CN107032717A - 镍渣‑矿渣基胶凝材料、其制备方法及应用 - Google Patents

镍渣‑矿渣基胶凝材料、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

一种镍渣‑矿渣基胶凝材料、其制备方法及应用，属于胶凝材料领域。该镍渣‑矿渣基胶凝材料由以下原料制备而成，按重量份数计，原料包括：500‑900份水淬镍渣粉、100‑500份高炉矿渣粉、320‑360份碱激发剂、10‑15份纤维、0.2‑0.3份分散剂以及120‑160份水。该镍渣‑矿渣基胶凝材料具有抗压强度高、韧性好、抗伸缩性能强的优点。此外本发明还涉及一种镍渣‑矿渣基胶凝材料的制备方法，该方法具有制备工艺简单、对设备和操作人员的要求低的优点。本发明还公开了上述镍渣‑矿渣基胶凝材料制备混凝土和砂浆的应用。

Description

镍渣-矿渣基胶凝材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及胶凝材料领域，且特别涉及一种镍渣-矿渣基胶凝材料、其制备方法及应用。
背景技术
水泥是无机胶凝材料中应用量最大、应用范围最广的材料之一，其广泛应用于建筑、道路、堤坝、机场等工程建设，是国民经济建设的重要基础材料。水泥的生产需消耗大量的资源和能源，且其生产过程中排出的粉尘、CO2等有害物质会对环境造成严重污染，开发利用新型绿色胶凝材料能够降低资源和能源消耗，减少环境污染，对于社会和经济的可持续发展具有重要的现实和长远意义。
采用工业废渣制备的胶凝材料既可用于工程实际，又能够回收利用污染环境的废渣，因此近年来受到人们广泛的关注。水淬镍渣是镍冶炼过程中产生的废渣，高炉矿渣是生铁冶炼过程中产生的废渣，水淬镍渣和高炉矿渣中均含有一定量的玻璃相组分，在碱激发剂的作用下这些物质显示出水硬胶凝性能，可使水淬镍渣和高炉矿渣用于无机胶凝材料的制备。但是由于水淬镍渣和高炉矿渣需要采用碱激发剂进行处理，制得的胶凝材料存在稳定性较差、韧性低、收缩率大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍渣-矿渣基胶凝材料，该胶凝材料具有抗压强度高、韧性好、抗伸缩能力强的优点。
本发明的另一目的在于提供一种镍渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，该方法工艺简单，操作方便，绿色无污染。
本发明还提供了该镍渣-矿渣基胶凝材料的应用，其用于制备混凝土或砂浆。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其由以下原料制备而成，按重量份数计，原料包括：500-900份水淬镍渣粉、100-500份高炉矿渣粉、320-360份碱激发剂、10-15份纤维、0.2-0.3份分散剂以及120-160份水。
进一步地，在本发明较佳实施例中，碱激发剂包括水玻璃、氢氧化钠、碳酸钠中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维、石棉纤维中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，纤维在表面活性剂的水溶液中进行浸渍处理，表面活性剂包括氟碳表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪酸类表面活性剂中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，分散剂包括羧甲基纤维素、磷酸盐中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，水淬镍渣粉的比表面积为300-500m2/kg，高炉矿渣粉的比表面积为500-800m2/kg。
进一步地，在本发明较佳实施例中，纤维的长度为8-15mm，直径为30-50μm。
本发明提出一种镍渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其包括：
按重量份数计，将500-900份水淬镍渣粉和100-500份高炉矿渣粉混合均匀得到粉料；将0.2-0.3份分散剂、10-15份纤维和120-160份水混合均匀得到分散纤维溶液；
将粉料与分散纤维溶液混合并搅拌均匀得到混合浆体，向混合浆体中加入320-360份碱激发剂，并搅拌3-5min。
进一步地，在本发明较佳实施例中，制备分散纤维溶液之前，先将纤维在表面活性剂的水溶液中进行浸渍处理，表面活性剂包括氟碳表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪酸类表面活性剂中的至少一种。
本发明还提出一种上述镍渣-矿渣基胶凝材料的应用。
