本發(fā)明涉及一種石灰石基高強(qiáng)度建筑材料的制備方法，屬于墻地磚、路面磚、廣場磚、天花板和江河護(hù)堤等建筑材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是利用石灰石輔以廢玻璃制備高強(qiáng)度石灰石基建筑材料的方法。

背景技術(shù)：

目前，墻地磚、路面磚、廣場磚、天花板和江河護(hù)堤等建筑材料主要還是采用土壤成型后高溫?zé)贫桑?，該工藝的能耗比較高，而且土地資源是十分有限的。我國石灰石資源十分豐富，占全球總儲存量的64％以上，石灰石已成為材料特別是建筑材料的主要原材料。傳統(tǒng)的石灰石制備生石灰存在高溫，同時排放了大量的co2等問題。

另外，我國每年廢棄的玻璃制品超過700萬噸，但回收率僅為13％，遠(yuǎn)低于回收率為50％的世界水平。目前，較為先進(jìn)的廢玻璃處理技術(shù)是玻璃輕石技術(shù)，利用廢玻璃制備一種多孔的輕質(zhì)無機(jī)材料(專利號201310281305.x)，但其強(qiáng)度較低，主要用于功能材料，例如可用于墻體保溫隔熱、水質(zhì)過濾等場合，同時無法實(shí)現(xiàn)co2的準(zhǔn)零排放。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種工藝技術(shù)簡單、成本低的高強(qiáng)度石灰石基建筑材料的制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過水熱固化的方式將石灰石輔以廢玻璃制備得到高強(qiáng)度石灰石基建筑材料。本發(fā)明的反應(yīng)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的陶瓷燒成溫度，使得生產(chǎn)能耗大大降低，同時也避免了碳酸鈣的分解，因而更加節(jié)能環(huán)保。利用該方法得到的產(chǎn)品抗折強(qiáng)度達(dá)到25mpa左右，可以滿足諸如墻地磚、路面磚、廣場磚、天花板和江河護(hù)堤材料等方面的建筑用材的使用要求。

具體步驟如下：

先將廢玻璃和石灰石作為原料，將其粉碎后，分別過100目篩并烘干。再以質(zhì)量百分比量取廢玻璃：石灰石＝30％～60％：40％～70％，再量取廢玻璃和石灰石總重量的5％～10％的水或氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液的濃度為2～5mol/l，將上述計(jì)量好的原料混合均勻后，在30mpa的成型壓力下壓制成塊狀樣品并脫模，在140℃～240℃條件下，進(jìn)行水熱固化1～24h，烘干后制得高強(qiáng)度建筑材料塊狀固化產(chǎn)品。經(jīng)過檢測，得到的產(chǎn)品抗折強(qiáng)度達(dá)到25mpa左右，可以滿足諸如墻地磚、路面磚、廣場磚、天花板和江河護(hù)堤材料等方面的建筑用材的使用要求。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于：

1，本發(fā)明利用石灰石和廢玻璃制備高強(qiáng)度建筑材料的過程中，所用的是溫度低于240℃的水熱固化方法，與采用土壤成型后溫度高于1000℃燒制而成的傳統(tǒng)工藝相比，能耗約為其1/5，故生產(chǎn)能耗小，產(chǎn)品制備成本低。

2，本發(fā)明固化溫度(140～240℃)遠(yuǎn)低于石灰石的分解溫度，因而該石灰石(碳酸鈣)材料在生產(chǎn)過程中不會排放大量的co2，可以實(shí)現(xiàn)溫室氣體的零(準(zhǔn)零)排放。

3，本發(fā)明用極難分解的廢玻璃作為一種制備高強(qiáng)度建筑材料的主要添加料，實(shí)現(xiàn)了對廢玻璃的循環(huán)再利用，不僅技術(shù)簡單、成本低，還避免了對人體造成傷害，減少土地資源浪費(fèi)，減輕環(huán)境負(fù)荷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

