本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種以廢棄玻璃為原料的復(fù)合膠凝材料及其制備改性方法。
背景技術(shù)：
在我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，大量的玻璃應(yīng)用于建材、工業(yè)、化工及日常生活等領(lǐng)域，隨著而來，廢棄玻璃的產(chǎn)量也日益增加，這些廢棄玻璃不僅占用土地資源，而且破壞生態(tài)環(huán)境。因此，在解決上述矛盾時(shí)，利用具有潛在膠凝性和火山灰活性的廢棄玻璃部分替代水泥制備復(fù)合膠凝材料，具有極大的環(huán)境、社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
無論是化學(xué)組成，還是晶體結(jié)構(gòu)，廢棄玻璃都與粉煤灰非常接近，將其粉磨到一定細(xì)度，其具有膠凝性。然而廢棄玻璃部分替代水泥制備膠凝材料，存在以下幾個(gè)缺陷：堿硅反應(yīng)的產(chǎn)生，摻廢棄玻璃膠凝材料早期強(qiáng)度低，凝結(jié)時(shí)間長等問題，這些問題嚴(yán)重阻礙了廢棄玻璃的回收再利用。而納米二氧化硅可以改善復(fù)合膠凝材料的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高早期強(qiáng)度；另一方面，納米二氧化硅的促凝作用能顯著縮短復(fù)合膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間，且廢棄玻璃粉與納米二氧化硅在水泥體系中具有協(xié)同作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種以廢棄玻璃為原料的復(fù)合膠凝材料及其制備改性方法。該復(fù)合膠凝材料具有早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度大幅增長，速凝速硬和耐久性好的特性且制備工藝簡單，成本低廉，可同時(shí)在不同地區(qū)、不同環(huán)境下投入生產(chǎn)。
以廢棄玻璃為原料的復(fù)合膠凝材料包括質(zhì)量份計(jì)的10-35份廢棄玻璃、65-90份水泥、30-50份水和0.5-5份納米改性劑。
所述納米改性劑選用溶膠態(tài)納米二氧化硅。
所述納米改性劑顆粒平均粒徑為5-15納米,作為優(yōu)選納米改性劑顆粒平均粒徑為10納米。
上述以廢棄玻璃為原料的膠凝材料及其制備改性方法，包括以下幾個(gè)步驟：
(1)收集生活中的廢棄玻璃，主要類型包括棕色、無色和綠色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同規(guī)格平板玻璃和磨砂玻璃器皿等等。
(2)將收集到的廢棄玻璃清洗和浸泡清水去除附著于廢棄玻璃表面的商標(biāo)、標(biāo)簽和灰塵等雜質(zhì);清洗完畢后，將材料放置陰涼處，自然晾干。
(3)將干燥的廢棄玻璃經(jīng)人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎，得到廢棄玻璃粉。
(4)稱取各原料，包括質(zhì)量份計(jì)的10-35份步驟（3）所得廢棄玻璃粉、35-90份的水泥、30-50份的水和0.5-5份的納米改性劑;將其中的廢棄玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔篩篩余小于5%，得到配合料。
(5)將步驟（4）納米改性劑倒入水中，攪拌均勻后，與步驟(4)所得配合料混合，放入水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌2-3分鐘，得到復(fù)合膠凝材料，最后將復(fù)合膠凝材料置入試件中，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。
玻璃粉作為輔助膠凝材料在復(fù)合體系中具有一定的積極作用，如玻璃粉的摻入，增大了水泥有效水灰比，從而提高了水泥的水化程度；玻璃粉還能發(fā)揮微集料填充作用，密實(shí)了復(fù)合膠凝材料的孔結(jié)構(gòu)。雖然玻璃粉對(duì)水泥基材料諸多性能有積極改善的作用，但是其也可能帶來不利影響。復(fù)合體系中玻璃粉化學(xué)作用主要是通過具有潛在火山灰活性的硅、鋁質(zhì)組分溶解并與水泥水化生成的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，但是由于玻璃粉顆粒的結(jié)構(gòu)較為致密，化學(xué)鍵非常牢固，難以破壞，導(dǎo)致玻璃粉早期反應(yīng)慢，進(jìn)而減緩了復(fù)合體系水化程度、延緩了早期強(qiáng)度發(fā)展、延長凝結(jié)時(shí)間等問題，這些問題直接決定了玻璃粉的摻入量。
