CN109678432A - 一种孔状废旧塑料片增韧水泥基复合材料 - Google Patents

一种孔状废旧塑料片增韧水泥基复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用废旧塑料制备高韧性水泥基复合材料的方法，属于土木建筑材料领域。公开了一种塑料和水泥的界面复合强度高，具有增韧效果的废旧塑料制备的高韧性水泥基复合材料。该水泥基复合材料的质量组份包括：水泥100份，细砂20～80份，水30～50份，废旧塑料1～20份，减水剂0.3～0.8份，粘度调节剂0.095～0.15份。其中废旧塑料制成波浪形带孔片材。波浪形结构使塑料片和水泥在横向方向上形成机械啮合，塑料片上的孔使水泥和塑料形成厚度方向上的机械啮合，比传统水泥具有更高的抗冲击强度和抗弯折强度，极限拉伸应变大，使水泥的破坏方式由脆性破坏变为韧性破坏，在抗震工程、护栏工程等领域具有良好应用前景。

Description

一种孔状废旧塑料片增韧水泥基复合材料
技术领域
本发明涉及一种用废旧塑料制备高韧性水泥基复合材料的方法，属于土木建筑材料领域。
背景技术
废旧塑料、橡胶等难降解高分子材料对环境的污染众所周知。根据国家发改委2014年公布的“中国资源综合利用报告”，我国2013年塑料的消费量5879万吨，而废塑料的回收利用量仅为1300万吨，占总消费量的不足25％，这和日本、欧美等发达国家60％以上的回收利用率相差明显，远不能满足我国当前建设生态社会、支撑绿色发展的需要。寻找高效低成本资源化利用技术是提高废旧高分子材料资源化利用率的基础，成为世界各国重点研发的关键技术之一。
以废旧高分子材料为填料或增强体制备复合材料技术优势明显，主要表现在能耗低、污染小、产品附加值高等几个方面，符合发展绿色产业和制造业升级的战略要求。另外，废旧高分子材料体量大，其回收再利用的关键是开发合适的应用领域，能够消纳吸收每年几千万吨的废旧高分子材料。因此，以废旧高分子材料为原料，制备新型土木建筑材料就成为废旧高分子材料资源化利用的一个重要途径。
和水泥相比，废旧塑料，如高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等，具有优异力学性能，不仅强度高，而且韧性好，破坏断裂一般都伴随有大变形。而水泥的力学破坏方式则是脆性破坏，韧性极差。若能够将韧性好、强度高的废旧塑料作为填料和水泥复合，则有望制备出高强度高韧性水泥基复合材料，这将对提高废塑料资源化利用效率并拓宽水泥基复合材料应用领域提供了技术支撑。但塑料是疏水性材料，而水泥是亲水性材料，如何提高塑料和水泥的界面复合强度，提高塑料对水泥的增强增韧效果是制备高性能废旧塑料增强水泥基复合材料的难点和关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种塑料和水泥的界面复合强度高，具有增韧效果的废旧塑料制备的高韧性水泥基复合材料。
一种以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料，该水泥基复合材料的质量组份包括：水泥100份，细砂20～80份，水30～50份，废旧塑料1～20份，减水剂0.3～0.8份，粘度调节剂0.095～0.15份，其中
水泥是强度等级为42.5或52.5的普通硅酸盐水泥；
细砂为普通河砂，粒径为0.1～1.0mm，细度模数为1.6～1.7；
废塑料包括但不局限于废聚乙烯、废聚丙烯、废聚对苯二甲酸乙二醇酯、废聚对苯二甲酸丁二醇酯等韧性和强度良好的废塑料片材，其厚度在0.05～0.5mm，极限伸长率为1～20％，弹性模量为不低于1.0GPa，冲击强度高于10.0KJ/m2,抗拉强度不低于10.0MPa；
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Ca CO 3无机惰性粉末或者富含Ca O和SiO2的无机活性粉末，粘度为10000～16000mPa·s。
