一种废弃玻璃砂浆的制备方法及废弃玻璃砂浆与流程

：
1.本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种废弃玻璃砂浆的制备方法及废弃玻璃砂浆。


背景技术：

2.废玻璃是指不再使用或已被丢弃的玻璃、玻璃制品和玻璃纤维等玻璃物料，作为废弃垃圾填埋处理后其自然降解时间高达4000年，这种不可降解的特性将导致严重的环境污染。玻璃的主要成分为二氧化硅，具有一定程度的火山灰活性，因此作为潜在的辅助胶凝材料加入到混凝土中可实现废弃玻璃的资源化利用，具有重大的环保意义。近年来越来越多的学者研究废弃玻璃混凝土，但废玻璃的颜色、粒径、掺量等因素的差异都会影响混凝土的力学性能和膨胀风险(碱骨料反应)，因此对废弃玻璃混凝土的进一步研究具有重大的科研意义。
3.废弃玻璃具有一定的火山灰特性，能够作为水泥替代材料，改善混凝土的力学性能。但是，玻璃的硅氧四面体结构稳定，火山灰活性不易激发，因此需要寻找激活方法充分发挥其辅助胶凝作用。但同时也要对玻璃活性加以控制，不然会产生过量的有害膨胀。物理活化主要是通过机械力将废弃玻璃球磨至一定粒径范围，释放出活性物质，且一定粒径范围内的玻璃粉能够对asr膨胀起到较好的抑制作用。化学活化主要是向水泥体系中加入激发剂，但需要控制好玻璃粉与化学试剂的掺量，化学试剂过少将不能充分激发玻璃粉，如果过多将导致过量的asr膨胀。因此需要寻找一种合适的激活方法，以制备出性能优良的混凝土。本发明将化学试剂掺入砂浆中激活废玻璃粉，生成一种物理
‑
化学
‑
水热联合激活的废弃玻璃砂浆。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种废弃玻璃砂浆的制备方法及废弃玻璃砂浆，该方法选用废弃回收站的废弃白酒瓶，球磨成粒径为75μm至300μm的微粉，经过激活后，设计不同的比例取代标准砂，以研究和探索物理
‑
化学
‑
水热联合活化对废弃玻璃活性和砂浆力学强度的影响。
5.本发明采用以下技术方案：
6.一种废弃玻璃砂浆的制备方法，包括以下步骤：
7.s1、玻璃粉的激活：将混合碱与na2so4均匀混合，随后将其与废弃玻璃粉混合均匀，将混合物放入高压釜中进行水热处理，完成玻璃粉的激活；将激活后的玻璃粉放入80℃的恒温箱中烘干，烘干后再将其研磨成微粉；
8.s2、废弃玻璃砂浆的制备：将s1中激活并研磨后的玻璃粉与普通硅酸盐水泥、标准砂倒入搅拌机内混合搅拌，随后加入水，再继续进行搅拌，得到物理
‑
化学
‑
水热联合激活的废弃玻璃砂浆。
9.进一步的，所述普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉、na2so4、混合碱和水的质量比为
1：(1.575～2.025)：(0.225～0.675)：(0～0.06)：(0～0.06)：0.47。
10.进一步的，所述混合碱为氢氧化钠和氢氧化钙的混合物，氢氧化钠和氢氧化钙的混合比例为1:1。
11.进一步的，s1中，激活并研磨后的玻璃粉的平均粒径为75～300μm。
12.进一步的，s1中，水热处理条件为：126℃、0.143mpa，水热处理时间为2小时。
13.进一步的，s2中，激活并研磨后的玻璃粉与普通硅酸盐水泥、标准砂在搅拌机内混合搅拌200～300秒；加入水后，继续搅拌400～500秒。
14.进一步的，废弃玻璃砂浆制备完成后，进行立方体轴心抗压强度测试、抗弯强度测试以及asr反应膨胀率测试。
15.进一步的，抗压强度测试将砂浆制成50mm*50mm*50mm的试块，抗弯强度测试将砂浆制成40mm*40mm*160mm的试块，膨胀率测试将砂浆制成25mm*25mm*280mm的试件。
16.本发明还提供一种废弃玻璃砂浆，是通过以上所述的制备方法制备而成。
17.本发明的有益效果：
18.1.废弃玻璃的再利用，目前大部分废弃玻璃主要处理方式是填埋，由于玻璃的不可降解，造成了严重的环境污染。玻璃的主要成分为二氧化硅，具有一定程度的火山灰活性，因此作为潜在的辅助胶凝材料加入到混凝土中可实现废弃玻璃的资源化利用，具有重大的环保意义；
19.2.本发明提供了一种合适的砂浆制备方法；玻璃的硅氧四面体结构稳定，火山灰活性不易激发，不能充分发挥其活性。但释放出活性物质后，对废弃玻璃活性不加以控制，碱骨料反应将会产生过量的有害膨胀，这也是推广废弃玻璃混凝土应用的重要制约因素之一。因此探索出一种合适的砂浆制备方法，既能充分发挥废弃玻璃的活性，又能抑制asr反应带来的膨胀，具有重大的科研意义，也将推广废弃玻璃混凝土的应用；