本发明提供的镍渣-矿渣基胶凝材料、其制备方法及应用的有益效果是：本发明提供的镍渣-矿渣基胶凝材料以水淬镍渣和高炉矿渣为基体，以纤维为增韧相，通过碱激发剂和分散剂使镍渣和矿渣与纤维充分混合胶连，得到结构强度较大的胶凝材料，且其抗折强度和抗压强度高，抗伸缩能力强。本发明提供的镍渣-矿渣基胶凝材料制备方法具有工艺简单可靠、对设备和操作人员的要求低的优点。该镍渣-矿渣基胶凝材料能够用于混凝土和砂浆的生产，从而减少了水泥的使用，不仅节约了能源和原料，同时也有效的回收利用了废渣，避免了废渣占用土地和污染环境。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的镍渣-矿渣基胶凝材料、其制备方法及应用进行具体说明。
本发明实施例提供了一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其由以下原料制备而成，按重量份数计，原料包括：500-900份水淬镍渣粉、100-500份高炉矿渣粉、320-360份碱激发剂、10-15份纤维、0.2-0.3份分散剂以及120-160份水。
其中，水淬镍渣粉是由水淬镍渣磨细制得，其比表面积为300-500m2/kg；高炉矿渣粉是由高炉矿渣磨细制得，其比表面积为500-800m2/kg；碱激发剂包括水玻璃、氢氧化钠、碳酸钠中的至少一种；分散剂包括羧甲基纤维素、磷酸盐中的至少一种；纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维、石棉纤维中的至少一种，纤维的长度为8-15mm，直径为30-50μm；纤维在表面活性剂的水溶液中进行浸渍处理，表面活性剂包括氟碳表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪酸类表面活性剂中的至少一种。
本发明实施例提供的镍渣-矿渣基胶凝材料采用水淬镍渣粉、高炉矿渣粉为基体，以纤维为增韧相，通过碱激发剂的化学激发作用进一步反应形成网状结构，同时掺杂在基体内的纤维与碱激发反应产物粘结成一整体，使胶凝材料具有很高的结构强度和抗伸缩能力。分散剂能够使纤维保持分散并与基体均匀的混合，保证胶凝材料的整体结构强度。使用表面活性剂预先处理纤维，能够使表面活性剂分子(离子)预先吸附在纤维表面，避免了水分子吸附在纤维表面从而降低纤维与碱激发反应产物之间的粘结力，减小胶凝材料产生裂纹的几率，提高了纤维与基体的粘结强度，从而提高胶凝材料的结构强度。
本发明实施例还提供了一种镍渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其包括以下步骤：
将500-900份水淬镍渣粉和100-500份高炉矿渣粉混合均匀得到粉料；将0.2-0.3份分散剂、10-15份纤维和120-160份水混合均匀得到分散纤维溶液；其中，制备分散纤维溶液之前，先将纤维在表面活性剂的水溶液中进行浸渍处理，表面活性剂包括氟碳表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪酸类表面活性剂中的至少一种。
将粉料与分散纤维溶液混合搅拌均匀得到混合浆体，向混合浆体中加入碱激发剂，并搅拌3-5min。
本发明实施例提供的镍渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，能够有效的激发水淬镍渣和高炉矿渣中的玻璃相组分，并使其与纤维紧密的结合，且充分利用纤维韧性和抗伸缩能力强的优点，有效的提高了胶凝材料的抗冲击性能，同时使用表面活性剂的水溶液浸渍纤维，能够使纤维的表面吸附表面活性剂分子(离子)，提高水淬镍渣和高炉矿渣中的碱激发反应产物与纤维之间的粘结力，从而进一步提高胶凝材料的结构强度和抗伸缩能力。
本发明还公开了上述镍渣-矿渣基胶凝材料用于制备混凝土或砂浆的应用，使用上述镍渣-矿渣基胶凝材料制备的混凝土或砂浆具有结构强度大，抗裂能力强，制备工艺简单，快捷方便的优点。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其制备步骤如下：
S101、备料：准备500g水淬镍渣粉、500g高炉矿渣粉、350g水玻璃、15g聚丙烯纤维、0.3g羧甲基纤维素、150g水。其中，水淬镍渣粉的比表面积为450m2/kg；高炉矿渣粉的比表面积为600m2/kg，聚丙烯纤维的长度为15mm，直径为32μm。
S102、制备粉料：将500g水淬镍渣粉和500g高炉矿渣粉混合均匀得到粉料。
S103、制备分散纤维溶液：将0.3g羧甲基纤维素、15g聚丙烯纤维和150g水混合均匀得到分散纤维溶液。
S104、制备胶凝材料：将粉料与分散纤维溶液混合搅拌均匀得到混合浆体，向混合浆体中加入350g水玻璃，并搅拌4min。
实施例2
本实施例提供了一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其制备步骤如下：
S201、备料：准备600g水淬镍渣粉、400g高炉矿渣粉、300g水玻璃、20g氢氧化钠、10g氟橡胶纤维、0.2g羧甲基纤维素、0.1g焦磷酸钠、160g水。其中，水淬镍渣粉的比表面积为400m2/kg；高炉矿渣粉的比表面积为550m2/kg，氟橡胶纤维的长度为8mm，直径为30μm。
