一種鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料及其應用的製作方法

2023-05-30 00:26:26

本發明屬於建築材料技術領域，涉及一種膠凝材料，具體為採用工業廢棄物鎳鐵渣製備獲得的鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料，以及該膠凝材料的應用。

背景技術：

磷酸鎂膠凝材料具有快硬、早強、粘結強度高、幹縮變形小等優良性能，作為一種新型膠凝材料受到越來越多的關注，適用於對早期強度有高要求的構件、搶修工程等。磷酸鎂膠凝材料所使用的組分之一重燒氧化鎂是由菱鎂礦經1700℃左右高溫煅燒得到，由於煅燒溫度高，所以，從建材生產工藝上看，重燒氧化鎂是高耗能產品。

鎳鐵渣為採用火法冶煉工藝生產鎳鐵排出的水淬渣，冶煉鎳鐵時液相溫度高達1700℃以上。在我國，鎳鐵渣是繼鐵渣、鋼渣、赤泥之後第四大工業廢棄物，目前每年產生的鎳鐵渣約3000萬噸。但是，鎳鐵渣的利用率極低，絕大多數只是以露天方式堆存，不僅佔用寶貴的土地資源，而且會帶來地下水汙染和粉塵汙染。鎳鐵渣的無害化處理問題是亟待解決的環保問題之一。

技術實現要素：

解決的技術問題：為了克服現有技術的缺陷，消納工業廢棄物鎳鐵渣，實現鎳鐵渣的資源化應用，降低磷酸鎂膠凝材料中重燒氧化鎂的用量，且仍然保證製備獲得的膠凝材料具有快硬早強、高粘結強度、幹縮變形小、內部結構更加緻密的優良性能，本發明提供了一種鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料及其應用。

技術方案：一種鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料，按重量份計，所述膠凝材料包括鎳鐵渣6～12份，重燒氧化鎂12～25份，磷酸鹽3～12份，緩凝劑1～10份。

優選的，所述膠凝材料中各組分為粉體材料，且含水率在1％以下。

優選的，所述鎳鐵渣為水淬渣，比表面積為350m2/kg以上，其中MgO含量為25％以上。

優選的，所述重燒氧化鎂比表面積為300m2/kg以上，其中MgO含量為90％以上。

優選的，所述磷酸鹽為磷酸二氫鉀、磷酸二氫氨、磷酸二氫鈉中的至少一種；所述磷酸鹽的比表面積為300m2/kg以上。

優選的，所述緩凝劑為硼砂、硼酸、三聚磷酸鈉中的至少一種；所述緩凝劑的比表面積為300m2/kg以上。

任一所述的鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料在早齡期有高強度要求的結構件、搶修工程中的應用。

本發明的原理在於：鎳鐵渣粉中的活性組分參與水化反應，增加體系中膠結性水化產物生成量，保證該膠凝材料物理力學性；此外，鎳鐵渣粉還具有填充效應，在保證膠凝材料物理力學性能的同時提高內部結構緻密性，降低孔隙率。

有益效果：(1)本發明所述鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料具有快硬、早強、高強、幹縮變形小的優點；(2)本發明所述鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料內部結構緻密，孔隙率低，包括耐水性在內的耐久性能得到提高；(3)本發明所述鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料實現了鎳鐵渣無害化處理，促進了工業廢渣的高效資源化利用；(4)本發明所述鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料在保證膠凝材料力學性能的前提下，減少重燒氧化鎂的用量，降低不可再生資源菱鎂礦的消耗和能量的損耗，降低磷酸鎂膠凝材料的生產成本，因而具有顯著的經濟效益和環境利益。

具體實施方式

以下實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬於本發明的範圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。

實施例1

鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料配合比：比表面積350m2/kg、MgO含量28％的鎳鐵渣8份，鎳鐵渣為水淬渣；比面積350m2/kg、MgO含量90％的重燒氧化鎂25份；工業級、比表面積300m2/kg的磷酸二氫鉀10份；工業級、比表面積300m2/kg硼砂2份作為緩凝劑；各組分含水率均為1％以下，均勻混合製得。

對該膠凝材料進行初凝時間和抗壓強度測試，當水灰比為0.18時，該膠凝材料初凝時間為50min，3h抗壓強度為37.3MPa，3d抗壓強度為強度58.4MPa。

實施例2

鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料配合比：比表面積350m2/kg、MgO含量28％的鎳鐵渣12份，鎳鐵渣為水淬渣；比面積320m2/kg、MgO含量90％的重燒氧化鎂25份；工業級、比表面積350m2/kg的磷酸二氫鉀10份；工業級、比表面積350m2/kg的硼酸3份作為緩凝劑；各組分含水率均為1％以下，均勻混合製得。

對該膠凝材料進行初凝時間和抗壓強度測試，當水灰比為0.20時，該膠凝材料初凝時間為65min，3h抗壓強度為22.9MPa，3d抗壓強度為強度35.7MPa。

實施例3

鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料配合比：比表面積350m2/kg、MgO含量26％的鎳鐵渣6份，鎳鐵渣為水淬渣；比面積300m2/kg、MgO含量90％的重燒氧化鎂15份；工業級、比表面積300m2/kg的磷酸二氫氨8份；工業級、比表面積300m2/kg的三聚磷酸鈉1.5份作為緩凝劑；各組分含水率均為1％以下，均勻混合製得。

對該膠凝材料進行初凝時間和抗壓強度測試，當水灰比為0.16時，該膠凝材料初凝時間為55min，3h抗壓強度為38.1MPa，3d抗壓強度為強度43.2MPa。

實施例4

鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料配合比：比表面積350m2/kg、MgO含量26％的鎳鐵渣10份，鎳鐵渣為水淬渣；比面積350m2/kg、MgO含量90％的重燒氧化鎂25份；工業級、比表面積300m2/kg的磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉各6份；工業級、比表面積300m2/kg的硼砂、硼酸各1.5份作為緩凝劑；各組分含水率均為1％以下，均勻混合製得。

對該膠凝材料進行初凝時間和抗壓強度測試，當水灰比為0.16時，該膠凝材料初凝時間為60min，3h抗壓強度為33.9MPa，3d抗壓強度為強度38.4MPa。

實施例5

鎳鐵渣磷酸鎂膠凝材料配合比：比表面積350m2/kg、MgO含量25％的鎳鐵渣6份，鎳鐵渣為水淬渣；比面積300m2/kg、MgO含量90％的重燒氧化鎂24份；工業級、比表面積300m2/kg的磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、磷酸二氫氨各3份；工業級、比表面積300m2/kg硼砂、硼酸、三聚磷酸鈉各1份作為緩凝劑；各組分含水率均為1％以下，均勻混合製得。

對該膠凝材料進行初凝時間和抗壓強度測試，當水灰比為0.17時，該膠凝材料初凝時間為65min，3h抗壓強度為40.1MPa，3d抗壓強度為強度49.7MPa。