CN112341055A - 一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法 - Google Patents

一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法 Download PDF

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Abstract

一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法，属于纤维增强混凝土领域。所述方法为：制备普通混凝土或超高性能混凝土，加入钢纤维和膨胀剂；将服役拆除后的钢纤维增强混凝土浸泡在无水乙醇或异丙醇中；7天为一个周期，每个周期内更换溶剂；若干周期后，钢纤维和其他组份材料自然分离；将钢纤维增强混凝土铺平，使用电磁铁在混凝土上方扫描，此时钢纤维被磁力吸起，将吸有钢纤维的电磁铁移走断电，此时钢纤维从电磁铁上脱落至容器内；使用回收的钢纤维重新制作钢纤维增强混凝土。本发明制备的钢纤维增强混凝土材料可以将钢纤维进行完整回收，并且有效去除钢纤维的镀铜层对纤维界面有进一步增强效果。

Description

一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法
技术领域
本发明属于纤维增强混凝土领域，具体涉及一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法。
背景技术
混凝土是一种准脆性材料，通常采用加入钢纤维的方法改善其延性。由于应力从基体传递到纤维中，纤维在裂纹表面形成桥接，抗裂纹扩展，采用短钢纤维增强抗弯强度和韧性。目前，纤维增强混凝土已广泛应用于高速公路或桥梁的预制梁和薄预制板等结构领域。
当纤维增强混凝土结构服役结束后面临结构拆除问题，其优异的力学性能和耐久性能给结构的拆除带来了困难，并且拆除后的纤维增强混凝土材料无法将完整的钢纤维进行回收，造成资源的严重浪费。
纤维增强混凝土材料在承受外部载荷时，先由基体承担载荷，然后由纤维在纤维-基体界面进行应力传递。当纤维从基体中被拉出时，会出现两种失效模式：纤维脱粘或断裂。当与纤维抗拉强度相对应的拉拔载荷低于基体的剪切强度时，纤维会发生断裂。从加固的角度来看，这种破坏模式并不理想，因为有限的能量耗散和对纤维潜在力学性能的利用不足。此外，能量的突然释放，使复合材料的韧性大大降低。因此，在纤维增强混凝土复合材料设计时，依据施加适当的、接近纤维极限拉伸强度的高拉伸强度，则可以获得与纤维-基体界面相关的更高的能量耗散。钢纤维在纤维增强混凝土材料中起到桥接裂纹阻止裂纹发展，使得纤维增强混凝土材料有着良好的延性。因此，钢纤维在服役结束的纤维增强混凝土材料中极少出现断裂情况，多出现因服役荷载而产生变形。这为回收的钢纤维由于其长度完整性提供了再利用的可能。文献研究表明，钢纤维几何形状提供的附加机械联锁性能，因此变形的钢纤维可以有效地增强粘接，从而提高纤维增强混凝土材料的弯曲性能。此外，镀铜的钢纤维外层的镀铜层会弱化纤维与基体的界面不利于增强，而镀铜层会在水泥基材料碱性环境中消除。如果能将纤维增强混凝土材料服役后的钢纤维进行完整回收利用，钢纤维回收利用由于其自身的变形以及镀铜层的消除将有可能会实现再增强的效果。
发明内容
本发明的目的是解决纤维增强混凝土中钢纤维的回收利用问题，提供一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法，所述方法步骤如下：
步骤一：制备普通混凝土或超高性能混凝土：按照普通混凝土或超高性能混凝土的配合比设计，在此基础上，加入钢纤维，掺量为50-160kg/m3，同时加入硫铝酸钙类膨胀剂，掺量为胶凝材料质量的6％-12％，并取代同质量的胶凝材料；
步骤二：拆除后的钢纤维增强混凝土中钢纤维的回收
(1)将服役拆除后的钢纤维增强混凝土完全浸泡在无水乙醇或异丙醇中；
(2)浸泡时间以7天为一个周期，一个周期内更换一次浸泡的无水乙醇或异丙醇；
(3)经过若干次周期后，钢纤维能够完整的和纤维增强混凝土其他组份材料自然分离，浸泡的周期次数依据钢纤维增强混凝土的龄期而定；
(4)将浸泡后的钢纤维增强混凝土铺平，使用电压为24伏通电的电磁铁在铺平的纤维增强混凝土材料上方2-3cm呈S型扫描，此时钢纤维与钢纤维增强混凝土其他组份材料分离，被磁力吸起，将吸有钢纤维的电磁铁在收集钢纤维的容器内断电，此时钢纤维从电磁铁上脱落至容器内
步骤三：回收钢纤维的利用：使用回收起来的钢纤维重新制作钢纤维增强混凝土即可。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
(1)本发明制备的钢纤维增强混凝土材料服役结束后不用耗费人力、物力将钢纤维自然从钢纤维增强混凝土中分离开来；
(2)本发明制备的钢纤维增强混凝土材料可以将钢纤维进行完整回收，并且有效去除钢纤维的镀铜层对纤维界面有进一步增强效果；
(3)回收后的钢纤维可以再次使用制备钢纤维增强混凝土，实现资源的重复利用。
附图说明