S202、制备粉料：将600g水淬镍渣粉和400g高炉矿渣粉混合均匀得到粉料。
S203、制备分散纤维溶液：0.2g羧甲基纤维素、0.1g焦磷酸钠、10g氟橡胶纤维和160g水混合均匀得到分散纤维溶液；其中，制备分散纤维溶液之前，先将氟橡胶纤维在阴离子氟碳表面活性剂的水溶液中进行浸渍处理，氟碳表面活性剂水溶液的质量浓度为0.02％。
S204、制备胶凝材料：将粉料与分散纤维溶液混合搅拌均匀得到混合浆体，向混合浆体中加入300g水玻璃和20g氢氧化钠，并搅拌5min。
实施例3
本实施例提供了一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其制备步骤如下：
S301、备料：准备700g水淬镍渣粉、300g高炉矿渣粉、280g水玻璃、60g碳酸钠、12g聚丙烯纤维、0.2g三聚磷酸钠、150g水。其中，水淬镍渣粉的比表面积为500m2/kg；高炉矿渣粉的比表面积为750m2/kg，聚丙烯纤维的长度为12mm，直径为35μm。
S302、制备粉料：将700g水淬镍渣粉和300g高炉矿渣粉混合均匀得到粉料。
S303、制备分散纤维溶液：将0.2g三聚磷酸钠、12g聚丙烯纤维和150g水混合均匀得到分散纤维溶液；其中，制备分散纤维溶液之前，先将12g聚丙烯纤维在十二烷基磺酸钠的水溶液中进行浸渍处理，十二烷基磺酸钠水溶液的浓度为1％。
S304、制备胶凝材料：将粉料与分散纤维溶液混合搅拌均匀得到混合浆体，向混合浆体中加入280g水玻璃和60g碳酸钠，并搅拌3min。
实施例4
本实施例提供了一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其制备步骤如下：
S401、备料：准备800g水淬镍渣粉、200g高炉矿渣粉、320g水玻璃、15g石棉纤维、0.3g偏磷酸钠、120g水。其中，水淬镍渣粉的比表面积为350m2/kg；高炉矿渣粉的比表面积为800m2/kg，石棉纤维的长度为10mm，直径为40μm。
S402、制备粉料：将800g水淬镍渣粉和200g高炉矿渣粉混合均匀得到粉料。
S403、制备分散纤维溶液：将0.3g偏磷酸钠、15g石棉纤维和120g水混合均匀得到分散纤维溶液；其中，制备分散纤维溶液之前，先将15g石棉纤维在油酸钠的水溶液中进行浸渍处理，其中油酸钠水溶液的质量浓度为0.2％。
S404、制备胶凝材料：将粉料与分散纤维溶液混合搅拌均匀得到混合浆体，向混合浆体中加入320g水玻璃，并搅拌5min。
实施例5
本实施例提供了一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其制备步骤如下：
S501、备料：准备900g水淬镍渣粉、100g高炉矿渣粉、300g水玻璃、60g碳酸钠、10g氟橡胶纤维、5g石棉纤维、0.3g羧甲基纤维素、150g水。其中，水淬镍渣粉的比表面积为400m2/kg；高炉矿渣粉的比表面积为700m2/kg，氟橡胶纤维的长度为12mm，直径为30μm，石棉纤维的长度为12mm，直径为45μm。
S502、制备粉料：将900g水淬镍渣粉和100g高炉矿渣粉混合均匀得到粉料。
S503、制备分散纤维溶液：将0.3g羧甲基纤维素、10g氟橡胶纤维、5g石棉纤维和150g水混合均匀得到分散纤维溶液；其中，制备分散纤维溶液之前，先将10g氟橡胶纤维在氟碳表面活性剂的水溶液中浸渍处理，将5g石棉纤维在月桂酸钠的水溶液中进行浸渍处理，其中氟碳表面活性剂水溶液的质量浓度为0.03％，月桂酸钠水溶液的质量浓度为0.3％。
S504、制备胶凝材料：将粉料与分散纤维溶液混合搅拌均匀得到混合浆体，向混合浆体中加入300g水玻璃和60g碳酸钠，并搅拌5min。
实施例6
本实施例提供了一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其制备步骤如下：
S601、备料：准备500g水淬镍渣粉、500g高炉矿渣粉、360g水玻璃、15g氟橡胶纤维、0.3g多聚磷酸钠、150g水。其中，水淬镍渣粉的比表面积为450m2/kg；高炉矿渣粉的比表面积为650m2/kg，氟橡胶纤维的长度为12mm，直径为50μm。
S602、制备分散纤维溶液：0.3g多聚磷酸钠、15g氟橡胶纤维和150g水混合均匀得到分散纤维溶液；其中，制备分散纤维溶液之前，先将15g氟橡胶纤维在氟碳表面活性剂的水溶液中进行浸渍处理，其中氟碳表面活性剂水溶液的质量浓度为0.025％。
S603、制备粉料：将500g水淬镍渣粉和500g高炉矿渣粉混合均匀得到粉料。
S604、制备胶凝材料：将粉料与分散纤维溶液混合搅拌均匀得到混合浆体，向混合浆体中加入360g水玻璃，并搅拌5min。
实施例7
本实施例提供了一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其制备步骤如下：
