使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法，将磨细废弃玻璃粉、偏高岭土作为无机聚合物单体。废弃牡蛎壳经酸洗、清洗、晾干、粉碎处理得粉碎牡蛎壳，粉碎牡蛎壳取代部分天然河砂作为无机矿物聚合物砂浆中的细骨料。对废弃牡蛎壳细骨料进行球磨、高温煅烧处理得牡蛎壳粉末，与无水亚硫酸纳混合制得复合碱激发剂。牡蛎壳粉末和无水亚硫酸纳复合碱激发剂的使用,降低了无机矿物聚合物砂浆中的碱激发剂使用量。粉碎牡蛎壳细骨料掺加能有效改善了无机矿物聚合物砂浆的韧性性能。本发明专利技术制备的无机矿物聚合物砂浆具有比传统无机矿物聚合物砂浆更低的生产成本、更好工作性能、耐久性能和抗韧性能。

Preparation of environmentally friendly inorganic mineral polymer mortar from solid waste

The invention relates to a method for preparing environmentally friendly inorganic mineral polymer mortar using solid waste, in which ground waste glass powder and metakaolin are used as inorganic polymer monomers. Oyster shells were crushed by acid washing, cleaning, drying and crushing. Oyster shells were crushed to replace some natural river sand as fine aggregates in inorganic mineral polymer mortar. Oyster shell powder was prepared by ball milling and high temperature calcination of fine aggregates from abandoned oyster shell. Compound alkali activator was prepared by mixing with anhydrous sodium sulfite. The use of oyster shell powder and anhydrous sodium sulfite composite alkali activator reduces the use of alkali activator in inorganic mineral polymer mortar. The addition of crushed oyster shell fine aggregate can effectively improve the toughness of inorganic mineral polymer mortar. The inorganic mineral polymer mortar prepared by the invention has lower production cost, better working performance, durability and toughness than the traditional inorganic mineral polymer mortar.

【技术实现步骤摘要】
使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法
本专利技术涉及固体废弃物循环再生领域，具体涉及一种使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法。
技术介绍
水泥基材料是土木工程中广泛使用的三大基本建筑材料之一。进入20世纪以来，随着经济发展和城市化进程的加快，水泥基材料已成为桥梁、大坝、公路、大型水工建筑物建设过程中首选的建筑材料,水泥基材料的耗费量持续增加。相关统计数据显示，20世纪初，全世界每年消耗的水泥基材料总量约为8.8亿立方米，2005年全世界水泥基材料产量约为10.8亿立方米，本世纪以来水泥基材料使用量继续保持高速的增长。中国作为全球最大的水泥基材料生产国和使用国，水泥基材料年产量约占世界水泥基材料总量45％，2005年，中国水泥基材料使用量为13-14亿立方米，到2015年我国水泥基材料产量已达16.4亿立方米，比2014年增长了2.1％。2016-2018年，全国水泥基材料产量将继续以每年1.2-1.5％比例持续增加。水泥作为制备水泥基材料的最主要原材料，2014年全世界水泥产量为41.8亿吨，中国的水泥使用量达25亿吨，占全球水泥产量的59.8％，2015年，全球水泥产量为41亿吨，中国为23.5亿吨，占全球水泥产量的57.3％。