圖2為實(shí)施例1中不同摻水量的樣品的抗折強(qiáng)度。

圖3為實(shí)施例2中添加不同濃度氫氧化鈉的樣品的抗折強(qiáng)度。

圖4為實(shí)施例3中不同固化時間的樣品的抗折強(qiáng)度。

圖5為實(shí)施例3中不同固化時間的樣品的xrd圖譜。

圖6為實(shí)施例3中不同固化時間的樣品的紅外圖譜。

圖7為實(shí)施例4中不同固化溫度的樣品的抗折強(qiáng)度。

圖8為實(shí)施例4中水熱固化前的樣品的sem照片。

圖9為實(shí)施例4中水熱固化后的樣品的sem照片。

具體實(shí)施方式

選用廢玻璃和石灰石為原料，將其粉碎后，分別過100目篩并烘干，得到粉磨后的石灰石和廢玻璃。通過實(shí)施例1-4進(jìn)一步說明本發(fā)明。

實(shí)施例1

該實(shí)施例以摻水量為變量，從而觀察不同摻水量條件下固化樣品的抗折強(qiáng)度變化，并進(jìn)行分析。首先，按照質(zhì)量百分比稱取粉磨過篩并烘干后的石灰石(40～70％)及廢玻璃(30～60％)，然后再量取廢玻璃和石灰石兩個原料總重量的0～20％不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的去離子水，分別摻入并混合均勻，隨后分別將不同摻水量的混合料，在fw-4型臺式粉末壓片機(jī)下壓制成型，成型壓力為30mpa，脫模后的樣品放入水熱釜內(nèi)進(jìn)行水熱固化，水熱溫度180℃,水熱時間15h。固化后的樣品(40mm×15mm×6mm)在60℃烘箱中干燥24h，制得圖2所示系列的樣品。

從圖2可以看出，不添加水時，其樣品強(qiáng)度幾乎為零，這是由于不摻水時，成型困難造成的。隨著摻水量的增加，固化后的樣品的抗折強(qiáng)度有所增加，摻水量為10％時強(qiáng)度最大達(dá)到9.3mpa，這是因?yàn)榧尤脒m量的水可加快試樣中固體顆粒間的傳質(zhì)速率，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行造成的。當(dāng)摻水量超過15％時，試樣壓制過程有水滲出，成型又變得困難，使得抗折強(qiáng)度下降。因此，選定10％的摻水量為該系列實(shí)施例的最佳值。

實(shí)施例2

該實(shí)施例以額外添加的氫氧化鈉濃度為變量，從而觀察不同氫氧化鈉的添加量條件下固化樣品的抗折強(qiáng)度變化，并進(jìn)行分析。

首先，稱取粉磨過篩并烘干后的石灰石(40％～70％)及廢玻璃(30％～60％)，然后分別摻入不同濃度(2～5mol/l)的氫氧化鈉溶液,氫氧化鈉溶的摻入量是廢玻璃和石灰石兩個原料總重量的10％，混合均勻，隨后分別將摻入不同濃度(2～5mol/l)的氫氧化鈉溶液的混合料，在fw-4型臺式粉末壓片機(jī)下壓制成型，成型壓力為30mpa，脫模后的樣品放入水熱釜內(nèi)進(jìn)行水熱固化，水熱溫度180℃,水熱時間15h。固化后的樣品(40mm×15mm×6mm)在60℃烘箱中干燥24h，制得如圖3所示系列的樣品。

從圖3可以看出，隨著氫氧化鈉溶液濃度的增加，固化樣品的抗折強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，在氫氧化鈉溶液濃度為5mol/l時強(qiáng)度最大，抗折強(qiáng)度接近21mpa。由于在此濃度下，樣品抗折強(qiáng)度已足夠高，而濃度增大時產(chǎn)品成本會相應(yīng)提高，因此，結(jié)合抗折強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)效益，我們將氫氧化鈉濃度在該實(shí)施例系列中的最佳值選定為5mol/l。

