CN111056757B - 一种利用废渣配制的快硬水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用废渣配制的快硬水泥及其制备方法，它由废镁砖、废石膏、磷酸二氢铵、硼砂和矿物掺合料按一定的重量比配制而成。该快硬水泥具有凝结时间更易调控，强度高，折压比大，粘结力强，耐水性和安定性好等优点。

Description

一种利用废渣配制的快硬水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种利用废渣配制的快硬水泥及其制备方法，属于快速修补材料领域。
背景技术
随着我国经济社会快速发展，交通工程由基础设施建设为主，向建设和养护并重转变。机场跑道、公路桥梁和市政工程等水泥混凝土结构在服役过程中，由于受到荷载的反复作用以及周围环境的周期性影响，不可避免地产生破损，如未及时采取有效的修补措施，破损程度将不断加大，水泥混凝土结构的劣化速度会迅速增长，因此，水泥混凝土路面的修补工作已逐渐成为交通行业的重点和难点，修补材料性能的优劣是影响修补质量的关键因素。
目前，国内用于机场跑道、公路桥梁、市政路面等基础设施的快速修补材料主要包括：快硬硫铝酸盐水泥、高铝水泥和氟铝酸盐水泥等。这些修补材料主要存在不足：①粘结强度低，不能解决水泥混凝土结构表层病害问题，不适合用做薄层修补材料；②对养护要求高，易产生裂纹，甚至使修补失效；③后期强度存在倒缩现象，尤其是抗折强度，这也是其内部产生裂缝导致的；④表面易起粉，耐磨性差；⑤低温环境下，小时强度低，不能满足快速开放交通的要求。
磷酸镁水泥具有凝结硬化快，小时强度高，与水泥混凝土的粘结强度高，耐磨性好等优点，但是磷酸盐水泥水化热大，放热集中；耐水性差，长期浸泡在水中时，强度甚至会发生倒缩现象；未反应的游离氧化镁颗粒在潮湿环境下，缓慢发生水化反应，局部体积膨胀，可能导致磷酸盐水泥胀裂，因此存在安定性隐患。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺陷而提供一种利用废渣配制的快硬水泥。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种利用废渣配制的快硬水泥，由废镁砖、废石膏、磷酸二氢铵、硼砂和矿物掺合料配制而成，各组分按重量百分比的配比如下：
Figure BDA0002347323070000021
优选的，一种利用废渣配制的快硬水泥，各组分按重量百分比的配比如下：
Figure BDA0002347323070000031
所述的废镁砖选自玻璃窑、水泥回转窑和炼钢碱性平炉等耐火砖废料，包括烧结镁砖、化学结合镁砖、镁碳砖和镁铝砖中的一种或几种。
所述的废镁砖再经破碎、粉磨成粉末状，细度小于180目。
所述的废石膏选自制造磷酸产生的工业废渣，质量含量大于80％。
所述磷酸二氢铵为工业级，纯度大于97％。
所述的硼砂为工业级硼砂，纯度大于90％。
所述的矿物掺合料由粉煤灰、矿渣、硅灰中的一种或多种组成。
一种利用废渣配制的快硬水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硼砂颗粒用打粉机粉碎成粉末状；
(2)废镁砖在粉磨过程中，加入废镁砖质量的0.2％～0.8％的有机硅烷作为助磨剂，粉磨后凉至室温。
(3)按重量配比称取各组分原材料，倒入混合机混合20～30分钟，即得到本发明产品。
磷酸盐水泥的水化是基于酸碱中和反应，反应速度快，放热量大且集中，当无缓凝剂掺入时，初凝时间2min左右，在实际工程无法应用；当缓凝剂掺量过大，早期强度低，甚至在温度不适宜的环境下，会出现假凝现象(材料失去工作性，但没强度)，无法满足快速开放交通的要求。
