CN107098650A - 一种环保型抗冻pva纤维水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料及其制备方法，各组分的配合比如下：水泥300kg/m3，I级高钙粉煤灰700kg/m3，水240kg/m3，石英砂160kg/m3，高炉水淬废渣360kg/m3，废弃陶瓷细骨料140kg/m3，废弃玻璃微粉170kg/m3，石屑粉130kg/m3，火山灰30kg/m3，减水剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和的1.3％，增稠剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和0.11％，消泡剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和1.0％，PVA纤维占总体积的2％。本发明既解决了废弃物占用大量土地和污染环境的问题，又减少了山石和河砂的开采，具有节能环保的优点。

Description

一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于土木工程材料领域，具体是涉及一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料及其制备方法。
背景技术
高钙粉煤灰为鄂尔多斯地区煤炭燃烧所产生的废弃物，高炉水淬废渣是取自内蒙古包头钢铁集团炼铁厂的冶金废弃物，火山灰为内蒙古乌兰察布地区天然火山灰，石屑粉为各类矿石开采、开发、加工过程中所产生的废弃物，废弃陶瓷细骨料、废弃玻璃微粉为废弃的陶瓷制品和玻璃用品经破碎、加工、选料、筛分而成。目前大量的高钙粉煤灰、高炉水淬废渣、废弃陶瓷、废弃玻璃和石屑粉堆积在生产厂区和生活区周边，不仅占用了大量的土地，而且还严重污染了自然环境。因此，这些废弃物的回收和再利用，是实现土木工程行业绿色施工和四节一环保(节能、节地、节水、节材和环境保护)的最佳途径。
随着土木工程行业的不断发展，混凝土材料已成为使用量最大的土木工程材料，从而导致山石和河砂的大量开采。这对我国的自然资源和生态环境造成了不可恢复性的破坏。
严寒地区，混凝土材料受到冻融循环作用易脱落、开裂，从而大大降低了混凝土设施的使用寿命。因此，提高材料的抗冻性对延长各类土木工程设施的使用寿命至关重要。
现有技术中已有公开的专利：曹明莉,张聪,李勇.多尺度纤维增强的高性能水泥基复合材料及其制备方法[P].发明专利,申请号201310225204.0。何淅淅,丁鲁波,刘翔.一种铁尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料[P].发明专利,申请号201610236105.6。何淅淅,丁鲁波,张博.一种PVA纤维增强水泥基复合材料[P].发明专利,申请号201610237176.8。
上述公开技术从材料配合比方面实现了PVA纤维增强水泥基复合材料的制备，具有应变硬化性能、变形性能、耗能能力、耐久性能优异的特点。上述技术配合比中，采用了铁尾矿砂代替天然砂，具有较好的环保功效。
但是上述技术配制的材料，并没有完整体现出抗冻性能。本发明配合比中，大量使用了高钙粉煤灰、高炉水淬废渣、废弃陶瓷细骨料、废弃玻璃微粉、石屑粉等废弃物，更有效地节能减排、保护环境。本发明配制的环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，在冻融循环次数达到1000次时，其相对动弹性模量尚未下降到60％以下，质量损失率没有达到5％以上。
发明内容
本发明的目的是提供一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料及其制备方法，这样既解决了废弃物占用大量土地和污染自然环境的问题，又解决了山石和河砂的大量开采对自然资源、生态环境造成的不可恢复性的破坏问题，同时还解决了严寒地区混凝土设施受到低温冻融作用，其使用寿命大大降低的问题。
本发明采用的技术方案为：一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，各组分的配合比如下：
水泥300kg/m3
I级高钙粉煤灰700kg/m3
水240kg/m3
石英砂160kg/m3
高炉水淬废渣360kg/m3
废弃陶瓷细骨料140kg/m3
废弃玻璃微粉170kg/m3
石屑粉130kg/m3
火山灰30kg/m3
减水剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和的1.3％
增稠剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和0.11％
消泡剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和1.0％
PVA纤维占总体积的2％。
作为优选，所述水泥为P.O42.5R普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R。
作为优选，所述I级高钙粉煤灰为鄂尔多斯地区煤炭燃烧所产生的废弃物，其游离CaO含量≥18％，45μm方孔筛筛余量不大于12％。
作为优选，所述石英砂为产自内蒙古通辽地区的优质石英砂，粒径为0.075～0.125mm。
作为优选，所述高炉水淬废渣取自内蒙古包头钢铁集团炼铁厂，粒径为0.090～0.150mm。
作为优选，所述废弃陶瓷细骨料为废弃的陶瓷制品经破碎、加工、筛分而成的细骨料，粒径0.090～0.150mm。
作为优选，所述废弃玻璃微粉为废弃的玻璃用品经破碎、加工、筛分而成的微细颗粒，粒径为0.075～0.125mm。
作为优选，所述石屑粉为各类矿石开采、开发、加工过程中所产生的废弃物，其粒度≥100um占10％、40um≤粒度≤100um占80％、粒度﹤40um占10％。
