CN115093148A - 一种疏水再生材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑固废再利用技术领域，公开了一种疏水再生材料及其制备方法和应用。本发明采的疏水再生材料包括再生粘土砖粉和固体疏水料；所述固体疏水料占所述疏水再生材料质量的2％～5％。本发明疏水再生材料具有显著的超疏水功能。实现了废弃粘土砖的完全充分利用，解决了水泥基材料缺乏兼顾材料疏水性和结构耐久性的廉价无机材料技术难题，为建筑结构耐久性奠定了有效的混凝土材料基础。

Description

一种疏水再生材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑固废再利用技术领域，具体涉及一种疏水再生材料及其制备方法和应用。
背景技术
废弃粘土砖是建筑拆除垃圾中的重要组成。随着城市更新以及城镇化速度加快，需要拆除大批老旧建筑，由此产生大量无法得到有效利用的建筑固体废弃物。其中，废弃粘土砖(WCB)所占比在30％-50％之间。废弃粘土砖破碎后可用作细骨料替代河砂制备混凝土和砂浆。粘土砖还与粉煤灰的矿物含量极为相似，均是SiO2和Al2O3含量较多。粘土砖作为一种火山灰材料替代10％～50％水泥，有助于促进水泥水化过程中C-S-H和C-A-S-H凝胶的生成，从而提高水泥基材料制品的力学性能。但由于粘土砖来源复杂，不同来源的粘土砖活性也有较大的差异，因此粘土砖作为火山灰材料替代部分水泥并不能实现废弃粘土砖最大资源化利用率。
目前，建筑行业为了提高结构耐久性，多利用疏水涂料覆盖混凝土结构表面的技术方法以阻止外界侵蚀性物质渗入；或采用渗透结晶型掺和料提高混凝土密实度，降低孔隙率。然而，由于混凝土本身是一种不均质的多相无机材料，这些方案只能间接阻止外界水溶液渗入，而不能从根本上解决混凝土因吸水影响结构耐久性的技术难题。有研究提出通过掺入疏水性材料，使水泥基材料内部遍布疏水性孔隙，从而在水泥基材料内部呈现出疏水性，如采用硅氧烷材料，使水泥基材料呈现出一种极强的疏水性。但是，硅氧烷的掺入会导致水泥基材料中水泥颗粒被包裹，水化反应被抑制，后续强度发展受阻；并且硅氧烷的成本较高，使其难以在建筑行业中大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种疏水再生材料及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种疏水再生材料，包括再生粘土砖粉和固体疏水料；所述固体疏水料占所述疏水再生材料质量的2％～5％。
本发明的疏水再生材料包括建筑拆除所产生的废弃粘土砖颗粒和固体疏水料。固体疏水料的加入使得疏水再生材料粒径变化不大的情况下，其比表面积得到大幅增加，这将增加了再生粘土砖粉表面的孔隙度，从而改变了表面的粗糙度。再生粘土砖粉，固体疏水料在再生粘土砖粉表面的分布可显著提高砖粉的疏水性能，使得所述疏水再生材料具有显著的超疏水功能。
优选的，所述再生粘土砖粉的粒径为5μm～10μm；所述固体疏水料的粒径为0.5mm～1mm。
优选的，所述固体疏水材料为硬脂酸。
第二方面，本发明提供所述疏水再生材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃粘土砖颗粒粉碎，得再生粘土砖粉；
(2)将所得再生粘土砖粉和所述硬脂酸混合均匀；得混合料；
(3)将混合料粉碎，得疏水再生材料。
优选的，在所述步骤(1)中，所述粉碎采用球磨机，球磨速度为200rpm/min～400rpm/min、时间为3h～5h。
进一步的，所述球磨速度为300rpm/min、时间为4h。
优选的，在所述步骤(3)中，所述粉碎采用球磨机，球磨速度为200rpm/min～400rpm/min、时间为0.5h～4h。
进一步的，所述球磨速度为300rpm/min、时间为0.5h～1h。
第三方面，本发明提供一种水泥基体系防水内掺剂，包括所述的疏水再生材料。
第四方面，本发明将所述的疏水再生材料、所述的制备方法、所述的水泥基体系防水内掺剂在防水涂料中应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明疏水再生材料由房屋拆迁中所产生的废弃粘土砖颗粒和固体疏水料，具有显著的超疏水功能。实现了废弃粘土砖的完全充分利用，解决了水泥基材料缺乏兼顾材料疏水性和结构耐久性的廉价无机材料技术难题，提高了废弃粘土砖高效资源化利用价值，增强了水泥基材料的疏水性能和水化反应性能，从而为建筑结构耐久性奠定了有效的混凝土材料基础，具有十分明显的社会经济效益。
附图说明
图1为疏水再生材料的制备流程示意图。
图2为实施例1的疏水再生材料的微观形貌SEM图。
图3为实施例1的疏水再生材料的接触角随硬脂酸掺量的变化统计图。
图4为实施例2的疏水再生材料(硬脂酸掺量4％且球磨时间1h)与废弃粘土砖粉的FTIR图。
图5为实施例2的疏水再生材料的接触角随硬脂酸掺量的变化统计图。