2016-2018年，在全球水泥总使用量中，中国占到60％左右。水泥使用量的增加导致了水泥工业是污染环境最严重的行业，每生产1吨水泥熟料要排放近1吨CO2，水泥生产中所排放CO2是造成大气环境污染和全球气候变暖的最主要原因之一。水泥工业也是S02、NOx有害气体排放大户，水泥工业中的氮氧化物排放量排在火力发电、汽车尾气排放之后的第三位。同时水泥生产过程中产生了大量的粉尘和重金属污染物，这导致了严重的环境污染。如何减少土木工程建设过程中的水泥使用量，开发出一种能充分利用固体废弃物、环境友好的新型土木工程材料已成为国内外土木工程工程领域普遍关注的热点问题。上世纪九十年代，法国科学家DavidovitsJ等人提出了一种新型、绿色的土木工程材料(无机矿物聚合物砂浆:MineralPolymers)，在世界范围内引起了广泛的研究热潮。无机矿物聚合物砂浆材料以偏高岭土或硅、铝、氧为主要元素的硅铝质材料作为主要原料。在碱激发剂作用下,在常温或低于50℃温度条件下，强碱激发剂与硅酸盐矿物颗粒发生反应，在其表面形成具有硅酸盐长链结构的凝胶相，凝胶相固化脱水后形成基体相，基体相和未反应的矿物颗粒和骨料粘结在一起，形成具有一定强度的具有与陶瓷性能相似的新型胶凝材料。无机矿物聚合物砂浆与传统水泥砂浆相比，具有长期力学性能好、耐高温、耐酸性腐蚀性好，能有效地固封有毒金属离子等特点。同时此种无机矿物聚合物还具有砂浆抗折强度低、冲击韧性低和断裂能小、材料干缩较大等缺点。目前普遍使用的制备无机矿物聚合物的主要原材料包括：粉煤灰(FA)、磨细矿渣(GGBS)、偏高岭土(MK)，并且使用氢氧化钠、水玻璃等强碱溶液作为激发剂。这些激发剂使用增加了无机矿物聚合物砂浆生产成本，并且导致了周围环境的污染。这些不足都制约了无机矿物聚合物砂浆在土木工程领域广泛应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法，使用磨细废弃玻璃粉、偏高岭土作为聚合物单体；将废弃牡蛎壳高温煅烧所得牡蛎壳粉末和无水亚硫酸纳混合得复合碱激发剂；使用废弃粉碎牡蛎壳取代部分天然河砂作为细骨料；制备出一种大量使用固体废弃物的环境友好型无机矿物聚合物砂浆。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法，包括如下步骤：1)对废弃玻璃进行分拣、清洗、晾干、粉碎、球磨、通过0.6mm圆孔筛，去除杂质与形状不规则的废弃玻璃颗粒，得磨细废弃玻璃粉；2)使用稀盐酸溶液除去废弃牡蛎壳表面残留有机物质，对清洗、晾干的废弃牡蛎壳进行粉碎处理，粉碎后的废弃牡蛎壳通过5mm方孔筛，去除杂质与形状不规则的粉碎废弃牡蛎壳颗粒，得到粉碎废弃牡蛎壳细骨料；3)将颗粒尺寸小于5mm的粉碎废弃牡蛎壳放入球磨机中研磨20-30分钟，球磨后得废弃牡蛎壳粉过0.6mm圆孔筛，保留颗粒尺寸小于0.6mm废弃牡蛎壳粉颗粒；将上述废弃牡蛎壳粉放入马弗炉中煅烧；煅烧后的废弃牡蛎壳粉冷却到室温，继续球磨1-2分钟，得与水泥筛余率相近的牡蛎壳粉末牡蛎壳粉末，将牡蛎壳粉末进行密封备用；4)牡蛎壳粉末和无水亚硫酸钠按比例混合，快速搅拌20-30分钟，混合均匀，得到混合激发剂；然后，加入定量拌和水，使混合激发剂完全溶解在水中并且冷却到室温，形成均一、澄清的混合激发剂溶液备用；5)将偏高岭土、磨细废弃玻璃粉按比例放入装有搅拌器的容器中，在一定搅拌速度下干混几分钟；然后加入定量混合激发剂溶液，继续搅拌几分钟，使得偏高岭土、磨细废弃玻璃粉完全溶解在混合激发剂溶液中；6)将废弃牡蛎壳细骨料、河砂细骨料按比例放入上述装有搅拌器的容器中，以较快的搅拌速度继续拌合几分钟，形成均一的无机矿物聚合物砂浆浆体；7)检测新拌无机矿物聚合物砂浆的初始流动度，保证使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆工作性能满足要求；8)浇筑及养护。步骤1)中，磨细废弃玻璃粉放置48小时后,使用激光粒度仪检测磨细废弃玻璃粉的颗粒尺寸，控制磨细废弃玻璃粉末平均粒径在6-10um。步骤3)中，将废弃牡蛎壳粉放入马弗炉中煅烧，在950℃温度下煅烧处理2小时，每一小时对废弃牡蛎壳粉混合一次。步骤4)牡蛎壳粉末、无水亚硫酸钠的质量比为60-80：40-20，混合激发剂溶液与加入拌和水的质量比为1:27.5-1:30.1。步骤5)偏高岭土、磨细废弃玻璃粉的质量比为1:2，加入定量混合激发剂溶液的量为无机聚合物反应物总量(偏高岭土+磨细废弃玻璃粉总量的1.35-1.45％(重量比)。步骤6)中细骨料总量与步骤5)中无机聚合物反应物总量的比例为：牡蛎壳细骨料+河砂细骨料的总质量与偏高岭土+磨细废弃玻璃粉的总质量的比为(0.48-0.52):(0.8-1.1)。步骤7)中，采用跳桌法检测新拌无机矿物聚合物砂浆的初始流动度，无机矿物聚合物砂浆工作性能满足要求初始流动度：160±20mm。