CN103835428A

CN103835428A - 一种发光型pet-砖粉砌块

Info

Publication number: CN103835428A
Application number: CN201410001247.5A
Authority: CN
Inventors: 孟繁博
Original assignee: Individual
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-01-02
Also published as: CN103835428B

Abstract

本发明公开了一种发光型PET-砖粉砌块，包括发光层和功能层，发光层由夜光粉和PET按质量比为1:2构成，功能层由粉煤灰、PET和砖粉按质量比为1:9:20构成，发光层的厚度为2mm。本发明适用于道路标线铺设材料、城市广场铺设材料、城市道路井盖和建筑物外围承重墙等。该发光层不易磨损脱落，耐久性强，PET具有良好的透光性能，荧光效果优异，实现了再生资源的循环利用同时，减少了电能的消耗，降低了环境的污染。该砌块功能层力学性能好，抗压强度能达到40MPa，抗折强度达到12MPa，抗渗、耐腐蚀，吸水率不到1%。

Description

一种发光型PET-砖粉砌块

技术领域

本发明属于装饰建筑材料领域，具体涉及一种发光型PET-砖粉砌块。

背景技术

随着经济的发展，越来越多的城市重视发光建筑的应用，发光建筑在美化城市同时，也消耗了大量的电力资源。据统计，仅天安门广场照明灯功率总和就达到了100kW，而广场作为公共设施，平均每天的亮灯时间超过了9小时，仅照明一项每年都会消耗大量的电能。发光建筑的照明中很大一部分为装饰性照明，并不需要很高的亮度，使用照明灯具无疑产生了巨大的能源浪费。

PET瓶具有耐冲击性、透明性、无毒性、高阻隔性及价格低廉等优点，已逐渐成为饮料包装领域的首选材料。虽然塑料行业的快速发展给人们带了方便，但由于PET耐腐蚀、不易降解，自然界没有能消化塑料的细菌和酶，废旧PET又成了新的污染源。废旧PET进入土壤，会影响土壤内的物质传递和微生物生长，改变土壤特质，污染地下水源。随着PET瓶使用量的增加，废旧PET导致的环境污染问题也日益严重。

目前我国正处在房屋拆建的高峰时期，拆旧房、建新房，以及对既有建筑进行节能改造或二次装修，都会产生大量建筑废物，预计到2020年中国还将新建住宅300亿m²，由此产生的建筑废物至少达到50亿t。因此废弃粘土砖是建筑垃圾资源化利用的主要研究对象之一。

蓄光型夜光粉是荧光粉在受到自然光、日光灯光、紫外光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，再缓慢地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，仍能看到发光，持续时间长达几小时至十几小时，并且该发光材料无污染、耐高温、产品用量小等特点，应用范围较广。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是利用PET再生材料、粉煤灰、夜光粉和砖粉等，提供一种高强度发光型PET-砖粉砌块，可以广泛应用于建筑、公路、桥梁等行业，实现废旧资源的再利用，减少环境污染，绿色环保。

为解决上述问题，本发明提供了一种发光型PET-砖粉砌块，包括发光层和功能层，所述发光层由PET和蓄光型荧光粉组成，荧光粉和PET的质量比为1:2，功能层由PET、粉煤灰和粘土砖粉构成，PET和粉煤灰作为粘结剂，粉煤灰、PET和粘土砖粉的质量比为1:9:20，发光层的厚度为2mm；所述粘土砖粉的颗粒级配质量比如下：粒径用R表示,4.75mm≤R＜9.5mm3%,2.36mm≤R＜4.75mm17%,1.18mm≤R＜2.36mm21%,0.6mm≤R＜1.18mm23%,0.3mm≤R＜0.6mm23%,0.15mm≤R＜0.3mm8%,0.075≤R＜0.15mm2%,R＜0.075mm3%。

本发明发光型PET-砖粉砌块的有益效果是：

（1）用废旧PET替代水泥作为胶凝材料，减少了水泥生产带来的环境污染。实现了废旧粘土砖的再利用，避免了砂、石等天然材料的消耗。

（2）功能层力学性能较好，其抗压强度能达到40MPa，抗折强度达到12MPa，能够满足一般建筑物对材料强度的要求。

（3）功能层抗渗性能高、耐腐蚀的特点，吸水率为0.8%，氯离子电通量试验结果为43.2库伦，可以广泛应用于建筑、公路、桥梁等行业。

（4）功能层具有早强的特点，成型4h之后抗压抗折强度便能达到其最终强度的90%以上，能够适用于土木工程中快速施工的结构物，并且其破坏时为塑性破坏，较一般水凝混凝土结构韧性好。

