[发明专利]一种利用废水玻璃铸造型砂制备的碱激发混凝土

说明书

本发明公开了一种利用废水玻璃铸造型砂制备的碱激发混凝土，包括如下原料：废水玻璃铸造型砂、碱性激发剂和矿渣。本发明使用废水玻璃铸造型砂作为碱激发混凝土的集料，利用废水玻璃铸造型砂溶解释放的硅酸根等离子作为矿渣宝贵的激发剂，辅助激发矿渣，促使形成更加密实坚固的固结体，变废为宝、变害为宝，大幅简化废水玻璃铸造型砂的处置和利用工艺，将废水玻璃铸造型砂的经济价值提升到天然砂石的价值水平，具有突出的经济效益，符合国家环保政策要求，应用前景巨大。

技术领域

本发明涉及废水玻璃铸造型砂的资源化利用领域，具体涉及一种利用废水玻璃铸造型砂制备的碱激发混凝土。

背景技术

铸造业是高新技术产业的重要支撑。在铸造过程中，铸件型壳是生产合格铸件的关键，主要由型砂和粘结剂组成，型壳的制备受成本、操作环境、污染性和铸件质量要求等诸多因素影响。近年来，越来越多的铸造企业选用水玻璃作为型砂粘结剂制备铸件型壳，该种型壳不仅具有成本低、操作环境好、工艺简单等优点，而且与树脂粘结剂相比，污染性更小。然而，型壳经过金属铸造强烈热作用后，性能会发生显著变化，不适宜继续使用而需废弃处理，进而产生大量废水玻璃铸造型砂。一般情况下，生产1吨铸件会产生3～4吨废水玻璃铸造型砂，除20～30％可通过特别工艺处理后单次或多次复用外，其余废水玻璃铸造型砂往往被直接堆弃于环境中或填埋，不仅侵占土地、污染环境，而且显著增大企业的环保成本。因此，如何有效处置和再利用废水玻璃铸造型砂已成为铸造业可持续发展所亟待解决的一个关键问题。

当前，建筑行业砂石资源极度紧缺，价格逐日攀升，将废水玻璃铸造型砂用作混凝土细骨料，不仅可将其彻底处置消纳，解决与之相关的环保问题，还能提高废水玻璃铸造型砂的附加值，产生显著的经济效益，因而受到了广大学者和企业的高度关注。但是，废水玻璃铸造型砂胶结难度高，与水泥不兼容，是当前应用的关键难题。这主要是因为，废水玻璃铸造型砂表面包覆了一层水玻璃硬化壳，当采用水泥为胶结材料时，水泥与废水玻璃铸造型砂的界面结构将由传统的“水泥—石英砂”转换成“水泥—水玻璃硬化壳—石英砂”的复合界面，这将对胶结体的性能产生诸多不利影响。首先，复合界面意味着微结构中薄弱面增多，且水玻璃硬化壳也会影响新拌浆体的亲和力，致使形成更加多孔界面区；其次，水玻璃硬化壳在拌合水以及孔隙溶液的侵蚀下会不断溶解释放离子，促使孔隙溶液中Ca²⁺浓度降低形成硅酸钙产物，进而干扰水泥水化历程；此外，水玻璃硬化壳的弹性模量低于石英砂，在胶结体受力时，水玻璃硬化壳会发生较大变形后方可将应力传递至石英砂，也即当应力不足以引发硬化壳形成较大变形时，石英砂将无法承受应力，进而大幅削弱胶结体的受力结构。尽管部分学者尝试使用热水浸泡、磷酸盐预处理、机械打磨、球磨等去除硬化包裹层，以获得较好的混凝土力学性能，但考虑实际生产工艺、成本和效果，上述研究可行性较差。可见，水泥胶结废水玻璃铸造型砂尚存在较多问题而无法实现。

为克服现有技术的不足，本发明利用碱激发矿渣作为废水玻璃铸造型砂的胶结材料制备碱激发混凝土，该方法高效、简单、绿色，应用前景非常广阔。碱激发混凝土是新型绿色胶凝材料，具有快硬早强、水化热低、耐酸耐侵蚀性好等突出优点，在替代水泥方面潜力巨大。通常情况下，碱激发混凝土采用碱性激发剂激发矿渣、粉煤灰、偏高岭土等胶凝材料，激发剂包括NaOH、水玻璃、KOH等。利用废水玻璃铸造型砂作为集料制备碱激发混凝土，可利用水玻璃硬化壳在溶释过程中所释放的硅酸根等离子辅助激发矿渣，变害为宝，强化碱矿渣—水玻璃硬化壳界面，有利于混凝土的抗压强度发展与耐久性提升，实现变废为宝、变害为宝，大幅简化废水玻璃铸造型砂的处置和利用工艺，缓解天然砂石材料紧缺问题，显著提高其经济价值，应用前景广阔。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，使用废水玻璃铸造型砂作为碱激发混凝土的集料，制备碱激发混凝土。利用废水玻璃铸造型砂作为集料制备碱激发混凝土，可利用水玻璃硬化壳的溶释硅酸根等离子辅助激发矿渣，变害为宝，大幅简化废水玻璃铸造型砂的处置和利用工艺，显著提高其经济价值。

本发明采用的技术方案是：一种利用废水玻璃铸造型砂制备的碱激发混凝土，包括如下原料：废水玻璃铸造型砂、碱性激发剂和矿渣。