一种大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料及其制备方法

1.本发明涉及胶凝材料技术领域，尤其是涉及一种大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料及其制备方法。


背景技术：

2.硅酸盐水泥的生产过程普遍存在能耗高、污染重以及因排放二氧化碳等气体导致的温室效应和空气污染等问题，采用辅助胶凝材料部分替代水泥能够缓解水泥生产过程中的上述问题。同时，玻璃材料因美观且化学性质稳定被广泛应用于建筑材料和生产生活中，然而废弃玻璃不可生物降解，传统的填埋处理会造成严重的土地占用及环境污染。若能够将废弃玻璃粉碎后作为辅助胶凝材料部分取代水泥熟料，可以在减少水泥使用量的同时充分利用废弃玻璃等固废材料。
3.然而，现有研究表明：废弃玻璃粉的掺入会导致混凝土的抗压强度和抗折强度降低，较为理想的掺量仅为20％左右，不利于废弃玻璃的充分利用。此外，虽有研究通过使用不同的化学制剂、催化剂及引发剂进行玻璃材料分子量的调节，然而该方式增加了未知化学反应的风险。因此，特别期待一种能够以大掺量添加废弃玻璃粉并且在不使用其它化学添加剂的条件下满足胶凝材料强度需求的方法。
4.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料及其制备方法，该生态水泥胶凝材料能够以大掺量添加废弃玻璃粉，在不使用其它化学添加剂的条件下能够满足胶凝材料的抗压强度和抗折强度需求。
6.本发明提供一种大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料，包括如下体积份的组分：水泥40-50份和废弃玻璃粉50-60份；其中，废弃玻璃粉中各粒径范围的组分占比如下：＜6μm组分占比为30-35％，6-12μm组分占比为20-25％，12-24μm组分占比为5-10％、24-45μm组分占比为15-20％，45-80μm组分占比为15-20％。
7.进一步地，废弃玻璃粉中各粒径范围的组分占比如下：＜6μm组分占比为31-32％，6-12μm组分占比为23-24％，12-24μm组分占比为8-9％、24-45μm组分占比为17-18％，45-80μm组分占比为18-19％。
8.进一步地，水泥为硅酸盐水泥，例如ppⅰ42.5硅酸盐水泥或ppⅱ42.5硅酸盐水泥；此外，水泥可以为过45μm方孔筛得到的水泥。
9.本发明还提供上述大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
10.s1：对废弃玻璃清洗、风干、研磨、筛分，将各粒径范围的组分按占比混合均匀，得到废弃玻璃粉；
11.s2：按体积份将水泥与废弃玻璃粉混合均匀后进行机械搅拌、成型、养护，得到大
掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料。
12.步骤s1中，对废弃玻璃的来源不作严格限制，例如可以为废弃啤酒瓶、玻璃容器、平板玻璃等。此外，对研磨时间不作严格限制，研磨只要能够获得所需粒径组成即可，研磨时间可以为50-70min。
13.步骤s2中，在混合之前先将水泥过45μm方孔筛；此外，可以在温度为18-22℃、相对湿度超过98％的条件下进行养护。
14.本发明的大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料7天抗压强度》28mpa，例如为28-36mpa；28天抗压强度》36mpa，例如为36-46mpa；7天抗折强度》9mpa，例如为9-11mpa；28天抗折强度》10mpa，例如为10.5-12mpa。
15.本发明在不使用其它化学试剂的前提下克服了废弃玻璃粉不能大量取代水泥熟料的限制，不仅减少了水泥生态过程中co2等温室气体的排放，同时消耗了大量的废弃玻璃等固体废弃物，避免了传统填埋、堆放等处理方式带来的环境污染与土地占用问题，该生态水泥胶凝材料能够以大掺量添加废弃玻璃粉，具有制备成本低、工艺简单、拌合物流动性好、施工方便等优势，在不使用其它化学添加剂的条件下能够满足胶凝材料的抗压强度和抗折强度需求，材料体积稳定，在7天、28天均具有较高的抗压强度和抗折强度，对水泥行业节能减排和废弃玻璃材料的回收利用具有重大意义，适合工业推广应用。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为一实施方式的废弃玻璃粉的制备工艺流程图。
具体实施方式
18.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
19.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
20.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例1