所述废塑料片材为含孔塑料片材，含孔塑料片材上的通孔包括但不局限于圆形、正方形通孔，圆形孔的直径不低于1mm，正方形通孔的边长不低于1.0mm。所述含孔塑料片材上的通孔圆心与相邻孔圆心之间的直线距离为2.5r～3.0r，塑料片边缘处的圆孔圆心距塑料片边缘的直线距离不小于1.5r，r为圆孔半径。
所述含孔塑料片材为波浪形带孔塑料片材，波峰和波峰之间的直线距离为2.0r～4.0r，波峰和波谷之间的垂直高度为1.0r～3.0r。
所述废塑料为增韧材料制备韧性水泥基复合材料的制作步骤如下：
步骤1、制备带孔废塑料片材，将废塑料片材在热压机上裁剪成模具模腔尺寸，清除废塑料表面油渍，并在废塑料片材表面按设计要求采用冲压工艺制备通孔；
制备波浪形带孔废塑料片材，将废塑料片材在热压机上采用热压成型工艺制备出波浪形塑料片材；
步骤2、将水泥、减水剂、粘度调节剂、细砂在搅拌机中干拌1～3min；
步骤3、加水搅拌2～5分钟；
步骤4、灌注水泥。将模具平放，将准备好的水泥砂浆浇注在模具底部，浇注层厚度不低于2mm，然后放置一片带孔废塑料片材于浇注层表面，继续浇注水泥砂浆，浇注厚度2～5mm，放置第二片带孔废塑料片材于浇注层表面，继续浇注水泥砂浆，浇注厚度2～5mm，重复上述操作直至达到预定试样厚度；
步骤5、将浇注水泥后的模具置于振动台上振动1～5min；振动方式为垂直振动，振动频率20～100HZ,振动幅度1～3mm；
步骤6、将浇注满的模具刮平后送入养护室，养护温度为25℃-90℃、相对湿度为90％-100％，养护时间为8小时～48小时；
步骤7、养护完成后进行脱模，然后自然养护28天。
所述制备波浪形塑料片材的工艺如下：将3-10片带孔塑料片材置于热压机模具上，热压温度Tg±10℃，Tg为所用废塑料片材的玻璃化转变温度；加热10～30min，然后加压0.5～1.0MPa，保压3～10min，自然冷却至室温，打开模具，得到波浪形带孔塑料片。
所述的减水剂可以为固体减水剂和液体减水剂，若为固体减水剂，则采用步骤2干拌后再加水；若采用液体减水剂，则与步骤3中的水均匀混合后搅拌。
所述步骤2，搅拌机转速为800～1500转/分钟；所述步骤3搅拌机转速为1200～3000转/分钟。
与现有水泥基复合材料相比，本发明具有以下特点和优势：
本发明以废塑料片材为增韧材料制备韧性水泥基复合材料，为大量废旧塑料直接资源化利用提供了简单、环保、高效的技术途径；
本发明提出用带孔波形废塑料片材作为水泥的增强增韧材料，使水泥和塑料片材之间形成互穿网络结构，解决了疏水性塑料和亲水性水泥之间界面粘结强度低的问题，具有重要的技术和工程价值；所用塑料片是波形塑料片，波浪形结构使塑料片和水泥在横向方向上形成机械啮合，塑料片上的孔使水泥和塑料形成厚度方向上的机械啮合。
本发明以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料比传统水泥具有更高的抗冲击强度和抗弯折强度，极限拉伸应变大，使水泥的破坏方式由脆性破坏变为韧性破坏，在抗震工程、护栏工程等领域具有良好应用前景。
附图说明
图1为含孔塑料片材或者波形带孔塑料片材俯视图
图2为波浪形带孔塑料片材侧视图
如中1为塑料片材，2为通孔。
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：该实施例的材料组份配比(质量份比)如表1所示。
表1本实施例材料组份配比(质量比)：
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0.3～0.8mm，细度系数1.65，粘度调节剂粘度为12000mPa.s。
制备步骤如下：
1)制备带孔废塑料片材。将废塑料片材裁剪成模具模腔尺寸，清除废塑料表面油渍，并在废塑料片材表面制备直径8mm的圆形通孔，通孔的分布见图1；
制备带孔波浪形塑料片材。将5片带孔塑料片材置于热压机模具上，上下模板温度设置为180℃，加热15min，然后加压0.5MPa，保压3min。自然冷却至室温，打开模具，得到波峰和波峰之间的直线距离为2.0r，波峰和波谷之间的垂直高度为1.0r的波浪形带孔塑料片；
