CN112266192B - 合金塑料、混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

合金塑料、混凝土及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种合金塑料、混凝土及其制备方法和应用，涉及建筑材料技术领域。所述合金塑料主要由熔融后的成塑材料包覆模板材料后，依次进行干燥、烧结制得；其中，所述成塑材料包括废弃汽车面板表面合金部分、废弃电动工具表面合金部分和废弃水泵制件表面合金部分的至少一种。本申请采用上述废弃合金制备得到的合金塑料具有良好的韧性和刚性，且耐化学品性能优异。同时，由上述合金塑料制备得到的混凝土，一方面可有效降低混凝土的表观密度，减轻混凝土构筑物的自重；另一方面制备的混凝土耐高温性能、耐化学品性能在一定程度上也得到了提高。

Description

合金塑料、混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种合金塑料、混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
随着现代工程构件向大跨度、高层的发展，采用传统普通混凝土显得越来越困难，为减小结构断面、减轻结构自重、提高保温隔热等性能，轻质、高强、多功能、耐久、抗灾、可持续发展的建筑材料已成为土木工程的重要研究课题，也是现代混凝土技术的重要发展方向之一。同时，随着塑料制品大量广泛地应用于人类生活的各个方面，给人们带来便利的同时，也给环境造成了巨大的污染，如何有效地减少塑料对环境造成的污染已成为人类共同面对的难题。利用工业废料制造轻骨料可以变废为宝，降低生产成本，同时减少的天然骨料的开采，有利于环境的保护，符合可持续发展的要求。
现有的普通混凝土由于其强度低、自重大、易损伤且耐高温性能较差等缺点，已不能满足工程实际的需要。与普通混凝土相比，超高性能混凝土具有超高耐久性能和超高力学性能，但是超高性能混凝土耐高温性能较差，在发生火灾时其结构容易破坏。
因此，研究开发出一种新型混凝土，该混凝土在保证混凝土高强度和高韧性的同时可有效降低混凝土自重，且能大幅度提高混凝土的耐高温性能，变得十分必要和迫切。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合金塑料以及包含其的混凝土，所述混凝土具有良好的工作性能、力学性能以及抗渗、耐久性能，在保证高强度和高韧性的同时可有效降低混凝土自重，且能大幅度提高混凝土耐高温性能。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供的一种合金塑料，所述合金塑料主要由熔融后的成塑材料包覆模板材料后，依次进行干燥、烧结制得；
其中，所述成塑材料包括废弃汽车面板表面合金部分、废弃电动工具表面合金部分或废弃水泵制件表面合金部分的至少一种。
进一步的，所述模板材料优选为聚苯泡沫颗粒；
优选地，所述模板材料为粒径1～5mm的球状颗粒。
更优选地，所述模板材料的表面喷涂有羧甲纤维素溶液。
进一步的，所述成塑材料包覆的厚度为1～5mm。
进一步的，所述干燥的温度为50～100℃，干燥的时间为1～5min；
优选地，所述烧结的温度为1100～1200℃，烧结的时间为10～30min。
更优选地，所述烧结的升温速度为10～15℃/min。
进一步的，所述合金塑料的性能参数至少满足如下中的至少一个：
连续级配1～4.75mm、堆积密度为510～650kg/m3，表观密度为910～1100kg/m3，压碎值为10～20％。
本发明提供的一种混凝土，所述混凝土包括上述合金塑料；
优选地，每立方米的所述混凝土包括如下组分：上述合金塑料650～800kg、水泥700～850kg、中空玻璃微珠170～260kg、硅灰130～190kg、沸石粉120～200kg、镀铜钢纤维100～200kg、引气剂0.11～0.16kg、增稠剂0.05～0.12kg、减水剂18～25kg和水160～200kg；
更优选地，每立方米的所述混凝土包括如下组分：上述合金塑料700kg、水泥720kg、中空玻璃微珠198kg、硅灰162kg、沸石粉120kg、镀铜钢纤维180kg、引气剂0.11kg、增稠剂0.05kg、减水剂22kg和水185kg。
进一步的，所述水泥为P·O42.5或P·O52.5硅酸盐水泥；