選用納米二氧化硅作為復(fù)合膠凝材料改性劑，主要由于納米二氧化硅表面含有大量不飽和的si-o鍵，由于表面欠氧而偏離了穩(wěn)定的硅氧結(jié)構(gòu)，所以納米二氧化硅具有比較高的反應(yīng)活性。在水泥基材料摻入一定量的納米材料可提高材料性能、促進(jìn)材料的強(qiáng)度發(fā)展、加快復(fù)合體系的水化反應(yīng)進(jìn)程，納米二氧化硅對(duì)材料凝結(jié)硬化的促進(jìn)作用較大程度上緩解了摻玻璃粉體系早期性能發(fā)展不足的缺陷。
本發(fā)明的有益效果主要包括以下方面：
（1）本發(fā)明廢棄玻璃利用率高，能夠緩解土地資源的占用和環(huán)境污染問題，提供了一條廢棄玻璃回收再利用的途徑。
（2）復(fù)合膠凝材料具有早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度大幅增長，速凝速硬和耐久性好的特性。
（3）制備工藝簡單，成本低廉，可同時(shí)在不同地區(qū)、不同環(huán)境下投入生產(chǎn)。
（4）為環(huán)境管理部門節(jié)省處置廢棄玻璃的人力、物力和財(cái)力方面，具有一定的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明的制備工藝及技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
本發(fā)明實(shí)施例中的復(fù)合膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間按gb/t1346-200測定，復(fù)合膠凝材料抗壓強(qiáng)度按gb/t17571-1999測定。
實(shí)施例1：
(1)收集生活中的廢棄玻璃，包括棕色、無色和綠色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同規(guī)格平板玻璃和磨砂玻璃器皿。
(2)將收集到的廢棄玻璃清洗和浸泡清水去除附著于廢棄玻璃表面的商標(biāo)、標(biāo)簽和灰塵等雜質(zhì);清洗完畢后，將材料放置陰涼處，自然晾干。
(3)將干燥的廢棄玻璃經(jīng)人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎，得到廢棄玻璃粉。
(4)稱取各原料，包括質(zhì)量份計(jì)的30份步驟（3）所得廢棄玻璃粉、70份的水泥、50份的水和5份的溶膠態(tài)納米二氧化硅,溶膠態(tài)納米二氧化硅顆粒平均粒徑為10納米;將其中的廢棄玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔篩篩余小于5%，得到配合料。
(5)將步驟（4）溶膠態(tài)納米二氧化硅倒入水中，攪拌均勻后，與步驟(4)所得配合料混合，放入水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌3分鐘，得到復(fù)合膠凝材料，最后將復(fù)合膠凝材料置入試件中，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。
所制得的復(fù)合膠凝材料的細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)為比表面積大于400m2/kg，初凝時(shí)間126分鐘，終凝時(shí)間217分鐘，3天抗壓強(qiáng)度13.51pa，28天抗壓強(qiáng)度28.47mpa。
實(shí)施例2：
(1)收集生活中的廢棄玻璃，包括棕色、無色和綠色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同規(guī)格平板玻璃和磨砂玻璃器皿。
(2)將收集到的廢棄玻璃清洗和浸泡清水去除附著于廢棄玻璃表面的商標(biāo)、標(biāo)簽和灰塵等雜質(zhì);清洗完畢后，將材料放置陰涼處，自然晾干。
(3)將干燥的廢棄玻璃經(jīng)人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎，得到廢棄玻璃粉。
