CN113845322B - 一种废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

一种废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料，包括镍渣、粉煤灰和废玻璃；以所述镍渣和所述粉煤灰为原料，利用废玻璃部分替代或者全部替代碱性激发剂，制备镍渣‑粉煤灰基地质聚合物。本发明提出了提出了利用废玻璃粉替代碱性激发剂制备地质聚合物的新思路，能够有效的解决氢氧化钠复配水玻璃得到的碱性激发剂成本高的问题。本发明能够有效，有规模的利用镍渣和粉煤灰制备地质聚合物，使镍渣和粉煤灰等工业固体废弃物得到有效的资源化利用，同时制备过程几乎无污染，是一种环保建筑材料，此外，本发明掺入活性物质CaO来有效提高地质聚合物的活性。

Description

一种废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及地质聚合物胶凝材料技术领域，尤其涉及一种废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料及其制备方法。
背景技术
近年来我国不锈钢产量不断增长，镍的需求量也逐步提高，生产排放的镍渣越来越多。露天的废渣堆放，不仅占用了大量的土地资源，还污染了生态环境。镍渣的综合利用问题得到日益重视。但与普通镍渣相比，本发明所用的镍渣富含硅镁元素，含有较多的镁铁橄榄石稳定相。采用镍渣制备的地质聚合物发现其活性较差，难以激发其活性。
同时，我国废玻璃排放量非常大，占城市固体废料约10％，大量的废弃玻璃弃之不用，也会造成资源、能源的双浪费。根据其化学成分，废玻璃有替代碱性激发剂制备地质聚合物的潜力和优点，有很多学者将废玻璃以骨料方式填充在混凝土中，这不仅减少了废玻璃的堆积，还可以降低天然资源消耗，丰富了混凝土等的定义以及应用。但是废玻璃的潜力远不止替代混凝土骨料，因此，进一步的实现对废玻璃的开发利用，也成为本领域技术人员的当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提出一种实现资源利用，并且有效激发地质聚合物活性的废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提出一种废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料，包括镍渣、粉煤灰和废玻璃；以所述镍渣和所述粉煤灰为原料，利用废玻璃部分替代或者全部替代碱性激发剂，制备镍渣-粉煤灰基地质聚合物。
进一步的，所述镍渣的化学成分包括：SiO2、MgO和Fe2O3，球磨后所述镍渣平均粒径为19.01～68.45μm。
进一步的，所述粉煤灰的化学成分包括：SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO；球磨后所述粉煤灰平均直径为3.24～55.50μm。
进一步的，所述废玻璃的化学成分包括SiO2、MgO、Na2O、和CaO；球磨后的所述废玻璃平均直径为2.01～50.45μm。
进一步的，所述碱性激发剂采用氢氧化钠复配固体硅酸钠得到水玻璃模数为1.2～1.4的碱性激发剂。
进一步的，所述碱性激发剂为原料重量的10％～17％；所述粉煤灰掺量为原料重量的30％～37％；所述镍渣掺量为原料重量的40％～53％，在所述镍渣中掺入5～10％的含CaO的废渣并进行球磨混合均匀。
进一步的，所述废玻璃占所述碱性激发剂总质量的0％-100％。
本发明还提出一种地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按试验配比称取水玻璃、氢氧化钠和去离子水，倒入烧杯中搅拌，混合均匀后，澄清12h以上得到碱性激发剂；
步骤2：按试验配比称取镍渣、粉煤灰和所述碱性激发剂，废玻璃分别称取碱性激发剂总质量的0％、20％、40％、60％、80％或者100％，相应的所述碱性激发剂分别称取100％、80％、60％、40％、20％或者0％；将其倒入烧杯中中搅拌1min获得均匀混合的碱性激发剂；
步骤3：将所述镍渣、疏忽粉煤灰倒入净浆搅拌机中搅拌混合均匀，然后将碱性激发剂倒入净浆搅拌机中搅拌后得到混合均匀的浆体；
步骤4：采用浇注法制备地质聚合物，将所述浆体倒入模具中，放到振实台上振实到无气泡析出，得到紧密的坯块；
