CN111189705A - 一种快速检测应用于建筑材料中的固体废弃物活性的方法 - Google Patents

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房桂明
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Abstract

本发明涉及固体废弃物活性检测领域，具体涉及一种快速检测应用于建筑材料中的固体废弃物活性的方法。本发明所述方法包括如下步骤：将所述固体废弃物与包括强碱的活性激发物料混合，制备成待测试件，通过测试所述待测试件的力学指标变化来检测所述固体废弃物的活性。本发明所述方法测试周期短，仅3天就可以评价工业固体废弃物的活性，而且本发明所述方法可单一地评价固体废弃物活性，使其利用更具合理性和科学性。

Description

一种快速检测应用于建筑材料中的固体废弃物活性的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物活性检测领域，具体涉及应用于建筑材料中的工业固体废弃物活性的测试方法。
背景技术
2018年我国大宗工业固体废弃物产生量约为34.49亿吨，其利用量为18.48亿吨，利用率约为53.58％。我国大宗工业固体废弃物综合利用主要集中在建筑材料行业，其中水泥、混凝土和新型建材每年消耗的大宗工业固体废弃物量约占建筑行业工业固废利用总量的70％，被利用的工业固废主要为煤基固废、冶炼废渣、钙基废物等工业固体废弃物。
工业固体废弃物被利用于水泥、混凝土和新型建材主要是依据工业固废的形态效应、微集料效应、火山灰效应(简称：活性)以及化学组成和矿物组成进行。其中火山灰效应即活性是指工业固体废弃物中的活性二氧化硅和氧化铝与水泥水化产物氢氧化钙发生反应生成具有胶凝作用的产物进而形成强度。目前GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和GB/T 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中分别涉及到了粉煤灰和粒化高炉矿渣粉(简称：矿粉)活性评价，其中粉煤灰的活性评价是用粉煤灰替代30％的水泥，矿粉的活性评价是用矿粉替代50％的水泥，制备出胶砂试件，最终以28d抗压强度与基准试件28d抗压强度的比值作为粉煤灰、矿粉的活性评价。其他的固体废弃物也大多采用此类办法进行活性评价，但是这类活性评价方法存在两点不足，第一是评价周期长，需要等到28天；第二是该方法经过28天的反应后其实是工业固体废弃物活性、微集料及形态效应的综合评价，并不是专门针对其活性进行的评价。
考虑到现阶段越来越多的工业固体废物逐渐被应用于建筑材料中，快速准确测试工业固体废物的活性十分重要。基于此，特提出本发明。
发明内容
本发明提供一种快速检测应用于建筑材料中的固体废弃物活性的方法，包括如下步骤：将所述固体废弃物与包括强碱的活性激发物料混合，制备成待测试件，通过测试所述待测试件的力学指标变化来检测所述固体废弃物的活性。
活性是大宗固体废弃物建材化利用的关键指标之一，其反应机理为大宗工业固体废物经高温冷却后形成的具有活性二氧化硅和氧化铝等硅酸盐玻璃体与水泥水化产物氢氧化钙发生反应生成具有胶凝作用进而形成强度。但是目前活性评价的方法存在二氧化硅和氧化铝等硅酸盐玻璃体的工业固体废弃物与水泥水化产物氢氧化钙反应缓慢的问题，导致活性评价周期长，同时由于存在水泥的水化等因素，活性评价成为了综合的评价。因此本发明从活性的机理出发采用强碱激发具有活性二氧化硅和氧化铝等硅酸盐玻璃体的工业固体废弃物，激发后能够快速地生成具有三维网状的四面体结构材料，可在较短的时间内通过测试试件力学性能来评价活性。
本发明所述活性激发物料是包括强碱及其他活性激发物的混合物材料。
优选的，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
优选的，所述活性激发物料为氢氧化钠、硅酸钠和水的混合物；
进一步优选的，所述氢氧化钠、硅酸钠和水的质量比为0.018～0.022：0.08～0.12：0.34～0.36。
进一步优选的，所述固体废弃物与所述氢氧化钠、硅酸钠和水的质量比为1：0.018～0.022：0.08～0.12：0.34～0.36。
优选的，所述待测试件为胶砂试件或净浆试件。
优选的，所述力学指标为3d后所述待测试件的抗压强度。
优选的，所述胶砂试件或净浆试件的养护条件为温度23℃±2℃；湿度≥50％。
优选的，所述胶砂试件或净浆试件在养护的过程中表面覆盖保鲜膜，避免试件中水分蒸发影响试件水化反应。
