本發(fā)明屬于建筑材料和固體廢棄物利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種以粉煤灰和廢玻璃為原料的無機膠凝材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

無機膠凝材料在各類土木、交通和海洋工程領(lǐng)域應(yīng)用極其廣泛， 其中最大量使用的是水泥。通用的水泥是一種生產(chǎn)過程資源和能源消耗高、溫室氣體排放量大的材料，尋求新的原材料資源和可替代或者可作為補充的新的膠凝材料的制備方法是材料工作者一直致力于解決的問題。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，火力發(fā)電企業(yè)排出的粉煤灰與日俱增，目前我國粉煤灰的年排出量已超過6億噸，雖然大部分已被應(yīng)用于水泥、混凝土和其它產(chǎn)品的制造中，但其中仍有很大一部分以堆存處理，此外以往歷年排出的粉煤灰，也有大量尚未有效利用。粉煤灰的堆存占用土地、嚴重污染周圍環(huán)境，因此其有效資源化利用是一亟待解決的問題?，F(xiàn)有水泥和混凝土制備中為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對粉煤灰的品質(zhì)和用量上有較大的限制。CN201510015040和CN201510017523公開了利用粉煤灰和石灰通過水熱處理和750℃~950℃煅燒制備膠凝材料或快凝水泥的方法，其粉煤灰利用率高，所得水泥凝結(jié)快、耐侵蝕性好，但公布的方法仍需要在750℃~950℃較高的溫度下煅燒，存在較高的燃料消耗和溫室氣體的排放。另一方面，城市生活產(chǎn)生的垃圾中包含著大量使用過的玻璃燈泡、玻璃容器、玻璃板和玻璃裝飾物等廢玻璃，其數(shù)量占中國城市垃圾的6% ~11%。目前廢玻璃的回收利用非常低，常與普通垃圾一起作填滿處理，不但占用土地資源，而且存在安全隱患，亟需尋找有效利用的途徑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種以粉煤灰和廢玻璃為原料的無機膠凝材料及其制備方法，該無機膠凝材料制備過程無需經(jīng)高溫煅燒、燃料消耗低、膠凝材料固化時間適宜，固化后強度高、耐腐蝕性能強。

技術(shù)方案：一種以粉煤灰和廢玻璃為原料的無機膠凝材料，包括以重量份計的硅酸鹽超細粉65～75份和改性廢玻璃超粉25～35份；所述硅酸鹽超細粉的原料包括以重量份計的粉煤灰40～65份、消石灰30～40份、廢玻璃5～20份；所述改性廢玻璃超細粉的原料包括以重量份計的廢玻璃50～70份、?；郀t礦渣10～30份、石英砂10～20份、改性劑3～5份和水1份。

作為優(yōu)選，所述廢玻璃為氧化硅含量高于65%的廢棄玻璃。

作為優(yōu)選，所述改性劑為堿金屬氫氧化物或堿金屬碳酸鹽。

本發(fā)明的無機膠凝材料以粉煤灰和廢玻璃為主要原料，減少環(huán)境污染，而且制備過程不需要煅燒，節(jié)能環(huán)保。

上述以粉煤灰和廢玻璃為原料的無機膠凝材料的制備方法，包括以下步驟：

第一步：制備硅酸鹽超細粉，包括以下步驟：

（1）將廢玻璃清洗、烘干后破碎；（2）取粉煤灰、消石灰、廢玻璃，混合粉磨至80μm篩余小于1%，得到配合料；（3）將所述配合料和水混合，攪拌均勻，制成直徑為8~12mm的料球；（4）將所述料球在90℃~100℃蒸汽養(yǎng)護12~16小時得蒸養(yǎng)料；(5) 將所述蒸養(yǎng)料在80℃~120℃下烘干，冷卻粉磨至45μm篩余小于5%，得到硅酸鹽超細粉；

