CN102731033B

CN102731033B - 一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102731033B
Application number: CN2012102259990A
Authority: CN
Inventors: 易红玲; 裘浩成; 林珩; 郑柏存; 公维光; 魏婷; 冯中军
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: CN102731033A

Abstract

本发明涉及一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料及其制备方法，其特征在于，原料组份为：河砂为100份，水泥为1～50份，水为1～50份，改性废旧人造草丝纤维为0.1～5份，减水剂为0.1～5份；制备方法的具体步骤为：先将砂、水泥、改性废旧人造草丝纤维在砂浆搅拌机中干混20s～1min、加入水和减水剂的混合溶液低速混合1min～2min，然后再高速混合1min～2min。本发明的优点：工艺简单，便于操作，既能达到增韧增强的目的，还能够充分利用废旧人造草丝，保护坏境，实现可持续发展；利用改性的废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料，添加改性纤维后水泥基材料的抗折强度和抗压强度均有一定程度的提升。

Description

一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及水泥技术领域，具体地说，是一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料及其制备方法。

【背景技术】

人造草坪因其优良的耐候性、平整性以及较低的管理成本等显著特点，其应用量不断增大，而大量的废弃人造草坪所造成的环境问题也凸显出来。据资料报道，我国人造草坪的应用面积每年已经超过1500万m²，而其中1m²的人造草坪中，人造草丝就有1.6～1.8kg，那么1500万m²的人造草坪将产生2000多吨的废旧草丝。因此，回收利用废旧人造草丝对于延缓不可再生资源的枯竭、保护环境、经济的可持续发展具有重要的社会和经济意义。目前，废旧人造草丝的回收利用方法主要包括，回收作燃料和原料回收制备性能较低的产品。显然，作为燃料后释放出来的废气会污染环境，而原料回收制备性能较低的产品往往不经济。本发明则将废旧人造草丝以纤维的形式直接应用于水泥基材料，研究了掺量、长度、截面及表面改性对纤维增韧增强水泥基复合材料性能的影响。

US20100151158介绍了一种回收人造草坪的方法，将草坪碎片收集然后挤出制成新的草坪填充材料。与本发明的差异在于其回收范围不同，回收的用途不同。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种废旧人造草丝纤维的改性方法，其具体步骤为，

方案一：

将废旧人造草丝纤维切成20mm～60mm的短纤维，用丙酮在60～80℃条件下回流洗涤6～8h，将废旧人造草丝纤维在60℃的烘箱里烘干，投入到丙烯酸和二甲苯的混合溶液中，加入去离子水，溶胀时间1～3h，温度为50～90℃，通氮气保护；其中丙烯酸与二甲苯的体积比为1∶1～1∶2，丙烯酸与去离子水的体积比为1∶1～1∶10，废旧人造草丝纤维与丙烯酸的质量比为1∶15～1∶3；废旧人造草丝纤维经溶胀后加入引发剂，反应1～3h，温度为50～90℃；反应产物用丙酮在60～80℃的条件下回流洗涤12h；烘干，即得改性废旧人造草丝纤维。

所述的引发剂为过氧化异辛酸叔丁酯(TBPO)，其用量为混合溶液的1～20％；

所述废旧人造草丝纤维为聚乙烯，线性低密度聚乙烯，聚丙烯中的一种。

方案二

将废旧人造草丝纤维切成20mm～60mm的短纤维，用丙酮在60～80℃条件下回流洗涤6～8h，将废旧人造草丝纤维在60℃的烘箱里烘干，投入到硅烷偶联剂与二甲苯的混合溶液中，溶胀1～3h，温度为50～90℃；其中硅烷偶联剂与二甲苯的体积比为2∶1～1∶1，废旧人造草丝纤维与硅烷偶联剂的比例为1∶15～1∶3；废旧人造草丝纤维经溶胀后加入引发剂，反应1～3h，温度为50～90℃；反应产物用丙酮在60～80℃的条件下回流洗涤12h；烘干，然后将废旧人造草丝纤维水煮30min～1h，晾干后，即得到改性废旧人造草丝纤维，然后将其直接应用到水泥砂浆中。

