CN114455877B - 一种复合硅酸盐材料及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本申请适用于建筑材料技术领域，提供了一种复合硅酸盐材料及其制备方法、应用；其中，所述复合硅酸盐材料包括以下重量份数的原料：玻璃碎硝63‑100份、花岗岩碎硝0‑10份、陶瓷碎硝0‑15份、钒钙渣0‑12份以及二水硫酸钙0‑5份。本申请通过以玻璃碎硝为主原料，花岗岩碎硝、陶瓷碎硝为辅原料，结合钒钙渣以及二水硫酸钙按照一定配比复配而成的复合硅酸盐材料，经烘干以及细度研磨处理后具有高材料活性，可替代粉煤灰在建材领域中的应用，促进节能减排，经济效益高，缓解水泥行业活性掺和料的市场供应。

Description

一种复合硅酸盐材料及其制备方法、应用

技术领域

本申请属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种复合硅酸盐材料及其制备方法、应用。

背景技术

随着碳的“0”排放政策不断落实，煤发电、煤锅炉、煤冶炼等行业逐渐被“气能源”代替，水泥行业所使用的具有火山灰活性、廉价、理想的掺和料——粉煤灰，将随着“气化”时代推进而结束，建材原料市场急需需求另一种理想、廉价高活性的材料来替代粉煤灰。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种复合硅酸盐材料，旨在提供一种理想、廉价高活性的材料来替代粉煤灰。

本申请实施例是这样实现的，一种复合硅酸盐材料，包括以下重量份数的原料：

玻璃碎硝63-100份、花岗岩碎硝0-10份、陶瓷碎硝0-15份、钒钙渣0-12份以及二水硫酸钙0-5份。

本申请实施例的另一目的在于一种复合硅酸盐材料的制备方法，包括：

按照所述的复合硅酸盐材料的配方称取各原料，备用；

将玻璃碎硝、花岗岩碎硝、陶瓷碎硝、钒钙渣以及二水硫酸钙进行破碎至粒度不大于5mm，得第一混合物；

将所述第一混合物进行不小于200℃的预热处理后，再进行不小于600℃的烘干处理，烘干时间大于10min，经骤冷处理，得第二混合物；

将所述第二混合物进行粉磨处理至比表面积为500-600m²/kg，即得。

本申请实施例的另一目的在于一种所述的复合硅酸盐材料在建筑领域中的应用。

本申请实施例通过以玻璃碎硝为主原料，花岗岩碎硝、陶瓷碎硝为辅原料，结合钒钙渣以及二水硫酸钙按照一定配比复配而成的复合硅酸盐材料，经烘干以及细度研磨处理后具有高材料活性，可替代粉煤灰在建材领域中的应用，促进节能减排，经济效益高，缓解水泥行业活性掺和料的市场供应。

附图说明

图1是本申请实施例提供的工艺设备的结构示意图一；

图2是本申请实施例提供的工艺设备的结构示意图二；

图3是本申请实施例提供的强度与龄期的活性关系图一；

图4是本申请实施例提供的强度与龄期的活性关系图二；

图5是本申请实施例提供的强度与比表面积的活性关系图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

火山灰活性是指火山爆发时，喷发、溢流出地表的火山灰、火山砾、溢流岩浆等高温物质且各组分来不及有序排列结晶即已冷却，其内部原子、离子、分子团多为断裂键非晶质玻璃体无序结构；火山喷发物质单独不具有水硬性，只有磨成微粉后与石灰在水作用下可呈现一般水硬性能，在相应的助磨剂、激发剂条件下，可表现出超强的硅酸盐火山灰活性。

本申请实施例将垃圾处理厂难以分解、消化的生产玻璃的废渣，二次加工后产生的玻璃碎渣、生活后各类玻璃瓶、建材市场石材加工后花岗岩及陶瓷废渣等收集集中以成为水泥、砂浆、砼掺加活性材料的无限资源，为碳“0”排放做出一点贡献，又能垃圾废料利用，缓解水泥行业活性掺和料的市场供应。具体地址，根据玻璃生产工艺与玻璃化学，玻璃的化学成分类似于火山喷发后的灰、砾、溢流物质硅酸盐成份，玻璃生产熔融冷却过程与岩浆溢流冷却过程类似，内部结构也呈玻璃质结构；玻璃生产产生的废料、垃圾较多，玻璃废料经磨粉深加工后应具有一定的火山灰活性。