（5）PET具有良好的透光性能，在其中掺入荧光粉后，便可使其具有吸收光能，并在黑暗环境下呈现微光的特性，荧光持续时间长，并且该发光材料无污染、耐高温，节省了大量的电能。在PET胶结砖粉的表面外加一层PET与荧光粉混合而成的面层，可有效改善PET-砖粉砌块的外观，使其可作为发光广场砖等使用。

附图说明

图1实施例2发光广场砖结构图；

图2实施例2的模具整体图；

图3实施例2准备填筑发光层混合料示意图；

图4是实施例1功能层的应力-应变曲线；

图5是实施例1功能层的强度随龄期的变化；

图6是实施例1功能层的放大400倍的SEM扫描图片；

图7是实施例1功能层的放大1000倍的SEM扫描图片；

图8是实施例1功能层在不同PET用量下的抗折强度比较；

图9是实施例1功能层在不同养护温度下的抗压强度变化；

图10是实施例1功能层在不同养护温度下的抗折强度变化；

其中：1.发光层，2.功能层，3.活动钢板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

表1 砖粉混合级配。

如图1所示，发光层由PET和夜光粉组成，制作过程中按照荧光粉和PET的质量比为1:2，先熔融PET材料，成液体状态以后涂撒荧光粉，并与PET搅拌均匀备用。功能层的制作过程，将PET、粉煤灰和如表1所示的砖粉混合级配按照煤灰、PET和砖粉的质量比为1:9:20，混合均匀之后300℃加热熔解，加热时间为2h。加热过程中应保持通风并且试模应与上述混合料同时加热，PET完全熔解之后，搅拌均匀，迅速倒入加热试模中，振捣、压实、整平，上部预留2mm高度余地，由液态的PET和夜光粉的混合液填筑补实，放入烘箱中，将温度调至200℃，养护1h，慢慢冷却至室温，拆模，防止试件表面由于温度骤降产生裂缝。

实施例2

根据发光广场砖的尺寸制作模具如图2，该模具为长方体，其中五面封闭，一面留有开口，用于填筑混合料，制作工程中，上部留有一活动钢板3，可以抽出，厚度为2mm，首先将功能层2如表1所示的砖粉混合级配按照粉煤灰、PET和砖粉的质量比为1:9:20的混合料，混合均匀之后300℃加热熔解，加热时间为2h。发光层1混合料按照荧光粉和PET的质量比为1:2加热熔融备用。将功能层混合料放入模具中挤压成型，然后如图3抽出活动钢板3，灌入发光层混合料，再次挤压，两次挤压和填筑混合料过程中应保证模具温度在200℃以上，第二次挤压完成以后将模具放入烘箱中，温度调至200℃，养护1h，慢慢冷却至室温，拆模，防止试件表面由于温度骤降产生裂缝。

本发明发光型PET-砖粉砌块的功能层性能分析：

通过开展不同级配下本发明再生PET-砖粉试件的抗硫酸盐侵蚀性能试验，确定主要影响因素，提出在硫酸盐结晶侵蚀环境下的耐久性评价指标。根据干湿循环方法，一个循环称重一次，十个循环做一组抗压强度试验，质量损失如表2：

表2硫酸盐侵蚀下试件的质量变化。

从表2中可以看出，浸泡在硫酸盐溶液中的试件功能层质量并没有损失反而有所增加。质量增加是因为硫酸盐通过渗透和毛细吸附等方式侵入试件内部，当砂浆试件体内湿度下降，硫酸盐即结晶生成硫酸钠晶体，但质量的增量较小，由此可以看出材料的抗渗透性很好。

功能层的应力-应变曲线图4，按照位移为0.5mm/min的固定速度等位移加载。途中A-B段应力随应变的增大而上升，B点时应力达到最大值，此时的应力即为本发明制得的建筑材料功能层的强度。试件在B-C段呈现应力下降，是由于其内部结构已经基本破坏，随着位移的增加，残余的构架也逐渐破坏并失去承载力。从图4可以看到PET试件所承受的荷载达到顶峰时后出现了较长的荷载下降段，由此可以判断其具有良好的韧性。而韧性材料在动荷载作用下往往能够吸收更多的能量，并能有效避免突然的脆性断裂，直线段的斜率及即弹性模量为2.1GPa。

由图5可以看出本发明功能层在成型4h后，强度即达到了36.9MPa，6h时达到40.6Mpa，之后其强度基本保持不变，7d时也只有40.8Mpa。由此可见，其强度发展极快，主要原因是其强度依靠PET凝结与砖粉共同组成的胶结体系，在冷却后即可基本实现强度的发展。

本发明制得的建筑材料功能层放大400倍的SEM扫描图片图6，可明显观察到在此尺度上PET呈现出较好的密实度，呈现极少的孔隙，这也是其在抗渗性良好，吸水率较低的原因。