方案三

将废旧人造草丝纤维切成20mm～60mm的短纤维，用丙酮在60～80℃条件下回流洗涤6～8h，将废旧人造草丝纤维在60℃的烘箱里烘干，投入到含去离子水和重铬酸钾的浓硫酸溶液中，其中去离子水与浓硫酸的比例为1∶15～1∶10，重铬酸钾与浓硫酸的比例为1∶30～1∶15，温度控制在30～60℃，处理12～24h；氧化处理后产物用丙酮在60～80℃的条件下回流洗涤12h；烘干，即得改性废旧人造草丝纤维。

一种改性废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料，其原料组份为，

所述的水泥基材料为水泥砂浆或混凝土。

所述的水泥为海豹水泥P.O42.5。

所述的减水剂为聚羧酸类减水剂。

一种改性废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料的制备方法，其具体步骤为：

先将砂、水泥、改性废旧人造草丝纤维在砂浆搅拌机中干混20s～1min、加入水和减水剂的混合溶液低速混合1min～2min，然后再高速混合1min～2min。

所述的砂浆搅拌机为行星式砂浆搅拌机。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明通过对废旧人造草丝纤维进行表面处理，然后用其对水泥基材料增韧增强改性，工艺简单，便于操作，既能达到增韧增强的目的，还能够充分利用废旧人造草丝，保护坏境，实现可持续发展。

本发明利用改性的废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料，添加改性纤维后水泥基材料的抗折强度和抗压强度均有一定程度的提升。

【附图说明】

图1不同改性方法的红外图谱；

图2废旧人造草丝掺量与水泥砂浆力学性能关系；

图3废旧人造草丝长度与水泥砂浆力学性能关系；

表1不同截面类型废旧人造草丝对水泥砂浆力学性能的影响；

表2经不同方法改性的废旧人造草丝对水泥砂浆力学性能的影响。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料及其制备方法的具体实施方式。

实施例1

丙烯酸改性废旧人造草丝纤维增韧增强水泥砂浆材料。

将人造草丝纤维切成40mm的短纤维，用丙酮在70℃条件下回流洗涤8h，将人造草丝纤维在60℃的烘箱里烘干，投入到丙烯酸和二甲苯的混合溶液中，加入去离子水，溶胀2h，温度为50℃，通氮气保护。其中丙烯酸与二甲苯的体积比为4∶5，丙烯酸与去离子水的体积比为1∶10，人造草丝纤维与丙烯酸的质量比为1∶4。纤维经溶胀后加入引发剂，反应1h，温度为70℃。反应产物用丙酮在70℃的条件下回流洗涤12h。烘干，即得改性人造草丝纤维。

二.先将砂、水泥、纤维在砂浆搅拌机中干混20s、加入适量的水和减水剂的混合溶液低速混合1min，然后再高速混合1min。

三.在三联模上涂上脱模剂，将水泥砂浆浇筑到三联模上，用捣棒捣实，刮刀抹平。将砂浆试样在标准养护室养护七天。

引发剂为过氧化异辛酸叔丁酯(TBPO)，其用量为混合溶液的2％；

减水剂为V610，脱模剂为有机硅油，水泥为海豹水泥P.O42.5，三联模的尺寸为40*40*160。

实施例2

硅烷偶联剂改性废旧人造草丝纤维增韧增强水泥砂浆材料。

将人造草丝纤维切成40mm的短纤维，用丙酮在70℃条件下回流洗涤8h，将人造草丝纤维在60℃的烘箱里烘干，投入到硅烷偶联剂与二甲苯的混合溶液中，溶胀3h，温度为50℃。其中硅烷偶联剂与二甲苯的体积比为2∶1，人造草丝纤维与硅烷偶联剂的比例为1∶15。人造草丝纤维经溶胀后加入引发剂，反应1h，温度为90℃。反应产物用丙酮在70℃的条件下回流洗涤12h。烘干，然后将人造草丝纤维水煮30min，晾干后直接应用到水泥砂浆中。

以下的步骤同实施例1中步骤二和步骤三。

实施例3

重铬酸钾处理废旧人造草丝纤维增韧增强水泥砂浆材料。

将人造草丝纤维切成40mm的短纤维，用丙酮在70℃条件下回流洗涤8h，将人造草丝纤维在60℃的烘箱里烘干，投入到含去离子水和重铬酸钾的浓硫酸溶液中，去离子水与浓硫酸的比例为1∶10，重铬酸钾与浓硫酸的比例为1∶20温度控制在50℃，处理12h。氧化处理后产物用丙酮在70℃的条件下回流洗涤12h。烘干，即得改性人造草丝纤维。