步骤5：将振实好的所述坯块放入高温养护箱中养护，成型一天后脱模；放在标准养护箱中养护，直至规定龄期取出，得到镍渣-粉煤灰基地质聚合物；
步骤6：对制备的所述镍渣-粉煤灰基地质聚合物进行性能测试。
进一步的，在步骤5中，所述高温养护箱的温度为60℃，相对湿度为95％
与现有技术相比，本发明的优势之处在于：
1、本发明提出了提出了利用废玻璃粉替代碱性激发剂制备地质聚合物的新思路，能够有效的解决氢氧化钠复配水玻璃得到的碱性激发剂成本高的问题。
2、本发明能够有效，有规模的利用镍渣和粉煤灰制备地质聚合物，使镍渣和粉煤灰等工业固体废弃物得到有效的资源化利用，同时制备过程几乎无污染，是一种环保建筑材料。
3、本发明掺入活性物质CaO来有效提高地质聚合物的活性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在以下的实施例中，采用废玻璃粉制备的地质聚合物的主要原料是工业固体废弃物镍渣、粉煤灰、废玻璃以及碱性激发剂。
1、镍渣
其主要的化学成分为：SiO2为48％～52％，MgO为28％～31％，Fe2O3为10％～13％，CaO为2％～5％；球磨后的镍渣平均粒径为29.01μm。
2、粉煤灰
其主要的化学成分为：SiO2为50％～54％，Al2O3为18％～22％％，Fe2O3为7％～10％，CaO为8％～13％；粉煤灰平均直径为16.24μm。
3、废玻璃
废玻璃的主要化学质量分数组成为SiO2为70％～74％，MgO为2％～5％，Na2O为12％～15％，CaO为8％～13％；球磨后的废玻璃平均直径为18.57μm。
4、碱性激发剂
采用氢氧化钠复配固体硅酸钠得到水玻璃模数为1.2的碱性激发剂。
5、水
采用去离子水作为拌合水。
6、按照如下步骤进行实验
(1)按试验配比称取或量取水玻璃、氢氧化钠和去离子水，倒入烧杯中搅拌，混合均匀后，澄清12h以上得到碱性激发剂；
(2)按试验配比称取50％的镍渣、35％的粉煤灰和15％的碱性激发剂(水玻璃)，废玻璃分别称取碱性激发剂总质量的0％、20％、40％、60％、80％，相应地氢氧化钠与水玻璃复配的碱性激发剂分别称取100％、80％、60％、40％、20％；将其倒入烧杯中中搅拌1min获得均匀混合的碱性激发剂；
(3)将镍渣、粉煤灰倒入净浆搅拌机中搅拌30s混合均匀，然后将碱性激发剂倒入净浆搅拌机中搅拌1min30s左右，得到混合均匀的浆体；
(4)采用浇注法制备地质聚合物，将浆体倒入模具(40mm×40mm×40mm)中，放到振实台上振实到无气泡析出，得到紧密的坯块；
(5)将振实好的坯块放入高温养护箱中(温度为60℃，相对湿度为95％)养护，成型一天后脱模；放在标准养护箱中养护，直至规定龄期取出，得到镍渣-粉煤灰基地质聚合物；
(6)对所制备的镍渣-粉煤灰基地质聚合物进行性能测试。地质聚合物的抗压强度按照GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测定胶砂强度，用TES-10000型压力试验机对地质聚合物进行抗压强度测试。将待测试的地质聚合物放在夹具中间，保持均匀平稳的加荷，加荷控制平均速度为2kN/s，直至试样破坏，记录最大破坏载荷P。试验测试三块相同试样的抗压强度，取平均值，计算结果精确至0.1MPa。
下面通过实施例进一步说明本发明：
S1：随着废玻璃占比越来越大，即替代水玻璃碱性激发剂量越来越大，其中氢氧化钠和水玻璃复配的碱性激发剂总体占比为15％，镍渣占比为50％，粉煤灰占比为35％，水灰比为0.4；将上述材料放入净浆搅拌机中，获得均匀浆体后，装入模具成型，养护3d、7d、28d得到一种废玻璃粉替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料，进行抗压强度的测试。废玻璃替代量为0％时，抗压强度最大为29.27MPa；在废玻璃替代量不为0％的地质聚合物中，随着废玻璃替代量的增加，地质聚合物在各龄期的抗压强度先升高后下降，但始终都比未掺入废玻璃的地质聚合物抗压强度低。在废玻璃替代量为40％时，抗压强度最高，3d抗压强度为15.86MPa，28d抗压强度为23.79MPa；当废玻璃替代量为80％时，3d抗压强度为3.11MPa，28d抗压强度只有7.23MPa，比最大抗压强度低69.6％，其结果见表1。
