CN108164230A - 一种利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料，由以下重量份原料制备成：36～55份的水泥、10～35份的天然石英砂、1～20份的废混凝土颗粒、1～10份的尾矿砂、1～5份的废砖颗粒、10～20份的水、0.1～2份的减水剂、0.1～1份调凝剂、1～5份的高分子聚合物溶液和3～6份的耐碱玻璃纤维。水泥为快硬硫铝酸盐水泥；纤维为耐碱玻璃纤维无捻粗纱；减水剂为聚羧酸系高效减水剂，高分子聚合物溶液为水性的丙烯酸酯共聚乳液。本发明所述的GRC材料具有早强、高强、高抗弯曲强度、高抗冲击性的特点。本发明还提供所述的废混凝土颗粒、尾矿砂和废砖颗粒的固废混合物制备早强高强高抗冲击GRC材料的方法。

Description

一种利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料
技术领域
本发明涉及一种水泥基复合材料，更具体地涉及一种利用废混凝土颗粒、尾矿砂和废砖颗粒的固废混合物制备的早强高强高抗冲击GRC材料及其制备方法，属于建筑材料领域。
背景技术
GRC是英文Glass fiber Reinforced Concrete的缩写，在中国习惯称为“玻璃纤维增强水泥”。玻璃纤维增强水泥是一种以耐碱玻璃纤维为增强材料、水泥砂浆为基体材料的纤维水泥复合材料。其中的玻璃纤维为耐碱玻璃纤维，常用的水泥为硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥，砂子多为优质的天然石英砂。在我国，玻璃纤维增强水泥材料主要性能为：抗弯曲比例极限强度7.0～8.0Mpa，抗弯曲极限强度15.0～20.0Mpa，抗冲击强度8KJ/m2左右。
天然石英砂是天然石英矿经开采、破碎加工而成的石英颗粒，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物。使用天然砂会消耗大量的自然资源，且对环境保护不利。
废混凝土颗粒和废砖颗粒都是建筑固体废弃物，是建筑物因达到使用年限或因老化被拆毁，产生的固体废弃物。与混凝土相比，砖的强度很低，且吸水率高，混凝土与砖混合后，会大幅度降低混凝土颗粒的压碎指标，而在建筑固废的资源化利用过程中，往往很难将废砖颗粒与混凝土颗粒完全分开，本发明的目的除了将废旧混凝土资源化利用外，最关键的是如何将废砖进行资源化利用。
铁尾矿是选铁过程中排放的固体废弃物，含硅量高，有的SiO2含量高达75％，粒径0.01mm～5mm。尾矿砂数量巨大，长期堆积成山，不仅占用土地、河道或农田，而且破坏环境与植被，甚至存在泥石流危险。尾矿砂综合利用是长期的任务。
本技术发明是利用废混凝土、铁尾矿、废砖颗粒的固废混合物，通过采用一定的工艺和增强、增韧以及聚合物改性技术，替代天然石英砂达20％～60％，制备出快硬早强的玻璃纤维增强水泥复合材料。与目前市场上的玻璃纤维增强水泥材料相比，本发明提供的一种固废混合物制备早强高强高抗冲击GRC材料及其制备方法，制备出的GRC材料具有早强、高强、高抗冲击的特点，突破了固体废弃物制备玻璃纤维增强水泥材料时力学强度低技术瓶颈，利用固废颗粒制备出玻璃纤维增强水泥材料性能指标优异，且可将废混凝土变废为宝。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料，利用经过加工处理后的废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒替代天然石英砂，通过采用一定的制备工艺，并采用聚合物改性等技术方法，制备出具有快硬、早强、高强、高抗冲击强度的玻璃纤维增强水泥材料，突破了废砖颗粒等固体废弃物制备玻璃纤维增强水泥材料时力学性能差的技术瓶颈，利用废混凝土、铁尾矿、废砖颗粒的固废混合物制备出玻璃纤维增强水泥材料性能指标优异，优于市场上的玻璃纤维增强水泥材料。在初始流动度达到150～400mm情况下，制备的新材料其7天的抗冲击强度是传统GRC的3倍，达到21KJ/m2以上，7天的抗弯强度达到18MPa以上，7天抗压强度达35MPa以上，7天抗弯比例极限强度达10MPa以上。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料，利用废混凝土颗粒、尾矿砂和废砖颗粒的固废混合物替代天然石英石制备早强高强高抗冲击GRC材料，由以下重量份的组分经搅拌、喷射后得到的：36～55份的水泥、10～35份的天然石英砂、3～35份固废混合物、10～20份的水、0.1～2份的减水剂、0.1～1份调凝剂、1～5份的高分子聚合物溶液和3～6份的耐碱玻璃纤维；
