CN106747253A - 一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆及其应用 - Google Patents

一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆及其应用，按重量份计，所述水泥包括镍铁渣集料25～50份、镍铁渣粉4～8份、粉煤灰6～15份、重烧氧化镁10～20份、磷酸盐3～10份、缓凝剂1～7份。所述水泥能够应用于早龄期有高强度要求的结构件、抢修工程、墙体抹面及瓷砖粘结领域。本发明所述的镍铁渣磷酸镁水泥砂浆具有快硬、早强、高强、干缩变形小的优点；且能够提高浆‑集料界面的力学性能和耐久性。

Description

一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆及其应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种水泥基材料，具体为采用工业废弃物镍铁渣和粉煤灰制备获得的镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，以及该水泥砂浆的应用。
背景技术
干混砂浆具有生产质量稳定且有保障、施工性能与质量优越、产品种类多且可根据工程要求灵活设计、节约不可再生资源、现场施工扬尘少等特点在我国大城市逐步得到推广应用，取代现场搅拌砂浆。
磷酸镁水泥具有快硬、早强、粘结强度高、干缩变形小等优良性能，适用于对早期强度有高要求的构件、抢修工程等。但磷酸镁水泥所使用的组分之一重烧氧化镁是高耗能产品，由菱镁矿经1700℃左右高温煅烧得到，不仅需要消耗不可再生菱镁矿资源，而且生产成本高。
镍铁渣的特点是MgO含量高，是继铁渣、钢渣、赤泥之后第四大工业废弃物。我国每年产生的镍铁渣约3000万吨，但其利用率极低，绝大多数只是以露天方式堆存，不仅占用宝贵的土地资源，而且会带来地下水污染和粉尘污染。
综上可知，生产磷酸镁水泥需要消耗大量不可再生资源和能源，生产成本高；高MgO含量的镍铁渣需要得到无害化处理；现代建筑技术进步和环保责任的增强，要求少使用或不使用现场搅拌砂浆。
发明内容
解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，解决镍铁渣这一类固体废弃物无害化处理，降低磷酸镁水泥基材料生产成本，结合干混砂浆的优势，在现有磷酸镁水泥组分设计上，用镍铁渣粉部分替代磷酸镁水泥中的重烧氧化镁，用镍铁渣集料代替砂浆中常用的硅质集料、钙质集料，制备出快硬早强、高粘结强度、干缩变形小、内部结构致密的镍铁渣磷酸镁水泥砂浆。
技术方案：一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，按重量份计，所述水泥砂浆包括镍铁渣集料25～50份、镍铁渣粉4～8份、粉煤灰6～15份、重烧氧化镁10～20份、磷酸盐3～10份、缓凝剂1～7份。
优选的，所述水泥砂浆中各组分的含水率在1％以下。
优选的，所述镍铁渣集料的细度模数为0.7～3.0，其中MgO含量为20％以上。
优选的，所述镍铁渣粉的比表面积为200～300m2/kg，其中MgO含量为20％以上。
优选的，所述粉煤灰为Ⅱ级及以上低钙粉煤灰。
优选的，所述重烧氧化镁的比表面积为200～300m2/kg，其中MgO含量90％以上。
优选的，所述磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢氨、磷酸二氢钠中的至少一种；所述磷酸盐的比表面积为200～300m2/kg。
优选的，所述缓凝剂为硼砂、硼酸、三聚磷酸钠中的至少一种；所述缓凝剂的比表面积为300m2/kg以上。
本发明所述的镍铁渣磷酸镁水泥砂浆制备方法为：将满足要求的各组分材料计量，首先将镍铁渣粉、粉煤灰、重烧氧化镁投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；再将磷酸盐、缓凝剂投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；最后将镍铁渣集料投入搅拌机中与先前物料充分混合均匀，搅拌1～2min，干燥保存。
任一所述的镍铁渣磷酸镁水泥砂浆在早龄期有高强度要求的结构件、抢修工程中的应用。
任一所述的镍铁渣磷酸镁水泥砂浆在墙体抹面、瓷砖粘结中的应用。
本发明的原理在于：(1)通常浆-集料界面过渡区是砂浆、混凝土内部缺陷富集，且是影响力学性能和耐久性能的薄弱区，而用镍铁渣集料取代天然砂石，镍铁渣集料表面与浆体之间存在水化反应，界面过渡区得到显著增强；(2)镍铁渣粉不仅参与水化反应，同时还起到密实填充作用，因而，砂浆内部结构更加致密，孔隙率低。因而，采用本发明所述的镍铁渣磷酸镁水泥使得包含抗拉强度在内的力学性能得到显著提高，以及包括耐水性在内的耐久性得到明显提高。
有益效果：(1)本发明所述的镍铁渣磷酸镁水泥砂浆具有快硬、早强、高强、干缩变形小的优点；(2)本发明所述镍铁渣磷酸镁水泥砂浆能够提高浆-集料界面的力学性能和耐久性；(3)本发明所述镍铁渣磷酸镁水泥砂浆能够密实填充浆-集料界面的孔隙，促使其内部结构更加致密；(4)本发明所述镍铁渣磷酸镁水泥砂浆充分高效的利用了镍铁渣中高含量的MgO，从而减少了磷酸镁水泥基材料中重烧氧化镁的用量，降低了能耗和不可再生资源的消耗；(5)本发明采用镍铁渣集料取代不可再生的天然砂石资源，不仅有利于建材行业的可持续发展和生态保护，还较大量的消耗了镍铁渣这一大宗固体废弃物。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆配合比：细度模数2.6、MgO含量20％的镍铁渣集料40份；比表面积200m2/kg、MgO含量20％的镍铁渣粉4份；比面积300m2/kg、MgO含量90％的重烧氧化镁15份；Ⅱ级低钙粉煤灰6份；工业级磷酸二氢钾10份；硼砂、三聚磷酸钠各1份；各组分含水率均为1％以下。
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆制备方法为：首先将镍铁渣粉、粉煤灰、重烧氧化镁投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；再将磷酸盐、缓凝剂投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；最后将镍铁渣集料投入搅拌机中与先前物料充分混合均匀，搅拌1～2min，干燥保存。
对该砂浆进行强度测试，当水灰比为0.16时，3h抗压强度为36.1MPa，1d抗压强度为强度42.6MPa，7d抗压强度为强度51.9MPa；3h抗折强度为5.3MPa，1d抗折强度为强度6.5MPa，7d抗折强度为强度7.9MPa。