在本申请实施例中，所述复合硅酸盐材料包括以下重量份数的原料：

玻璃碎硝63-100份、花岗岩碎硝0-10份、陶瓷碎硝0-15份、钒钙渣0-12份以及二水硫酸钙0-5份。

其中，本申请所用玻璃碎屑来源广泛，包括所有日常生活中的酒瓶、酱油瓶、醋瓶等玻璃瓶，以及建材市场玻璃二次加工碎硝等，本申请对所用玻璃碎屑种类不做具体限定。基于重量分析、EDTA滴定法、酸返滴定法、原子吸收分光光度法、灼烧法进行化学成分分析。经化学成分分析确定，本申请所用玻璃碎硝包括以下质量百分比的成分：二氧化硅64-67％、氧化钙9-11％、三氧化二铝6-9％、三氧化二铁1-3％、氧化镁1-4％、氧化钾3-6％、三氧化硫2-4％以及烧失量1-3％。其中，烧失量指的是一些杂质，收集、运输过程中的粉尘、植物等易燃物。

其中，本申请所用花岗岩碎硝以及陶瓷碎硝均为装饰装修、建材市场二次加工的边角废料，本申请对所用花岗岩碎硝、陶瓷碎硝种类不做具体限定。经化学成分分析确定，本申请所用花岗岩碎硝包括以下质量百分比的成分：二氧化硅58.7-73.1％、氧化钙1-4％、三氧化二铝16-19％、三氧化二铁2-5％、氧化镁0.5-2％、氧化钾1-3％、氧化钠0.5-1.5％、三氧化硫0.1-1％以及烧失量3.8-5.8％。本申请所用陶瓷碎硝包括以下质量百分比的成分：二氧化硅46.5-60％、氧化钙0.1-2％、三氧化二铝37-40％、三氧化二铁0.1-2％、氧化镁0.1-2％、氧化钾0.1-1％、氧化钠0.1-1.5％、三氧化硫0.5-2％以及烧失量2-3％。

其中，本申请所用钒钙渣来源于陕西省安康市江华集团钒矿冶炼车间的废渣。经化学成分分析确定，本申请所用钒钙渣包括以下质量百分比的成分：二氧化硅20-23％、氧化钙68-71％、三氧化二铝1-2％、三氧化二铁0.5-1％、氧化镁2-3％以及烧失量3-4％。

其中，本申请所用二水硫酸钙来源于陕西省汉中市西乡石膏矿厂。经化学成分分析确定，本申请所用二水硫酸钙包括以下质量百分比的成分：二氧化硅9-11％、氧化钙37-40％、三氧化二铝0.1-1％、三氧化二铁0.1-1％、三氧化硫45-48％以及粘土3-6％。