优选地，所述中空玻璃微珠的性能参数至少满足如下中的至少一个：真密度为250～600kg/m3，成圆率85～100％，气泡含量1～10％；
优选地，所述硅灰的性能参数至少满足如下中的至少一个：SiO2质量含量95～100％，比表面积15500～28000m2/kg，28d活性指数100～115％；
优选地，所述沸石粉的性能参数至少满足如下中的至少一个：比重1200～1400kg/m3，含水率1.5～5％，吸氨值100～150mg/100g；
优选地，所述镀铜钢纤维的性能参数至少满足如下中的至少一个：长度为10～16mm，当量直径为0.18～0.35mm，断裂强度2000～3000MPa，弹性模量为40～60GPa。
进一步的，所述引气剂包括松香树脂类、硅烷类引气剂、或烷基苯磺酸盐类中的至少一种，优选为硅烷类引气剂；
优选地，所述硅烷类引气剂的固含量为16～20％；
优选地，所述增稠剂包括羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或羧甲基纤维素中的至少一种，优选为羟丙基甲基纤维素；
更优选地，所述增稠剂为黏度10万单位的羟丙基甲基纤维素；
优选地，所述减水剂包括萘系减水剂、聚羧酸高效减水剂或多羧酸系减水剂中的至少一种，优选为聚羧酸高效减水剂；
更优选地，所述聚羧酸高效减水剂的固含量为49～51％，减水率为26～29％。
本发明提供的一种上述混凝土的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将各原料混匀，随后依次进行成型、养护，制得混凝土。
优选地，所述混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(a)、将合金塑料、水泥、硅灰、中空玻璃微珠、沸石粉加入混凝土搅拌机预拌均匀，随后加入硅烷类引气剂、羟丙基甲基纤维素继续均匀，然后倒入水和聚羧酸高效减水剂搅拌均匀，最后加入镀铜钢纤维搅拌均匀，得到混合料；
(b)、将步骤(a)得到的混合料依次进行成型、养护，制得混凝土。
本发明提供的一种上述混凝土在制备建筑材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的合金塑料，所述合金塑料主要由熔融后的成塑材料包覆模板材料后，依次进行干燥、烧结制得；其中，所述成塑材料包括废弃汽车面板表面合金部分、废弃电动工具表面合金部分和废弃水泵制件表面合金部分的至少一种。本申请采用上述废弃合金制备得到的合金塑料具有良好的韧性和刚性，且耐化学品性能优异。同时，还使上述废弃汽车面板表面合金部分、废弃电动工具表面合金部分或废弃水泵制件表面合金部分得到了充分的回收利用。
本申请提供的混凝土，该混凝土包括上述合金塑料。由上述合金塑料制备得到的混凝土，一方面可有效降低混凝土的表观密度，减轻混凝土构筑物的自重；另一方面上述合金塑料具有良好的耐热性，使得使用其制备的混凝土耐高温性能在一定程度上得到提高；此外合金塑料还具有良好的韧性和刚性，且其耐化学品性能优异，使得混凝土韧性和耐久性能进一步提高，有效避免了混凝土的碱集料反应问题，从而使建筑物的使用寿命延长，提高混凝土的耐久性能。
本发明提供的上述混凝土的制备方法，该制备方法为将各原料混匀，随后依次进行成型、养护，制得混凝土。上述制备方法具有工艺简单，易于操作的优势。
本发明提供的上述混凝土可以广泛应用于建筑材料的制备中。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面，一种合金塑料，所述合金塑料主要由熔融后的成塑材料包覆模板材料后，依次进行干燥、烧结制得；
其中，所述成塑材料包括废弃汽车面板表面合金部分、废弃电动工具表面合金部分和废弃水泵制件表面合金部分的至少一种。
本发明提供的合金塑料，所述合金塑料主要由熔融后的成塑材料包覆模板材料后，依次进行干燥、烧结制得；其中，所述成塑材料包括废弃汽车面板表面合金部分、废弃电动工具表面合金部分和废弃水泵制件表面合金部分的至少一种。本申请采用上述废弃合金制备得到的合金塑料具有良好的韧性和刚性，且耐化学品性能优异。同时，还使上述废弃汽车面板表面合金部分、废弃电动工具表面合金部分或废弃水泵制件表面合金部分得到了充分的回收利用。
在本发明的一种优选实施方式中，所述模板材料优选为聚苯泡沫颗粒；
在上述优选实施方式中，所述模板材料为粒径1～5mm的球状颗粒。
在上述优选实施方式中，所述模板材料的表面喷涂有羧甲纤维素溶液。
作为一种优选的实施方式，上述模板材料的表面喷涂有羧甲纤维素溶液，使得模板材料和成塑材料粘结成一个整体。