图7为本发明制得的建筑材料功能层放大1000倍的SEM扫描图片，可见砖粉颗粒周围存在孔隙，且砖粉颗粒与PET之间有纤维连连结。

砖粉级配的确定

由于PET材料与沥青相似，故在试配时，首先根据《公路沥青路面施工技术规范》中沙粒式AC-5进行级配设计，如表3所示：

表3砖粉混合级配A。

经过试配发现砖粒径偏大，粉体偏多，PET熔化后与砖粉的混合体很粘稠，试件难以成型，制出的试件呈现较多孔隙，成型质量不佳。

于是借鉴水泥混凝土中砂的粒径级配，重新调整砖粉的级配，减少了粉体及2.36mm颗粒的含量，增加0.6mm与0.3mm颗粒的含量，新的级配如表1所示：

表1砖粉混合级配B。

调整后级配后，PET-砖粉混合体的流动性得到明显的改善，成型后试件形貌规则，因此在后续试验中选取级配B。

粘结剂用量的确定

在满足强度要求的前提下，同时要保证混合料良好的均质性，本文选取了1:1、1:2、1:3三组不同的粘结剂与砖粉用量比进行对比试验，为改善工作性，使用粉煤灰代替10%的PET，成型时发现当粘结剂用量与砖粉用量为比1:1时，试件表现出巨大的体积收缩，甚至在构件内部产生空泡，而当用量比为1:3时，熔融状态下的PET无法对砖粉颗粒进行有效的包裹，从而使构建成疏松的多孔状态。由于试件缺陷在抗压试件中尤为显著，且1:1组抗折试件产生明显的空泡，故仅对1:2组与1:3组的抗折强度进行对比。当粘结剂与砖粉比例为1:2时，试件的抗折强度分别达到了10.55MPa和13.47MPa，而当粘结剂与砖粉比例为1:3时，试件的抗折强度仅为6.85MPa和5.63MPa。前者抗折强度比后者高出近一倍，有着明显优势。

养护温度的选择

试验中PET的熔融温度在300℃左右，在其成型并冷却至室温的过程中，体积会发生一定程度的收缩。如果直接将其暴露在室温下，则表层的PET材料急速冷却发生收缩，而内部热量来不及散发，从而形成内外温差，并在外层产生拉力。而此时PET还保持着温度较高，及强度较低的状态，在拉应力作用下易发生开裂。故在试件成型后需对其进行短时间的养护，以减小其内外温差，并使其按照较小的温度梯度进行冷却。暂定养护时间为2h，对不同养护温度的试件进行抗压抗折强度测试，结果如图7，图8。

由图7与图8中可以看出，试件的抗压与抗折强度随着养护温度的提高而增加，当养护温度为180℃时，试件的抗压强度还是抗折强度达到最高值。其抗压强度高达43.4MPa，与室温下养护的试件强度30.8MPa相比，强度增加了近50%，抗折强度高达13.2MPa，因此，选择180℃作为最终确定的养护温度进行试验。

表观密度的测定

由于PET塑料的比重仅为1.67，而且粘土砖粉的比重也小于建筑用砂石，因此PET-砖粉材料的密度要小于水泥砂浆及混凝土。经水中重法测得的表观密度评价值为1.84×10³kg/m³，普通混凝土的密度（约为2.4×10³kg/m³）。具体实验数值如表4所示：

表4表观密度测定结果。

吸水率的测定

吸水率是耐久性的一个重要研究指标。按规定制备试件，将整个砂浆试件浸泡在水中，水面须高出试件20mm左右，每隔一天拿出试件，擦干试件表面并记录试件质量。直至试件质量不再增加，试验结果如表5所示：

表5试件吸水后质量。

从上表可以看出，试件的吸水率在2天后就达到了稳定值0.8%，且吸水主要发生在试件入水30min以内（0.5%左右），究其原因主要是PET材料抗渗性良好，而砖粉则有着较强的吸水性。试件入水后，其表面裸露的砖粉颗粒在短时间内吸水并饱水，此后试件呈现较低的吸水性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但并非对本发明保护范围的限制，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种发光型PET-砖粉砌块，包括发光层和功能层，其特征在于，所述发光层由PET和蓄光型荧光粉组成，荧光粉和PET的质量比为1:2，功能层由PET、粉煤灰和粘土砖粉构成，PET和粉煤灰作为粘结剂，粉煤灰、PET和粘土砖粉的质量比为1:9:20，发光层的厚度为2mm；所述功能层中粘土砖粉颗粒级配质量比如下：粒径用R表示,4.75mm≤R＜9.5mm3%,2.36mm≤R＜4.75mm17%,1.18mm≤R＜2.36mm21%,0.6mm≤R＜1.18mm23%,0.3mm≤R＜0.6mm23%,0.15mm≤R＜0.3mm8%,0.075≤R＜0.15mm2%,R＜0.075mm3%。