CN104496308A - 一种聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土及其制备与应用 - Google Patents

Abstract

一种聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土，每立方米混凝土中含有：聚丙烯纤维0.6kg～1.2kg、污泥陶粒516kg、水泥400kg、水180kg以及砂819kg，本发明还提供了所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的制备方法，本发明聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土可以作为墙体填充材料，将所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土作为内嵌砌块，填入到中高层装配式生态复合墙混合结构的肋格中，本发明聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土能够克服传统生态墙体材料抗拉强度低，延性差，易开裂等缺点，极大地提高了其强度，增强了其耐久性，同时可以解决污泥的处理问题。

Description

一种聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土及其制备与应用

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及新型的中高层装配式生态复合墙混合结构体系，也可用于普通建筑的墙体材料中，特别涉及一种聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土及其制备与应用。

背景技术

住宅建设作为我国的传统产业，长期处于粗放型的生产阶段，能源和原材料消耗过大，工业化程度不高，劳动生产率及技术含量低，结构形式单一，建筑质量与功能较差，特别是住宅结构的抗震安全性及舒适性亟待提高。课题组将原有生态复合墙结构与混凝土竖向约束构件有机结合，相互取长补短、各汲优点，提出中高层装配式生态复合墙混合结构体系。目前，我国墙体大部分采用的还是传统材料，寻找新型的建筑材料已成为课题组目前亟需解决的问题。传统的生态墙体填充材料如再生EPS轻骨料混凝土砌块、加气混凝土砌块、麦秸秆纤维生土绝大多数属于低强材料，而且延性也比较差，在结构中仅起到填充和围护作用。在中高层装配式生态复合墙混合结构中，生态块材不仅起围护、节能作用，而且与混凝土肋格相互作用、相互约束、共同受力，并充当混合结构的第一道抗震防线，对其基本力学性能指标方面的要求较多层生态复合墙结构有较大提高。因此，需要寻找较高强度、较好延性的增强生态砌块材料，以此来解决传统生态墙体填充材料的缺陷。

大量的江河湖水经过多年的沉积形成了很多污泥，城市下水道经过日积月累也形成了很多污泥。利用这些污泥替代黏土，经挖泥、自然干燥、生料成球、预热、焙烧、冷却制成的陶粒称为污泥陶粒。目前的污泥陶粒主要用于屋面隔热、软基础的回填、无土栽培、污水处理、生产陶粒砖等，在混凝土制备中尚未见报道。利用污泥陶粒，不但会减少建材制造业与农业用地争土，而且还为污泥找到了合理出路，解决了污泥的二次污染问题，达到了废弃物资源化的目的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土及其制备与应用，在污泥陶粒中加入增强纤维，做成较高强度、较好延性的增强生态砌块材料，既可以解决污泥的处理问题，又可以解决新型建筑材料的需求问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土，每立方米混凝土中含有：聚丙烯纤维0.6kg～1.2kg、污泥陶粒516kg、水泥400kg、水180kg以及砂819kg。

本发明还提供了所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的制备方法，包括如下步骤：

第一步，制备污泥陶粒；

第二步，将聚丙烯纤维揉散分开，与污泥陶粒混合搅拌使得聚丙烯纤维分散在污泥陶粒中；

第三步，将砂和水泥与第二步中得到的混合物混合，先干搅拌再加水搅拌；

第四步，将搅拌好的聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土放入模具中成型；

第五步，将聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土放入标准养护室进行养护，其养护方法、时间与普通混凝土一致。

其中所述第一步中污泥陶粒的制备过程为：

第一步，取得原始污泥并对其进行脱水干化；

第二步，对脱水干化后的污泥进行粉磨均化；

第三步，对粉磨均化后的污泥进行挤压成球并进行烧制，烧制可在陶粒回转窑中实现；

第四步，将烧制好的陶粒冷却并分级筛分。

所述原始污泥来源于城市下水道污泥，所述烧制的工艺条件为将干燥的污泥颗粒在电阻炉中高温烧结，烧结工艺为：首先400℃预热20min然后加热到1000℃烧结20min最后在空气中自然冷却，分级筛分后取粒径5～20mm的陶粒作为原料。