40mm×40mm×160mm模具中浇注40mm×40mm×80mm P·O42.5水泥胶砂试件，水灰比0.5，灰砂比1:3，细度模数2.6的硅质中砂，标准养护28d后，再浇注40mm×40mm×80mm水灰比为0.16的该砂浆，3h抗折强度为2.4MPa，1d抗折强度为强度3.5MPa，7d抗折强度为强度4.7MPa。
实施例2
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆配合比：细度模数2.0、MgO含量20％的镍铁渣集料30份；比表面积300m2/kg、MgO含量20％的镍铁渣粉6份；比面积300m2/kg、MgO含量90％的重烧氧化镁10份；Ⅱ级低钙粉煤灰10份；工业级磷酸二氢氨6份；工业级市售硼砂2份；各组分含水率均为1％以下。
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆制备方法为：首先将镍铁渣粉、粉煤灰、重烧氧化镁投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；再将磷酸盐、缓凝剂投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；最后将镍铁渣集料投入搅拌机中与先前物料充分混合均匀，搅拌1～2min，干燥保存。
对该砂浆进行强度测试，当水灰比为0.18时，3h抗压强度为29.3MPa，1d抗压强度为强度35.8MPa，7d抗压强度为强度42.5MPa；3h抗折强度为4.6MPa，1d抗折强度为强度5.1MPa，7d抗折强度为强度6.7MPa。
40mm×40mm×160mm模具中浇注40mm×40mm×80mm P·O42.5水泥胶砂试件，水灰比0.5，灰砂比1:3，细度模数2.6的硅质中砂，标准养护28d后，再浇注40mm×40mm×80mm水灰比为0.18的该砂浆，3h抗折强度为2.1MPa，1d抗折强度为强度3.0MPa，7d抗折强度为强度4.2MPa。
实施例3
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆配合比：细度模数1.0、MgO含量20％的镍铁渣集料50份；比表面积200m2/kg、MgO含量20％的镍铁渣粉8份；比面积200m2/kg、MgO含量90％的重烧氧化镁20份；Ⅱ级低钙粉煤灰12份；工业级磷酸二氢钾、磷酸二氢钠各4份；工业级市售硼砂、硼酸、三聚磷酸钠各1份；各组分含水率均为1％以下。
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆制备方法为：首先将镍铁渣粉、粉煤灰、重烧氧化镁投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；再将磷酸盐、缓凝剂投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；最后将镍铁渣集料投入搅拌机中与先前物料充分混合均匀，搅拌1～2min，干燥保存。
对该砂浆进行强度测试，当水灰比为0.20时，3h抗压强度为32.6MPa，1d抗压强度为强度39.8MPa，7d抗压强度为强度48.3MPa；3h抗折强度为4.9MPa，1d抗折强度为强度5.7MPa，7d抗折强度为强度7.3MPa。
40mm×40mm×160mm模具中浇注40mm×40mm×80mm P·O42.5水泥胶砂试件，水灰比0.5，灰砂比1:3，细度模数2.6的硅质中砂，标准养护28d后，再浇注40mm×40mm×80mm水灰比为0.20的该砂浆，3h抗折强度为2.2MPa，1d抗折强度为强度3.1MPa，7d抗折强度为强度4.5MPa。
实施例4
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆配合比：细度模数3.0、MgO含量25％的镍铁渣集料35份；比表面积200m2/kg、MgO含量25％的镍铁渣粉8份；比面积200m2/kg、MgO含量90％的重烧氧化镁18份；Ⅱ级低钙粉煤灰6份；工业级磷酸二氢钠5份；工业级市售硼酸2份；各组分含水率均为1％以下。
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆制备方法为：首先将镍铁渣粉、粉煤灰、重烧氧化镁投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；再将磷酸盐、缓凝剂投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；最后将镍铁渣集料投入搅拌机中与先前物料充分混合均匀，搅拌1～2min，干燥保存。
对该砂浆进行强度测试，当水灰比为0.18时，3h抗压强度为23.6MPa，1d抗压强度为强度27.1MPa，7d抗压强度为强度36.4MPa；3h抗折强度为3.5MPa，1d抗折强度为强度3.9MPa，7d抗折强度为强度4.8MPa。
40mm×40mm×160mm模具中浇注40mm×40mm×80mm P·O42.5水泥胶砂试件，水灰比0.5，灰砂比1:3，细度模数2.6的硅质中砂，标准养护28d后，再浇注40mm×40mm×80mm水灰比为0.18的该砂浆，3h抗折强度为1.8MPa，1d抗折强度为强度2.3MPa，7d抗折强度为强度3.0MPa。
实施例5
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆配合比：细度模数1.5、MgO含量25％的镍铁渣集料25份；比表面积300m2/kg、MgO含量25％的镍铁渣粉4份；比面积300m2/kg、MgO含量90％的重烧氧化镁10份；Ⅱ级低钙粉煤灰6份；工业级磷酸二氢钾4份；工业级市售硼砂2份；各组分含水率均为1％以下。
镍铁渣磷酸镁水泥砂浆制备方法为：首先将镍铁渣粉、粉煤灰、重烧氧化镁投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；再将磷酸盐、缓凝剂投入搅拌机中均化，搅拌1～2min；最后将镍铁渣集料投入搅拌机中与先前物料充分混合均匀，搅拌1～2min，干燥保存。
对该砂浆进行强度测试，当水灰比为0.16时，3h抗压强度为41.9MPa，1d抗压强度为强度50.8MPa，7d抗压强度为强度62.0MPa；3h抗折强度为5.8MPa，1d抗折强度为强度6.9MPa，7d抗折强度为强度8.4MPa。
40mm×40mm×160mm模具中浇注40mm×40mm×80mm P·O42.5水泥胶砂试件，水灰比0.5，灰砂比1:3，细度模数2.6的硅质中砂，标准养护28d后，再浇注40mm×40mm×80mm水灰比为0.16的该砂浆，3h抗折强度为2.7MPa，1d抗折强度为强度3.8MPa，7d抗折强度为强度5.1MPa。

