CN111268990B - 一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料及制备方法。按重量份计，是以下述原料制得：原状磷石膏：60～80份、半水磷石膏：20～40份、玄武岩纤维：0.5～2份、水泥：8～15份、灰钙粉：0.5～2.5份、减水剂：0.1～1份。本发明具有工艺简单、提高磷石膏综合利用率、抗折抗裂性能优良的特点。

Description

一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及磷石膏综合利用的技术领域，特别是一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料及制备方法。
背景技术
磷石膏是硫酸分解磷矿萃取磷酸和工业生产磷肥的副产物，全球每年的产量巨大，其综合利用率却较低。中国是第一大磷石膏副产国，其堆放量已经达到4亿t，每年仍以5000万t的速度递增。磷石膏的大量堆存不仅会占用大量土地，对环境造成污染，还会引发严重的生态系统安全隐患。同时，长江上游大量不规范堆存的磷石膏已成为土地和水体污染的重大污染源，而磷石膏的堆存也将会给磷化工企业带来高昂的堆场建设和运维费用。因此，如何有效地利用磷石膏，实现其“减量化、无害化、资源化”成为当前亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料及制备方法。本发明具有工艺简单、提高磷石膏综合利用率、抗折抗裂性能优良等特点。
本发明的技术方案：一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure BDA0002400264450000011
较优地，前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure BDA0002400264450000021
较优地，前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure BDA0002400264450000022
较优地，前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure BDA0002400264450000023
较优地，前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure BDA0002400264450000024
前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料中，所述的原状磷石膏为：粉碎并自然风干去除部分自由水后，过直径为0.315mm的方孔筛所得的磷石膏。
前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料中，所述的半水磷石膏为：原状磷石膏在140℃～160℃下煅烧2h所得的磷石膏。
前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料中所述的玄武岩纤维为成丝的短切玄武岩纤维，长度为6～15mm。
前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料中，所述的减水剂为聚羧酸类液体减水剂，其固含量为22.5％。
前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料的制备方法，按下述步骤进行：
a.将原状磷石膏、半水磷石膏、玄武岩纤维、水泥、灰钙粉混匀，得混合干物料；
b.将减水剂与水固比为0.29～0.3的水分别掺入所述混合干物料中，先在60～125r/min转速下搅拌40～70s，再在125～285r/min转速下搅拌60～90s，制得复合浆料；
c.将所述复合浆料装模，插捣振实，对表面做平整化处理；脱模后置于自然条件下或温度为20±2℃、相对湿度为50±3％条件下的混合砂浆试件标准恒湿养护箱中养护至28d，得到玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明中通过加入相应组分的玄武岩纤维，有效改善了磷石膏基复合材料的性能。发明人经过大量研究发现：玄武岩纤维在磷石膏基复合材料中呈无序乱向分布，其能有效降低裂纹尖端应力强度因子，缓和裂纹尖端的应力集中；同时，因为玄武岩纤维具有较大的拉伸强度和断裂韧性，与磷石膏基复合材料的结合主要依靠机械锁合及化学结合，所以在复合材料受力时，玄武岩纤维能够吸收较大的能量，从而减少和抑制基体裂纹的发生和扩展，提高其整体强度。简言之，在复合材料受力时，玄武岩纤维与磷石膏基复合材料间的机械锁合力及化学结合能吸收较大的能量，从而减少和抑制基体的裂纹发生和扩展，提高其整体强度。因此，本发明充分利用了玄武岩纤维具有的较大的拉伸强度和断裂韧性，通过添加的少量的玄武岩纤维就有效提高了复合材料的整体强度。此外，玄武岩纤维生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，具有很强的环保特性。
2.有效增加磷石膏综合利用率。原状磷石膏因其强度低，脆性大等原因，不利于直接运用于工程领域。为了解决该问题，本发明在原状磷石膏中加入部分半水磷石膏，通过半水磷石膏晶体结构良好、坚实的特性，有效改善了材料整体的内部结构，同时通过半水磷石膏吸收内部孔隙中的自由水并加快水化反应过程，有效提高了材料的强度。在工程应用中，本发明制作的复合材料，可作为建筑工程中的填充墙材料，其具有轻质、强度适宜的优点，且磷石膏价格低廉，可减少工程成本，从而有效提高磷石膏的综合利用率。
3.制作工艺简单环保。本发明大量采用原状磷石膏，所用半水磷石膏也只经过简单处理和短时间的煅烧就能得到，并没有复杂的预处理过程；因此，本发明的制作工艺简单环保，生产能耗低，成本低。此外，此制作工艺能大量消耗工业固废磷石膏，有效缓解磷石膏污染问题。
综上所述，本发明具有工艺简单、提高磷石膏综合利用率、抗折抗裂性能优良的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure BDA0002400264450000041
前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料的制备方法，按下述步骤进行：
a.将原状磷石膏、半水磷石膏、玄武岩纤维、水泥、灰钙粉混匀，得混合干物料；
b.将减水剂与水固比为0.3的水分别掺入所述混合干物料中，先在60～125r/min转速下搅拌40～70s，再在125～285r/min转速下搅拌60～90s，制得复合浆料；
c.将所述复合浆料装模，插捣振实，对表面做平整化处理；脱模后置于自然条件下或温度为20±2℃、相对湿度为50±3％条件下的混合砂浆试件标准恒湿养护箱中养护至28d，得到玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料。
所述的原状磷石膏为：粉碎并自然风干7d去除部分自由水后，过直径为0.315mm的方孔筛所得的磷石膏。
所述的半水磷石膏为：原状磷石膏在140℃下煅烧2h所得的磷石膏。
所述的玄武岩纤维为成丝的短切玄武岩纤维，长度为15mm。所述的玄武岩纤维可采用“玄武岩矿石在1500℃左右熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制成的矿物纤维”的方法制得，制得的纤维外观为深褐色，有金属光泽，具有耐高温、高韧性的特点。且该制备方法性价比高，生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，环保绿色。
所述的水泥为P·C32.5R复合硅酸盐水泥。
所述的减水剂为聚羧酸类液体减水剂，其固含量为22.5％，其为淡黄色油状液体。
上述原料及方法制得的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料的强度的检测方法参照GB/T17669.3-1999《建筑石膏力学性能的测定》，所测其硬化7天抗压强度为6.88MPa，抗折强度2.96MPa，28天抗压强度为9.82MPa，抗折强度3.55MPa。
实施例2。一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure BDA0002400264450000051
前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料的制备方法，按下述步骤进行：
a.将原状磷石膏、半水磷石膏、玄武岩纤维、水泥、灰钙粉混匀，得混合干物料；
b.将减水剂与水固比为0.29的水分别掺入所述混合干物料中，先在60～125r/min转速下搅拌40～70s，再在125～285r/min转速下搅拌60～90s，制得复合浆料；
c.将所述复合浆料装模，插捣振实，对表面做平整化处理；脱模后置于自然条件下或温度为20±2℃、相对湿度为50±3％条件下的混合砂浆试件标准恒湿养护箱中养护至28d，得到玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料。
所述的原状磷石膏为：粉碎并自然风干7d去除部分自由水后，过直径为0.315mm的方孔筛所得的磷石膏。
所述的半水磷石膏为：原状磷石膏在150℃下煅烧2h所得的磷石膏。
所述的玄武岩纤维为成丝的短切玄武岩纤维，长度为10mm。
所述的水泥为P·C32.5R复合硅酸盐水泥。
所述的减水剂为聚羧酸类液体减水剂，其固含量为22.5％，其为淡黄色油状液体。
上述原料及方法制得的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料的强度的检测方法参照GB/T17669.3-1999《建筑石膏力学性能的测定》，所测其硬化7天抗压强度为6.54MPa，抗折强度2.75MPa，28天抗压强度为9.62MPa，抗折强度3.35MPa。
实施例3。一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure BDA0002400264450000061
前述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料的制备方法，按下述步骤进行：
a.将原状磷石膏、半水磷石膏、玄武岩纤维、水泥、灰钙粉混匀，得混合干物料；
b.将减水剂与水固比为0.29的水分别掺入所述混合干物料中，先在60～125r/min转速下搅拌40～70s，再在125～285r/min转速下搅拌60～90s，制得复合浆料；
c.将所述复合浆料装模，插捣振实，对表面做平整化处理；脱模后置于自然条件下或温度为20±2℃、相对湿度为50±3％条件下的混合砂浆试件标准恒湿养护箱中养护至28d，得到玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料。
所述的原状磷石膏为：粉碎并自然风干7d去除部分自由水后，过直径为0.315mm的方孔筛所得的磷石膏。
所述的半水磷石膏为：原状磷石膏在160℃下煅烧2h所得的磷石膏。
所述的玄武岩纤维为成丝的短切玄武岩纤维，长度为12mm。
所述的水泥为P·O42.5R普通硅酸盐水泥。
所述的减水剂为聚羧酸类液体减水剂，其固含量为22.5％，其为淡黄色油状液体。
上述原料及方法制得的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料的强度的检测方法参照GB/T17669.3-1999《建筑石膏力学性能的测定》，所测其硬化7天抗压强度为6.24MPa，抗折强度2.60MPa，28天抗压强度为9.51MPa，抗折强度3.25MPa。