以下的步骤同实施例中步骤二和步骤三。

测试分析

一、红外图谱分析。

采用型号为Nicolet 5700的傅立叶红外光谱仪，通过热涂法对不同方法改性的废旧人造草丝纤维进行表征，测试结果如表1所示。与未改性人造草丝纤维相比，在接枝丙烯酸后，1716cm^-1处的C＝O的吸收峰得到增强，3600cm^-1处出现了O-H的吸收峰。在接枝硅烷偶联剂后，1180cm^-1处出现了Si-O-CH₃基团的吸收峰。在经重铬酸钾氧化处理后，说明改性废旧人造草丝纤维的亲水性增强，与水泥砂浆相容性提高，而硅烷偶联剂改性后测得的接触角反而增大，这可能是由于接枝上的硅烷偶联剂的亲水端之间发生交联；经重铬酸钾腐蚀后，在1163cm^-1处出现了C-O的吸收峰。

二、人造草丝纤维/水泥砂浆力学性能测试

分别考察了不同掺量、不同长度，不同截面，以及不同方法改性的纤维对水泥砂浆的力学性能的影响，测试结果如图2、图3、表1和表2所示。从图2中可以看出随纤维掺量的增加，砂浆的抗折抗压强度都先增大，后减小，在掺量为9g/L时，其性能最佳。从图3可以看出，在掺量一定的条件下，随着纤维长度的增大，砂浆的抗折抗压强度先增大后减小，在纤维长度为40mm时，其性能最佳。从表1中可以看出，在掺量一定的条件下，加入不同截面的废旧人造草丝，砂浆的力学性能有所提高，其中单丝的效果最为明显。从表2中可以看出，在掺量一定的情况下，加入不同方法改性的废旧人造草丝，水泥砂浆的抗折强度提高较明显，个别改性方法改性后，抗压强度下降，其中硅烷改性效果最为明显。

表1

	空白	单丝	加筋丝	单片丝
					抗折强度	5.9MPa	6.6MPa	6.5MPa	6.1MPa
抗压强度	29.4MPa	31.1MPa	27.3MPa	30.8MPa

表2

	空白	丙烯酸	硅烷	重铬酸钾
					抗折强度	6.0MPa	6.4MPa	7MPa	6.3MPa
抗压强度	32.3MPa	31.6MPa	38.7MPa	26.4MPa

以上所述仅是本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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料，其特征在于，原料组份为：

废旧人造草丝纤维的改性方法，其具体步骤为：将废旧人造草丝纤维切成20mm～60mm的短纤维，用丙酮在60～80℃条件下回流洗涤6～8h，将废旧人造草丝纤维在60℃的烘箱里烘干，投入到丙烯酸和二甲苯的混合溶液中，加入去离子水，溶胀时间1～3h，温度为50～90℃，通氮气保护；其中丙烯酸与二甲苯的体积比为1:1～1:2，丙烯酸与去离子水的体积比为1:1～1:10，废旧人造草丝纤维与丙烯酸的质量比为1:15～1:3；废旧人造草丝纤维经溶胀后加入引发剂，反应1～3h，温度为50～90℃；反应产物用丙酮在60～80℃的条件下回流洗涤12h；烘干，即得改性废旧人造草丝纤维。

2.如权利要求1所述的一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料，其特征在于，所述的水泥基材料为水泥砂浆或混凝土。

3.如权利要求1所述的一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料，其特征在于，所述的水泥为海豹水泥P.O42.5。

4.如权利要求1所述的一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸减水剂。

5.如权利要求1所述的一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：先将砂、水泥、改性废旧人造草丝纤维在砂浆搅拌机中干混20s～1min、加入水和减水剂的混合溶液低速混合1min～2min，然后再高速混合1min～2min。

6.如权利要求5所述的一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述的砂浆搅拌机为行星式砂浆搅拌机。

7.如权利要求1所述的一种废旧人造草丝纤维增韧增强水泥基材料，其特征在于，所述的引发剂为过氧化异辛酸叔丁酯（TBPO），其用量为混合溶液质量的1～20%；所述废旧人造草丝纤维为聚乙烯,线性低密度聚乙烯,聚丙烯中的一种。