图6为实施例3的疏水再生材料的接触角随硬脂酸掺量的变化统计图。
图7为实施例4的疏水再生材料的接触角随硬脂酸掺量的变化统计图。
图8为实施例5的疏水再生材料的接触角随硬脂酸掺量的变化统计图。
图9为实施例6的疏水再生材料的接触角随硬脂酸掺量的变化统计图。
图10为实施例7的疏水再生材料的接触角随硬脂酸掺量的变化统计图。
图11为实施例8的疏水再生材料的接触角随硬脂酸掺量的变化统计图。
图12为硬脂酸掺量为4％的疏水再生材料随球磨时间的接触角变化统计图。
图13为疏水再生材料的比表面积随球磨时间的变化统计图。
图14为疏水再生材料及再生粘土砖粉的粒径分布图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例中所用的废弃粘土砖颗粒先在100℃的鼓风式干燥箱内放置至其质量无明显变化。
实施例1：一种疏水再生材料
所述疏水再生材料的制备方法具体为：
(1)将废弃粘土砖颗粒放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为4h；得再生粘土砖粉；
(2)将再生粘土砖粉和硬脂酸按98:2、97:3、96:4、95:5的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料；
(3)将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为0.5h；得疏水再生材料；
(4)将不同比例的疏水再生材料进行分装，即成。
通过表面张力仪进行接触角测试；通过扫描电镜观察微貌；通过傅立叶变换红外吸收光谱仪测试分析红砖粉与固体疏水材料之间化学键结合情况。
如图2所示，从疏水再生材料的微观图像可以看出，硬脂酸的加入对再生粘土砖粉的粗糙度有了很大的提升，硬脂酸在再生粘土砖粉表面的分布可显著提高再生粘土砖粉的疏水性能。
实施例1所制备的疏水再生材料的接触角如表1所示：
表1接触角
混合物比例 98：2 97:3 96:4 95:5
接触角 139.1 141.8 153.9 147.0
如图3所示，混合料球磨时间为0.5h时，疏水再生材料接触角的变化呈现一种先增后减的趋势。
实施例2：一种疏水再生材料
所述疏水再生材料的制备方法具体为：
(1)将废弃粘土砖颗粒放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为4h；得再生粘土砖粉；
(2)将再生粘土砖粉和硬脂酸按98:2、97:3、96:4、95:5的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料；
(3)将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为1h；得疏水再生材料；
(4)将不同比例的疏水再生材料进行分装，即成。
利用扫描电镜，接触角测试仪以及傅里叶红外光谱等仪器设备对获取的疏水再生材料的性能进行测试及表征。从疏水再生材料的微观图像可以看出，硬脂酸的加入对再生粘土砖粉的粗糙度有了很大的提升，硬脂酸在再生粘土砖粉表面的分布可显著提高砖粉的疏水性能。
疏水再生材料的FTIR如图4所示，表征了砖粉经过再生改性后的表面化学特性，其材料表面能大大降低。
实施例2所制备的疏水再生材料的接触角如表2所示：
表2接触角
混合物比例 98：2 97:3 96:4 95:5
接触角 140.6 144.3 154.3 146.4
如图5所示，混合料球磨时间为1h时，疏水再生材料接触角的变化呈现一种先增后减的趋势。
实施例3：一种疏水再生材料
所述疏水再生材料的制备方法具体为：
(1)将废弃粘土砖颗粒放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为4h；得再生粘土砖粉；
(2)将再生粘土砖粉和硬脂酸按98:2、97:3、96:4、95:5的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料；
(3)将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为1.5h；得疏水再生材料；
(4)将不同比例的疏水再生材料进行分装，即成。
利用扫描电镜，接触角测试仪以及傅里叶红外光谱等仪器设备对获取的疏水再生材料的性能进行测试及表征。从疏水再生材料的微观图像可以看出，硬脂酸的加入对再生粘土砖粉的粗糙度有了很大的提升，硬脂酸在再生粘土砖粉表面的分布可显著提高砖粉的疏水性能。
实施例3所制备的疏水再生材料的接触角如表3所示：
表3接触角
混合物比例 98：2 97:3 96:4 95:5
接触角 137.6 141.5 149.4 144.3
如图6所示，混合料球磨时间为1.5h时，疏水再生材料接触角的变化呈现一种先增后减的趋势。
实施例4：一种疏水再生材料
所述疏水再生材料的制备方法具体为：