2)将水泥、减水剂、粘度调节剂、细砂在搅拌机中干拌2分钟，搅拌转速1000转/min；
3)加水搅拌4分钟,搅拌转速1500转/min；
4)灌注水泥。将模具平放，将准备好的水泥砂浆浇注在模具底部，浇注层厚度约5mm，然后放置一片带孔废塑料片材于浇注层表面，继续浇注水泥砂浆，浇注厚度约5，重复上述操作2次。
5)将浇注水泥后的模具置于振动台上振动2min；振动方式为垂直振动，振动频率50HZ,振动幅度2mm；
6)装模，待48小时后拆模，标准养护28天。
简支梁冲击试验表明，本实施例高韧性水泥基复合材料的冲击强度平均值为22.5J/m2
实施例2：该实施例的材料组份配比(质量份比)如表2所示。
表2本实施例材料组份配比(质量比)：
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0.3～0.8mm，细度系数1.65，粘度调节剂粘度为12000mPa.s。
制备步骤如下：
1)制备带孔废塑料片材。将废塑料片材裁剪成模具模腔尺寸，清除废塑料表面油渍，并在废塑料片材表面制备边长10mm的正方形通孔，通孔的分布见图1；
制备带孔波浪形塑料片材。将6片带孔塑料片材置于热压机模具上，上下模板温度设置为1200℃，加热10min，然后加压0.6MPa，保压3min。自然冷却至室温，打开模具，得到波峰和波峰之间的直线距离为2.0r，波峰和波谷之间的垂直高度为1.0r的波浪形带孔塑料片；
2)将水泥、减水剂、粘度调节剂、细砂在搅拌机中干拌2分钟，搅拌转速1000转/min；
3)加水搅拌4分钟,搅拌转速1500转/min；
4)灌注水泥。将模具平放，将准备好的水泥砂浆浇注在模具底部，浇注层厚度约5mm，然后放置一片带孔废塑料片材于浇注层表面，继续浇注水泥砂浆，浇注厚度约5，重复上述操作4次。
5)将浇注水泥后的模具置于振动台上振动3min；振动方式为垂直振动，振动频率60HZ,振动幅度2mm；
6)装模，待48小时后拆模，标准养护28天。
简支梁冲击试验表明，本实施例高韧性水泥基复合材料的冲击强度平均值为25.3J/m2
实施例3：该实施例的材料组份配比(质量份比)如表3所示。
表3本实施例材料组份配比(质量比)：
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0.3～0.8mm，细度系数1.65，粘度调节剂粘度为12000mPa.s。
制备步骤如下：
1)制备带孔废塑料片材。将废塑料片材裁剪成模具模腔尺寸，清除废塑料表面油渍，并在废塑料片材表面制备边长10mm的菱形通孔，通孔的分布见图1；
制备带孔波浪形塑料片材。将5片带孔塑料片材置于热压机模具上，上下模板温度设置为200℃，加热10min，然后加压1.0MPa，保压2min。自然冷却至室温，打开模具，得到波峰和波峰间直线距离为2r,波峰和波谷间垂直距离为1.0r的波浪形带孔塑料片；
2)将水泥、减水剂、粘度调节剂、细砂在搅拌机中干拌2分钟，搅拌转速1000转/min；
3)加水搅拌4分钟,搅拌转速1500转/min；
4)灌注水泥。将模具平放，将准备好的水泥砂浆浇注在模具底部，浇注层厚度约5mm，然后放置一片带孔废塑料片材于浇注层表面，继续浇注水泥砂浆，浇注厚度约5，重复上述步骤6次；
5)将浇注水泥后的模具置于振动台上振动3min；振动方式为垂直振动，振动频率80HZ,振动幅度3mm；
6)装模，待48小时后拆模，标准养护28天。
简支梁冲击试验表明，本实施例高韧性水泥基复合材料的冲击强度平均值为28.5J/m2
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 (8)

1.一种以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料，该水泥基复合材料的质量组分包括：水泥100份，细砂20～80份，水30～50份，废旧塑料1～20份，减水剂0.3～0.8份，粘度调节剂0.095～0.15份，其中
水泥是强度等级为42.5或52.5的普通硅酸盐水泥；
细砂为普通河砂，粒径为0.1～1.0mm，细度模数为1.6～1.7；