基于以上情况，本发明通过提高原材料的致密性、原材料粉磨方式和缓凝剂(硼砂)等方案来调控磷酸盐水泥凝结时间和水化热。本发明专利的主要原材料为废镁砖，由于废镁砖长期处于1000℃以上的高温环境下，其内部的颗粒晶体更为致密，水稳定性更好；以有机硅烷作为助磨剂，使粉磨后颗粒表面形成薄薄的憎水层，隔绝水分子与废镁砖粉末颗粒，并释放颗粒间的水分，从而实现缓凝和减水的效果，提高水泥工作性，降低用水量，并能在不掺缓凝剂的情况下，也可满足实际工程应用的要求；当环境温度较高时，只需配与适量缓凝剂即可。本发明提供的快硬水泥的水化放热现象较为平缓，有效缓解了磷酸盐水泥放热量大且集中的问题，降低了材料内外温差，避免形成过大的温度应力导致修补失效。
此外，废石膏降低了水泥体系的pH值，促进了水化反应的速度，其中少量的半水石膏与水反应放热，进一步加速了水化反应进程，提高了水泥的早期强度。
本发明具有以下优点和效果：
1)强度高，折压比大，1h抗折/压强度大于5.0/30.0MPa，7d抗折/压强度大于10.0/50.0MPa，28d抗折/压可达到12.0/70.0MPa，折压比大于0.16。
2)粘结力强，3h粘结强度大于4.5MPa，7d粘结强度达到9.0MPa以上，破损界面在旧水泥混凝土上。
3)凝结时间更易调控。本发明通过缓凝剂、硅烷浸渍处理和提高晶体颗粒致密性等方法来调节材料的凝结时间和水化热，扩大了修补材料凝结时间的调控范围，避免由于水化热过于集中对修补效果的不良影响。
4)耐水性和安定性好。在憎水、矿物掺合料复掺和原材料选用等多方面协同作用下，本发明的耐水性和安定性显著提高。
5)抗冻性和抗盐冻剥蚀性能优异，30次冻融循环后，其表面才开始剥蚀破坏。
6)抗裂性好，干缩极小，体积稳定性好。
7)高耐磨，致密的废镁砖颗粒提高了材料的抗磨损性能。
8)成本低廉，绿色环保。主要原材料为废镁砖、废石膏和其他工业废弃物，不仅成本低廉，而且为工业废渣的再利用提供了新的途径。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种利用废渣配制的快硬水泥，按重量百分比的配比如下：
Figure BDA0002347323070000061
废镁砖由烧结镁砖和化学结合镁砖按1:1混合而成，矿物掺合料由粉煤灰和硅灰按1:1混合而成。
所述的快速水泥通过以下步骤配制而成：硼砂用打粉机粉粹成粉末状；废镁砖经破碎、粉磨处理，细度小于180目，在粉磨过程中，加入0.2％～0.8％的有机硅烷作为助磨剂；按重量配比称取各组分原材料，倒入混合机混合20～30分钟，即得到本发明产品。
将制备的快硬水泥与水、砂按以下配比拌合均匀配制成砂浆，快硬水泥：水：砂＝1：0.16：1(质量比)，其性能测试结果见表1。
实施例2
一种利用废渣配制的快硬水泥，按重量百分比的配比如下：
Figure BDA0002347323070000062
废镁砖由化学结合镁砖和镁铝砖按2:1混合而成，矿物掺合料由粉煤灰和硅灰按2:1混合而成。按实施例1的步骤配制得到本发明专利。
将制备的快硬水泥与水、砂按以下配比拌合均匀配制成砂浆，快硬水泥：水：砂＝1：0.12：1(质量比)，其性能测试结果见表1。
实施例3
一种利用废渣配制的快硬水泥，按重量百分比的配比如下：
Figure BDA0002347323070000071
废镁砖由烧结镁砖和镁碳砖按2:1混合而成，矿物掺合料由粉煤灰和矿粉按1:1混合而成。按实施例1的步骤配制得到本发明专利。
将制备的快硬水泥与水、砂按以下配比拌合均匀配制成砂浆，快硬水泥：水：砂＝1：0.11：1(质量比)，其性能测试结果见表1。
实施例4
一种利用废渣配制的快硬水泥，按重量百分比的配比如下：
Figure BDA0002347323070000072
Figure BDA0002347323070000081
废镁砖为烧结镁砖，矿物掺合料为硅灰。按实施例1的步骤配制得到本发明专利。
将制备的快硬水泥与水、砂按以下配比拌合均匀配制成砂浆，快硬水泥：水：砂＝1：0.13：1(质量比)，其性能测试结果见表1。