优选的，若胶砂试件或净浆试件的抗压强度为0MPa，则该工业固体废弃物无活性；
若胶砂试件或净浆试件的抗压强度大于0且小于20.0MPa，则该工业固体废弃物为低活性；
若胶砂试件或净浆试件的抗压强度大于等于20.0MPa，则该工业固体废弃物为高活性。
作为优选的方案，本发明包括如下步骤：
将固体废弃物与包括强碱的活性激发物料混合，制备成胶砂试件或净浆试件，通过测试所述胶砂试件或净浆试件3d后的抗压强度变化来检测所述固体废弃物的活性；
所述活性激发物料为氢氧化钠、硅酸钠和水的混合物，所述固体废弃物与所述氢氧化钠、硅酸钠和水的质量比为1：0.018～0.022：0.08～0.12：0.34～0.36；
若胶砂试件或净浆试件的抗压强度为0MPa，则该工业固体废弃物无活性；
若胶砂试件或净浆试件的抗压强度大于0且小于20.0MPa，则该工业固体废弃物为低活性；
若胶砂试件或净浆试件的抗压强度大于等于20.0MPa，则该工业固体废弃物为高活性。
作为优选的操作方式，本发明的方法包括如下步骤：
1)将待测固体废弃物制备成比表面积≥350m2/kg的粉体材料；
2)将所述粉体材料与标准砂、氢氧化钠、硅酸钠和水按质量比1：3：0.02：0.1：0.35充分混合，制备成40mm×40mm×160mm的胶砂试件，室温下养护3天后脱模检测其抗压强度；
若胶砂试件的抗压强度为0MPa，则该工业固体废弃物无活性；
若胶砂试件的抗压强度大于0且小于20.0MPa，则该工业固体废弃物为低活性；
若胶砂试件的抗压强度大于等于20.0MPa，则该工业固体废弃物为高活性。
作为优选的操作方式，本发明的方法包括如下步骤：
1)将待测固体废弃物制备成比表面积≥350m2/kg的粉体材料；
2)将所述粉体材料与氢氧化钠、硅酸钠和水按质量比1：0.02：0.1：0.35充分混合，制备成净浆试件，室温下养护3天后脱模检测其抗压强度；
若净浆试件的抗压强度为0MPa，则该工业固体废弃物无活性；
若净浆试件的抗压强度大于0且小于20.0MPa，则该工业固体废弃物为低活性；
若净浆试件的抗压强度大于等于20.0MPa，则该工业固体废弃物为高活性。
优选的，本发明所述固体废弃物为煤基固废、冶炼废渣或钙基废物中的一种或几种。主要包括粉煤灰、矿渣、钢渣和尾矿。
优选的，所述标准砂为厦门ISO标准砂。
优选的，制备成胶砂试件/净浆试件前，用部分所述水对所述氢氧化钠和硅酸钠进行预溶。由于氢氧化钠和硅酸钠的用量较少且均为粉状，先用部分水对其进行预溶更有利于实现均匀地混合。
优选的，制备成比表面积≥350m2/kg的粉体材料的具体操作为：
若所述工业固体废弃物若为块状，为提高粉磨效率，首先将其破碎成大小3mm以下的小块，即破碎的小块能够通过3mm的方孔筛，然后通过球磨机进行粉磨，制成比表面积≥350m2/kg的粉体材料；
若选取的工业固体废弃物若为粉状，直接对其进行球磨，制成比表面积≥350m2/kg的粉体材料。
本发明具有如下有益效果：
1)由于强碱与硅酸盐等物料的反应速度快，本发明所述方法可在短期内评价工业固体废弃物的活性，测试周期短。
2)本发明所述方法可单一地评价固体废弃物活性，使其利用更具合理性和科学性。
3)通过本发明的活性测试，可指导工业固体废弃物的大宗利用，将适合的和有益的工业固体废弃物用在合适的建筑材料中，实现综合利用的同时实现废弃物价值的最大化利用。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例中涉及的标准砂为厦门ISO标准砂。
粉煤灰-Ⅰ、粉煤灰-Ⅱ、S95级粒化高炉矿渣微粉均来自北京金隅混凝土有限公司，其比表面积分别为360m2/kg、650m2/kg、435m2/kg。
钒钛磁铁尾矿微粉来自成河北睿索固废工程技术研究院有限公司，其比表面积分别410m2/kg、510m2/kg和630m2/kg。
转炉钢渣微粉来自首钢京唐公司，其比表面积为420m2/kg。
氢氧化钠、硅酸钠购自北京市通广精细化工公司，以上氢氧化钠、硅酸钠均为粉体。
实施例1～7
将粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉、尾矿微粉、钢渣微粉粉碎至比表面积≥350m2/kg分别按照固体废弃物粉体材料、标准砂、氢氧化钠、硅酸钠、水按照重量比为1:3:0.02:0.1:0.35充分混合，制成40mm×40mm×160mm胶砂试件，或者所述粉体材料与氢氧化钠、硅酸钠和水按质量比1：0.02：0.1：0.35充分混合，制备成净浆计划体制，测试3d强度，其结果见表1。
表1固体废弃物活性评价结果
Figure BDA0002366824560000061