第二步：制備改性廢玻璃超細粉，取廢玻璃、?；郀t礦渣、石英砂、改性劑和水，混合粉磨至45μm篩余小于3%，得到改性廢玻璃超細粉；

第三步：將硅酸鹽超細粉與改性廢玻璃超細粉混合粉磨，即可。

作為優(yōu)選，第一步步驟（1）中烘干后破碎至粒度不大于5 mm。

作為優(yōu)選，第三步混合粉磨時間為30分鐘。

本發(fā)明的基本原理是通過水熱處理使得石灰與粉煤灰和廢玻璃中的中活性氧化硅和活性氧化鋁反應(yīng)形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和水化鋁硅酸鈣，烘干磨細后得到含這些“干燥”水化產(chǎn)物和少量未反應(yīng)的氫氧化鈣的硅酸鹽超細粉；廢玻璃、粒化高爐礦渣和石英砂與堿金屬氫氧化物和堿金屬碳酸鹽共同粉磨，在化學(xué)和機械化學(xué)的共同作用下，增大廢玻璃、?；郀t礦渣和石英砂的比表面積、改變粉粒的表面結(jié)構(gòu)，就成為具有很高反應(yīng)活性的改性廢玻璃超細粉；硅酸鹽超細粉和改性廢玻璃超細粉共同粉磨，在研磨體的機械力作用下，水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鋁硅酸鈣和氫氧化鈣與高反應(yīng)活性的改性廢玻璃超細粉間產(chǎn)生“鍵合”，加適量水混合和就能迅速形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和水化鋁硅酸鈣等膠凝性物質(zhì)，可將砂石等牢固膠合在一起。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：第一，本發(fā)明無機膠凝材料對粉煤灰和廢玻璃的利用率高，可解決粉煤灰占用土地、廢玻璃的填埋處理和污染環(huán)境的問題；第二，本發(fā)明無機膠凝材料的制備方法簡單，不涉及高溫煅燒，燃料消耗和溫室氣體排放量少；第三，本發(fā)明無機膠凝材料固化時間適宜、固化強度高、耐水、耐硫酸鹽侵蝕性好，特別適用于坑道、水下、鹽堿地帶和沿海地區(qū)工程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。各實施例中無機膠凝材料的固化凝結(jié)時間參照GBT 1346-2011 測定，固化膠砂強度按GBT 17671-1999 測定，抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)按GBT749-2008 中浸泡法（K法）測定。

實施例1

將廢玻璃清洗烘干、破碎后全部過5 mm方孔篩。分別稱取粉煤灰40份、消石灰40份和廢玻璃20份，混合粉磨得80μm篩余為0.92%得配合料；將配合料加水混合攪拌均勻，制成直徑為8~12mm的料球；將料球在90℃蒸汽養(yǎng)護16小時得蒸養(yǎng)料；蒸養(yǎng)料在80℃下烘干、冷卻粉磨至45μm篩余2.5%，得到硅酸鹽超細粉；

分別稱取廢玻璃50份、?；郀t礦渣30份、石英砂20份、氫氧化鈉4份、水1份，混合粉磨至45μm篩余2.8%，得到改性廢玻璃超細粉；

將硅酸鹽超細粉65份與改性廢玻璃超細粉35份混合粉磨30分鐘，制成無機膠凝材料。

測得該無機膠凝材料的固化初凝時間為6小時35分鐘，終凝時間為9小時10分鐘，3天齡期抗折強度2.8MPa、抗壓強度15.3MPa，28天齡期抗折強度5.8 MPa、抗壓強度35.2MPa，抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)1.08。

實施例2

將廢玻璃清洗烘干、破碎后全部過5 mm方孔篩。分別稱取粉煤灰65份、消石灰30份和廢玻璃5份，混合粉磨得80μm篩余為0.84%得配合料；將配合料加水混合攪拌均勻，制成直徑為8~12mm的料球；將料球在95℃蒸汽養(yǎng)護14小時得蒸養(yǎng)料；蒸養(yǎng)料在120℃下烘干、冷卻粉磨至45μm篩余4.3%，得到硅酸鹽超細粉；

分別稱取廢玻璃70份、?；郀t礦渣15份、石英砂15份和碳酸鈉5份、水1份，混合粉磨至45μm篩余小于1.6%，得到改性廢玻璃超細粉；

將硅酸鹽超細粉75份與改性廢玻璃超細粉25份混合粉磨30分鐘，制成無機膠凝材料。

測得該無機膠凝材料的固化初凝時間為4小時55分鐘，終凝時間為7小時20分鐘，3天齡期抗折強度3.4 MPa、抗壓強度18.8MPa，28天齡期抗折強度6.3 MPa、抗壓強度42.7MPa，抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)1.10。

實施例3

將廢玻璃清洗烘干、破碎后全部過5 mm方孔篩。分別稱取粉煤灰55份、消石灰35份和廢玻璃10份，混合粉磨得80μm篩余為0.70%得配合料；將配合料加水混合攪拌均勻，制成直徑為8~12mm的料球；將料球在98℃蒸汽養(yǎng)護14小時得蒸養(yǎng)料；蒸養(yǎng)料在100℃下烘干、冷卻粉磨至45μm篩余3.1%，得到硅酸鹽超細粉；

