慢加压，压力为12MPa，持续5s，卸载压力，表面覆盖塑料薄膜并静置24h，脱模时采用软质锤子将成型制品推出；将成型制品采用塑料薄膜包覆养护18天，去掉塑料薄膜，常温常压条件下，再养护20天，获得高强度的渣土免烧制品。

将上述高强度的渣土免烧制品试件端面打磨平整光滑，制备成圆柱体试件(下面均相同)，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图1，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度在34MPa～39MPa之间，平均值为37.2MPa。参照图2，在单轴压缩情况下，高强度的渣土免烧制品试件呈现出整体性劈裂破坏，表现出高强度。

实施例2

高强度的渣土免烧制品

包括：高炉矿渣400g，渣土800g(含水率小于3％)，水玻璃128g，KOH 30g，水34g；

渣土的粒径分布为不均匀系数为6.5，曲率系数为1.5；高炉矿渣的比表面积为420m²/kg的细粉，水玻璃的模数为3。

高强度的渣土免烧制品的制备方法

将渣土风干，粉碎，筛分，控制并调整渣土的粒径小于高强度的渣土免烧制品尺寸的1/10，粒径分布为不均匀系数为6.5，曲率系数为1.5；粉碎高炉矿渣至比表面积为420m²/kg的细粉，将渣土与高炉矿渣充分混合，使高炉矿渣包覆渣土表面，获得固体混合物；

将KOH、水玻璃和水混合，静置26h至平衡，获得碱性激发剂；

将配制好的碱性激发剂缓慢添加到固体混合物并在行星搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为11min，使得固体混合物充分湿润获得混合湿料，将混合湿料装入模具中，边装料边人工压实，再采用液压试验机缓慢加压，压力为10MPa，持续5s，卸载压力，表面覆盖塑料薄膜并静置26h，脱模时采用软质锤子将成型制品推出；将成型制品采用塑料薄膜包覆养护25天，去掉塑料薄膜，常温常压条件下，再养护18天，获得高强度的渣土免烧制品。

将上述高强度的渣土免烧制品试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图3，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度在41.3MPa～48.8MPa之间，平均值为44.6MPa。参照图4，在单轴压缩情况下，高强度的渣土免烧制品试件呈现出整体性劈裂破坏，表现出高强度。

实施例3

高强度的渣土免烧制品

包括：高炉矿渣480g，渣土720g(含水率小于3％)，水玻璃128g，NaOH 20.5g，水43.5g；

渣土的粒径分布为不均匀系数为7，曲率系数为2.6；高炉矿渣的比表面积为450m²/kg的细粉，水玻璃的模数为3.1。

高强度的渣土免烧制品的制备方法

将渣土风干，粉碎，筛分，控制并调整渣土的粒径小于高强度的渣土免烧制品尺寸的1/10，粒径分布为不均匀系数为7，曲率系数为2.6；粉碎高炉矿渣至比表面积为450m²/kg的细粉，将渣土与高炉矿渣充分混合，使高炉矿渣包覆渣土表面，获得固体混合物；

将NaOH、水玻璃和水混合，静置25h至平衡，获得碱性激发剂；

将配制好的碱性激发剂缓慢添加到固体混合物并在行星搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为18min，使得固体混合物充分湿润获得混合湿料，将混合湿料装入模具中，边装料边人工压实，再采用液压试验机缓慢加压，压力为11MPa，持续5s，卸载压力，表面覆盖塑料薄膜并静置26h，脱模时采用软质锤子将成型制品推出；将成型制品采用塑料薄膜包覆养护14天，去掉塑料薄膜，常温常压条件下，再养护15天，获得高强度的渣土免烧制品。

将上述高强度的渣土免烧制品试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图5，采用该配比制作的三个试件，峰值压缩强度在53.7MPa～60MPa之间，平均值为57.7MPa。参照图6，在单轴压缩情况下，高强度的渣土免烧制品试件呈现出整体性劈裂破坏，表现出高强度。