所述的固废混合物为废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒的混合物，3～35份固废混合物中包含1～20份的废混凝土颗粒、1～10份的尾矿砂和1～5份的废砖颗粒。
上述技术方案中，所述的水泥，为快硬硫铝酸盐水泥。
上述技术方案中，所述的天然石英砂，为天然石英矿经开采、破碎加工而成的颗粒物，粒径为0.01mm～15mm；主要矿物成分是SiO2。
上述技术方案中，所述的废混凝土颗粒，为既有建筑物拆迁产生的废混凝土经破碎加工而成的颗粒，粒径为0.01mm～15mm，含泥量小于3％(按质量计)。
上述技术方案中，所述的废砖颗粒，为既有建筑拆除过程中产生的废砖经破碎和筛分获得的颗粒物，粒径为0.01mm～5mm，含泥量小于3％(按质量计)。
上述技术方案中，所述的尾矿砂，为铁矿石选铁后的固体废弃物，经筛分和水洗加工而成的颗粒物，粒径0.01mm～5mm，主要矿物成分为SiO2，含泥量小于3％(按质量计)。
上述技术方案中，所述的减水剂，包括但不限于萘系减水剂、氨基磺酸系减水剂、三聚氰胺系减水剂、聚羧酸系高性能减水剂，优选为聚羧酸系高性能减水剂。
上述技术方案中，所述的调凝剂，为具有能够调节水泥凝结时间的无机和/或有机物质，包括但不限于木质素磺酸盐类、柠檬酸类、偏磷酸盐类、葡萄糖类、酒石酸盐类物质，优选为酒石酸钾钠。
上述技术方案中，所述的高分子聚合物溶液，为水性的丙烯酸酯共聚乳液。
上述技术方案中，所述的耐碱玻璃纤维，为耐碱玻璃纤维无捻粗纱；纤维直径8μm～48μm，纤维长度为6mm～50mm。
本发明还提供一种上述的利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料的制备方法：
(1)将天然石英石破碎加工成粒径为0.01mm～15mm的颗粒物，待用；将建筑物拆迁产生的废混凝土破碎加工成粒径0.01mm～15mm、含泥量小于3％(按质量计)的颗粒物，待用；将建筑拆除过程中产生的废砖块经破碎和筛分后制备成粒径0.01mm～5mm、含泥量小于3％(按质量计)的颗粒物，待用；将铁矿石选铁后的固体废弃物经筛分、水洗后加工成粒径0.01mm～5mm、含泥量小于3％(按质量计)的颗粒物，待用；
(2)将步骤(1)中得到的10～35份的天然石英砂、1～20份的废混凝土颗粒、1～10份的尾矿砂、1～5份的废砖颗粒加入到搅拌机中，再将36～55份的水泥、10～20份的水、0.1～2份的减水剂、0.1～1份调凝剂、1～5份的高分子聚合物溶液加入到搅拌机中，搅拌2～6分钟，保持料浆的流动度达到150～400mm；
(3)将3～6份的耐碱玻璃纤维添加到步骤(2)得到的料浆中，采用机械喷射工艺，料浆与纤维同时喷射，即得到利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料；整个制备过程用时为6～12分钟，将得到的利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料在标准养护室养护7天后进行检测。
与现有技术相比，本发明的废混凝土颗粒、尾矿砂和废砖颗粒的固废混合物替代天然石英砂制备早强高强高抗冲击GRC材料具有以下有益效果：
1.料浆初始流动度大，达到150～400mm。
2.采用废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒制备的玻璃纤维增强水泥材料的7天的抗压强度达35MPa以上，抗冲击强度达21KJ/m2以上，抗弯强度达20MPa以上，抗弯比例极限强度达8.5MPa以上。
3.本发明利用固废混合物制备GRC材料的制备工艺简单、利用房屋拆迁的废旧混凝土、废砖以及工业铁尾矿替代天然石英砂，化废为宝，进行资源化综合利用。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
实施例1：
一种利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料，组分比例为：快硬硫铝酸盐水泥、天然石英砂、废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒、水、减水剂、调凝剂、高分子聚合物溶液、耐碱玻璃纤维的重量比为41.38：29.79：1.78：5.32：0.35：12.97：0.39：0.12：3.14：4.76；
