[发明专利]一种改性玻璃尾砂水泥基辅助性胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及用于水泥基材料，特别涉及一种利用玻璃尾砂制备水泥基辅助性胶凝性材料的方法。

背景技术

2013年，中国水泥产量达到24.1亿吨，广泛应用于工业、农业、国防、城市建设、水利以及海洋开发等工程建设中，有力地支撑了我国经济和社会的快速发展，然而，水泥工业是我国能源资源消耗最大的行业之一，约占全国能源消耗总量的5%，颗粒物排放量约占工业排放总量的30%左右，这就对我国工业能源、资源和环保的压力进一步加剧。受高能耗影响的水泥工业加剧了全社会对资源、能源和环境的压力，同时又制约了水泥工业的可持续发展，而降低水泥产量途径在目前国民经济建设是不可行的。

国内外都注重在水泥中掺入工业废弃物或工业废渣作为辅助性胶凝材料，使用辅助性胶凝材料能降低水泥用量，延长水泥基材料使用寿命，提高水泥的应用效率，从而间接降低生产水泥能耗、减少CO₂排放，目前中国通过制定标准使工业废渣在水泥中作为混合材的应用技术得到广泛应用，其作用在于一方面保护环境、变废为宝和可持续发展，另一方面调节水泥性能，改善水泥混凝土的耐久性，延长安全使用期，有较高的经济效益。但由于辅助性胶凝材料活性较低，导致水泥基材料早期强度低，限制了工业废渣的掺量及复合水泥的应用范围。只有通过提高水泥熟料的使用效率——在力学性能不受影响的前提下增加混合材或掺合料的掺入量，但目前混合材或掺合料的品种还不够丰富，主要是以粒化高炉矿渣、粉煤灰等为主，由于国民经济建设需要，矿渣和粉煤灰在混凝土中也存在供不应求、价格上涨等因素。为了更为有效地利用工业废弃物，寻找新型水泥基混合材或掺合料即水泥基辅助性胶凝材料，并提高其活性，使之成为具有性能调节功能的水泥基辅助性胶凝材料越来越引起人们的重视。

本发明采用的玻璃尾砂主要是玻璃厂生产原料石英砂经粉碎筛选后的废弃物，主要成分是石英，SiO₂含量大于85%。玻璃尾砂具有粒度细、数量大、可回收利用，具有二次资源与环境污染双重特性，为固体废料堆积，不仅占用土地，也会污染环境。我国对石英尾砂综合利用主要集中在用于聚醋酸乙烯酯涂料、作为配料生产水泥熟料、提取超高纯石英砂、生产陶粒等方面，然而生产的这些制品附加值低，受运距限制，不易实现大规模生产。

发明专利CN1887763A《一种预处理的黄河淤砂或淤泥、由其获得的凝石胶凝材料及它们的制备方法》和CN100567194C《一种利用铁尾矿生产混凝土活性掺合料的方法》均公开采用热液蚀变反应分别对黄河淤砂或淤泥和磁铁石英岩型铁矿铁尾矿进行改性，获得混凝土掺合料，目的是分别消耗黄河淤砂或淤泥和尾矿，降低混凝土的造价。这两个发明都是制备水泥基辅助性胶凝材料的方法，均没有涉及到玻璃尾砂，并且发明中提到的蚀变剂配料较为复杂；另外，发明专利CN100567194C中铁尾矿制备混凝土掺合料方法较单一，实际生产中也存在一定的难处。

发明内容

本发明目的是提供一种改性玻璃尾砂水泥基辅助性胶凝材料及其制备方法，进一步拓宽新型水泥基辅助性胶凝材料的范围。本发明利用惰性材料玻璃尾砂进行改性，增加其表面胶凝性，减少水泥基材料收缩变形且增加水泥基材料的早期强度，达到消耗玻璃尾砂工业废弃物、减少生产水泥熟料、提高水泥基材料耐久性，对实现节能减排和水泥混凝土工业的可持续发展有重要的理论意义和实用价值。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种改性玻璃尾砂水泥基辅助性胶凝材料，原料为按照质量比为70-100：0-30的玻璃尾砂和改性辅料；所述改性辅料为钙质材料或钙镁质材料或二者任意质量比的混合物。

作为本发明进一步的方案：所述玻璃尾砂和改性辅料的质量比为70-90：10-30；所述玻璃尾砂的主要成分是石英，SiO₂含量大于85%，取自玻璃厂生产玻璃的原料石英砂经粉碎筛选后的废弃物；钙质材料的主要成分为CaO，取自电化厂湿法乙炔生产PVC的副产品电石渣；钙镁质材料的主要成分为CaO和MgO，取自菱镁矿尾矿。

所述的改性玻璃尾砂水泥基辅助性胶凝材料的制备方法：将所有原料混合后，采用机械粉磨、水热、低温煅烧和水热-煅烧中的任意一种方法处理，即得改性玻璃尾砂水泥基辅助性胶凝材料。

作为本发明进一步的方案：所述的改性玻璃尾砂水泥基辅助性胶凝材料的制备方法，具体包括以下四种：

方法1：将玻璃尾砂在球磨机进行机械粉磨时间为30min~1h，至颗粒粒径为80μm方孔筛筛余10wt%±2wt%为止，即得改性玻璃尾砂水泥基辅助性胶凝材料；