对比例1

产品1

包括：高炉矿渣400g，渣土800g(含水率小于3％)，水玻璃123.42g，NaOH 32.91g，水35.67g；

产品1的制备方法

将NaOH、水和水玻璃混合，静置25h至平衡，获得碱性激发剂；

将高炉矿渣与碱性激发剂混合在行星搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为10min，再加入渣土继续搅拌8min，获得混合湿料，将混合湿料装入模具中，压实，表面覆盖塑料薄膜并静置26h后脱模；将成型产品采用塑料薄膜包覆养护15天，去掉塑料薄膜，常温常压条件下，再养护30天，获得产品1。

将上述产品1的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图7，采用该配比制作的四个试件，峰值压缩强度在12.6MPa～16.9MPa之间。

对比例2

产品2

包括：高炉矿渣400g，渣土800g(含水率为4％)，固态硅酸钠粉末54.19g，NaOH22.24g，水128g；

产品2的制备方法

将渣土与水，混合均匀，获得渣土湿料；

将NaOH与固态硅酸钠粉末混合，获得固态碱性激发剂；

将渣土湿料与固态碱性激发剂、高炉矿渣在行星搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为18min，使得混合物充分湿润获得混合湿料，将混合湿料装入模具中，压实，表面覆盖塑料薄膜并静置26h后脱模；将成型制品采用塑料薄膜包覆养护15天，去掉塑料薄膜，常温常压条件下，再养护30天，获得产品2。

将上述产品2的试件端面打磨平整光滑，采用Instron刚性试验机开展单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图8，采用该配比制作的四个试件，峰值压缩强度在15MPa～15.9MPa之间。

实施例4

高强度的渣土免烧制品

包括：高炉矿渣480g，渣土720g(含水率小于3％)，水玻璃139g，NaOH 30g，水47g；

渣土的粒径分布为不均匀系数为6，曲率系数为2.4；高炉矿渣的比表面积为450m²/kg的细粉，水玻璃的模数为3。

高强度的渣土免烧制品的制备方法

将渣土风干，粉碎，筛分，控制并调整渣土的粒径小于高强度的渣土免烧制品尺寸的1/10，粒径分布为不均匀系数为6，曲率系数为2.4；粉碎高炉矿渣至比表面积为450m²/kg的细粉，将渣土与高炉矿渣充分混合，使高炉矿渣包覆渣土表面，获得固体混合物；

将NaOH、水玻璃和水混合，静置24h至平衡，获得碱性激发剂；

将配制好的碱性激发剂缓慢添加到固体混合物并在行星搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为15min，使得固体混合物充分湿润获得混合湿料，将混合湿料装入模具中，边装料边人工压实，再采用液压试验机缓慢加压，压力为10MPa，持续5s，卸载压力，表面覆盖塑料薄膜并静置24h，脱模时采用软质锤子将成型制品推出；将成型制品采用塑料薄膜包覆养护13天，去掉塑料薄膜，常温常压条件下，再养护18天，获得高强度的渣土免烧制品。

将上述高强度的渣土免烧制品试件端面打磨平整光滑，冻融循环试验参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)中的快冻法进行改进，高强度的渣土免烧制品分别经过0次、15次、25次和40次冻融循环后进行单轴压缩实验，测量其应力应变全曲线，参照图9、10、11和12，采用该配比制作的四个试件，冻融0次后单轴压缩强度平均值为43MPa，冻融15次后单轴压缩强度平均值为50.7MPa，冻融25次后单轴压缩强度平均值为43.9MPa，冻融40次后单轴压缩强度平均值为38.8MPa。依据GB/T5101-2017第6.4.3条规定，烧结砖15次冻融试验后，每块砖样不准出现分层、掉皮、缺棱、掉角等冻坏现象；冻后裂纹长度小于规范要求。依据JGT505-2016《建筑垃圾再生骨料实心砖》，夏热冬暖地区15次，夏热冬冷地区25次，寒冷地区35次冻融试验强度损失小于25％。本发明制备获得的高强度的渣土免烧制品完全满足抗冻融的要求。

