CN107651907A - 用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料及方法 - Google Patents

用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料及方法，该水泥基复合材料的质量组分包括：水泥100份，粉煤灰50～67份，水42～50份，细砂10～40份，有机废弃物10～50份，减水剂0.3～0.8份，粘度调节剂0.1～0.13份，纤维2.6～3.4份。其制备步骤如下：将水泥、粉煤灰、减水剂、粘度调节剂、细砂和有机废弃物在搅拌机中干拌1～2分钟；加水搅拌3～4分钟；加纤维搅拌2～3分钟；装模，待完全失去塑性后拆模，标准养护28天或者60℃蒸汽养护3天。本发明采用有机废弃物制备低成本的生态型高延性水泥基复合材料，不仅在工程上有很大的应用前景，而且解决了废弃物无法处理或处理不当的难题，具有突出的技术、经济和环保效益。

Description

用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料及方法
技术领域
本发明涉及一种用有机废弃物制备生态型高延性水泥基复合材料的方法，属于建筑材料领域。
背景技术
“十三五”规划建议中提出重点治理环境，进行生态型建设，而大量有机废弃物如沥青刨铣料、废橡胶颗粒、废弃树脂颗粒及废弃塑料颗粒等，若处理方式不当会对环境造成污染，因此有必要寻找一种有效的方法用来处理大量的废弃物。若将废弃物作为一种再生骨料添加到水泥基复合材料中，制备生态型水泥基复合材料，不仅可以作为一种新型处理方式对废弃物再生利用，还可以节约水泥基复合材料成本。
高延性水泥基复合材料(High Ductility Cementitious Composites,HDCC)是一种以水泥、矿物掺合料、骨料、纤维和外加剂等为原材料，其单轴极限拉应变不低于0.5％，而且其平均裂缝宽度不大于200μm的新型复合材料。HDCC以高延性和优异的裂缝控制能力等优势，可应用于桥梁结构的无缝连接板、路面修补、高层建筑连接梁等工程结构中。
然而，目前HDCC的制备多采用日产可乐丽聚乙烯醇纤维(PVA)和石英砂，成本较高，限制了HDCC在工程上的推广应用。用国产纤维和普通河砂，同时加入适量的有机固体废弃物作为再生骨料，由于有机骨料中的有机物与钙离子结合从而抑制骨料与浆体界面处的氢氧化钙的生长，有机骨料与浆体界面过渡区更加薄弱，导致水泥基材料基体的断裂韧度下降，纤维的桥联作用可充分发挥，相比使用无机骨料(例如，河砂)，有机固体废弃物骨料的加入可制备更低成本的生态型高延性水泥基复合材料(Ecological HDCC,ECO-HDCC)，然而关于此制备方法的相关研究鲜有报道。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料及方法，该复合材料使用有机废弃物如沥青刨铣料、废橡胶颗粒、废弃树脂颗粒等，为废弃物的处理提供一种方式，同时制备一种生态型高延性水泥基复合材料，延性高，成本更低，有助于推广其在更多工程领域中的应用，也有助于提高工程当地有机固体废弃物的高效再生利用率。
技术方案：本发明的一种用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料，该水泥基复合材料的质量组分包括：水泥100份，粉煤灰50～67份，水42～50份，细砂10～40份，有机废弃物10～50份，减水剂0.3～0.8份，粘度调节剂0.1～0.13份，纤维2.6～3.4份。
其中，
所述水泥是强度等级为42.5或52.5的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰的类别为二级或一级；所述细砂为普通河砂，粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.62～1.68。
所述有机废弃物为沥青刨铣料、废橡胶颗粒、废弃环氧树脂颗粒、废弃酚醛树脂颗粒和废弃塑料颗粒等中的一种或多种，粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.72～1.81。
所述减水剂为液体或者固体粉末聚羧酸类减水剂；粘度调节剂为聚合物电解质类塑性调节剂、富含CaCO3无机惰性粉末或者富含CaO和SiO2的无机活性粉末，粘度为15000～20000mPa.s。