其中减水剂为聚羧酸高性能减水剂；调凝剂为酒石酸钾钠；高分子聚合物溶液为水性的丙烯酸酯共聚乳液；耐碱玻璃纤维为耐碱玻璃纤维无捻粗纱，纤维直径15μm，纤维长度为16mm；
是通过下述方法制备而成的：
(1)将天然石英石破碎加工成粒径为小于3mm的颗粒物，待用；将建筑物拆迁产生的废混凝土破碎加工成粒径小于4mm、含泥量小于1％(按质量计)的颗粒物，待用；将废砖加工成粒径小于2mm的颗粒物、含泥量小于1％(按质量计)，待用；将铁矿石选铁后的固体废弃物破碎加工成粒径为1mm、含泥量小于1％(按质量计)的颗粒物，待用；
(2)将步骤(1)中得到的天然石英砂、废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒按照比例加入到搅拌机中，再将水泥、水、减水剂、调凝剂、高分子聚合物溶液按照比例加入到搅拌机中，搅拌3分钟，保持料浆的流动度达到280mm；
(3)将耐碱玻璃纤维按照比例添加到步骤(2)得到的料浆中，采用机械喷射工艺，料浆与纤维同时喷射，即得到利用废混凝土制备而成的玻璃纤维增强水泥材料；整个制备过程用时为7分钟，将得到的利用废混凝土制备而成的玻璃纤维增强水泥材料在标准养护室养护7天后进行检测；7天抗压强度为45.3MPa、抗冲击强度为23.2KJ/m2、抗弯强度为21.8MPa、抗弯比例极限强度9.9MPa。
实施例2：
一种利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料，组分比例为：快硬硫铝酸盐水泥、天然石英砂、废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒、水、减水剂、调凝剂、高分子聚合物溶液、耐碱玻璃纤维的重量比为41.37：22.35：7.10：7.10：0.70：12.97：0.39：0.12：3.14：4.76；
其中减水剂为聚羧酸高性能减水剂；调凝剂为酒石酸钾钠；高分子聚合物溶液为水性的丙烯酸酯共聚乳液；耐碱玻璃纤维为耐碱玻璃纤维无捻粗纱，纤维直径20μm，纤维长度为23mm；
是通过下述方法制备而成的：
(1)将天然石英石破碎加工成粒径小于2mm的颗粒物，待用；将建筑物拆迁产生的废混凝土破碎加工成粒径小于6mm、含泥量小于1％(按质量计)的颗粒物，待用；将废砖加工成粒径小于1mm、含泥量小于1％(按质量计)的颗粒物，待用；将铁尾矿筛分为粒径小于3mm、含泥量小于2％(按质量计)的颗粒物，待用；
(2)将步骤(1)中得到的天然石英砂、废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒按照比例加入到搅拌机中，再将水泥、水、减水剂、调凝剂、高分子聚合物溶液按照比例加入到搅拌机中，搅拌5分钟，保持料浆的流动度达到340mm；
(3)将耐碱玻璃纤维按照比例添加到步骤(2)得到的料浆中，采用机械喷射工艺，料浆与纤维同时喷射，即得到利用废混凝土制备而成的玻璃纤维增强水泥材料；整个制备过程用时为8分钟，将得到的利用废混凝土制备而成的玻璃纤维增强水泥材料在标准养护室养护7天后进行检测；7天抗压强度为38.2MPa、抗冲击强度为21.9KJ/m2、抗弯强度为20.8Mpa，抗弯比例极限强度10.2MPa。
实施例3：
一种利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料，组分比例为：快硬硫铝酸盐水泥、天然石英砂、废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒、水、减水剂、调凝剂、高分子聚合物溶液、耐碱玻璃纤维的重量比为41.41：14.90：15.97：5.33：1.06：12.98：0.41：0.12：3.15：4.67；
其中减水剂为聚羧酸高性能减水剂；调凝剂为酒石酸钾钠；高分子聚合物溶液为水性的丙烯酸酯共聚乳液；耐碱玻璃纤维为耐碱玻璃纤维无捻粗纱，纤维直径36μm，纤维长度为42mm；
是通过下述方法制备而成的：
(1)将天然石英石破碎加工成粒径小于3mm的颗粒物，待用；将建筑物拆迁产生的废混凝土破碎加工成粒径小于8mm、含泥量小于1％(按质量计)的颗粒物，待用；将废砖破碎加工成粒径小于2mm、含泥量小于1％(按质量计)的颗粒物，待用；将铁尾矿筛分、水洗成粒径小于1mm、含泥量小于2％(按质量计)的颗粒物，待用；
(2)将步骤(1)中得到的天然石英砂、废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒按照比例加入到搅拌机中，再将水泥、水、减水剂、调凝剂、高分子聚合物溶液按照比例加入到搅拌机中，搅拌6分钟，保持料浆的流动度达到380mm；
