陶瓷抛光渣基泡沫轻质土及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种陶瓷抛光渣基泡沫轻质土及其制备方法、应用。
背景技术
泡沫轻质土是由水泥基等胶凝材料与经发泡剂发泡得到的泡沫群混合搅拌而形成的多孔轻质材料，具有显著的轻质性、良好的流动性和施工便捷性、固化自立性等优点。泡沫轻质土应用于道路路基填筑时，可大大降低荷载，有效控制路基工后沉降，避免征地拆迁，节省工期，目前在软土路基处理、桥台背回填及道路拓宽等工程应用中取得了良好的效果。传统的泡沫轻质土大多以水泥作为胶凝材料，生产成本较高，限制了泡沫轻质土的推广应用；且水泥生产过程会产生大量的温室效应气体，对环境有较大的负面影响。
陶瓷抛光渣是陶瓷产品在抛光、研磨过程中所产生的废弃物。据不完全统计，目前我国每年产出陶瓷废料约2000万吨，其中陶瓷抛光废渣约占一半以上，仅广东地区每年就有约800万吨。大量的陶瓷抛光废渣由于未得到充分的利用和处理，长期占用大量土地，不仅对水、空气和土壤造成了污染，严重破坏自然生态环境，同时还制约着陶瓷产业的可持续发展。陶瓷抛光废渣资源化再利用已经成为了陶瓷产业和环保部门所面临的最为紧迫的课题。针对陶瓷抛光渣资源化利用难题，专利《一种陶瓷抛光泥与铜尾矿复合制备蒸压加气混凝土砌块的方法及其产品》（CN110683858A）公开了一种蒸压加气混凝土砌块的制备方法，由陶瓷抛光泥与铜尾矿工业固废制备而成；专利《基于陶瓷抛光渣的陶瓷砖及其制备方法》（CN107793132B）公开了一种利用陶瓷抛光渣、粘土质原料和铝土矿烧制陶瓷砖的方法；专利《陶瓷废料用于制备高强轻集料的用途及其制备的高强轻集料》（CN110950558A）公开了一种轻质高强建筑陶粒的制备方法，由陶瓷废料与粉煤灰制备而成。
上述中的技术方案存在以下缺陷：上述方案中陶瓷抛光渣在混凝土砌块、陶瓷砖和建筑陶粒等产品中的利用率较低，针对陶瓷抛光渣的利用过程技术较为复杂，制备而成的再生产品附加值相对较低，推广应用难度大，难以大量消纳陶瓷抛光渣，无法实现陶瓷抛光渣的减量化、规模化资源再利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种陶瓷抛光渣基泡沫轻质土，其可实现陶瓷抛光渣的大批量、高附加值利用，降低泡沫轻质土的制备成本。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种上述陶瓷抛光渣基泡沫轻质土的制备方法。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种上述陶瓷抛光渣基泡沫轻质土的应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种陶瓷抛光渣基泡沫轻质土，其主要由以下重量份原料制成：
陶瓷抛光渣 160~220份，水泥120~180份，脱硫石膏10~50份，工业废渣30~60份，碱性激发剂10~30份，水230~290份，泡沫20~30份；
其中，所述工业废渣具有火山灰活性。
作为上述技术方案的改进，其由以下重量份原料制成：
陶瓷抛光渣 160~220份，水泥130~180份，脱硫石膏15~30份，工业废渣36~54份，碱性激发剂12~25份，水248~278份，泡沫24~30份，减水剂5~10份。
作为上述技术方案的改进，所述陶瓷抛光渣中SiO2的含量为55~67 wt%，Al2O3的含量为12~22wt%，CaO的含量为2~10wt%；其粒径为0.2~100μm。