废塑料包括但不局限于废聚乙烯、废聚丙烯、废聚对苯二甲酸乙二醇酯、废聚对苯二甲酸丁二醇酯等韧性和强度良好的废塑料片材，其厚度在0.05～0.5mm，极限伸长率为1～20％，弹性模量为不低于1.0GPa，冲击强度高于10.0KJ/m2,抗拉强度不低于10.0MPa；
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Ca CO 3无机惰性粉末或者富含Ca O和SiO2的无机活性粉末，粘度为10000～16000mPa•s。
2.如权利要求1所说的一种以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料，其特征在于所述废塑料片材为含孔塑料片材，含孔塑料片材上的通孔包括但不局限于圆形、正方形通孔，圆形孔的直径不低于1mm，正方形通孔的边长不低于1.0mm。
3.如权利要求2所说的一种以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料，其特征在于所述含孔塑料片材上的通孔圆心与相邻孔圆心之间的直线距离为2.5r～3.0r，塑料片边缘处的圆孔圆心距塑料片边缘的直线距离不小于1.5r，r为圆孔半径。
4.如权利要求2或3所说的一种以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料，其特征在于所述含孔塑料片材为波浪形带孔塑料片材，波峰和波峰之间的直线距离为2.0r～4.0r，波峰和波谷之间的垂直高度为1.0r～3.0r。
5.一种以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料的生产方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、制备带孔废塑料片材，将废塑料片材在热压机上裁剪成模具模腔尺寸，清除废塑料表面油渍，并在废塑料片材表面按设计要求制备通孔；
制备波浪形带孔废塑料片材，将废塑料片材在热压机上采用热压成型工艺制备出波浪型塑料片材；
步骤2、将水泥、减水剂、粘度调节剂、细砂在搅拌机中干拌1～3分钟；
步骤3、加水搅拌2～5分钟；
步骤4、灌注水泥，将模具平放，将准备好的水泥砂浆浇注在模具底部，浇注层厚度不低于2mm，然后放置一片带孔废塑料片材于浇注层表面，继续浇注水泥砂浆，浇注厚度2～5mm，放置第二片带孔废塑料片材于浇注层表面，继续浇注水泥砂浆，浇注厚度2～5mm，重复上述操作直至达到预定试样厚度；
步骤5、将浇注水泥后的模具置于振动台上振动1～5min；振动方式为垂直振动，振动频率20～100HZ,振动幅度1～3mm；
步骤6、将浇注满的模具刮平后送入养护室，养护温度为25℃-90℃、相对湿度为90%-100%，养护时间为8小时～48小时；
步骤7、养护完成后进行脱模，然后自然养护28天。
6.如权利要求5所说的一种以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料的生产方法，其特征在于所述制备波浪形塑料片材的工艺如下：将3-10片带孔塑料片材置于热压机模具上，上下模板温度设置为180℃～210℃，加热10～30min，然后加压0.5～1.0MPa，保压3～10min，自然冷却至室温，打开模具，得到波浪形带孔塑料片。
7.如权利要求5所说的一种以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料的生产方法，其特征在于所述的减水剂可以为固体减水剂和液体减水剂，若为固体减水剂，则采用步骤2干拌后再加水；若采用液体减水剂，则与步骤3中的水均匀混合后搅拌。
8.如权利要求5所说的一种以废塑料为增韧材料制备的韧性水泥基复合材料的生产方法，其特征在于所述步骤2，搅拌机转速为800～1500转/分钟；所述步骤3搅拌机转速为1200～3000转/分钟。
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