一种废玻璃耐火高强混凝土的制备方法
阅读说明：本技术 一种废玻璃耐火高强混凝土的制备方法 (Preparation method of waste glass fire-resistant high-strength concrete ) 是由 王迎斌 李阳 贺行洋 王文娜 李欣懋 熊光 李齐 徐立 杨杰 刘文志 秦景燕 于 2021-01-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种废玻璃耐火高强混凝土的制备方法,包括如下步骤：步骤1、对废玻璃、铝渣进行干法粉磨得到废玻璃颗粒、铝渣和废玻璃粉；步骤2、使用无水乙醇作为研磨介质对废玻璃粉进行湿磨处置,得到玻璃粉浆料；步骤3、对步骤2中的玻璃粉浆料进行水洗抽滤,得到超细废玻璃粉；步骤4、将步骤3中的超细废玻璃粉、水泥、废玻璃颗粒、铝渣、河砂、碎石、拌合用水、减水剂、缓凝剂进行混合搅拌得到耐火高强度混凝土。本发明选取固废为原材料进行制备,节能环保,超细玻璃粉能提升混凝土的力学性能,通过硅相和铝相的反应提升混凝土的耐火性能。(The invention discloses a preparation method of waste glass fireproof high-strength concrete, which comprises the following steps: step 1, performing dry grinding on waste glass and aluminum slag to obtain waste glass particles, aluminum slag and waste glass powder; step 2, carrying out wet grinding treatment on the waste glass powder by using absolute ethyl alcohol as a grinding medium to obtain glass powder slurry; step 3, washing and filtering the glass powder slurry obtained in the step 2 to obtain superfine waste glass powder; and 4, mixing and stirring the superfine waste glass powder, the cement, the waste glass particles, the aluminum slag, the river sand, the broken stone, the mixing water, the water reducing agent and the retarder in the step 3 to obtain the refractory high-strength concrete. The invention selects solid wastes as raw materials for preparation, is energy-saving and environment-friendly, and the superfine glass powder can improve the mechanical property of concrete and improve the fire resistance of the concrete through the reaction of silicon phase and aluminum phase.)
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种掺入废玻璃制备耐火高强度混凝土的方法。
背景技术
20世纪初，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，出现了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维。随着新能源技术的发展，具有耐高温、抗腐蚀、抗热振、耐火材料冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了广泛应用。在高温工业的发展和技术进步的促进下，我国耐火材料工业迅速发展。耐火材料产量已多年居世界第一，但耐火材料整体的质量水平与国际先进水平相比差距较大。