S701、备料：准备500g水淬镍渣粉、500g高炉矿渣粉、300g水玻璃、20g氢氧化钠、40g碳酸钠、15g氟橡胶纤维、0.3g羧甲基纤维素、160g水。其中，水淬镍渣粉的比表面积为500m2/kg；高炉矿渣粉的比表面积为800m2/kg，氟橡胶纤维的长度为15mm，直径为35μm。
S702、制备粉料：将500g水淬镍渣粉和500g高炉矿渣粉混合均匀得到粉料。
S703、制备分散纤维溶液：0.3g羧甲基纤维素、15g氟橡胶纤维和150g水混合均匀得到分散纤维溶液；其中，制备分散纤维溶液之前，先将15g氟橡胶纤维在氟碳表面活性剂的水溶液中进行浸渍处理，其中氟碳表面活性剂水溶液的质量浓度为0.05％。
S704、制备胶凝材料：将粉料与分散纤维溶液混合搅拌均匀得到混合浆体，向混合浆体中加入300g水玻璃、20g氢氧化钠和40g碳酸钠，并搅拌5min。
实施例8
本实施例提供了一种混凝土，其制备步骤是：准备850g砂子、1750g石子及500g上述实施例1制备的胶凝材料，将准备的胶凝材料与砂子、石子混合，并搅拌均匀。
对本发明提供的胶凝材料和混凝土进行性能检测。
强度检验试验：制备实施例1、实施例2、...、实施例7、实施例8提供的胶凝材料和混凝土并进行养护，在第3天龄期和第7天龄期时检测上述胶凝材料和混凝土的抗折强度和抗压强度，检测结果如下表所示；检测方法参照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法。
从上表可以看到，以水淬镍渣和高炉矿渣为主要原料制备的无机绿色胶凝材料的抗压强度和抗折强度均较高，满足常规工程建设对胶凝材料强度的要求，且该无机绿色胶凝材料的推广应用，可大量消耗水淬镍渣、高炉矿渣等工业废渣，能够很好的减小水泥的使用，从而保护环境。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种镍渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，其由以下原料制备而成，按重量份数计，所述原料包括：
2.根据权利要求1所述的镍渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述碱激发剂包括水玻璃、氢氧化钠、碳酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的镍渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维、石棉纤维中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的镍渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述纤维在表面活性剂的水溶液中进行浸渍处理，所述表面活性剂包括氟碳表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪酸类表面活性剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的镍渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述分散剂包括羧甲基纤维素、磷酸盐中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的镍渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述水淬镍渣粉的比表面积为300-500m2/kg，所述高炉矿渣粉的比表面积为500-800m2/kg。
7.根据权利要求1所述的镍渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述纤维的长度为8-15mm，直径为30-50μm。
8.一种如权利要求1所述的镍渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其特征在于，其包括：
按重量份数计，将500-900份水淬镍渣粉和100-500份高炉矿渣粉混合均匀得到粉料；将0.2-0.3份分散剂、10-15份纤维和120-160份水混合均匀得到分散纤维溶液；
将所述粉料与所述分散纤维溶液混合并搅拌均匀得到混合浆体，向所述混合浆体中加入320-360份碱激发剂，并搅拌3-5min。
9.根据权利要求8所述的镍渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其特征在于，制备所述分散纤维溶液之前，先将所述纤维在表面活性剂的水溶液中进行浸渍处理，所述表面活性剂包括氟碳表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪酸类表面活性剂中的至少一种。
10.一种权利要求1-7中任一项所述的镍渣-矿渣基胶凝材料的应用，其特征在于，所述镍渣-矿渣基胶凝材料用于制备混凝土或砂浆。
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