S2：对地质聚合物进行抗折强度的测试。废玻璃替代量为0％时，抗折强度最大为4.62MPa；在废玻璃替代量不为0％的地质聚合物中，随着废玻璃替代量的增加，地质聚合物在各龄期的抗折强度与抗压强度呈一样的趋势，均是先升高后下降，但始终都比未掺入废玻璃的地质聚合物抗折强度低。在废玻璃替代量为40％时，抗折强度最高，3d抗折强度为2.42MPa，28d抗折强度为3.32MPa；当废玻璃替代量为80％时，3d抗折强度为0.65MPa，28d抗折强度只有1.16MPa，比最大抗折强度低65.1％。因此可以认为，相对适宜的废玻璃替代量为40％，其结果见表2。
S3：对地质聚合物进行体积变化率测试。在养护龄期内，地质聚合物体积变化表现为持续膨胀并最终趋于稳定。不掺废玻璃的地质聚合物养护3d的膨胀值为0.054±0.002mm，养护28d的膨胀值为0.057±0.002mm；而替代量为80％废玻璃的地质聚合物养护3d的膨胀值为0.037±0.002mm，养护28d的膨胀值为0.039±0.002mm，其结果见表3。
表1
Figure BDA0003320803410000061
表2
Figure BDA0003320803410000062
Figure BDA0003320803410000071
表3
Figure BDA0003320803410000072
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料，其特征在于，为镍渣、粉煤灰、废玻璃和碱性激发剂制备；以所述镍渣和所述粉煤灰为原料，利用废玻璃替代40%的碱性激发剂，制备镍渣-粉煤灰基地质聚合物；
所述碱性激发剂为原料重量的10%~17%；所述粉煤灰掺量为原料重量的30%~37%；所述镍渣掺量为原料重量的40%~53%，在所述镍渣中掺入原料重量5~10%的含CaO的废渣并进行球磨混合均匀。
2.根据权利要求1所述的废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述镍渣的化学成分包括：SiO2、MgO和Fe2O3，球磨后所述镍渣平均粒径为19.01~68.45 μm。
3.根据权利要求1所述的废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰的化学成分包括：SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO；球磨后所述粉煤灰平均直径为3.24~55.50 μm。
4.根据权利要求1所述的废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述废玻璃的化学成分包括SiO2、MgO、Na2O、和CaO；球磨后的所述废玻璃平均直径为2.01~50.45 μm。
5.根据权利要求1所述的废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述碱性激发剂采用氢氧化钠复配固体硅酸钠得到水玻璃模数为1.2~1.4的碱性激发剂。
6.一种地质聚合物胶凝材料的制备方法，制备如权利要求1-5中任意一项所述的废玻璃替代碱性激发剂制备的地质聚合物胶凝材料，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按试验配比称取水玻璃、氢氧化钠和去离子水，倒入烧杯中搅拌，混合均匀后，澄清12 h以上得到碱性激发剂；
步骤2：按试验配比称取镍渣、粉煤灰和所述碱性激发剂，废玻璃分别称取碱性激发剂总质量的40%，相应的所述碱性激发剂分别称取60%；将其倒入烧杯中搅拌1 min获得均匀混合的碱性激发剂；
步骤3：将所述镍渣、所述粉煤灰倒入净浆搅拌机中搅拌混合均匀，然后将碱性激发剂倒入净浆搅拌机中搅拌后得到混合均匀的浆体；
步骤4：采用浇注法制备地质聚合物，将所述浆体倒入模具中，放到振实台上振实到无气泡析出，得到紧密的坯块；
步骤5：将振实好的所述坯块放入高温养护箱中养护，成型一天后脱模；放在标准养护箱中养护，直至规定龄期取出，得到镍渣-粉煤灰基地质聚合物；
步骤6：对制备的所述镍渣-粉煤灰基地质聚合物进行性能测试。
7.根据权利要求6所述的地质聚合物胶凝材料的制备方法，其特征在于，在步骤5中，所述高温养护箱的温度为60 ℃，相对湿度为95%。
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