在本申请一种具体实施例中，所述复合硅酸盐材料均由玻璃碎硝组成。

在本申请一种具体实施例中，所述复合硅酸盐材料包括以下重量份数的原料：

玻璃碎硝63-74份、花岗岩碎硝8-10份、陶瓷碎硝10-15份以及钒钙渣8-12份。

在本申请一种具体实施例中，所述复合硅酸盐材料包括以下重量份数的原料：

玻璃碎硝64-76份、花岗岩碎硝8-10份、陶瓷碎硝10-15份、钒钙渣5-8份以及二水硫酸钙1.5-3份。

在本申请一种具体实施例中，所述复合硅酸盐材料包括以下重量份数的原料：

玻璃碎硝70-79份、花岗岩碎硝8-10份、陶瓷碎硝10-15份、钒钙渣5-12份以及二水硫酸钙3-5份。

本申请实施例还提供了一种复合硅酸盐材料的制备方法，制备过程中所用的机器设备可见图1-2所示的结构示意图，具体包括以下步骤：

步骤S1，按照上述的复合硅酸盐材料的配方称取各原料，备用。

步骤S2，将玻璃碎硝、花岗岩碎硝、陶瓷碎硝、钒钙渣以及二水硫酸钙进行破碎至粒度不大于5mm，得第一混合物。

在具体实施过程中，原材料经一破碎筛分后大于5mm筛上物返回到对辊二破碎再次进入筛分，小于5mm粉碎物料由提升机、皮带输送机输送到料仓贮存。

步骤S3，将所述第一混合物进行不小于200℃的预热处理后，再进行不小于600℃的烘干处理，烘干时间大于10min，经骤冷处理，得第二混合物。

在具体实施过程中，根据料仓下料口的给料机，按选用配方比例给料，进入≥200℃预热器内预热，再经回转式≥600℃低温轻烧烘干窑烘干处理，自混合物料进入预热器至烘干窑出窑口，烘干时间应大于10分钟，烘干后的物料经急冷后输送入密封料仓。

在实际生产过程中，不可能按实验室烘干物料的要求(在105℃～150℃条件下烘干时间大于2小时)烘干生产性物料，根据经验建筑材料结构水开始分解温度基本在≥400℃以上，可选择：自室温开始温升达600℃时停止升温，保温30分钟后立即取出冷却到室温进行磨料。

步骤S4，将所述第二混合物进行粉磨处理至比表面积为500-600m²/kg，即得。

在本申请实施例中，粉末细度根据试验比表面积在500-600m²/kg为佳，粉末细度比表面积500-600m²/kg远远大于水泥比表面积(≥350m²/kg)，具有对水泥颗粒间隙填充效应，有益于砂浆、砼的强度提升。

在具体实施过程中，根据超细粉磨机的每时产量，将干燥后的混合物料输送给超细粉磨机粉磨，经一级分级粉末收集器收集后的产品则为最终产品。

磨料是选用机械强制性破坏原材料分子、原子、离子已固结构，随着磨料细度增加，分子、原子、离子键会逐渐深度破坏，断裂键不断增加，断裂键在GaHO碱性激发作用下表现出该材料的异常活性，即水硬性能，同时在水泥、砂浆、砼中还具有一定填充效应；磨料细度则要求大于水泥细度的必要性；目前水泥细度：325目左右，比表面积：350m²/kg左右，随着细度的增加，生产成本也会增加；根据经验、可选择：1、比表面积：≥300m²/kg；2、比表面积：≥400m²/kg；3、比表面积：≥500m²/kg；4、比表面积：≥600m²/kg。本申请按以上四个标样细度进行磨料，进行活性试验，为选择合理的细度做比选。

本申请实施例还提供了一种上述的复合硅酸盐材料在建筑领域中的应用。

以下给出本申请某些实施方式的实施例，其目的不在于对本申请的范围进行限定。

另外，需要说明的是，以下实施例中所给出的数值是尽可能精确，但是本领域技术人员理解由于不可能避免的测量误差和实验操作问题，每一个数字都应该被理解为约数，而不是绝对准确的数值。

实施例1

称取100重量份的玻璃碎硝，将玻璃碎硝破碎至粒度5mm，得第一混合物；将所述第一混合物进行200℃的预热处理后，再进行600℃的烘干处理，烘干时间30min，经骤冷处理，得第二混合物；将所述第二混合物进行不同程度的粉磨处理，得四种不同比表面积的1#粉。

实施例2

称取玻璃碎硝68.5份、花岗岩碎硝9份、陶瓷碎硝13份以及钒钙渣10份，将所述玻璃碎硝、花岗岩碎硝、陶瓷碎硝以及钒钙渣破碎至粒度5mm，得第一混合物；将所述第一混合物进行200℃的预热处理后，再进行600℃的烘干处理，烘干时间30min，经骤冷处理，得第二混合物；将所述第二混合物进行不同程度的粉磨处理，得四种不同比表面积的2#粉。

实施例3

称取玻璃碎硝70份、花岗岩碎硝9份、陶瓷碎硝13份、钒钙渣6.5份以及二水硫酸钙2份，将所述玻璃碎硝、花岗岩碎硝、陶瓷碎硝、钒钙渣以及二水硫酸钙破碎至粒度5mm，得第一混合物；将所述第一混合物进行200℃的预热处理后，再进行600℃的烘干处理，烘干时间30min，经骤冷处理，得第二混合物；将所述第二混合物进行不同程度的粉磨处理，得四种不同比表面积的3#粉。