所述纤维，其长度为8～12mm，当量直径为24～39μm，极限伸长率为8～10％，弹性模量为30～32GPa，抗拉强度至少为1200MPa，纤维类型为聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、改性聚酯纤维或聚甲醛纤维中的一种或多种。
本发明用有机废弃物制备生态型高延性水泥基复合材料的方法包括步骤如下：
1)将水泥、粉煤灰、减水剂、粘度调节剂、细砂和有机废弃物在搅拌机中干拌1～2分钟；
2)加水搅拌3～4分钟；
3)加纤维搅拌2～3分钟；
4)装模，待完全失去塑性后拆模，之后标养28天或者60℃蒸汽养护3天。
其中，
所述的减水剂，采用固体减水剂，则采用步骤1)干拌后再加水；若采用液体减水剂，则与步骤2)中水均匀混合后，再搅拌。
ECO-HDCC完全失去塑性时间为从搅拌开始计时后24～48小时。
所述步骤1)，搅拌机转速为130～140转/分钟；所述步骤2)、3)搅拌机转速为140～285转/分钟。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1)本发明的方法制备一种生态型高延性水泥基复合材料，延性高，成本低，具有很大的工程应用前景；
2)充分利用废弃物，如沥青刨铣料、有机树脂颗粒，解决了废弃物无法处理或处理不当的难题，有利于生态型建设。
附图说明
图1是实施例1中的ECO-HDCC的单轴受拉应力-应变曲线图；
图2是实施例2中的ECO-HDCC的单轴受拉应力-应变曲线图；
图3是实施例3中的ECO-HDCC的单轴受拉应力-应变曲线图；
图4是实施例4中的ECO-HDCC的单轴受拉应力-应变曲线图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施案例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
本发明的ECO-HDCC的配合比如下表1所示：
表1ECO-HDCC配合比(质量份比)
上述所用水泥为强度等级42.5普通硅酸盐水泥，河砂的粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.68，有机废弃物为沥青刨铣料，粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.72，粘度调节剂粘度为20000mPa.s，纤维类型为聚乙烯醇纤维。
制备步骤如下：
1)将水泥、粉煤灰、固体减水剂、粘度调节剂、细砂和沥青刨铣料在搅拌机中干拌90秒，搅拌机叶片自转频率为130转/分钟；
2)加水搅拌3分钟，搅拌机叶片自转频率为285转/分钟；
3)加纤维搅拌2分钟，搅拌机叶片自转频率为285转/分钟；
4)装模，待48小时后拆模，60℃蒸汽养护3天。
实施例2：
本发明的ECO-HDCC的配合比如下表2所示：
表2ECO-HDCC配合比(质量份比)
上述所用水泥为强度等级52.5普通硅酸盐水泥，有机废弃物为废橡胶颗粒，粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.74，粘度调节剂粘度为15000mPa.s，纤维类型为聚乙烯纤维。
制备步骤如下：
1)将水泥、粉煤灰、固体减水剂、粘度调节剂和废橡胶颗粒在搅拌机中干拌1分钟，搅拌机叶片自转频率为140转/分钟；
2)加水搅拌3分钟，搅拌机叶片自转频率为280转/分钟；
3)加纤维搅拌2分钟，搅拌机叶片自转频率为280转/分钟；
4)装模，待48小时后拆模，标准养护28天。
实施例3：
本发明的ECO-HDCC的配合比如下表3所示：
表3ECO-HDCC配合比(质量份比)
上述所用水泥为强度等级42.5普通硅酸盐水泥，河砂的粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.68，有机废弃物为废弃环氧树脂颗粒，粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.81，粘度调节剂粘度为20000mPa.s，纤维类型为聚丙烯纤维。
制备步骤如下：
1)将水泥、粉煤灰、粘度调节剂、细砂和废弃环氧树脂颗粒在搅拌机中干拌2分钟，搅拌机叶片自转频率为130转/分钟；