作为上述技术方案的改进，所述碱性激发剂选用水玻璃、NaOH、KOH、石灰、碳酸钙中的一种或多种；
所述水泥为硅酸盐水泥；
所述工业废渣选用高炉矿渣、粉煤灰、硅灰中的一种或多种；
所述工业废渣的比表面积为430~480m2/kg。
作为上述技术方案的改进，所述碱性激发剂选用水玻璃和NaOH的混合物，且水玻璃的重量与NaOH的重量的比例为1：（3~6）；
所述水玻璃的模数为1.6~3.2。
作为上述技术方案的改进，所述泡沫的制备方法为：将发泡剂稀释为发泡液，在发泡液中通入压缩空气，发泡形成泡沫，其表观密度为45~55g/L，消泡率≤5%；
所述发泡剂为松香型发泡剂、蛋白质型发泡剂、复合型发泡剂中的一种或多种。
作为上述技术方案的改进，水固比为0.5~0.75。
作为上述技术方案的改进，所述陶瓷抛光渣基泡沫轻质土的密度为750~1000g/cm3，流值为160~180mm，28d抗压强度为0.9~1.5MPa。
相应的，本发明还提供了一种上述的陶瓷抛光渣基泡沫轻质土的制备方法，其特征在于，包括：
（1）将陶瓷抛光渣与水混合均匀，得到第一料浆；
（2）将水泥、脱硫石膏、工业废渣、碱性激发剂加入所述第一料浆，混合均匀，得到第二料浆；
（3）将泡沫加入所述第二料浆中，搅拌均匀，即得到陶瓷抛光渣基泡沫轻质土成品。
相应的，本发明还提供了上述的陶瓷抛光渣基泡沫轻质土在路基桥台背回填、软土路基处理和道路拓宽中的应用。
实施本发明，具有以下有益效果：
1. 本发明技术中首次将陶瓷抛光渣应用于道路路基填筑，可大量消纳陶瓷抛光渣，真正实现陶瓷抛光渣的规模化资源再利用。
2. 本发明所述的泡沫轻质土以陶瓷抛光渣、脱硫石膏、高炉矿渣等工业固废为主要原料，其中陶瓷抛光渣掺量达60%以上；大幅度降低了泡沫轻质土的生产成本，便于泡沫轻质土的推广应用。
3. 本发明的陶瓷抛光渣、脱硫石膏和工业废渣，可协同作用，在水化过程中生成硅酸钙（C-S-H凝胶）、铝酸钙等胶凝相，提供强度；同时，碱性激发剂形成的碱性环境可有效加快水化反应的速度，提升各项理化性能。通过本发明中各组分材料间的协同作用，所制备得到的陶瓷抛光渣基泡沫轻质土的流值和28d抗压强度等技术指标满足《现浇泡沫轻质土技术规程》和《公路路基设计规范》中泡沫轻质土路堤填筑相关要求。
附图说明
图1是本发明陶瓷抛光渣基泡沫轻质土制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供一种陶瓷抛光渣基泡沫轻质土，其主要由以下重量份原料制成：
陶瓷抛光渣 160~220份，水泥120~180份，脱硫石膏10~50份，工业废渣30~60份，碱性激发剂10~30份，水230~290份，泡沫20~30份。
陶瓷抛光渣是指陶瓷砖烧成后抛光后产生的废渣，其主要成分为SiO2、Al2O3，同时还含有少量的CaO；陶瓷抛光渣属于烧成后的熟料，且粒度很细，因此具有潜在的水化活性，在水化过程中可形成硅酸钙（C-S-H凝胶），提升泡沫轻质土的强度。
具体的，本发明中陶瓷抛光渣中SiO2的含量为55~67 wt%，Al2O3的含量为12~22wt%，CaO的含量为2~10wt%。陶瓷抛光渣的粒径范围为0.2~100μm，其平均粒径为5~20μm；优选的，陶瓷抛光渣的粒径范围为0.2~50μm，平均粒径为7~12μm。
本发明中陶瓷抛光渣的用量为160~220份；优选的为170~210份。示例性地可为170份、172份、176份、180份、188份、196份、200份、205份，但不限于此。