20.3.本发明物理
‑
化学
‑
水热联合激活的废弃玻璃砂浆的制备过程中，采用多种活化方式，通过复合活化，克服了单一活化方式的缺点，综合了各种活化方式的优点，效果更好，制备出性能优良的砂浆。
附图说明：
21.图1为本发明玻璃粉的sem图像；
22.图2为本发明实施例4力学试验破坏形态图；
23.图3为本发明实施例4抗折试验断面图；
24.图4为本发明实施例4废弃玻璃砂浆的sem图像。
具体实施方式：
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
26.实施例1
27.本发明实施例提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普
通硅酸盐水泥：1份；标准砂：2.025份；玻璃粉：0.225份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。
28.所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：
29.s1、玻璃粉的激活：将混合碱与na2so4均匀混合，随后将其与废弃玻璃粉混合均匀，将混合物放入高压釜中进行水热处理，完成玻璃粉的激活，水热处理条件为：126℃、0.143mpa，水热处理时间为2小时；将激活后的玻璃粉放入80℃的恒温箱中烘干，烘干后再将其研磨成微粉(平均粒径为75μm)；
30.s2、废弃玻璃砂浆的制备：将s1中激活并研磨后的玻璃粉与普通硅酸盐水泥、标准砂倒入搅拌机内混合搅拌200秒，随后加入水，再继续进行搅拌400秒，得到物理
‑
化学
‑
水热联合激活的废弃玻璃砂浆。
31.实施例2
32.本发明实施例提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：2.025份；玻璃粉：0.225份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。
33.所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤(不进行水热处理)：
34.s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合，搅拌200秒，混合均匀，得到干料组分a；
35.s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；
36.s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，进行搅拌400～500秒，混合均匀，得到经物理
‑
化学联合激活的废弃玻璃砂浆。
37.实施例3
38.本发明实施例提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：2.025份；玻璃粉：0.225份；na2so4：0份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0份；水：0.47份。
39.所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：
40.s1、玻璃粉的激活：将混合碱与na2so4均匀混合，随后将其与废弃玻璃粉混合均匀，将混合物放入高压釜中进行水热处理，完成玻璃粉的激活，水热处理条件为：126℃、0.143mpa，水热处理时间为2小时；将激活后的玻璃粉放入80℃的恒温箱中烘干，烘干后再将其研磨成微粉(平均粒径为75μm)；
41.s2、废弃玻璃砂浆的制备：将s1中激活并研磨后的玻璃粉与普通硅酸盐水泥、标准砂倒入搅拌机内混合搅拌200秒，随后加入水，再继续进行搅拌400秒，得到物理
‑
化学
‑
水热联合激活的废弃玻璃砂浆。
42.实施例4
43.本发明实施例提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.575份；玻璃粉：0.675份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。