随着工业化进程的发展，在生产过程中产生了越来越多的固体废弃玻璃，约占全世界废弃垃圾总量的7％左右。就中国而言，每年所产生的固体废渣中就有约6％～11％为废弃玻璃。目前，我国在废弃玻璃处理方面通常都是采用填埋的方法，但由于玻璃成分中大部分都为二氧化硅，填埋后短时间内无法得到有效降解，因此填埋的处理方式不仅造成了环境的污染，还造成了土地资源的浪费。将废弃玻璃掺入到混凝土中，不仅解决了因填埋所导致的环境污染问题，而且还能减少水泥的使用量，进而降低经济成本。
公开号为CN111908870A的专利公开了一种耐热耐火混凝土的制备方法，以花岗岩为耐火粗骨料，安山岩和玄武岩为耐火细骨料，加入矿粉、铝粉和硅粉等物质制备而成。该方法所制备的混凝土具有优异的耐热防火性能。但该制备工艺过于复杂，原材料种类繁多，且都需经过处理才能使用，限制了用于实际生产的可能性。
公开号为CN103304247A的专利公开了氧化锆耐火材料及其制备工艺，以电熔单斜氧化锆、氧化镁、氧化钇、氧化钡和结合剂为原料，经过预烧制料，所有材料混合后再脱水、压模成型，最后经过烧制得到最终产物。该工艺制备的耐火材料具有优秀的热振性能和致密性。但该工艺在制备过程中对能源的消耗过大，且制备的耐火材料强度较低。
公开号为CN101565321A的专利公开了一种生产镁橄榄石耐火材料的方法，以菱镁石尾矿、氧化镁、氧化硅为原料，经过烧制而成。该工艺制备方法简单，生产成本低。但所得到的耐火材料气孔率高达74％且强度不高，无法广泛使用。
本专利的优势在于所用材料均为工业固废，生产成本低。用废玻璃粉和铝渣分别取代部分胶凝材料和细骨料，制备工艺简单，原材料易得，用湿磨超细化的方式处理废玻璃粉减小了能源的消耗，并且制备得到的混凝土具有优异的耐火性能和较高的强度，可在实际工程中应用推广。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种废玻璃耐火高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将废玻璃、铝渣送入球磨机进行干法粉磨破碎，研磨3-15min，通过筛分得到2.3-3.0mm的废玻璃颗粒、铝渣和20-25μm废玻璃粉；
步骤2、将上述干法粉磨得到的20-25μm的废玻璃粉和助磨剂按所需的比例进行混合，加入氧化锆介质的研磨球，装入反应釜中，通过行星式湿磨机进行湿磨，湿磨20-60min，磨机转速为350-400r/min，得到玻璃粉浆料；
步骤3、抽滤操作，将步骤2得到的玻璃粉浆料在抽滤机上用清水抽滤2-3次，得到不含助磨剂的超细废玻璃粉；
步骤4、按质量份数计，称取硅酸盐水泥14-20份、铝渣5-10份、废玻璃颗粒2-4份、超细废玻璃粉1-3份、河砂20-25份、碎石40-47份、拌合用水6-12份、减水剂0.4-1.0份、缓凝剂0.1-0.3份，混合后通过混凝土搅拌机搅拌均匀，得到掺入废玻璃的耐火高强度混凝土。
所述步骤1中掺入的废玻璃为钠钙硅酸盐玻璃。
所述步骤1中经过干磨的废玻璃颗粒和铝渣进行筛分后分开收取。
所述步骤2湿磨工艺中使用的助磨剂为无水乙醇。无水乙醇表面张力较大，能使粒径研磨更细。
所述步骤2中以无水乙醇为介质，经过湿磨后得到纳米级玻璃粉浆料，粒径级配在0.32-0.73μm左右。
所述步骤1中研磨后粒径为2.3-3.0mm废玻璃颗粒和铝渣取代混凝土组分中的部分河砂，掺量分别为5％-15％和15％-25％
所述步骤3中得到的超细废玻璃粉替代混凝土组分中的部分水泥，替代量为5％-15％。
所述步骤4中水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P·I 52.5。
所述步骤4中所用砂为天然河砂，粒径为2.3-3.0mm左右。
所述步骤4中减水剂为聚羧酸类减水剂，缓凝剂为羟基羧酸类缓凝剂。
本发明具有如下优点：
1.通过湿磨方式处理废玻璃后，玻璃粉的粒径降低至纳米级别。将超细玻璃粉加入到混凝土中会优先形成初始晶核，产生很多成核位点，在水泥水化过程中诱导各类矿物离子向晶核迁移，同时水泥水化形成的C-S-H凝胶会吸附在在晶核表面，加快水化前期水化产物的成核生长，从而提升早期强度。