在本发明的一种优选实施方式中，所述成塑材料包覆的厚度为1～5mm。
作为一种优选的实施方式，上述成塑材料包覆的厚度应满足混凝土骨料粒径要求。
在本发明的一种优选实施方式中，所述干燥的温度为50～100℃，干燥的时间为1～5min；
在本发明的一种优选实施方式中，所述烧结的温度为1100～1200℃，烧结的时间为10～30min。
在上述优选实施方式中，所述烧结的升温速度为10～15℃/min。
在本发明的一种优选实施方式中，所述合金塑料的性能参数至少满足如下中的至少一个：
连续级配1～4.75mm、堆积密度为510～650kg/m3，表观密度为910～1100kg/m3，压碎值为10～20％。
根据本发明的一个方面，一种混凝土，所述混凝土包括上述合金塑料；
本申请提供的混凝土，该混凝土包括上述合金塑料。由上述合金塑料制备得到的混凝土，一方面可有效降低混凝土的表观密度，减轻混凝土构筑物的自重；另一方面上述合金塑料具有良好的耐热性，使得使用其制备的混凝土耐高温性能在一定程度上得到提高；此外合金塑料还具有良好的韧性和刚性，且其耐化学品性能优异，使得混凝土韧性和耐久性能进一步提高，有效避免了混凝土的碱集料反应问题，从而使建筑物的使用寿命延长，提高混凝土的耐久性能。
在本发明的一种优选实施方式中，每立方米的所述混凝土包括如下组分：上述合金塑料650～800kg、水泥700～850kg、中空玻璃微珠170～260kg、硅灰130～190kg、沸石粉120～200kg、镀铜钢纤维100～200kg、引气剂0.11～0.16kg、增稠剂0.05～0.12kg、减水剂18～25kg和水160～200kg；
作为一种优选的实施方式，本发明采用沸石粉部分取代水泥制备轻质超高性能混凝土，一方面配合中空玻璃微珠和聚羧酸高效减水剂，改善混凝土和易性，提高混凝土强度；另一方面在水泥活性的激发下，沸石粉本身所含的活性二氧化硅、活性三氧化二铝以及含水氧化硅与含水氧化铝能与水泥水化时析出的氢氧化钙作用，生出含水的硅酸钙凝胶与含水铝酸钙凝胶，提高了水泥水化程度，减少了孔隙率，使水泥石结构更致密，从而提高了混凝土的抗压强度；同时沸石粉中的活性成分能够与水泥砂浆中的水化生成物氢氧化钙反应，生成硅酸钙凝胶与铝酸钙凝胶，使混凝土中的碱浓度不断降低，另外由于沸石粉的使用，使混凝土中的水泥用量下降，也会促使混凝土中碱含量相对下降。
经检测，以上述原料配比制得的混凝土，其表观密度为1800～2050kg/m3，较一般超高性能混凝土降低自重20％以上，同时抗压强度等级可达C140以上，并具有良好的工作性能、力学性能以及耐久性能和耐高温性能，且减少了塑料对环境造成的污染，原料来源广泛，可有效提升混凝土构件的韧性和耐久性能，降低混凝土构筑物的自重，适合推广应用。
优选地，每立方米的所述混凝土包括如下组分：上述合金塑料700kg、水泥720kg、中空玻璃微珠198kg、硅灰162kg、沸石粉120kg、镀铜钢纤维180kg、引气剂0.11kg、增稠剂0.05kg、减水剂22kg和水185kg。
本发明中，通过对各组分原料用量比例的进一步调整和优化，从而进一步优化了本发明混凝土的技术效果。
在本发明的一种优选实施方式中，所述水泥为P·O42.5或P·O52.5硅酸盐水泥；
在本发明的一种优选实施方式中，所述中空玻璃微珠的性能参数至少满足如下中的至少一个：真密度为250～600kg/m3，成圆率85～100％，气泡含量1～10％；
在本发明的一种优选实施方式中，所述硅灰的性能参数至少满足如下中的至少一个：SiO2质量含量95～100％，比表面积15500～28000m2/kg，28d活性指数100～115％；
在本发明的一种优选实施方式中，所述沸石粉的性能参数至少满足如下中的至少一个：比重1200～1400kg/m3，含水率1.5～5％，吸氨值100～150mg/100g；
在本发明的一种优选实施方式中，所述镀铜钢纤维的性能参数至少满足如下中的至少一个：长度为10～16mm，当量直径为0.18～0.35mm，断裂强度2000～3000MPa，弹性模量为40～60GPa。
在本发明的一种优选实施方式中，所述引气剂包括松香树脂类、硅烷类引气剂、或烷基苯磺酸盐类中的至少一种，优选为硅烷类引气剂；
作为一种优选的实施方式，本发明采用硅烷类引气剂，在混凝土中引入气泡，一方面，气泡的添加能优化砂浆的级配，并且球状均匀小气泡的微珠效应也使得合金塑料轻质超高性能混凝土的和易性得到很好的改善；另一方面，气泡的加入降低了合金塑料轻质超高性能混凝土中砂浆的密度，从而减少了合金塑料与砂浆的密度差，降低了合金塑料的上浮率。