实施例4

称取玻璃碎硝74.5份、花岗岩碎硝9份、陶瓷碎硝13份以及二水硫酸钙4份，将所述玻璃碎硝、花岗岩碎硝、陶瓷碎硝以及二水硫酸钙破碎至粒度5mm，得第一混合物；将所述第一混合物进行200℃的预热处理后，再进行600℃的烘干处理，烘干时间30min，经骤冷处理，得第二混合物；所述第二混合物进行粉磨处理至比表面积为530m²/kg，得4#粉。

对比例1

对比水泥选用健平42.5pma水泥。

对比例2

粉煤灰选用商品II级粉煤灰。

首先，对以上实施例所用的玻璃碎硝、花岗岩碎硝、陶瓷碎硝、钒钙渣以及二水硫酸钙原料，以及对比例所用的对比水泥、粉煤灰进行化学成分分析测试，测试结果见表1所示。

表1

进一步，对实施例1-4所制备得到复合硅酸盐材料粉末以及对比例所用的对比水泥、粉煤灰进行材料活性测试，分别由陕西睿智环保建材有限公司检测中心以及安康市天实商混有限公司检测中心进行检测，测试结果见表2-3所示。

表2对应陕西睿智环保建材有限公司检测报告，其中，前三个1-3#样测试日期为20210608，对应命名为睿智-1#/20210608、睿智-2#/20210608，睿智-3#/20210608；后四个1-4#样测试日期为20210901，对应命名为睿智-1#/20210901、睿智-2#/20210901、睿智-3#/20210901、睿智-4#/20210901。

表3对应安康市天实商混有限公司检测报告，其中，前三个1-3#样测试日期为20201230，对应命名为天实-1#/2020.12.30、天实-2#/2020.12.30，天实-3#/2020.12.30；后三个1-3#样测试日期为20210608，对应命名为天实-1#/2021.6.8、天实-2#/2021.6.8、天实-3#/2021.6.8。

表2

表3

根据以上材料活性测试结果、选择较高活性指数，建立强度—细度、强度—龄期活性对比图，如图3-4所示的强度与龄期的活性关系图，图3中睿智-1#/20210608，睿智-4#/20210901、天实-1#/2021.6.8、天实-2#/2021.6.8经对比，可表现出该材料28天随着龄期强度增长强劲；图4中，该材料4个样品活性曲线以及28天以后强度增加趋势均与粉煤灰相似并高于Ⅱ级粉煤灰活性指数，睿智—4#样品曲线线形相似于水泥强度曲线。如图5所示的强度与比表面积的活性关系图，磨粉(细度)比表面积在530～600M²/Kg范围内对应材料活性指数较高。

将拌制砂浆、砼用粉煤灰标准(GB/T1596—2017)与实施例1#-4#所得复合硅酸盐材料样品理化性能指标进行对比，结果如表4所示。

表4

其中，本申请实施例1#-4#样品理化指标经与拌制砂浆、砼用粉煤灰标准(GB/T1596—2017)对比，3#、4#样品试验结果满足Ⅰ级粉煤灰的标准，1#、4#样品试验结果优于Ⅱ级粉煤灰的标准。

根据以上论述与试验结果，玻璃、花岗岩、陶瓷碎硝属于生活建材行业中的垃圾，这些垃圾具有较高的材料活性，以玻璃碎硝为主，花岗岩、陶瓷碎硝为辅球磨成高活性的微粉材料完全可替代粉煤灰在建材领域中的应用。

将实施例1-4对应1-4#样品以及对比水泥进行相关性能测试，由陕西睿智环保建材有限公司检测中心进行测试，测试时间为20210914，测试结果见表5；其中，本次试验所用基准水泥为强度等级42.5的健平硅酸盐水泥，参照GB/T 1596-2017对II级粉煤灰的质量要求及JGJ/T 70-2009中砂浆的试验方法；对比水泥M5及M7.5中掺用的是生产所用粉煤灰，其他各项为试验掺和料样品等量取代粉煤灰后的试验结果；编号285与284为相同砂浆配合比对比试验；安定性项目栏所列四个数据以此表示为标准稠度加水量(500g水泥)g、初凝时间min、终凝时间min、雷氏法膨胀值mm(两次检测结果基本一致)。