22.本实施例的大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料的制备方法，步骤如下：
23.1、水泥预处理
24.将ppⅰ42.5硅酸盐水泥过45μm方孔筛，过筛部分作为水泥原料，较粗粒径部分继续研磨后过筛使用。
25.2、制备废弃玻璃粉
26.结合图1所示，将废弃玻璃(废弃啤酒瓶、玻璃容器、平板玻璃等)清洗去除标签后晾晒、风干，随后进行初步破碎，再使用球磨机研磨约60min。
27.采用气流分离机对研磨后的玻璃粉进行筛分，通过激光粒度分析仪检测废弃玻璃粉粒径的分布情况，将研磨后的玻璃粉筛分为如下粒度区间：＜6μm组分、6-12μm组分、12-24μm组分、24-45μm组分、45-80μm组分；较粗的玻璃粉可再次研磨后与下一批同时筛分。
28.按各组分的区间比例将各粒径范围的组分拌合均匀成为整体，调整后的废弃玻璃粉的粒径分布及占比见表1。
29.表1废弃玻璃粉粒径范围及占比
30.粒径范围＜6μm6-12μm12-24μm24-45μm45-80μm占比(％)31.7223.888.4417.3418.62
31.3、制备大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料
32.将步骤1中的水泥50份和步骤2中的废弃玻璃粉50份按水胶比0.4在搅拌机中充分搅拌均匀，随后按照gb/t 17671标准使用砂浆搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌后采用振实台成型，薄膜覆盖24小时后脱模，移至温度为(20
±
2)℃、相对湿度超过98％的标准养护箱中进行养护，养护7天、28天后在mts液压伺服试验机上进行抗压、抗折试验，测试结果见表2。
33.实施例2
34.将实施例1步骤1中的水泥45份和实施例1步骤2中的废弃玻璃粉55份按水胶比0.4在搅拌机中充分搅拌均匀，随后按照gb/t 17671标准使用砂浆搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌后采用振实台成型，薄膜覆盖24小时后脱模，移至温度为(20
±
2)℃、相对湿度超过98％的标准养护箱中进行养护，养护7天、28天后在mts液压伺服试验机上进行抗压、抗折试验，测试结果见表2。
35.实施例3
36.将实施例1步骤1中的水泥40份和实施例1步骤2中的废弃玻璃粉60份按水胶比0.4在搅拌机中充分搅拌均匀，随后按照gb/t 17671标准使用砂浆搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌后采用振实台成型，薄膜覆盖24小时后脱模，移至温度为(20
±
2)℃、相对湿度超过98％的标准养护箱中进行养护，养护7天、28天后在mts液压伺服试验机上进行抗压、抗折试验，测试结果见表2。
37.对照例1
38.以市售ppo 42.5级普通硅酸盐水泥作为对照，将ppo 42.5级普通硅酸盐水泥过45μm方孔筛，过筛部分作为本对照例的水泥原料。
39.将上述水泥按水胶比0.4在搅拌机中充分搅拌均匀，随后按照gb/t17671标准使用砂浆搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌后采用振实台成型，薄膜覆盖24小时后脱模，移至温度为(20
±
2)℃、相对湿度超过98％的标准养护箱中进行养护，养护7天、28天后在mts液压伺服试验机上进行抗压、抗折试验，测试结果见表2。
40.对照例2
41.以cn 115196917 a实施例1制备的废弃玻璃粉(即将废弃玻璃清洗去除标签后晾晒、风干，随后进行初步破碎，再使用球磨机研磨约30min，过80μm方孔筛的过筛部分)作为对照。
42.将实施例1步骤1中的水泥50份和上述废弃玻璃粉50份按水胶比0.4在搅拌机中充分搅拌均匀，随后按照gb/t 17671标准使用砂浆搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌后采用振实台成型，薄膜覆盖24小时后脱模，移至温度为(20
±
2)℃、相对湿度超过98％的标准养护箱中进行养护，养护7天、28天后在mts液压伺服试验机上进行抗压、抗折试验，测试结果见表2。
43.对照例3
44.以实施例1制备的＜6μm组分的废弃玻璃粉作为对照。
45.将实施例1步骤1中的水泥50份和上述废弃玻璃粉(＜6μm组分)50份按水胶比0.4在搅拌机中充分搅拌均匀，随后按照gb/t 17671标准使用砂浆搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌后采用振实台成型，薄膜覆盖24小时后脱模，移至温度为(20
±
2)℃、相对湿度超过98％的标准养护箱中进行养护，养护7天、28天后在mts液压伺服试验机上进行抗压、抗折试验，测试结果见表2。