脱硫石膏是回收二氧化硫烟气过程中的副产物，其主要成分为二水硫酸钙。在本发明中，脱硫石膏是主要的钙源之一，其含有的钙可与陶瓷抛光渣、水泥中的SiO2、Al2O3组分反应，形成硅酸钙、铝酸钙等胶凝相，提升泡沫轻质土的各项性能。此外，脱硫石膏还可与铝酸钙反应形成钙矾石，进一步提升泡沫轻质土的强度。
本发明中脱硫石膏的用量为10~50份，若其用量＜10份，则无法形成钙矾石，泡沫轻质土的强度较低。优选的，脱硫石膏的用量为15~50份；更优选的为18~40份。
本发明中的工业废渣可选用粉煤灰、硅灰、锰矿渣、镁矿渣、高炉矿渣中的一种或多种，但不限于此。优选的，本发明中的工业废渣选用经干燥、破碎、球磨后形成的高炉矿渣粉料，其比表面积为430~480m2/kg。
高炉矿渣是炼钢过程中产生的废渣，其CaO含量较高，可作为本发明中主要的钙源，与陶瓷抛光渣、水泥中的SiO2、Al2O3组分反应，形成硅酸钙、铝酸钙等胶凝相，提升泡沫轻质土的各项性能。
具体的，本发明中工业废渣的用量为30~60份，优选的为36~54份。
具体的，本发明中的水泥为普通的硅酸盐水泥，其符合标准《通用硅酸盐水泥》（GB/T 175-2007）。水泥的用量为120~180份，优选的为130~180份。
碱性激发剂主要用于形成碱性环境，以提升陶瓷抛光渣、水泥、工业废渣、脱硫石膏的水化活性，加快水化速度。具体的，碱性激发剂可选用水玻璃（模数为1.6~3.2）、NaOH 、KOH、石灰、碳酸钙、偏硅酸钠中的一种或多种。优选的，碱性激发剂选用水玻璃和NaOH的混合物，且水玻璃的用量与NaOH用量的比例为1：（3~6）；进一步优选的，水玻璃：NaOH=1:5。
具体的，本发明中碱性激发剂的用量为10~30份，优选的为12~25份。
具体的，在本发明中，泡沫的制备方法为：将发泡剂稀释为发泡液，在发泡液中通入压缩空气，发泡形成泡沫，其表观密度为45~55g/L，消泡率≤5%。其中，发泡剂为松香型发泡剂、蛋白质型发泡剂、复合型发泡剂中的一种或多种。泡沫的用量为20~30份，优选的为24~30份。
具体的，在本发明中，水的用量为230~290份，优选的为248~278份。通过对水用量的控制可将水固比（水与其他固体原料的比例）控制在0.5~0.75，优化泡沫轻质土的各项理化性能。
进一步的，本发明的泡沫轻质土中还含有一些混凝土领域常用的助剂，如抗冻剂、减水剂等，但不限于此。优选的，本发明的泡沫轻质土中含有减水剂5~10份，所述减水剂为聚羧酸型减水剂，具体的可选用江苏苏博特新材料股份有限公司生产的PCA-300P粉状聚羧酸减水剂，但不限于此。
相应的，参考图1，本发明还公开了一种上述陶瓷抛光渣基泡沫轻质土的制备方法，其具体包括以下步骤：
S1：将陶瓷抛光渣与水混合均匀，得到第一料浆；
S2：将水泥、脱硫石膏、工业废渣、碱性激发剂加入所述第一料浆，混合均匀，得到第二料浆；
优选的，当发明中的泡沫轻质土的配方中含有其他助剂（如减水剂）时，也在此步骤加入。
S3：将泡沫加入所述第二料浆中，搅拌均匀，即得到陶瓷抛光渣基泡沫轻质土成品。
基于上述方法和配方所得到的陶瓷抛光渣基泡沫轻质土，其密度为750~1000g/cm3，流值为160~180mm，28d抗压强度为0.9~1.5MPa，可完全满足现有道路领域的施工要求。
相应的，本发明还公开了上述陶瓷抛光渣基泡沫轻质土在道路工程领域的应用。具体的如在路基桥台背回填、软土路基处理和道路拓宽中的应用。
下面以具体实施例对本发明进行说明：
实施例1
本实施例提供一种陶瓷抛光渣基泡沫轻质土，其配方如下：