(4)稱取各原料，包括質(zhì)量份計(jì)的30份步驟（3）所得廢棄玻璃粉、70份的水泥、50份的水和3份的溶膠態(tài)納米二氧化硅,溶膠態(tài)納米二氧化硅顆粒平均粒徑為10納米;將其中的廢棄玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔篩篩余小于5%，得到配合料。
(5)將步驟（4）溶膠態(tài)納米二氧化硅倒入水中，攪拌均勻后，與步驟(4)所得配合料混合，放入水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌2分鐘，得到復(fù)合膠凝材料，最后將復(fù)合膠凝材料置入試件中，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。
所制得的復(fù)合膠凝材料的細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)為比表面積大于400m2/kg，初凝時(shí)間145分鐘，終凝時(shí)間252分鐘，3天抗壓強(qiáng)度12.41pa，28天抗壓強(qiáng)度26.38mpa。
實(shí)施例3：
(1)收集生活中的廢棄玻璃，包括棕色、無色和綠色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同規(guī)格平板玻璃和磨砂玻璃器皿。
(2)將收集到的廢棄玻璃清洗和浸泡清水去除附著于廢棄玻璃表面的商標(biāo)、標(biāo)簽和灰塵等雜質(zhì);清洗完畢后，將材料放置陰涼處，自然晾干。
(3)將干燥的廢棄玻璃經(jīng)人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎，得到廢棄玻璃粉。
(4)稱取各原料，包括質(zhì)量份計(jì)的20份步驟（3）所得廢棄玻璃粉、80份的水泥、40份的水和5份的溶膠態(tài)納米二氧化硅,溶膠態(tài)納米二氧化硅顆粒平均粒徑為10納米;將其中的廢棄玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔篩篩余小于5%，得到配合料。
(5)將步驟（4）溶膠態(tài)納米二氧化硅倒入水中，攪拌均勻后，與步驟(4)所得配合料混合，放入水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌3分鐘，得到復(fù)合膠凝材料，最后將復(fù)合膠凝材料置入試件中，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。
所制得的復(fù)合膠凝材料的細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)為比表面積大于400m2/kg，初凝時(shí)間109分鐘，終凝時(shí)間194分鐘，3天抗壓強(qiáng)度15.79pa，28天抗壓強(qiáng)度30.97mpa。
實(shí)施例4：
(1)收集生活中的廢棄玻璃，包括棕色、無色和綠色啤酒瓶，透明玻璃容器，不同規(guī)格平板玻璃和磨砂玻璃器皿。
(2)將收集到的廢棄玻璃清洗和浸泡清水去除附著于廢棄玻璃表面的商標(biāo)、標(biāo)簽和灰塵等雜質(zhì);清洗完畢后，將材料放置陰涼處，自然晾干。
(3)將干燥的廢棄玻璃經(jīng)人工初次破碎至3-5毫米，然后放入鄂式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎，得到廢棄玻璃粉。
(4)稱取各原料，包括質(zhì)量份計(jì)的15份步驟（3）所得廢棄玻璃粉、85份的水泥、40份的水和4.5份的溶膠態(tài)納米二氧化硅,溶膠態(tài)納米二氧化硅顆粒平均粒徑為10納米;將其中的廢棄玻璃粉和水泥混磨至45微米，方孔篩篩余小于5%，得到配合料。
(5)將步驟（4）溶膠態(tài)納米二氧化硅倒入水中，攪拌均勻后，與步驟(4)所得配合料混合，放入水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌3分鐘，得到復(fù)合膠凝材料，最后將復(fù)合膠凝材料置入試件中，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。
所制得的復(fù)合膠凝材料的細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)為比表面積大于400m2/kg，初凝時(shí)間101分鐘，終凝時(shí)間187分鐘，3天抗壓強(qiáng)度16.11pa，28天抗壓強(qiáng)度32.01mpa。