由实施例1、实施例2和实施例3可知，如图13和图14所示，高强度的渣土免烧制品试件密度随高炉矿渣与渣土质量比增加而减小，表明高炉矿渣相比渣土更难压实，但是单轴压缩强度却随高炉矿渣与渣土质量比增加而增大，主要由于高炉矿渣含量增加，化学反应生成的胶凝物增加，并且新生成胶凝物质对单轴压缩强度的增加量大于密实度减小导致的强度下降量，从而高强度的渣土免烧制品试件在整体上表现为单轴压缩强度上升趋势。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强度的渣土免烧制品，其特征在于，包括：以重量份计，

高炉矿渣30～50份，渣土60～80份，碱性激发剂10～25份，所述碱性激发剂包括以重量份计：NaOH或KOH 1～3份，水玻璃5～15份，水2～10份；

随着水分的逐渐散失，孔隙溶液浓度更大，在高碱性条件下，渣土中的氧化硅和氧化铝被缓慢释放出来，与孔隙溶液中的碱性激发剂反应，生成地聚物，一方面填充孔隙，另一方面更好的胶结渣土颗粒，进而提升高强度的渣土免烧制品的长期强度，并使得试件具有良好的抗冻融特性；

碱性激发剂中水为2～10份，通过添加适量水以保证混合料中化学反应顺利进行和便于后续的压制成型，液固比在最优含水率附近，确保混合料压实时能达到较高密实度；

所述渣土的粒径小于所述高强度的渣土免烧制品尺寸的1/10，所述渣土的粒径分布为不均匀系数＞5，曲率系数为1～3，所述渣土包括粒径为0.075mm～2mm的砂粒、粒径为0.005mm～0.075mm的粉粒和粒径小于0.005mm的黏粒；

渣土既作为骨料，也作为化学反应的原材料，需要将渣土经过风干、粉碎、筛分，筛分后的渣土的粒径小于高强度的渣土免烧制品尺寸的1/10，以确保高强度的渣土免烧制品的均匀性；

所述高强度的渣土免烧制品的密度＞1970kg/m³；

所述高强度的渣土免烧制品的承受40次以上冻融循环。

2.根据权利要求1所述的高强度的渣土免烧制品，其特征在于，

所述高炉矿渣为比表面积＞300m²/kg的细粉，所述高炉矿渣的粒径小于80μm，其50%以上颗粒小于10μm；

所述水玻璃的模数为2.8～3.2。

3.根据权利要求1所述的高强度的渣土免烧制品，其特征在于，

所述高强度的渣土免烧制品的单轴抗压强度＞30MPa。

4.一种权利要求1至3任一项所述的高强度的渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，

将高炉矿渣和渣土混合均匀，获得固体混合物；将所述固体混合物与碱性激发剂混合并搅拌，成型，养护，获得所述高强度的渣土免烧制品。

5.根据权利要求4所述的高强度的渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，

所述碱性激发剂制备的具体步骤包括：将NaOH或KOH、水玻璃和水混合，静置至平衡，获得所述碱性激发剂；

所述静置的时间为20h～28h。

6.根据权利要求4所述的高强度的渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，

所述搅拌的时间为10min～20min。

7.根据权利要求4所述的高强度的渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，

所述成型的具体步骤包括：将所述固体混合物与所述碱性激发剂搅拌后装入模具中，采用浇筑、振动冲击或压制中的一种成型方式进行成型，表面覆盖保护膜，静置20h～28h后脱模。

8.根据权利要求7所述的高强度的渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，

所述养护的具体步骤包括：采用所述保护膜包覆养护10天～30天，去掉所述保护膜，再养护15天～20天。

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