2.纳米玻璃粉替代部分胶凝材料，能在保证工作性能的前提下，最大程度的提升混凝土的性能，强度和耐久性等。废玻璃粉和铝渣替代部分细骨料，在遇高温时，Si相和Al相反应生成莫来石，具有优异的耐火性能。
3.随着湿磨时间的延长，玻璃粉的粒径在不断减小，当到达一定细度之后，玻璃粉会发生自水化。经过湿磨处理后激发了玻璃粉中各类矿物成份的活性，其中所含的一些碱性离子溶出生成Ca(OH)2等物质，营造出碱性环境，Ca(OH)2又与玻璃粉中的SiO2反应生成C-S-H凝胶，发生水化反应并放出热量。
4.玻璃颗粒替代部分细骨料掺入到混凝土中，遇高温后混凝土中的玻璃颗粒首先变为熔融状态，经过流动填充于孔隙当中，当温度冷却后又从熔融状态硬化为固态。提升了混凝土的强度，使整个建筑结构在高温下不至于损坏。
5.废玻璃中所含的Si相与铝渣中所含的Al相在高温下反应生成莫来石。化学式为3Al2O3-2SiO2，熔融温度约为1910℃，莫来石是一种优质的耐火原料，具有膨胀均匀、热震稳定性好、硬度大和抗化学腐蚀性好的特点。废玻璃和铝灰加入到混凝土中在高温下生成莫来石，可以显著提升混凝土的耐火性能和强度。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
对比例(实施例0)：
普通混凝土的制备方法：按质量份数计，称取普通硅酸盐水泥20份、河砂30份、碎石42份、拌合用水8份、聚羧酸减水剂0.60份、缓凝剂0.15份。混合后通过混凝土搅拌机搅拌均匀，得到普通混凝土。
实施例1：
废玻璃耐火高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一:将废玻璃、铝渣送入球磨机进行干法粉磨破碎，研磨3-15min，通过筛分得到2.3-3.0mm的废玻璃颗粒、铝渣和20-25μm的废玻璃粉。
步骤二:将上述干法粉磨得到的20-25μm的玻璃粉和无水乙醇按1∶2的比例进行混合，加入氧化锆介质的研磨球，装入反应釜中，通过行星式湿磨机进行湿磨，转速为400r/min，湿磨20min，得到玻璃粉浆料。
步骤三：抽滤操作，将步骤二得到的玻璃粉浆料在抽滤机上用清水抽滤2-3次，得到不含无水乙醇的超细废玻璃粉，替代10％的水泥。
步骤四：按质量份数计，称取普通硅酸盐水泥18份、河砂21份、碎石42份、废玻璃颗粒3份、超细废玻璃粉2份、铝渣6份、拌合用水8份、聚羧酸减水剂0.60份、缓凝剂0.15份。混合后通过混凝土搅拌机搅拌均匀，得到掺入废玻璃的耐火高强度混凝土。
实施例2：
废玻璃耐火高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一:将废玻璃、铝渣送入球磨机进行干法粉磨破碎，研磨3-15min，通过筛分得到2.3-3.0mm的废玻璃颗粒、铝渣和20-25μm的废玻璃粉。
步骤二:将上述干法粉磨得到的20-25μm的废玻璃粉和无水乙醇按1∶2的比例进行混合，加入氧化锆介质的研磨球，装入反应釜中，通过行星式湿磨机进行湿磨，转速为400r/min，湿磨40min，得到玻璃粉浆料。
步骤三：抽滤操作，将步骤二得到的玻璃粉浆料在抽滤机上用清水抽滤2-3次，得到不含无水乙醇的超细废玻璃粉，替代10％的水泥。
步骤四：按质量份数计，称取普通硅酸盐水泥18份、河砂21份、碎石42份、废玻璃颗粒3份、超细废玻璃粉2份、铝渣6份、拌合用水8份、聚羧酸减水剂0.60份、缓凝剂0.15份。混合后通过混凝土搅拌机搅拌均匀，得到掺入废玻璃的耐火高强度混凝土。
实施例3：
废玻璃耐火高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一:将废玻璃、铝渣送入球磨机进行干法粉磨破碎，研磨3-15min，通过筛分得到2.3-3.0mm的废玻璃颗粒、铝渣和20-25μm的废玻璃粉。
步骤二:将上述干法粉磨得到的20-25μm的废玻璃粉和无水乙醇按1∶2的比例进行混合，加入氧化锆介质的研磨球，装入反应釜中，通过行星式湿磨机进行湿磨，转速为400r/min，湿磨60min，得到玻璃粉浆料。
步骤三：抽滤操作，将步骤二得到的玻璃粉浆料在抽滤机上用清水抽滤2-3次，得到不含无水乙醇的超细废玻璃粉，替代10％的水泥。
步骤四：按质量份数计，称取普通硅酸盐水泥18份、河砂21份、碎石42份、废玻璃颗粒3份、超细废玻璃粉2份、铝渣6份、拌合用水8份、聚羧酸减水剂0.60份、缓凝剂0.15份。混合后通过混凝土搅拌机搅拌均匀，得到掺入废玻璃的耐火高强度混凝土。