陶瓷抛光渣160份，水泥180份，脱硫石膏10份，工业废渣60份，碱性激发剂10份，水290份，泡沫20份；
其中，陶瓷抛光渣中SiO2含量为55.2wt%，Al2O3的含量为17.9wt%，CaO的含量为5.4wt%；其平均粒径为20μm；工业废渣为高炉矿渣，其比表面积430 m2/kg；碱性激发剂为NaOH；
泡沫为松香型发泡剂稀释60倍后通入压缩空气发泡制得，其表观密度为55g/L，消泡率为5%；
其制备方法为：
（1）将陶瓷抛光渣与水混合均匀，得到第一料浆；
（2）将水泥、脱硫石膏、工业废渣、碱性激发剂加入所述第一料浆，混合均匀，得到第二料浆；
（3）将泡沫加入所述第二料浆中，搅拌均匀，即得到陶瓷抛光渣基泡沫轻质土成品。
将得到的泡沫轻质土浇筑成型，即可得到标准试块；将标准试块进行室内测试，得到其密度为830g/cm3，流值为180mm，28d抗压强度为0.9MPa。
实施例2
本实施例提供一种陶瓷抛光渣基泡沫轻质土，其配方如下：
陶瓷抛光渣180份，水泥140份，脱硫石膏18份，工业废渣36份，碱性激发剂16份，水256份，泡沫24份，减水剂6份；
其中，陶瓷抛光渣中SiO2含量为56.5wt%，Al2O3的含量为19.3wt%，CaO的含量为6.2wt%；其平均粒径为15μm；工业废渣为高炉矿渣，其比表面积440 m2/kg；碱性激发剂为NaOH和水玻璃的混合物，水玻璃：NaOH=1:5；
泡沫为蛋白质型发泡剂稀释60倍后通入压缩空气发泡制得，其表观密度为48g/L，消泡率为3%；
其制备方法为：
（1）将陶瓷抛光渣与水混合均匀，得到第一料浆；
（2）将水泥、脱硫石膏、工业废渣、碱性激发剂、减水剂加入所述第一料浆，混合均匀，得到第二料浆；
（3）将泡沫加入所述第二料浆中，搅拌均匀，即得到陶瓷抛光渣基泡沫轻质土成品。
将得到的泡沫轻质土浇筑成型，即可得到标准试块；将标准试块进行室内测试，得到其密度为850g/cm3，流值为176mm，28d抗压强度为1.4MPa。
实施例3
本实施例提供一种陶瓷抛光渣基泡沫轻质土，其配方如下：
陶瓷抛光渣210份，水泥120份，脱硫石膏15份，工业废渣41份，碱性激发剂22份，水270份，泡沫28份，减水剂6份；
其中，陶瓷抛光渣中SiO2含量为55.7wt%，Al2O3的含量为18.6wt%，CaO的含量为5.2wt%；其平均粒径为12μm；工业废渣为高炉矿渣，其比表面积470 m2/kg；碱性激发剂为NaOH和水玻璃的混合物，水玻璃：NaOH=1:4；
泡沫为复合型发泡剂稀释80倍后通入压缩空气发泡制得，其表观密度为46g/L，消泡率为4%；
其制备方法为：
（1）将陶瓷抛光渣与水混合均匀，得到第一料浆；
（2）将水泥、脱硫石膏、工业废渣、碱性激发剂、减水剂加入所述第一料浆，混合均匀，得到第二料浆；
（3）将泡沫加入所述第二料浆中，搅拌均匀，即得到陶瓷抛光渣基泡沫轻质土成品。
将得到的泡沫轻质土浇筑成型，即可得到标准试块；将标准试块进行室内测试，得到其密度为750g/cm3，流值为185mm，28d抗压强度为1.1MPa。
对比例1
本对比例提供一种陶瓷抛光渣基泡沫轻质土，与实施例1的区别在于未添加脱硫石膏；其余均与实施例1相同。
将得到的泡沫轻质土浇筑成型，即可得到标准试块；将标准试块进行室内测试，得到其密度为830g/cm3，流值为168mm，28d抗压强度为0.73MPa。
以上所述是发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