2)将水和液体减水剂均匀混合后，搅拌210秒，搅拌机叶片自转频率为140转/分钟；
3)加纤维搅拌150秒，搅拌机叶片自转频率为140转/分钟；
4)装模，待48小时后拆模，60℃蒸汽养护3天。
实施例4：
本发明的ECO-HDCC的配合比如下表4所示：
表4ECO-HDCC配合比(质量份比)
上述所用水泥为强度等级42.5普通硅酸盐水泥，河砂的粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.64，有机废弃物为废弃酚醛树脂颗粒，粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.72，粘度调节剂粘度为20000mPa.s，纤维类型为聚甲醛纤维。
制备步骤如下：
1)将水泥、粉煤灰、粘度调节剂、细砂和废弃酚醛树脂颗粒在搅拌机中干拌2分钟，搅拌机叶片自转频率为130转/分钟；
2)将水和液体减水剂均匀混合后，搅拌4分钟，搅拌机叶片自转频率为140转/分钟；
3)加纤维搅拌3分钟，搅拌机叶片自转频率为280转/分钟；
4)装模，待24小时后拆模，标准养护28天。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料，其特征在于该水泥基复合材料的质量组分包括：水泥100份，粉煤灰50～67份，水42～50份，细砂10～40份，有机废弃物10～50份，减水剂0.3～0.8份，粘度调节剂0.1～0.13份，纤维2.6～3.4份。
2.如权利要求1所述的用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料，其特征在于所述水泥是强度等级为42.5或52.5的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰的类别为二级或一级；所述细砂为普通河砂，粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.62～1.68。
3.如权利要求1所述的用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料，其特征在于所述有机废弃物为沥青刨铣料、废橡胶颗粒、废弃环氧树脂颗粒、废弃酚醛树脂颗粒和废弃塑料颗粒等中的一种或多种，粒径为0.15～1.18mm，细度模数为1.72～1.81。
4.如权利要求1所述的用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料，其特征在于所述减水剂为液体或者固体粉末聚羧酸类减水剂；粘度调节剂为聚合物电解质类塑性调节剂、富含CaCO3无机惰性粉末或者富含CaO和SiO2的无机活性粉末，粘度为15000～20000mPa.s。
5.如权利要求1所述的用有机废弃物制备的生态型高延性水泥基复合材料，其特征在于所述纤维，其长度为8～12mm，当量直径为24～39μm，极限伸长率为8～10％，弹性模量为30～32GPa，抗拉强度至少为1200MPa，纤维类型为聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、改性聚酯纤维或聚甲醛纤维中的一种或多种。
6.一种如权利要求1所述的用有机废弃物制备生态型高延性水泥基复合材料的方法，其特征在于制备步骤如下：
1)将水泥、粉煤灰、减水剂、粘度调节剂、细砂和有机废弃物在搅拌机中干拌1～2分钟；
2)加水搅拌3～4分钟；
3)加纤维搅拌2～3分钟；
4)装模，待完全失去塑性后拆模，之后标养28天或者60℃蒸汽养护3天。
7.如权利要求6所述的用有机废弃物制备生态型高延性水泥基复合材料的方法，其特征在于，所述的减水剂，采用固体减水剂，则采用步骤1)干拌后再加水；若采用液体减水剂，则与步骤2)中水均匀混合后，再搅拌。
8.如权利要求6所述的用有机废弃物制备生态型高延性水泥基复合材料的方法，其特征在于ECO-HDCC完全失去塑性时间为从搅拌开始计时后24～48小时。
9.如权利要求6所述的用有机废弃物制备生态型高延性水泥基复合材料的方法，其特征在于所述步骤1)，搅拌机转速为130～140转/分钟；所述步骤2)、3)搅拌机转速为140～285转/分钟。
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