46.对照例4
47.以实施例1制备的45-80μm组分的废弃玻璃粉作为对照。
48.将实施例1步骤1中的水泥50份和上述废弃玻璃粉(45-80μm组分)50份按水胶比0.4在搅拌机中充分搅拌均匀，随后按照gb/t 17671标准使用砂浆搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌后采用振实台成型，薄膜覆盖24小时后脱模，移至温度为(20
±
2)℃、相对湿度超过98％的标准养护箱中进行养护，养护7天、28天后在mts液压伺服试验机上进行抗压、抗折试验，测试结果见表2。
49.表2各水泥胶凝材料配比及测试结果
50.51.表2结果表明：
52.本实施例的废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料在废弃玻璃粉体积掺量为50％、55％时，28天抗压强度与抗折强度可以与42.5强度等级的水泥相当；在废弃玻璃粉体积掺量为60％时，28天抗压强度可以达到32.5级水泥强度水平；由此可见，本实施例的生态水泥胶凝材料能够以大掺量添加废弃玻璃粉，在不使用其它化学添加剂的条件下能够满足胶凝材料的抗压强度和抗折强度需求。
53.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料，其特征在于，包括如下体积份的组分：水泥40-50份和废弃玻璃粉50-60份；其中，废弃玻璃粉中各粒径范围的组分占比如下：＜6μm组分占比为30-35％，6-12μm组分占比为20-25％，12-24μm组分占比为5-10％、24-45μm组分占比为15-20％，45-80μm组分占比为15-20％。2.根据权利要求1所述的大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料，其特征在于，废弃玻璃粉中各粒径范围的组分占比如下：＜6μm组分占比为31-32％，6-12μm组分占比为23-24％，12-24μm组分占比为8-9％、24-45μm组分占比为17-18％，45-80μm组分占比为18-19％。3.根据权利要求1所述的大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料，水泥为硅酸盐水泥。4.根据权利要求3所述的大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料，其特征在于，水泥为ppⅰ42.5硅酸盐水泥或ppⅱ42.5硅酸盐水泥。5.根据权利要求1所述的大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料，其特征在于，水泥为过45μm方孔筛得到的水泥。6.权利要求1-5任一所述的大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：对废弃玻璃清洗、风干、研磨、筛分，将各粒径范围的组分按占比混合均匀，得到废弃玻璃粉；s2：按体积份将水泥与废弃玻璃粉混合均匀后进行机械搅拌、成型、养护，得到大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，废弃玻璃的来源为废弃啤酒瓶、玻璃容器和平板玻璃中的至少一种。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，研磨时间为50-70min。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，在混合之前先将水泥过45μm方孔筛。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，在温度为18-22℃、相对湿度超过98％的条件下进行养护。

技术总结
本发明提供了一种大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料及其制备方法。本发明的大掺量废弃玻璃粉生态水泥胶凝材料包括如下体积份的组分：水泥40-50份和废弃玻璃粉50-60份；其中，废弃玻璃粉中各粒径范围的组分占比如下：＜6μm组分占比为30-35％，6-12μm组分占比为20-25％，12-24μm组分占比为5-10％、24-45μm组分占比为15-20％，45-80μm组分占比为15-20％。本发明的生态水泥胶凝材料能够以大掺量添加废弃玻璃粉，具有制备成本低、工艺简单、施工方便等优势，在不使用其它化学添加剂的条件下能够满足胶凝材料的抗压强度和抗折强度需求，对水泥行业节能减排和废弃玻璃材料的回收利用具有重大意义。利用具有重大意义。利用具有重大意义。


技术研发人员：任凤鸣 张曦文 莫金旭 赖楚麟 郑植文
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15