44.所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：
45.s1、玻璃粉的激活：将混合碱与na2so4均匀混合，随后将其与废弃玻璃粉混合均匀，将混合物放入高压釜中进行水热处理，完成玻璃粉的激活，水热处理条件为：126℃、
0.143mpa，水热处理时间为2小时；将激活后的玻璃粉放入80℃的恒温箱中烘干，烘干后再将其研磨成微粉(平均粒径为75μm)；
46.s2、废弃玻璃砂浆的制备：将s1中激活并研磨后的玻璃粉与普通硅酸盐水泥、标准砂倒入搅拌机内混合搅拌200秒，随后加入水，再继续进行搅拌400秒，得到物理
‑
化学
‑
水热联合激活的废弃玻璃砂浆。
47.实施例5
48.本发明实施例提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.575份；玻璃粉：0.675份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。
49.所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤(不进行水热处理)：
50.s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合，搅拌200秒，混合均匀，得到干料组分a；
51.s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；
52.s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，进行搅拌400～500秒，混合均匀，得到经物理
‑
化学联合激活的废弃玻璃砂浆。
53.实施例6
54.本发明实施例提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.575份；玻璃粉：0.675份；na2so4：0份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0份；水：0.47份。
55.所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：
56.s1、玻璃粉的激活：将混合碱与na2so4均匀混合，随后将其与废弃玻璃粉混合均匀，将混合物放入高压釜中进行水热处理，完成玻璃粉的激活，水热处理条件为：126℃、0.143mpa，水热处理时间为2小时；将激活后的玻璃粉放入80℃的恒温箱中烘干，烘干后再将其研磨成微粉(平均粒径为75μm)；
57.s2、废弃玻璃砂浆的制备：将s1中激活并研磨后的玻璃粉与普通硅酸盐水泥、标准砂倒入搅拌机内混合搅拌200秒，随后加入水，再继续进行搅拌400秒，得到物理
‑
化学
‑
水热联合激活的废弃玻璃砂浆。
58.实施例7
59.本发明实施例提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：2.205份；玻璃粉：0.225份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。
60.所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：
61.s1、玻璃粉的激活：将混合碱与na2so4均匀混合，随后将其与废弃玻璃粉混合均匀，将混合物放入高压釜中进行水热处理，完成玻璃粉的激活，水热处理条件为：126℃、0.143mpa，水热处理时间为2小时；将激活后的玻璃粉放入80℃的恒温箱中烘干，烘干后再将其研磨成微粉(平均粒径为300μm)；
62.s2、废弃玻璃砂浆的制备：将s1中激活并研磨后的玻璃粉与普通硅酸盐水泥、标准砂倒入搅拌机内混合搅拌200秒，随后加入水，再继续进行搅拌400秒，得到物理
‑
化学
‑
水热联合激活的废弃玻璃砂浆。
63.对比例
64.对比例砂浆的组成和含量为：普通硅酸盐水泥1份，标准砂2.25份，水0.47份，混合搅拌均匀。
65.试验例1
66.将实施例1～7所制备的废弃玻璃砂浆进行抗压测试。
67.将废弃玻璃砂浆制成50mm*50mm*50mm的试块，
68.参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t 50081