在上述优选实施方式中，所述硅烷类引气剂的固含量为16～20％；
在本发明的一种优选实施方式中，所述增稠剂包括羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或羧甲基纤维素中的至少一种，优选为羟丙基甲基纤维素；
优选地，所述增稠剂为黏度10万单位的羟丙基甲基纤维素；
作为一种优选地实施方式，上述增稠剂为黏度10万单位的羟丙基甲基纤维素，本发明采用羟丙基甲基纤维素，增稠剂的加入能够增加混凝土内液体的稠度，使得引气剂所引入的微小气泡能够在混凝土内部长时间稳定存在，从而达到保坍的目的。另外，增稠剂的加入也改善了混凝土的保水性能，减少了混凝土的泌水问题。
在本发明的一种优选实施方式中，所述减水剂包括萘系减水剂、聚羧酸高效减水剂或多羧酸系减水剂中的至少一种，优选为聚羧酸高效减水剂；
优选地，所述聚羧酸高效减水剂的固含量为49～51％，减水率为26～29％。
根据本发明的一个方面，一种上述混凝土的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将各原料混匀，随后依次进行成型、养护，制得混凝土。
本发明提供的上述混凝土的制备方法，该制备方法为将各原料混匀，随后依次进行成型、养护，制得混凝土。上述制备方法具有工艺简单，易于操作的优势。
在本发明的一种优选实施方式中，所述混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(a)、将合金塑料、水泥、硅灰、中空玻璃微珠、沸石粉加入混凝土搅拌机预拌均匀，随后加入硅烷类引气剂、羟丙基甲基纤维素继续均匀，然后倒入水和聚羧酸高效减水剂搅拌均匀，最后加入镀铜钢纤维搅拌均匀，得到混合料；
(b)、将步骤(a)得到的混合料依次进行成型、养护，制得混凝土。
根据本发明的一个方面，一种上述混凝土在制备建筑材料中的应用。
本发明提供的上述混凝土可以广泛应用于建筑材料的制备中。
下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
实施例1
一种合金塑料，所述合金塑料的制备方法包括以下步骤：
1)将废弃汽车面板表面合金部分、废弃电动工具表面合金部分或废弃水泵制件表面合金部分中的一种通过熔融得到成塑坯料，将模板材料粒径1～5mm的聚苯泡沫颗粒表面喷涂一层质量浓度为1％的羧甲纤维素溶液液膜；
2)将表面处理完毕的聚苯泡沫颗粒加入到成塑坯料中，使聚苯泡沫颗粒表面粘上一层厚度为1～5mm厚的成塑坯料层；
3)将步骤1)和步骤2)所得成塑坯料和模板材料放入倾斜旋转的球盘中，同时对球盘中样品用水喷湿；
4)将成球盘中合金塑料生料球取出后进行干燥，干燥温度为50～100℃，干燥时间为1～5min，然后将干燥后的合金塑料生料球放入到高温炉中进行煅烧，煅烧的最高温度为1100～1200℃，保温时间为10～30min，最后随炉冷却得到合金塑料。
实施例2
本实施例除合金塑料生料球烧结温度为1150℃和保温时间为20min不同外，其余同实施例1。
实施例3
本实施例除合金塑料生料球烧结温度为1200℃和保温时间10min不同外，其余同实施例1。
实验例1～3
将实施例1～3制备得到的合金塑料的性能参数进行检测，具体检测方法采用本领域的常规检测方法即可。
其检测结果如下表所示：
Figure BDA0002738134780000111
由上表可知，不同烧结温度和保温时间均可以得到满足混凝土骨料的性能指标。
实施例4～14
一种混凝土，所述混凝土每立方米的所述混凝土包括如下组分：
Figure BDA0002738134780000112
Figure BDA0002738134780000121
注：上述各实施例中，水泥采用华新P·O52.5普通硅酸盐水泥；硅灰由上海天恺硅粉材料有限公司提供，SiO2质量含量为95％，比表面积17500m2/kg，28d活性指数105％；中空玻璃微珠真密度为250～600kg/m3，成圆率≥85％，气泡含量≤10％；沸石粉比重1200～1400kg/m3，含水率≤1.5％，吸氨值100～150mg/100g；合金塑料为1～4.75mm连续级配，堆积密度为510～650kg/m3，表观密度为910～1100kg/m3，压碎值为10～20％；镀铜钢纤维由武汉新途工程新材料科技有限公司生产，公称长度13mm，当量直径0.25mm，断裂强度3500MPa左右，弹性模量52GPa左右；引气剂为硅烷类引气剂，固含量为16～20％，本试验稀释至浓度为1％时使用；增稠剂为羟丙基甲基纤维素，黏度为10万单位；减水剂为聚羧酸高效减水剂；水为普通自来水。