步骤8)中，新拌无机矿物聚合物砂浆浇筑到40mm×40mm×160mm、100mm×100mm×300mm、25mm×25mm×285mm试模中，放置在温度25℃、湿度55-65％的环境中养护24小时；1天后将试样从试模中移除，放置在温度为20℃、湿度为90±5％的标准养护水槽中养护到规定的龄期。在规定龄期里对无机矿物聚合物砂浆抗压强度、抗折强度、抗冲击性能、干燥收缩值进行测定。本专利技术首先对废弃玻璃进行分拣、清洗、晾干、粉碎、球磨并且通过0.6mm圆孔筛，得到磨细废弃玻璃粉。然后，将稀盐酸溶液浸泡、清洗、晾干处理过的废弃牡蛎壳粉碎通过5mm方孔筛，得粉碎废弃牡蛎壳细骨料。随后，将废弃牡蛎壳细骨料进行球磨,得颗粒尺寸小于0.6mm的废弃牡蛎壳粉，高温煅烧处理废弃牡蛎壳粉后进一步球磨，得与水泥颗粒筛余率相类似的牡蛎壳粉末，牡蛎壳粉末和无水亚硫酸纳混合得复合碱激发剂。采用此方法制备的环境友好型无机矿物聚合物砂浆，完全不使用水泥作为胶凝材料，避免了水泥生产过程中C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法，其特征在于：包括如下步骤：1)对废弃玻璃进行分拣、清洗、晾干、粉碎、球磨并且通过0.6mm圆孔筛，去除杂质与形状不规则的废弃玻璃颗粒，得磨细废弃玻璃粉；2)使用稀盐酸溶液除去废弃牡蛎壳表面残留有机物质，对清洗、晾干的废弃牡蛎壳进行粉碎处理，粉碎后的废弃牡蛎壳通过5mm方孔筛，去除杂质与形状不规则的粉碎废弃牡蛎壳颗粒，得到粉碎废弃牡蛎壳细骨料；3)将颗粒尺寸小于5mm的粉碎废弃牡蛎壳放入球磨机中研磨20‑30分钟，球磨后所得废弃牡蛎壳粉过0.6mm圆孔筛，保留颗粒尺寸小于0.6mm废弃牡蛎壳粉颗粒；将上述废弃牡蛎壳粉放入马弗炉中煅烧；将煅烧的废弃牡蛎壳粉冷却到室温，继续球磨1‑2分钟，得与水泥筛余率相近的牡蛎壳粉末，将牡蛎壳粉末进行密封备用；4)将牡蛎壳粉末、无水亚硫酸钠按比例混合，快速搅拌20‑30分钟，混合均匀，得到混合激发剂；然后，加入定量拌和水，使混合激发剂完全溶解在水中，并且冷却到室温，形成均一、澄清混合激发剂溶液备用；5)将偏高岭土、磨细废弃玻璃粉按比例放入装有搅拌器的容器中，在一定搅拌速度下干混几分钟；然后加入定量混合激发剂溶液，继续搅拌几分钟，使得偏高岭土、磨细废弃玻璃粉完全溶解在混合激发剂溶液中；6)将废弃牡蛎壳细骨料、河砂细骨料按比例放入上述装有搅拌器的容器中，以较快的搅拌速度继续拌合几分钟，形成均一的无机矿物聚合物砂浆浆体；7)检测新拌无机矿物聚合物砂浆的初始流动度，保证使用固体废弃物制备的环境友好型无机矿物聚合物砂浆工作性能满足要求；8)浇筑及养护。...

【技术特征摘要】
1.一种使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法，其特征在于：包括如下步骤：1)对废弃玻璃进行分拣、清洗、晾干、粉碎、球磨并且通过0.6mm圆孔筛，去除杂质与形状不规则的废弃玻璃颗粒，得磨细废弃玻璃粉；2)使用稀盐酸溶液除去废弃牡蛎壳表面残留有机物质，对清洗、晾干的废弃牡蛎壳进行粉碎处理，粉碎后的废弃牡蛎壳通过5mm方孔筛，去除杂质与形状不规则的粉碎废弃牡蛎壳颗粒，得到粉碎废弃牡蛎壳细骨料；3)将颗粒尺寸小于5mm的粉碎废弃牡蛎壳放入球磨机中研磨20-30分钟，球磨后所得废弃牡蛎壳粉过0.6mm圆孔筛，保留颗粒尺寸小于0.6mm废弃牡蛎壳粉颗粒；将上述废弃牡蛎壳粉放入马弗炉中煅烧；将煅烧的废弃牡蛎壳粉冷却到室温，继续球磨1-2分钟，得与水泥筛余率相近的牡蛎壳粉末，将牡蛎壳粉末进行密封备用；4)将牡蛎壳粉末、无水亚硫酸钠按比例混合，快速搅拌20-30分钟，混合均匀，得到混合激发剂；然后，加入定量拌和水，使混合激发剂完全溶解在水中，并且冷却到室温，形成均一、澄清混合激发剂溶液备用；5)将偏高岭土、磨细废弃玻璃粉按比例放入装有搅拌器的容器中，在一定搅拌速度下干混几分钟；然后加入定量混合激发剂溶液，继续搅拌几分钟，使得偏高岭土、磨细废弃玻璃粉完全溶解在混合激发剂溶液中；6)将废弃牡蛎壳细骨料、河砂细骨料按比例放入上述装有搅拌器的容器中，以较快的搅拌速度继续拌合几分钟，形成均一的无机矿物聚合物砂浆浆体；7)检测新拌无机矿物聚合物砂浆的初始流动度，保证使用固体废弃物制备的环境友好型无机矿物聚合物砂浆工作性能满足要求；8)浇筑及养护。2.根据权利要求1所述的使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法，其特征在于：步骤1)中，磨细废弃玻璃粉放置48小时后,使用激光粒度仪检测磨细废弃玻璃粉的颗粒尺寸，控制磨细废弃玻璃粉末平均粒径在6-10um。3.根据权利要求1所述的使用固体废弃物制备环境友好型无机矿物聚合物砂浆的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晖，陈达，廖迎娣，宣卫红，欧阳峰，封嘉蕊，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32