作为优选，所述火山灰为内蒙古乌兰察布地区天然火山灰，经选料、筛分而成，细度0.045mm，方孔筛余量15％，活性指数74％，烧失量1.1％。
作为优选，所述减水剂为改性聚羧酸盐类Sika-III型高效减水剂；增稠剂为MK-100000S羟丙基甲基纤维；消泡剂为JXPT-1206高效消泡剂,所述减水剂、增稠剂和消泡剂的质量指标满足《混凝土外加剂》(GB8076-2008)标准要求。
作为优选，所述PVA纤维为K-II型可乐纶，基本特性如下：密度1.3g/cm3，直径0.04mm，长度12mm，细度15dtex，伸长率6％，抗拉强度1600Mpa，弹性模量40GPa。
上述环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：水泥300kg/m3，I级高钙粉煤灰700kg/m3，水240kg/m3，石英砂160kg/m3，高炉水淬废渣360kg/m3，废弃陶瓷细骨料140kg/m3，废弃玻璃微粉170kg/m3，石屑粉130kg/m3，火山灰30kg/m3，减水剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和的1.3％，增稠剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和0.11％，消泡剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和1.0％，PVA纤维占总体积的2％。
(2)投料、拌制顺序：先将石英砂、高炉水淬废渣、废弃陶瓷细骨料、废弃玻璃微粉、PVA纤维投入搅拌机中，干拌150s，再将I级高钙粉煤灰、水泥、石屑粉、火山灰加入搅拌机中，干拌90s，然后将85％的水、减水剂、增稠剂加入搅拌机中，搅拌240s，最后将剩余的水、消泡剂加入，搅拌90s。
(3)成型：将拌合料浇筑至预先准备好的模具中，振捣成型后，可得带模试件。
(4)养护：24h后将带模试件拆模，随后将拆模后的试件在标准条件(温度20±2℃，相对湿度95％以上)下养护28d。
本发明的有益效果：
(1)节能环保
利用废弃物高钙粉煤灰、高炉水淬废渣、废弃陶瓷、废弃玻璃、石屑粉，既解决了废弃物占用大量土地和污染环境的问题，又减少了山石和河砂的开采，具有节能环保的优点。
(2)抗冻性能高
本发明在制备抗冻PVA纤维水泥基复合材料时，PVA纤维的掺入提高了水泥基材料的抗冻性，延长了混凝土设施的使用寿命，具有良好的经济效益和社会效益。
(3)制备简单，易于推广
本发明所需原材料易于就地取材并且处理费用低廉。制备方法简单，制备过程易于操作，从而易于该技术发明在实际工程中得到应用和推广。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明做进一步描述。
一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，各组分的配合比如下：
水泥300kg/m3，为P.O42.5R普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R；
I级高钙粉煤灰700kg/m3，为鄂尔多斯地区煤炭燃烧所产生的废弃物，其游离CaO含量≥18％，45μm方孔筛筛余量不大于12％；
水240kg/m3；
石英砂160kg/m3，为产自内蒙古通辽地区的优质石英砂，粒径为0.075～0.125mm；
高炉水淬废渣360kg/m3，取自内蒙古包头钢铁集团炼铁厂，粒径为0.090～0.150mm；
废弃陶瓷细骨料140kg/m3，为废弃的陶瓷制品经破碎、加工、筛分而成的细骨料，粒径0.090～0.150mm；
废弃玻璃微粉170kg/m3，为废弃的玻璃用品经破碎、加工、筛分而成的微细颗粒，粒径为0.075～0.125mm；
石屑粉130kg/m3，为各类矿石开采、开发、加工过程中所产生的废弃物，其粒度≥100um占10％、40um≤粒度≤100um占80％、粒度﹤40um占10％；
火山灰30kg/m3，为内蒙古乌兰察布地区天然火山灰，经选料、筛分而成，细度0.045mm，方孔筛余量15％，活性指数74％，烧失量1.1％；
减水剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和的1.3％，减水剂为改性聚羧酸盐类Sika-III型高效减水剂；
增稠剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和0.11％，增稠剂为MK-100000S羟丙基甲基纤维；
消泡剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和1.0％，消泡剂为JXPT-1206高效消泡剂；
PVA纤维占总体积的2％，PVA纤维为K-II型可乐纶，基本特性如下：密度1.3g/cm3，直径0.04mm，长度12mm，细度15dtex，伸长率6％，抗拉强度1600Mpa，弹性模量40GPa。
上述环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：水泥300kg/m3，I级高钙粉煤灰700kg/m3，水240kg/m3，石英砂160kg/m3，高炉水淬废渣360kg/m3，废弃陶瓷细骨料140kg/m3，废弃玻璃微粉170kg/m3，石屑粉130kg/m3，火山灰30kg/m3，减水剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和的1.3％，增稠剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和0.11％，消泡剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和1.0％，PVA纤维占总体积的2％。