實(shí)施例3

該實(shí)施例以固化時間為變量，從而觀察不同固化時間條件下固化樣品的抗折強(qiáng)度變化，并進(jìn)行分析。首先，稱取粉磨過篩并烘干后的石灰石(40％～70％)及廢玻璃(30％～60％)，然后添加廢玻璃和石灰石兩個原料總重量10％的氫氧化鈉溶液(濃度為5mol/l)并混合均勻，隨后稱取一定質(zhì)量的混合料，在fw-4型臺式粉末壓片機(jī)下壓制成型，成型壓力為30mpa，脫模后的樣品放入水熱釜內(nèi)進(jìn)行水熱固化，水熱溫度180℃,水熱時間0～18h。固化后的樣品(40mm×15mm×6mm)在60℃烘箱中干燥24h，制得圖4所示水熱時間0～18h的一系列的樣品。

從圖4可看出，固化反應(yīng)初期(1h以前)，樣品強(qiáng)度迅速增加，到達(dá)1h以后，強(qiáng)度增加緩慢。15h強(qiáng)度達(dá)到最大值，抗折強(qiáng)度接近21mpa，15h后，強(qiáng)度下降，故其最佳反應(yīng)時間為15h左右。圖5為固化處理前后樣品的xrd圖譜，可以發(fā)現(xiàn)石灰石的物相為方解石，當(dāng)固化時間為6h時，出現(xiàn)了硅酸鈣水合物(c-s-h體系)的峰，說明廢玻璃與caco3反應(yīng)生成了硅酸鈣水合(c-s-h體系)。隨著時間的延長，30°處硅酸鈣水合物(c-s-h體系)的特征峰一直存在且增強(qiáng)，此外在7°附近有在15h處有新衍射峰生成，這是托勃莫來石的特征峰。圖6為固化處理不同時間樣品的紅外圖譜。由圖6可知，3447cm^-1處的振動峰為層間吸附水o-h的伸縮振動，1436cm^-1,876cm^-1以及713cm^-1的振動峰均為co3^2-的振動，876cm^-1振動峰也驗(yàn)證了碳酸鈣礦物為方解石。由于氫氧化鈉溶液與廢玻璃中二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉，0h時有較小的硅氧振動峰，隨著反應(yīng)時間的增長，硅氧振動峰的強(qiáng)度明顯增大，說明15h生成了更多的硅酸鈣水合物(c-s-h體系)和托勃莫來石。結(jié)合圖4的強(qiáng)度變化趨勢可知，原料廢玻璃和石灰石與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成的硅酸鈣水合物(c-s-h體系)和托勃莫來石使得樣品強(qiáng)度增加。

實(shí)施例4

該實(shí)施例以固化溫度為變量，從而觀察不同溫度條件下固化樣品的抗折強(qiáng)度變化，并進(jìn)行分析。首先，與實(shí)施例3一樣,稱取粉磨過篩并烘干后的石灰石(40％～70％)及廢玻璃(30％～60％)，然后摻入濃度5mol/l的氫氧化鈉溶液(10％)并混合均勻，隨后稱取一定質(zhì)量的混合料，在fw-4型臺式粉末壓片機(jī)下壓制成型，成型壓力為30mpa，脫模后的樣品放入水熱釜內(nèi)進(jìn)行水熱固化，水熱溫度100℃～220℃,水熱時間15h。固化后的樣品(40mm×15mm×6mm)在60℃烘箱中干燥24h，制得圖7系列的樣品。

從圖7可以看出，隨著反應(yīng)溫度的提高，試樣強(qiáng)度顯著增加，在200℃時，強(qiáng)度到達(dá)25mpa左右。溫度繼續(xù)升高，抗折強(qiáng)度有所降低。為詳細(xì)分析其固化機(jī)理，對固化前后的樣品進(jìn)行sem照相，結(jié)果見圖8和9。由圖8可知，處理前，較大的顆粒松散的堆積在一起，顆粒間間隙較大。圖9表明固化后大顆粒間及大顆粒表面上產(chǎn)生了大量針狀和片狀的托勃莫來石晶體，這些晶體填充了原來顆粒的間隙，使固化體致密度大幅度提高，強(qiáng)度由此增加。

以上固化后的樣品的抗折強(qiáng)度是采用xq-106a萬能材料試驗(yàn)機(jī)測試抗折強(qiáng)度。