(1)将废弃粘土砖颗粒放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为4h；得再生粘土砖粉；
(2)将再生粘土砖粉和硬脂酸按98:2、97:3、96:4、95:5的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料；
(3)将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为2h；得疏水再生材料；
(4)将不同比例的疏水再生材料进行分装，即成。
利用扫描电镜，接触角测试仪以及傅里叶红外光谱等仪器设备对获取的疏水再生材料的性能进行测试及表征。从疏水再生材料的微观图像可以看出，硬脂酸的加入对再生粘土砖粉的粗糙度有了很大的提升，硬脂酸在再生粘土砖粉表面的分布可显著提高砖粉的疏水性能。
实施例4所制备的疏水再生材料的接触角如表4所示：
表4接触角
混合物比例 98：2 97:3 96:4 95:5
接触角 137 140.5 148.3 139.2
如图7所示，混合料球磨时间为2h时，疏水再生材料接触角的变化呈现一种先增后减的趋势。
实施例5：一种疏水再生材料
所述疏水再生材料的制备方法具体为：
(1)将废弃粘土砖颗粒放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为4h；得再生粘土砖粉；
(2)将再生粘土砖粉和硬脂酸按98:2、97:3、96:4、95:5的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料；
(3)将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为2.5h；得疏水再生材料；
(4)将不同比例的疏水再生材料进行分装，即成。
利用扫描电镜，接触角测试仪以及傅里叶红外光谱等仪器设备对获取的疏水再生材料的性能进行测试及表征。从疏水再生材料的微观图像可以看出，硬脂酸的加入对再生粘土砖粉的粗糙度有了很大的提升，硬脂酸在再生粘土砖粉表面的分布可显著提高砖粉的疏水性能。
实施例5所制备的疏水再生材料的接触角如表5所示：
表5接触角
混合物比例 98：2 97:3 96:4 95:5
接触角 136.9 139 147.9 137.0
如图8所示，混合料球磨时间为2.5h时，疏水再生材料接触角的变化呈现一种先增后减的趋势。
实施例6：一种疏水再生材料
所述疏水再生材料的制备方法具体为：
(1)将废弃粘土砖颗粒放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为4h；得再生粘土砖粉；
(2)将再生粘土砖粉和硬脂酸按98:2、97:3、96:4、95:5的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料；
(3)将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为3h；得疏水再生材料；
(4)将不同比例的疏水再生材料进行分装，即成。
利用扫描电镜，接触角测试仪以及傅里叶红外光谱等仪器设备对获取的疏水再生材料的性能进行测试及表征。从疏水再生材料的微观图像可以看出，硬脂酸的加入对再生粘土砖粉的粗糙度有了很大的提升，硬脂酸在再生粘土砖粉表面的分布可显著提高砖粉的疏水性能。
实施例6所制备的疏水再生材料的接触角如表6所示：
表6接触角
混合物比例 98：2 97:3 96:4 95:5
接触角 136.8 138.2 141.8 135.4
如图9所示，混合料球磨时间为3h时，疏水再生材料接触角的变化呈现一种先增后减的趋势。
实施例7：一种疏水再生材料
所述疏水再生材料的制备方法具体为：
(1)将废弃粘土砖颗粒放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为4h；得再生粘土砖粉；
(2)将再生粘土砖粉和硬脂酸按98:2、97:3、96:4、95:5的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料；
(3)将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为3.5h；得疏水再生材料；
(4)将不同比例的疏水再生材料进行分装，即成。
利用扫描电镜，接触角测试仪以及傅里叶红外光谱等仪器设备对获取的疏水再生材料的性能进行测试及表征。从疏水再生材料的微观图像可以看出，硬脂酸的加入对再生粘土砖粉的粗糙度有了很大的提升，硬脂酸在再生粘土砖粉表面的分布可显著提高砖粉的疏水性能。
实施例7所制备的疏水再生材料的接触角如表7所示：
表7接触角
混合物比例 98：2 97:3 96:4 95:5
接触角 134.9 137.2 138.5 133.4
如图10所示，混合料球磨时间为3.5h时，疏水再生材料接触角的变化呈现一种先增后减的趋势。
实施例8：一种疏水再生材料