实施例4：
废玻璃耐火高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一:将废玻璃、铝渣送入球磨机进行干法粉磨破碎，研磨3-15min，通过筛分得到2.3-3.0mm的废玻璃颗粒、铝渣和20-25μm的废玻璃粉。
步骤二:将上述干法粉磨得到的20-25μm的废玻璃粉和无水乙醇按1∶2的比例进行混合，加入氧化锆介质的研磨球，装入反应釜中，通过行星式湿磨机进行湿磨，转速为400r/min，湿磨60min，得到玻璃粉浆料。
步骤三：抽滤操作，将步骤二得到的玻璃粉浆料在抽滤机上用清水抽滤2-3次，得到不含无水乙醇的超细废玻璃粉，替代3％的水泥。
步骤四：按质量份数计，称取普通硅酸盐水泥19.4份、河砂21份、碎石42份、废玻璃颗粒3份、超细废玻璃粉0.6份、铝渣6份、拌合用水8份、聚羧酸减水剂0.60份、缓凝剂0.15份。混合后通过混凝土搅拌机搅拌均匀，得到掺入废玻璃的耐火高强度混凝土。
实施例5：
废玻璃耐火高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一:将废玻璃、铝渣送入球磨机进行干法粉磨破碎，研磨3-15min，通过筛分得到2.3-3.0mm的废玻璃颗粒、铝渣和20-25μm的废玻璃粉。
步骤二:将上述干法粉磨得到的20-25μm的废玻璃粉和无水乙醇按1∶2的比例进行混合，加入氧化锆介质的研磨球，装入反应釜中，通过行星式湿磨机进行湿磨，转速为400r/min，湿磨60min，得到玻璃粉浆料。
步骤三：抽滤操作，将步骤二得到的玻璃粉浆料在抽滤机上用清水抽滤2-3次，得到不含无水乙醇的超细废玻璃粉，替代5％的水泥。
步骤四：按质量份数计，称取普通硅酸盐水泥19份、河砂21份、碎石42份、废玻璃颗粒3份、超细废玻璃粉1份、铝渣6份、拌合用水8份、聚羧酸减水剂0.60份、缓凝剂0.15份。混合后通过混凝土搅拌机搅拌均匀，得到掺入废玻璃的耐火高强度混凝土。
实施例6：
废玻璃耐火高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一:将废玻璃、铝渣送入球磨机进行干法粉磨破碎，研磨3-15min，通过筛分得到2.3-3.0mm的废玻璃颗粒、铝渣和20-25μm的废玻璃粉。
步骤二:将上述干法粉磨得到的20-25μm的废玻璃粉和无水乙醇按1∶2的比例进行混合，加入氧化锆介质的研磨球，装入反应釜中，通过行星式湿磨机进行湿磨，转速为400r/min，湿磨60min，得到玻璃粉浆料。
步骤三：抽滤操作，将步骤二得到的玻璃粉浆料在抽滤机上用清水抽滤2-3次，得到不含无水乙醇的超细废玻璃粉，替代7％的水泥。
步骤四：按质量份数计，称取普通硅酸盐水泥18.6份、河砂21份、碎石42份、废玻璃颗粒3份、超细废玻璃粉1.4份、铝渣6份、拌合用水8份、聚羧酸减水剂0.60份、缓凝剂0.15份。混合后通过混凝土搅拌机搅拌均匀，得到掺入废玻璃的耐火高强度混凝土。
下表1为上述对比例和实施例1-6中各组分及其重量分数，表2为性能测试结果。
表1对比例和实施例1-6中各组分及其重量份数
表2耐火高强度混凝土与普通混凝土强度对比
由表1和表2的实验数据可以看出，本发明制备的掺玻璃粉耐火高强度混凝土的6组实施例，通过改变玻璃粉的湿磨时间和掺量，并和普通混凝土组进行对比发现，掺入废玻璃的耐火高性能混凝土强度要明显高于普通混凝土。原因在于：1.纳米玻璃粉颗粒的火山灰效应。随着玻璃粉粒径的不断减小，二氧化硅和氧化铝的活性越高，与氢氧化钙反应生成更多的C-S-H，提升了强度；2.填充效应。混凝土是一种多孔的结构，当颗粒的粒径足够小时，玻璃粉会填充到各个孔隙中，提升强度；3.在高温下玻璃粉中所含的Si相会与铝灰中的Al相反应生成莫来石，莫来石具有优异的耐火性能，在高温下莫来石会起到保护作用，保护混凝土内部其他物质不受破坏，从而强度要比普通混凝土强度要高。利用废玻璃和铝灰为原料节约了成本、减小了能源的消耗，起到了保护环境的作用。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
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