Claims (5)

1.一种玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，其特征在于，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure FDA0003347585850000011
所述的原状磷石膏为：粉碎并自然风干去除部分自由水后，过直径为0.315mm的方孔筛所得的磷石膏；所述的半水磷石膏为：原状磷石膏在140℃～160℃下煅烧2h所得的磷石膏；所述的玄武岩纤维为成丝的短切玄武岩纤维，长度为6～15mm；所述的减水剂为聚羧酸类液体减水剂，其固含量为22.5％。
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，其特征在于，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure FDA0003347585850000012
3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，其特征在于，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure FDA0003347585850000013
4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料，其特征在于，按重量份计，是以下述原料制得：
Figure FDA0003347585850000014
5.一种如权利要求1-4任一项所述的玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料的制备方法，其特征在于，按下述步骤进行：
a.将原状磷石膏、半水磷石膏、玄武岩纤维、水泥、灰钙粉混匀，得混合干物料；
b.将减水剂与水固比为0.29～0.3的水分别掺入所述混合干物料中，先在60～125r/min转速下搅拌40～70s，再在125～285r/min转速下搅拌60～90s，制得复合浆料；
c.将所述复合浆料装模，插捣振实，对表面做平整化处理；脱模后置于自然条件下或温度为20±2℃、相对湿度为50±3％条件下的混合砂浆试件标准恒湿养护箱中养护至28d，得到玄武岩纤维增强磷石膏基复合材料。
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