上述混凝土的制备方法包括以下步骤：
(1)、将合金塑料、水泥、硅灰、中空玻璃微珠、沸石粉加入混凝土搅拌机预拌均匀，再加入硅烷类引气剂、羟丙基甲基纤维素继续干拌均匀，随后倒入水和聚羧酸高效减水剂搅拌均匀，再均匀加入镀铜钢纤维搅拌均匀，得到混合料；
(2)、将混合料进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水的薄膜进行薄膜养护后拆模进行标准养护或蒸汽养护，即得混凝土。
实验例1
为表明本申请制备得到的混凝土具有良好的工作性能、力学性能以及抗渗、耐久性能，在保证高强度和高韧性的同时可有效降低混凝土自重，且能大幅度提高混凝土耐高温性能。现对实施例4～14制得的混凝土进行力学和耐高温等性能的检测，具体检测方法采用本领域的常规检测方法即可。
具体检测结果如下：
Figure BDA0002738134780000131
由上表可知，本发明实施例4～12所得超高性能混凝土具有轻质、高强、高耐高温性能等优点，所得混凝土的表观密度为1800～2050kg/m3，较一般超高性能混凝土降低自重20％以上，抗压强度等级可达C140以上，且具有高韧性、良好的工作性能和耐高温性能；实施例13～14所得超高性能混凝土同样能满足性能要求。本发明制备的混凝土适应范围广泛，在应用于建筑设计时，可有效减轻混凝土结构自重，提高建筑物耐久性能和耐高温性能，解决了塑料对环境造成的污染，同时避免我国石英砂等资源匮乏的问题，解除了超高性能混凝土发展受地域资源的限制，具有重要经济和环境效益。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种混凝土，其特征在于，每立方米的所述混凝土包括如下组分：合金塑料650~800kg、水泥700~850kg、中空玻璃微珠170~260kg、硅灰130~190kg、沸石粉120~200kg、镀铜钢纤维100~200kg、引气剂0.11~0.16kg、增稠剂0.05~0.12kg、减水剂18~25kg和水160~200kg；
其中，所述合金塑料的制备方法包括以下步骤：
1）将废弃汽车面板表面合金部分、废弃电动工具表面合金部分或废弃水泵制件表面合金部分中的一种通过熔融得到成塑坯料，将模板材料粒径1~5mm的聚苯泡沫颗粒表面喷涂一层质量浓度为1%的羧甲纤维素溶液液膜；
2）将表面处理完毕的聚苯泡沫颗粒加入到成塑坯料中，使聚苯泡沫颗粒表面粘上一层厚度为1~5mm厚的成塑坯料层；
3）将步骤1）和步骤2）所得成塑坯料和模板材料放入倾斜旋转的球盘中，同时对球盘中样品用水喷湿；
4）将成球盘中合金塑料生料球取出后进行干燥，干燥温度为50~100℃，干燥时间为1~5min，然后将干燥后的合金塑料生料球放入到高温炉中进行煅烧，煅烧的温度为1200℃，保温时间为10min，最后随炉冷却得到合金塑料；
其中，水泥采用P·O52.5普通硅酸盐水泥；
硅灰中SiO2质量含量为95%，硅灰比表面积为17500m2/kg，28d活性指数为105%；
中空玻璃微珠真密度为250~600 kg/m3，成圆率85~100%，气泡含量1~10%；
沸石粉比重1200~1400 kg/m3，含水率1.5~5%，吸氨值100~150 mg/100g；
镀铜钢纤维公称长度13mm，当量直径0.25mm，断裂强度2000~3000MPa，弹性模量40~60GPa；
引气剂为硅烷类引气剂，固含量为16~20％；
增稠剂为羟丙基甲基纤维素，黏度为10万单位；
减水剂为聚羧酸高效减水剂。
2.一种根据权利要求1所述的混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（a）、将合金塑料、水泥、硅灰、中空玻璃微珠、沸石粉加入混凝土搅拌机预拌均匀，随后加入硅烷类引气剂、羟丙基甲基纤维素继续均匀，然后倒入水和聚羧酸高效减水剂搅拌均匀，最后加入镀铜钢纤维搅拌均匀，得到混合料；
（b）、将步骤（a）得到的混合料依次进行成型、养护，制得混凝土。
3.一种根据权利要求1所述的混凝土在制备建筑材料中的应用。
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