图1为实施例1中钢纤维从混凝土中剥离的照片；
图2为实施例1中原始钢纤维与回收后钢纤维的抗折强度结果对比示意图；
图3为实施例2中钢纤维从混凝土中剥离的照片；
图4为实施例2中原始钢纤维与回收后钢纤维的抗折强度结果对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明的原理为：(1)掺有膨胀剂的混凝土会产生比较多的针状钙矾石，钙矾石和无水乙醇或异丙醇发生物理化学反应，从而导致混凝土开裂，强度逐渐降低直至消失，(2)掺有钢纤维以及膨胀剂的混凝土接触无水乙醇或异丙醇，经过一段反应时间之后，混凝土强度消失，各组分在自然分离，(3)利用钢纤维和磁铁的相互作用，使的钢纤维和其他水泥基材料分离，从而钢纤维完整地从原有的混凝土中分离出来。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法，所述方法步骤如下：
步骤一：制备普通混凝土或超高性能混凝土：按照普通混凝土或超高性能混凝土的配合比设计，在此基础上，加入钢纤维，掺量为50-160kg/m3，同时加入硫铝酸钙类膨胀剂，掺量为胶凝材料质量的6％-12％，并取代同质量的胶凝材料；所述混凝土包括砂、石骨料、矿物掺和料、水、减水剂；胶凝材料指水泥；
步骤二：拆除后的钢纤维增强混凝土中钢纤维的回收
(1)将服役拆除后的钢纤维增强混凝土完全浸泡在无水乙醇或异丙醇中，以防止钢纤维和空气、水接触生锈进而影响其增强混凝土性能的效果；
(2)浸泡时间以7天为一个周期，一个周期内更换一次浸泡的无水乙醇或异丙醇；
(3)经过若干次周期后，钢纤维能够完整的和纤维增强混凝土其他组份材料自然分离，浸泡的周期次数依据钢纤维增强混凝土的龄期而定(钢纤维增强混凝土周期越长需要的浸泡次数越长，本领域技术人员可根据经验进行选择)，龄期为1天的钢纤维增强混凝土至少5周期，龄期为3天的钢纤维增强混凝土需要至少8周期；
(4)将浸泡后的钢纤维增强混凝土铺平，使用电压为24伏通电的电磁铁在铺平的纤维增强混凝土材料上方2-3cm呈S型扫描，此时钢纤维与钢纤维增强混凝土其他组份材料分离，被磁力吸起，将吸有钢纤维的电磁铁在收集钢纤维的容器内断电，此时钢纤维从电磁铁上脱落至容器内
步骤三：回收钢纤维的利用：使用回收起来的钢纤维重新制作钢纤维增强混凝土即可。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法，步骤一中，所述钢纤维为直型、端钩型或波浪形。直径0.20mm，长度13mm，抗拉强度2850MPa，或其他尺寸和抗拉强度。
实施例1：
超高性能混凝土水泥、硅灰、膨胀剂、水、砂、钢纤维、聚羧酸减水剂用量分别为758kg/m3、191kg/m3、83kg/m3、213kg/m3、1032kg/m3、153kg/m3、32kg/m3。水泥、硅灰、膨胀剂加入霍巴特搅拌器中搅拌4min，将减水剂和水混合均匀后倒入霍巴特搅拌器中搅拌8min，将钢纤维分6次加入搅拌器中该过程用时10min，最后加入砂子搅拌6min，倒入模具中，覆膜养护36h脱模。将脱模后的试件放置清水中养护1天，抗折试件尺寸为40mm×40mm×160mm棱柱体，然后进行抗折试验，试验后的试件进行抗压破坏，试验结束后测定超高性能混凝土抗折强度1，将强度测试后的超高性能混凝土放入无水乙醇中浸泡，每七天为一个周期更换一次无水乙醇，浸泡7个周期，将超高性能混凝土铺平，然后使用电磁铁通电并在铺平的超高性能混凝土材料上方2.5cm进行扫描，使得全部钢纤维吸起，然后放置将电磁铁放置烧杯中断电，此时钢纤维被收集起来(见图1)，钢纤维形状发生变化，并且表面的镀铜层消除，将收集起来的钢纤维重新进行制备超高性能混凝土，方法同上述初次制备的超高性能混凝土，进行相同的养护和强度测试，得到抗折强度2，二者强度对比发现后者强度更高(见图2)。
实施例2：
超高性能混凝土水泥、硅灰、膨胀剂、水、砂、钢纤维、聚羧酸减水剂用量分别为758kg/m3、191kg/m3、83kg/m3、213kg/m3、1032kg/m3、153kg/m3、32kg/m3。水泥、硅灰、膨胀剂加入霍巴特搅拌器中搅拌5min，将减水剂和水混合均匀后倒入霍巴特搅拌器中搅拌10min，将钢纤维分5次加入搅拌器中该过程用时10min，最后加入砂子搅拌6min，倒入模具中，覆膜养护36h脱模。将脱模后的试件放置清水中养护3天，抗折试件尺寸为40mm×40mm×160mm棱柱体，然后进行抗折试验，试验后的试件进行抗压破坏，试验结束后测定超高性能混凝土抗折强度1，将强度测试后的超高性能混凝土放入异丙醇中浸泡，每七天为一个周期更换一次异丙醇，浸泡12个周期，将超高性能混凝土铺平，然后使用电磁铁通电并在铺平的超高性能混凝土材料上方2cm进行扫描，使得全部钢纤维吸起，然后将电磁铁放置到烧杯中断电，此时钢纤维被收集起来(见图3)，钢纤维形状发生变化，并且表面的镀铜层消除，将收集起来的钢纤维重新进行制备超高性能混凝土，方法同上述初次制备的超高性能混凝土，进行相同的养护和强度测试，得到抗折强度2，二者强度对比发现回收的钢纤维制备的水泥基材料仍具有较高的增强性能(见图4)。