实施例5
一种利用废渣配制的快硬水泥，按重量百分比的配比如下：
Figure BDA0002347323070000082
废镁砖由烧结镁砖和化学结合镁砖按1:1混合而成，矿物掺合料由硅灰和矿粉按1:3混合而成。按实施例1的步骤配制得到本发明专利。
将制备的快硬水泥与水、砂按以下配比拌合均匀配制成砂浆，快硬水泥：水：砂＝1：0.16：1(质量比)，其性能测试结果见表1。
对比例1
一种快硬水泥，按重量百分比的配比如下：
Figure BDA0002347323070000091
金属氧化物粉末为重烧氧化镁粉末，细度不小于180目，矿物掺合料为粉煤灰。按重量配比称取各组分原材料，倒入混合机混合30分钟左右即可。
将制备的快硬水泥与水、砂按以下配比拌合均匀配制成砂浆，快硬水泥：水：砂＝1：0.14：1(质量比)，其性能测试结果见表1。
对比例2
一种快硬水泥，按重量百分比的配比如下：
Figure BDA0002347323070000092
金属氧化物粉末为重烧氧化镁粉末，细度不小于180目，矿物掺合料为粉煤灰。按重量配比称取各组分原材料，倒入混合机混合30分钟左右即可。
将制备的快硬水泥与水、砂按以下配比拌合均匀配制成砂浆，快硬水泥：水：砂＝1：0.18：1(质量比)，其性能测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002347323070000101
注：①耐水性采用浸水前后90d抗压强度的比值来表示；对比例1的砂浆试件在浸水过程中，有一块试块出现断裂现象，断截面光滑，没有掉粒现象。
②安定性试验采用试饼法来进行判别。
③水滴试验是在成型后的试件表面滴2～3滴水珠，观察水珠的状态。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；熟悉本领域的技术人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用废渣配制的快硬水泥，其特征在于，由废镁砖、废石膏、磷酸二氢铵、硼砂和矿物掺合料配制而成，各组分按重量百分比的配比如下：
Figure FDA0003278696390000011
所述的废镁砖经破碎，并加入有机硅烷作为助磨剂，粉磨成粉末状，细度小于180目。
2.根据权利要求1所述的一种利用废渣配制的快硬水泥，其特征在于，各组分按重量百分比的配比如下：
Figure FDA0003278696390000012
3.根据权利要求1所述的一种利用废渣配制的快硬水泥，其特征在于，所述的废镁砖选自玻璃窑、水泥回转窑和炼钢碱性平炉耐火砖废料，包括烧结镁砖、化学结合镁砖、镁碳砖和镁铝砖中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种利用废渣配制的快硬水泥，其特征在于，所述的废石膏选自制造磷酸产生的工业废渣，质量含量大于80％。
5.根据权利要求1所述的一种利用废渣配制的快硬水泥，其特征在于，所述磷酸二氢铵为工业级，纯度大于97％。
6.根据权利要求1所述的一种利用废渣配制的快硬水泥，其特征在于，所述的硼砂为工业级硼砂，纯度大于90％。
7.根据权利要求1所述的一种利用废渣配制的快硬水泥，其特征在于，所述的矿物掺合料由粉煤灰、矿渣、硅灰中的一种或多种组成。
8.一种由权利要求1～7任一所述的快硬水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硼砂颗粒用打粉机粉碎成粉末状；
(2)废镁砖在粉磨过程中，加入废镁砖质量0.2％～0.8％的有机硅烷作为助磨剂，粉磨后凉至室温；
(3)按重量配比称取各组分原材料，倒入混合机混合20～30分钟，即得到该快硬水泥。
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