Claims (10)

1.一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，其特征在于，按重量份计，所述水泥砂浆包括镍铁渣集料25～50份、镍铁渣粉4～8份、粉煤灰6～15份、重烧氧化镁10～20份、磷酸盐3～10份、缓凝剂1～7份。
2.根据权利要求1所述的一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，其特征在于，所述水泥砂浆中各组分的含水率在1％以下。
3.根据权利要求1所述的一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，其特征在于，所述镍铁渣集料的细度模数为0.7～3.0，其中MgO含量为20％以上。
4.根据权利要求1所述的一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，其特征在于，所述镍铁渣粉的比表面积为200～300m2/kg，其中MgO含量为20％以上。
5.根据权利要求1所述的一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅱ级及以上低钙粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，其特征在于，所述重烧氧化镁的比表面积为200～300m2/kg，其中MgO含量90％以上。
7.根据权利要求1所述的一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢氨、磷酸二氢钠中的至少一种；所述磷酸盐的比表面积为200～300m2/kg。
8.根据权利要求1所述的一种镍铁渣磷酸镁水泥砂浆，其特征在于，所述缓凝剂为硼砂、硼酸、三聚磷酸钠中的至少一种；所述缓凝剂的比表面积为300m2/kg以上。
9.权利要求1～8任一所述的镍铁渣磷酸镁水泥砂浆在早龄期有高强度要求的结构件、抢修工程中的应用。
10.权利要求1～8任一所述的镍铁渣磷酸镁水泥砂浆在墙体抹面、瓷砖粘结中的应用。
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