Claims (2)

1.一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一：制备普通混凝土或超高性能混凝土：按照普通混凝土或超高性能混凝土的配合比设计，在此基础上，加入钢纤维，掺量为50-160kg/m3，同时加入硫铝酸钙类膨胀剂，掺量为胶凝材料质量的6％-12％，并取代同质量的胶凝材料；
步骤二：拆除后的钢纤维增强混凝土中钢纤维的回收
(1)将服役拆除后的钢纤维增强混凝土完全浸泡在无水乙醇或异丙醇中；
(2)浸泡时间以7天为一个周期，一个周期内更换一次浸泡的无水乙醇或异丙醇；
(3)经过若干次周期后，钢纤维能够完整的和纤维增强混凝土其他组份材料自然分离，浸泡的周期次数依据钢纤维增强混凝土的龄期而定；
(4)将浸泡后的钢纤维增强混凝土铺平，使用电压为24伏通电的电磁铁在铺平的纤维增强混凝土材料上方2-3cm呈S型扫描，此时钢纤维与钢纤维增强混凝土其他组份材料分离，被磁力吸起，将吸有钢纤维的电磁铁在收集钢纤维的容器内断电，此时钢纤维从电磁铁上脱落至容器内
步骤三：回收钢纤维的利用：使用回收起来的钢纤维重新制作钢纤维增强混凝土即可。
2.根据权利要求1所述的一种钢纤维增强混凝土中钢纤维回收再利用的方法，其特征在于：步骤一中，所述钢纤维为直型、端钩型或波浪形。
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JP2004298829A (ja) * 2003-04-01 2004-10-28 Iwasa Takashi 廃タイヤワイヤのリサイクル方法とリサイクルした鋼繊維
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