所述疏水再生材料的制备方法具体为：
(1)将废弃粘土砖颗粒放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为4h；得再生粘土砖粉；
(2)将再生粘土砖粉和硬脂酸按98:2、97:3、96:4、95:5的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料；
(3)将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为4h；得疏水再生材料；
(4)将不同比例的疏水再生材料进行分装，即成。
利用扫描电镜，接触角测试仪以及傅里叶红外光谱等仪器设备对获取的疏水再生材料的性能进行测试及表征。从疏水再生材料的微观图像可以看出，硬脂酸的加入对再生粘土砖粉的粗糙度有了很大的提升，硬脂酸在再生粘土砖粉表面的分布可显著提高砖粉的疏水性能。
实施例8所制备的疏水再生材料的接触角如表8所示：
表8接触角
混合物比例 98：2 97:3 96:4 95:5
接触角 133.1 136 137.4 130.7
如图11所示，混合料球磨时间为4h时，疏水再生材料接触角的变化呈现一种先增后减的趋势。
实施例1-8中硬脂酸掺量为4％的疏水再生材料随球磨时间的接触角变化如图12所示。
对比例1：一种疏水再生材料
与实施例1的不同之处在于：
在步骤(2)中，将再生粘土砖粉和硬脂酸按99.5:0.5的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料。
对比例2：一种疏水再生材料
与实施例1的不同之处在于：
在步骤(2)中，将再生粘土砖粉和硬脂酸按92:8的质量比分别进行称量，混合和拌匀；得混合料。
对比例3：一种疏水再生材料
与实施例1的不同之处在于：
在步骤(3)中，将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为0.1h；得疏水再生材料。
对比例4：一种疏水再生材料
与实施例1的不同之处在于：
在步骤(3)中，将混合料放入球磨机中，控制球磨速度为300rpm/min、球磨时间为6h；得疏水再生材料。
对比例1-4所制备的疏水再生材料的接触角如表9所示：
表9接触角
对比例 1 2 3 4
接触角 83.2 103.2 75.2 117.3
综上，本发明的疏水再生材料包括再生粘土砖粉和固体疏水材料，其中再生粘土砖粉的粒径为5μm～10μm，由粒径5mm～15mm的废弃粘土砖颗粒经球磨而成；固体疏水材料的粒径为0.5mm～1mm。所述固体疏水材料占再生粘土砖粉的质量百分比为2％～5％；所述固体疏水材料包括球状硬脂酸。本发明的疏水再生材料可作为水泥基体系防水内掺剂。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的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实质和范围。

Claims (10)

1.一种疏水再生材料，其特征在于，包括再生粘土砖粉和固体疏水料；所述固体疏水料占所述疏水再生材料质量的2％～5％。
2.根据权利要求1所述的疏水再生材料，其特征在于，所述再生粘土砖粉的粒径为5μm～10μm；所述固体疏水料的粒径为0.5mm～1mm。
3.根据权利要求1所述的疏水再生材料，其特征在于，所述固体疏水材料为硬脂酸。
4.权利要求1～3任一项权利要求所述疏水再生材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废弃粘土砖颗粒粉碎，得再生粘土砖粉；
(2)将所得再生粘土砖粉和所述硬脂酸混合均匀；得混合料；
(3)将混合料粉碎，得疏水再生材料。
5.根据权利要求4所述的疏水再生材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述粉碎采用球磨机，球磨速度为200rpm/min～400rpm/min、时间为3h～5h。
6.根据权利要求5所述的疏水再生材料的制备方法，其特征在于，所述球磨速度为300rpm/min、时间为4h。
7.根据权利要求4所述的疏水再生材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述粉碎采用球磨机，球磨速度为200rpm/min～400rpm/min、时间为0.5h～4h。
8.根据权利要求7所述的疏水再生材料的制备方法，其特征在于，所述球磨速度为300rpm/min、时间为0.5h～1h。
9.一种水泥基体系防水内掺剂，其特征在于，包括权利要求1所述的疏水再生材料。
10.权利要求1～3任一项权利要求所述的疏水再生材料、权利要求4～8任一项权利要求所述的制备方法、权利要求9所述的水泥基体系防水内掺剂在防水涂料中的应用。
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