对比例1～7
将粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉、尾矿微粉、钢渣微粉以替代30％或者50％水泥测试胶砂28d抗压强度，其结果见表2。
表2固体废弃物活性指数
Figure BDA0002366824560000071
注：*上述测试按照GB/T 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》测试方法进行，其他均按照GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》测试方法进行。
由以上可以看出，本发明的测试结果与国标GB/T 18046-2017和GB/T 1596-2017对于活性的判断规律是一致的(即国标中百分数的高低与本申请对于活性的判断一致)。同时，本领域公知，钒钛磁铁尾矿微粉的化学组成也是由二氧化硅、氧化钙和氧化铝等组成，但均以铁角闪石、透辉石、斜长石、绿泥石、云母和钛铁矿等晶体形式存在，因此其事实上没有活性。采用国标的方法测试后其活性为60％以上，其实是粉体的微集料和填充效应的综合体现，并不是单独的活性的体现，这也体现了现有国标所述方法的局限性，即不可单独地表示废弃料的活性。而本发明的方法可实现仅对“活性”这个指标进行准确地判断。
因此本发明所述方法可实现对物料活性的准确检测。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种快速检测应用于建筑材料中的固体废弃物活性的方法，其特征在于，将所述固体废弃物与包括强碱的活性激发物料混合，制备成待测试件，通过测试所述待测试件的力学指标变化来检测所述固体废弃物的活性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述活性激发物料为氢氧化钠、硅酸钠和水的混合物；优选的，所述氢氧化钠、硅酸钠和水的质量比为0.018～0.022：0.08～0.12：0.34～0.36。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述固体废弃物与所述氢氧化钠、硅酸钠和水的质量比为1：0.018～0.022：0.08～0.12：0.34～0.36。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述待测试件为胶砂试件或净浆试件。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述力学指标为3d后所述待测试件的抗压强度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若胶砂试件或净浆试件的抗压强度为0MPa，则该工业固体废弃物无活性；
若胶砂试件或净浆试件的抗压强度大于0且小于20.0MPa，则该工业固体废弃物为低活性；
若胶砂试件或净浆试件的抗压强度大于等于20.0MPa，则该工业固体废弃物为高活性。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将待测固体废弃物制备成比表面积≥350m2/kg的粉体材料；
2)将所述粉体材料与标准砂、氢氧化钠、硅酸钠和水按质量比1：3：0.02：0.1：0.35充分混合，制备成40mm×40mm×160mm的胶砂试件，室温下养护3天后脱模检测其抗压强度；
若胶砂试件的抗压强度为0MPa，则该工业固体废弃物无活性；
若胶砂试件的抗压强度大于0且小于20.0MPa，则该工业固体废弃物为低活性；
若胶砂试件的抗压强度大于等于20.0MPa，则该工业固体废弃物为高活性。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将待测固体废弃物制备成比表面积≥350m2/kg的粉体材料；
2)将所述粉体材料与氢氧化钠、硅酸钠和水按质量比1：0.02：0.1：0.35充分混合，制备成净浆试件，室温下养护3天后脱模检测其抗压强度；
若净浆试件的抗压强度为0MPa，则该工业固体废弃物无活性；
若净浆试件的抗压强度大于0且小于20.0MPa，则该工业固体废弃物为低活性；
若净浆试件的抗压强度大于等于20.0MPa，则该工业固体废弃物为高活性。
10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，所述固体废弃物为煤基固废、冶炼废渣或钙基废物中的一种或几种。
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