表5

综上，根据表5陕西睿智环保建材有限公司检测中心针对1#、2#、3#、4#样品应用到砂浆范围的试验结果，1-4#粉的保水率、稠度(流动性)较好，强度优于对比水泥样。2#与3#粉在本次试验中效果相对优异。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合硅酸盐材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

玻璃碎硝63-74份、花岗岩碎硝8-10份、陶瓷碎硝10-15份、钒钙渣8-12份以及二水硫酸钙0-5份；所述钒钙渣来源于钒矿冶炼车间的废渣，包括以下质量百分比的成分：二氧化硅20-23%、氧化钙68-71%、三氧化二铝1-2%、三氧化二铁0.5-1%、氧化镁2-3%以及烧失量3-4%；

所述复合硅酸盐材料的制备方法，包括：

按照所述的复合硅酸盐材料的配方称取各原料，备用；

将玻璃碎硝、花岗岩碎硝、陶瓷碎硝、钒钙渣以及二水硫酸钙进行破碎至粒度不大于5mm，得第一混合物；

将所述第一混合物进行不小于200℃的预热处理后，再进行不小于600℃的烘干处理，烘干时间大于10min，经骤冷处理，得第二混合物；

将所述第二混合物进行粉磨处理至比表面积为500-600m²/kg，即得。

2.根据权利要求1所述的复合硅酸盐材料，其特征在于，所述复合硅酸盐材料包括以下重量份数的原料：

玻璃碎硝64-76份、花岗岩碎硝8-10份、陶瓷碎硝10-15份、钒钙渣5-8份以及二水硫酸钙1.5-3份。

3.根据权利要求1所述的复合硅酸盐材料，其特征在于，所述复合硅酸盐材料包括以下重量份数的原料：

玻璃碎硝70-79份、花岗岩碎硝8-10份、陶瓷碎硝10-15份以及二水硫酸钙3-5份。

4.根据权利要求1-3任一所述的复合硅酸盐材料，其特征在于，所述玻璃碎硝包括以下质量百分比的成分：

二氧化硅64-67%、氧化钙9-11%、三氧化二铝6-9%、三氧化二铁1-3%、氧化镁1-4%、氧化钾3-6%、三氧化硫2-4%以及烧失量1-3%。

5.根据权利要求1-3任一权利要求所述的复合硅酸盐材料，其特征在于，所述花岗岩碎硝包括以下质量百分比的成分：

二氧化硅58.7-73.1%、氧化钙1-4%、三氧化二铝16-19%、三氧化二铁2-5%、氧化镁0.5-2%、氧化钾1-3%、氧化钠0.5-1.5%、三氧化硫0.1-1%以及烧失量3.8-5.8%。

6.根据权利要求1-3任一权利要求所述的复合硅酸盐材料，其特征在于，所述陶瓷碎硝包括以下质量百分比的成分：

二氧化硅46.5-60%、氧化钙0.1-2%、三氧化二铝37-40%、三氧化二铁0.1-2%、氧化镁0.1-2%、氧化钾0.1-1%、氧化钠0.1-1.5%、三氧化硫0.5-2%以及烧失量2-3%。

7.一种复合硅酸盐材料的制备方法，其特征在于，包括：

按照权利要求1-3任一所述的复合硅酸盐材料的配方称取各原料，备用；

将玻璃碎硝、花岗岩碎硝、陶瓷碎硝、钒钙渣以及二水硫酸钙进行破碎至粒度不大于5mm，得第一混合物；

将所述第一混合物进行不小于200℃的预热处理后，再进行不小于600℃的烘干处理，烘干时间大于10min，经骤冷处理，得第二混合物；

将所述第二混合物进行粉磨处理至比表面积为500-600m²/kg，即得。

8.一种如权利要求1-6任一所述的复合硅酸盐材料在建筑领域中的应用。

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