本发明所用水泥为普通硅酸盐水泥，标号为32.5。配置强度为C20。制备工艺中，为了使聚丙烯纤维能均匀的分布在混凝土中，先将聚丙烯纤维揉散分开，再将聚丙烯纤维及污泥陶粒投入拌和机拌30秒，使聚丙烯纤维分散在污泥陶粒中，然后将砂及水泥投入拌和机干搅拌30秒，再在转动着的搅拌机中加水，并再搅拌3分钟左右。由于污泥陶粒属于轻骨料，配置的时候尽量使用较低的水灰比，尽量小于0.5。除上述规定外，聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土所用其他材料，应符合现行规范中关于钢筋混凝土所用原料的规定。

本发明所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土可以作为墙体填充材料，将所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土作为内嵌砌块，填入到中高层装配式生态复合墙混合结构的肋格中。

与现有技术相比，本发明聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土能够克服传统生态墙体材料抗拉强度低，延性差，易开裂等缺点，极大地提高了其强度，增强了其耐久性，不但可以解决传统生态墙体填充材料所面临的问题，还可以解决污泥的处理问题。

附图说明

图1是本发明聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土立方体抗压试验破坏形态示意图，图中纹路表示裂缝。

图2是本发明聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土立方体劈裂抗拉强度试验破坏形态示意图，图中纹路表示裂缝。

图3是利用本发明聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的中高层装配式生态复合墙混合结构中带马牙槎的肋格构造示意图。

图4是利用本发明聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的中高层装配式生态复合墙混合结构中的混凝土竖向约束构件示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

一种聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土及其制备，每立方米混凝土中含有：聚丙烯纤维0.91kg、污泥陶粒516kg、水泥400kg、水180kg以及砂819kg。

其制备方法包括如下步骤：

步骤1，制备污泥陶粒，具体如下：

步骤1.1，取得原始污泥并对其进行脱水干化，原始污泥可以来源于城市下水道污泥；

步骤1.2，对脱水干化后的污泥进行粉磨均化；

步骤1.3，对粉磨均化后的污泥进行挤压成球并送入陶粒回转窑烧制，工艺条件为首先400℃预热20min然后加热到1000℃烧结20min最后在空气中自然冷却；

步骤1.4，将烧制好的陶粒冷却并分级筛分，取粒径5～20mm的陶粒作为原料。

步骤2，将聚丙烯纤维和污泥陶粒按照前述比例混合搅拌使得聚丙烯纤维分散在污泥陶粒中，为了使聚丙烯纤维能均匀的分布在混凝土中，先将聚丙烯纤维揉散分开，然后将聚丙烯纤维及污泥陶粒投入拌和机拌30秒；

步骤3，将砂和水泥与步骤2得到的混合物混合，先干搅拌30秒，再在转动着的搅拌机中加水，并再搅拌3分钟左右；

步骤4，将搅拌好的聚丙烯纤维污泥陶粒放入模具中成型；

步骤5，将成型的聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土放入标准养护室进行养护，其养护方法、时间与普通混凝土一致。

其中，不得采用海水、海砂，且严禁掺加氯盐。由于污泥陶粒属于轻骨料，配置的时候尽量使用较低的水灰比，尽量小于0.5。除上述规定外，聚丙烯纤维污泥混凝土所用其他材料，应符合现行规范中关于钢筋混凝土所用原料的规定。

为了研究聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的基本力学性能，本发明进行了内部实验，主要研究聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的立方体抗压强度和立方体劈裂抗拉强度。具体的实验步骤如下：

第一步，根据上述方法制备尺寸为150mm×150mm×150mm的标准聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土试块，每组配合比的试块制作2组共6个试块。

第二步，在龄期达到28d后采用TYA-2000型电液式压力试验机按GB/T50081-2002标准进行测定。其中每组的三个试块用来测立方体抗压强度，三个用来测立方体劈裂抗拉强度。