(3)将耐碱玻璃纤维按照比例添加到步骤(2)得到的料浆中，采用机械喷射工艺，料浆与纤维同时喷射，即得到利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料；整个制备过程用时为10分钟，将得到的利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料在标准养护室养护7天后进行检测；7天抗压强度为35.7MPa、抗冲击强度为21.7KJ/m2、抗弯强度为22.87MPa，抗弯比例极限强度8.5MPa。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，由以下重量份的组分经搅拌、喷射后得到的：36～55份的水泥、10～35份的天然石英砂、3～35份固废混合物、10～20份的水、0.1～2份的减水剂、0.1～1份调凝剂、1～5份的高分子聚合物溶液和3～6份的耐碱玻璃纤维；
所述的固废混合物为废混凝土颗粒、尾矿砂、废砖颗粒的混合物，3～35份固废混合物中包含1～20份的废混凝土颗粒、1～10份的尾矿砂和1～5份的废砖颗粒。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，所述的水泥，为快硬硫铝酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，所述的天然石英砂，为天然石英矿经开采、破碎加工而成的颗粒物，粒径为0.01mm～15mm；主要矿物成分是SiO2。
4.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，所述的废混凝土颗粒，为既有建筑物拆迁产生的废混凝土经破碎加工而成的颗粒，粒径为0.01mm～15mm，含泥量按质量计小于3％。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，所述的废砖为既有建筑拆除过程中产生的废砖经破碎和筛分后获得的颗粒物，粒径为0.01mm～5mm，含泥量按质量计小于3％。
6.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，所述的尾矿砂，为铁矿石选铁后的固体废弃物经筛分、水洗后加工而成的颗粒物，粒径0.01mm～5mm，主要矿物成分为SiO2，含泥量小于3％。
7.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂；所述的调凝剂为酒石酸钾钠。
8.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，所述的高分子聚合物溶液，为水性的丙烯酸酯共聚乳液。
9.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，所述的耐碱玻璃纤维，为耐碱玻璃纤维无捻粗纱；纤维直径8μm～48μm，纤维长度为6mm～50mm。
10.一种权利要求1-9任一项所述的利用固废混合物制备而成的玻璃纤维增强水泥材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将天然石英石破碎加工成粒径为0.01mm～15mm的颗粒物，待用；将建筑物拆迁产生的废混凝土破碎加工成粒径0.01mm～15mm、含泥量按质量计小于3％的颗粒物，待用；将建筑拆除过程中产生的废砖块经破碎和筛分后制备成粒径0.01mm～5mm、含泥量按质量计小于3％的颗粒物，待用；将铁矿石选铁后的固体废弃物经筛分、水洗后加工成粒径0.01mm～5mm、含泥量按质量计小于3％的颗粒物，待用；
(2)将步骤(1)中得到的10～35份的天然石英砂、1～20份的废混凝土颗粒、1～10份的尾矿砂、1～5份的废砖颗粒加入到搅拌机中，再将36～55份的水泥、10～20份的水、0.1～2份的减水剂、0.1～1份调凝剂、1～5份的高分子聚合物溶液加入到搅拌机中，搅拌2～6分钟，保持料浆的流动度达到150～400mm；
(3)将3～6份的耐碱玻璃纤维添加到步骤(2)得到的料浆中，采用机械喷射工艺，料浆与纤维同时喷射，即得到利用废混凝土制备而成的玻璃纤维增强水泥材料；整个制备过程用时为6～12分钟，将得到的利用废混凝土制备而成的玻璃纤维增强水泥材料在标准养护室养护7天后进行检测。
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