‑
200)：
[0069][0070]
式中：
[0071]
f
cc
—砼试块抗压强度(mpa)；
[0072]
f—试件破坏荷载(n)；
[0073]
a—试件承压压面积(mm2)。
[0074]
测试步骤如下：
[0075]
(1)试件放置在试验机前，将试件表面与上、下承压板面擦拭干净。
[0076]
(2)以试件成型时的侧面为承压面，将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的中心与试验机下压板中心对准。
[0077]
(3)启动试验机，试件表面与上、下承压板或钢垫板应均匀接触。
[0078]
(4)试验过程连续均匀加载，加荷速度取0.5mpa/s。
[0079]
试验例2
[0080]
将实施例1～7与对比例所制备的砂浆进行抗折测试：
[0081]
将废弃玻璃砂浆制成40mm*40mm*160mm的试块，
[0082]
参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t 50081
‑
200)：
[0083][0084]
式中：
[0085]
f
t
—砼试块抗折强度(mpa)，计算结果应精确至0.1mpa；
[0086]
f—试件破坏荷载(n)；
[0087]
l—支座间跨度(mm)；
[0088]
b—试件截面宽度(mm)；
[0089]
h—试件截面高度(mm)。
[0090]
跨径取160mm，试件截面宽度和试件截面高度取40mm。
[0091]
试验例3
[0092]
将实施例1～7与对比例所制备的砂浆进行快速砂棒浆法测膨胀率实验：
[0093]
将废弃玻璃砂浆制成25mm*25mm*280mm的试件，
[0094]
根据《中华人民共和国铁道行业标准》(tb/t 2922.5
‑
2002)：
[0095]
通过定期测量试件的长度，得到试件不同龄期的长度膨胀率：
[0096]
[0097]
式中：
[0098]
ε
t
—试件在第14d龄期的膨胀率(％)，精确至0.01％；
[0099]
l
x
—试件在第14d龄期的长度(mm)；
[0100]
l—试件在第0d龄期的长度(mm)；
[0101]
δ—测头的长度(mm)。
[0102]
本发明实施例1～7与对比例制备的废弃玻璃砂浆的抗压测试、抗折测试和膨胀率测试结果参见表1。
[0103]
表1
[0104][0105][0106]
由表1可以看出，综合强度和耐久性能最优的是实施例4，按照实施例4方法得到的砂浆样品的28d抗压强度为36.50mpampa，其破坏形态如图2；抗弯强度为9.72mpa，其破坏形态如图3；膨胀率为0.0611％。从试验结果看，砂浆样品实施例的抗压和抗弯强度相比试验例1皆有增加，砂浆的膨胀率也低于规范阀值。从附图1可以看出，物理
‑
化学
‑
水热联合激发后的玻璃粉颗粒表面的絮状胶凝物质产生的较多，说明玻璃粉得到了有效的激活，从而提高了砂浆的抗压抗弯强度。
[0107]
对比实施例1、实施例7的试验数据，在化学试剂掺量相同的情况下，并皆进行水热处理的情况下，掺入75微米的玻璃粉比掺入300微米的玻璃粉，砂浆的抗弯抗压强度有提高，膨胀率也有所降低。说明将废弃玻璃球磨至一定粒径范围内，可以释放出更多的活性物质，同时也增大了比表面积，促进了二次水化反应，提高了砂浆的抗压强度，抑制了碱骨料反应的发生。
[0108]
对比实施例1、实施例2，实施例4、实施例5的试验数据，在化学试剂掺量相同的情况下，进行水热处理可有效降低砂浆的asr反应膨胀率。对比实施例1、实施例3，实施例4、实施例6的试验数据，在都进行水热处理的情况下，掺入化学试剂，砂浆的抗压抗折强度皆有提高，这是由于在碱量不充足的情况下，随着反应进程的推进，在玻璃表面反应形成的硅酸凝胶薄膜逐渐变厚，阻止反应进一步进行，使玻璃粉活性得不到充分释放，导致砂浆的抗压抗折强度有所降低。
[0109]
对比实施例1、实施例4，实施例2、实施例5的实验数据，在化学试剂掺量相同、皆进行水热处理的情况下，增加玻璃粉的取代量，砂浆的抗折抗压强度皆有提高，膨胀率虽有所提高，但低于规范阀值。这说明了合适掺量的化学试剂能使玻璃粉的活性充分发挥，且不会产生过多的碱骨料反应。
[0110]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。