第三步，对实验结果进行计算，得出聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土立方体抗压强度为23.7MPa，立方体劈裂抗拉强度为2.61MPa。

其中，图1表示了本发明聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土立方体在上述条件下的抗压试验破坏形态，其在14.3MPa的压力下产生了轻微裂缝。

图2表示了本发明聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土立方体在上述条件下的劈裂抗拉强度试验破坏形态，其在1.66MPa的压力下产生了轻微裂缝。

本发明所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土可以作为墙体填充材料，将所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土作为内嵌砌块2，填入到中高层装配式生态复合墙结构的肋格中，制得如图3和图4所示的中高层装配式生态复合墙结构，它主要由预制的生态复合墙板、混凝土竖向约束构件15、暗梁14及楼板13装配现浇而成。在混合结构中，主结构为混凝土竖向约束构件框架，次结构为生态复合墙板；在生态复合墙板中，主结构为肋格结构，次结构为肋格约束作用下的填充材料。肋格由混凝土肋梁11和混凝土肋柱12相互连接形成，在混凝土肋柱12上设有马牙槎10，本发明的内嵌砌块2即设置于该肋格中。该混合结构独特的构造特点，使其承力体系的三部分构件：砌块、肋格及混凝土竖向约束构件框架能够在小震、中震及大震作用下依次发挥主要作用，分阶段释放地震能量，具有明确的三道抗震防线，并合理的解决了结构集受力、维护、节能、经济为一体的技术难题。传统的生态墙体填充材料如再生EPS轻骨料混凝土砌块、加气混凝土砌块、麦秸秆纤维生土绝大多数属于低强材料，而且延性也比较差，在结构中仅起到填充和围护作用。利用本发明的聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土制成内嵌砌块，填入到中高层装配式生态复合墙混合结构的肋格中。由于其具有较高强度及延性的性质，在中高层装配式生态复合墙混合结构中，生态块材不仅起围护、节能作用，而且与混凝土肋格相互作用、相互约束、共同受力，并充当混合结构的第一道抗震防线。所以可以满足中高层装配式生态复合墙混合结构对生态墙体材料的需求。

Claims (8)

1.一种聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土，其特征在于，每立方米混凝土中含有：聚丙烯纤维0.6kg～1.2kg、污泥陶粒516kg、水泥400kg、水180kg以及砂819kg。

2.根据权利要求1所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，制备污泥陶粒；

第二步，将聚丙烯纤维揉散分开，与污泥陶粒混合搅拌使得聚丙烯纤维分散在污泥陶粒中；

第三步，将砂和水泥与第二步中得到的混合物混合，先干搅拌再加水搅拌；

第四步，将搅拌好的聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土放入模具中成型；

第五步，将聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土放入标准养护室进行养护。

3.根据权利要求2所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的制备方法，其特征在于，所述第一步中污泥陶粒的制备过程为：

第一步，取得原始污泥并对其进行脱水干化；

第二步，对脱水干化后的污泥进行粉磨均化；

第三步，对粉磨均化后的污泥进行挤压成球并进行烧制；

第四步，将烧制好的陶粒冷却并分级筛分。

4.根据权利要求3所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的制备方法，其特征在于，所述原始污泥来源于城市下水道污泥，所述烧制的工艺条件为将干燥的污泥颗粒在电阻炉中高温烧结，烧结工艺为：首先400℃预热20min然后加热到1000℃烧结20min最后在空气中自然冷却，分级筛分后取粒径5～20mm的陶粒作为原料。

5.根据权利要求2所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯纤维和污泥陶粒在拌和机中混合搅拌30秒，砂和水泥加入后，先干搅拌30秒，再加水搅拌3分钟。

6.根据权利要求2所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的制备方法，其特征在于，所述混凝土的水灰比小于0.5。

7.根据权利要求1所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土作为墙体填充材料的用途。

8.根据权利要求7所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土的用途，其特征在于，将所述聚丙烯纤维污泥陶粒混凝土作为内嵌砌块，填入到中高层装配式生态复合墙混合结构的肋格中。