分別稱取廢玻璃60份、?；郀t礦渣25份、石英砂15份和氫氧化鉀3.5份、水1份，混合粉磨至45μm篩余小于2.4%，得到改性廢玻璃超細粉；

將硅酸鹽超細粉70份與改性廢玻璃超細粉30份混合粉磨30分鐘，制成無機膠凝材料。

測得該無機膠凝材料的固化初凝時間為5小時35分鐘，終凝時間為7小時50分鐘，3天齡期抗折強度3.8 MPa、抗壓強度16.8MPa，28天齡期抗折強度6.7 MPa、抗壓強度36.2MPa，抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)1.05。

實施例4

將廢玻璃清洗烘干、破碎后全部過5 mm方孔篩。分別稱取粉煤灰60份、消石灰30份和廢玻璃10份，混合粉磨得80μm篩余為0.64%得配合料；將配合料加水混合攪拌均勻，制成直徑為8~12mm的料球；將料球在100℃蒸汽養(yǎng)護12小時得蒸養(yǎng)料；蒸養(yǎng)料在80℃下烘干、冷卻粉磨至45μm篩余2.8%，得到硅酸鹽超細粉；

分別稱取廢玻璃60份、?；郀t礦渣30份、石英砂10份和氫氧化鈉3.0份、水1份，混合粉磨至45μm篩余小于2.4%，得到改性廢玻璃超細粉；

將硅酸鹽超細粉68份與改性廢玻璃超細粉32份混合粉磨30分鐘，制成無機膠凝材料。

測得該無機膠凝材料的固化初凝時間為5小時45分鐘，終凝時間為8小時30分鐘，3天齡期抗折強度2.9 MPa、抗壓強度17.3MPa，28天齡期抗折強度6.0 MPa、抗壓強度33.1MPa，抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)1.04。

實施例5

將廢玻璃清洗烘干、破碎后全部過5 mm方孔篩。分別稱取粉煤灰45份、消石灰40份和廢玻璃15份，混合粉磨得80μm篩余為0.88%得配合料；將配合料加水混合攪拌均勻，制成直徑為8~12mm的料球；將料球在95℃蒸汽養(yǎng)護12小時得蒸養(yǎng)料；蒸養(yǎng)料在100℃下烘干、冷卻粉磨至45μm篩余2.8%，得到硅酸鹽超細粉；

分別稱取廢玻璃70份、粒化高爐礦渣20份、石英砂10份和碳酸鈉4.5份、水1份，混合粉磨至45μm篩余小于1.7%，得到改性廢玻璃超細粉；

將硅酸鹽超細粉72份與改性廢玻璃超細粉28份混合粉磨30分鐘，制成無機膠凝材料。

測得該無機膠凝材料的固化初凝時間為4小時50分鐘，終凝時間為8小時5分鐘，3天齡期抗折強度3.3 MPa、抗壓強度18.3MPa，28天齡期抗折強度6.5 MPa、抗壓強度39.6MPa，抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)1.02。

實施例6

將廢玻璃清洗烘干、破碎后全部過5 mm方孔篩。分別稱取粉煤灰50份、消石灰35份和廢玻璃15份，混合粉磨得80μm篩余為0.56%得配合料；將配合料加水混合攪拌均勻，制成直徑為8~12mm的料球；將料球在98℃蒸汽養(yǎng)護14小時得蒸養(yǎng)料；蒸養(yǎng)料在120℃下烘干、冷卻粉磨至45μm篩余1.9%，得到硅酸鹽超細粉；

分別稱取廢玻璃60份、?；郀t礦渣30份、石英砂10份和碳酸鉀5.0份、水1份，混合粉磨至45μm篩余小于1.0%，得到改性廢玻璃超細粉；

將硅酸鹽超細粉73份與改性廢玻璃超細粉27份混合粉磨30分鐘，制成無機膠凝材料。

測得該無機膠凝材料的固化初凝時間為5小時19分鐘，終凝時間為8小時45分鐘，3天齡期抗折強度3.5 MPa、抗壓強度16.3MPa，28天齡期抗折強度6.3 MPa、抗壓強度41.4MPa，抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)1.02。

根據(jù)以上實施例可知，本發(fā)明的無機膠凝材料的粉煤灰和廢玻璃利用率高；膠凝材料的初凝時間為4小時50分鐘至6小時35分鐘，終凝時間為7小時20分鐘至9小時10分鐘，凝結(jié)固化時間適宜；3天抗折強度2.8～3.8MPa、抗壓強度15.3～18.9MPa，28天抗折強度5.8～6.7MPa、抗壓強度35.2～42.7MPa，固結(jié)強度高；耐蝕系數(shù)1.02～1.09，具有很好的抗腐蝕性能。