(2)投料、拌制顺序：先将石英砂、高炉水淬废渣、废弃陶瓷细骨料、废弃玻璃微粉、PVA纤维投入搅拌机中，干拌150s，再将I级高钙粉煤灰、水泥、石屑粉、火山灰加入搅拌机中，干拌90s，然后将85％的水、减水剂、增稠剂加入搅拌机中，搅拌240s，最后将剩余的水、消泡剂加入，搅拌90s。
(3)成型：将拌合料浇筑至预先准备好的模具中，振捣成型后，可得带模试件。
(4)养护：24h后将带模试件拆模，随后将拆模后的试件在标准条件(温度20±2℃，相对湿度95％以上)下养护28d。
本发明的冻融试验采用快速冻融法，根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009可知冻融循环作用下混凝土的破坏标准：①已达到300次冻融循环或严重破坏；②相对动弹性模量下降到60％以下；③质量损失率达到5％以上。
经检测，通过上述方法制备的环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，在冻融循环次数达到1000次时，其相对动弹性模量尚未下降到60％以下，质量损失率没有达到5％以上。
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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，其特征在于：该复合材料各组分的配合比如下：
水泥300kg/m3
I级高钙粉煤灰700kg/m3
水240kg/m3
石英砂160kg/m3
高炉水淬废渣360kg/m3
废弃陶瓷细骨料140kg/m3
废弃玻璃微粉170kg/m3
石屑粉130kg/m3
火山灰30kg/m3
减水剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和的1.3％
增稠剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和0.11％
消泡剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和1.0％
PVA纤维占总体积的2％。
2.根据权利要求1所述的一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，其特征在于：所述水泥为P.O42.5R普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R；所述I级高钙粉煤灰为游离CaO含量≥18％，45μm方孔筛筛余量不大于12％；所述石英砂粒径为0.075～0.125mm；所述高炉水淬废渣粒径为0.090～0.150mm。
3.根据权利要求1所述的一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，其特征在于：所述废弃陶瓷细骨料粒径0.090～0.150mm；所述废弃玻璃微粉粒径为0.075～0.125mm。
4.根据权利要求1所述的一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，其特征在于：所述石屑粉粒度≥100um占10％、40um≤粒度≤100um占80％、粒度﹤40um占10％；所述火山灰细度0.045mm，方孔筛余量15％，活性指数74％，烧失量1.1％。
5.根据权利要求1所述的一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，其特征在于：所述减水剂为改性聚羧酸盐类Sika-III型高效减水剂；增稠剂为MK-100000S羟丙基甲基纤维；消泡剂为JXPT-1206高效消泡剂。
6.根据权利要求1所述的一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料，其特征在于：所述PVA纤维为K-II型可乐纶，基本特性如下：密度1.3g/cm3，直径0.04mm，长度12mm，细度15dtex，伸长率6％，抗拉强度1600Mpa，弹性模量40GPa。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的一种环保型抗冻PVA纤维水泥基复合材料的制备方法，，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配料：水泥300kg/m3，I级高钙粉煤灰700kg/m3，水240kg/m3，石英砂160kg/m3，高炉水淬废渣360kg/m3，废弃陶瓷细骨料140kg/m3，废弃玻璃微粉170kg/m3，石屑粉130kg/m3，火山灰30kg/m3，减水剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和的1.3％，增稠剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和0.11％，消泡剂为水泥、I级高钙粉煤灰质量之和1.0％，PVA纤维占总体积的2％；
(2)投料、拌制顺序：先将石英砂、高炉水淬废渣、废弃陶瓷细骨料、废弃玻璃微粉、PVA纤维投入搅拌机中，干拌150s，再将I级高钙粉煤灰、水泥、石屑粉、火山灰加入搅拌机中，干拌90s，然后将85％的水、减水剂、增稠剂加入搅拌机中，搅拌240s，最后将剩余的水、消泡剂加入，搅拌90s；
(3)成型：将拌合料浇筑至预先准备好的模具中，振捣成型后，可得带模试件；
(4)养护：24h后将带模试件拆模，随后将拆模后的试件在标准条件，即温度20±2℃，相对湿度95％以上，下养护28d。
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