一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及环保建材领域，涉及一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料及其制备方法。
背景技术：
：随着国家经济的快速发展，基础设施建设及城镇化建设所需的商品混凝土体量巨大，由此，在商品混凝土搅拌站、搅拌运输车及施工现场都产生了相当数量未硬化废弃混凝土。收集于沉淀池中的未硬化废弃混凝土，通过水洗、筛分，可进一步获得石子、砂子及水泥浆废水。水泥浆废水因其高碱度难以直接排放，常通过压滤方式脱水形成干化水泥浆饼，用于场地填埋，造成资源浪费。用废弃商品混凝土分离所得的干化水泥浆制备高附加值的活性再生微粉，用作辅助胶凝材料，具有显著的经济和环境效益。为解决普通混凝土的脆性问题，一种高延性水泥基复合材料(ecc)迅速发展，此复合材料具有多重开裂行为和超高延性的纤维桥接作用，具备显著的应变硬化性能，混凝土材料的抗拉强度、变形能力和耐久性明显提升。但这种高延性水泥基材料有一半以上成分为水泥、粉煤灰或硅粉，这使得其制备成本较高，且由于大量水泥的掺入而不环保。因此，迫切需要发展一种生态友好且可持续发展的高延性水泥基复合材料。技术实现要素：(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料及其制备方法，解决了上述
背景技术：
中提出的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料及其制备方法，包括如下重量份的原料：一种利用碳化水泥浆粉制备高延性纤维水泥复合材料的制备方法，包括如下步骤(1)将废弃商品混凝土进行水洗、筛分及压滤，获得干化水泥浆饼；(2)将步骤(1)所得的干化水泥浆饼进行烘干、粗磨，获得水泥浆粉；(3)将步骤(2)经过粗磨的水泥浆粉在低湿增压碳化箱中快速充分碳化；(4)将步骤(3)经碳化的水泥浆粉进一步烘干，并充分研磨，制得碳化水泥浆粉；(5)将石英砂、碳化水泥浆粉、水泥、硅灰、纳米碳酸钙进行混合搅拌；(6)搅拌均匀后添加水、高效减水剂以及膨胀剂，继续搅拌；(7)待搅拌均匀后，添加超高分子量pet纤维搅拌至纤维均匀分布于基体；(8)将步骤(7)所得到的浆体倒入模具中利用高频机械振动成型。优选的，步骤(1)中的干化水泥浆饼的含水率为10～60％。优选的，步骤(2)中的干化水泥浆饼经过粗磨后，粒径≤150μm。优选的，步骤(3)中的低湿增压快速碳化的湿度为40-60％，温度为10-50℃，气压为0.01～0.5mpa，co2气体浓度为20～99.9％。优选的，步骤(4)中的水泥浆粉经精磨后粒径≤45μm。优选的，步骤(5)中的石英砂粒径范围为40～70目，且二氧化硅含量≥90％。优选的，步骤(7)中的超高分子量pet纤维长度为6～24mm，直径为10～80μm。优选的，步骤(5)-步骤(7)中搅拌顺序为先搅拌石英砂、碳化水泥浆粉、水泥、硅灰、纳米碳酸钙，之后掺水、高效减水剂以及膨胀剂搅拌，最后添加超高分子量pet纤维搅拌。优选的，步骤(5)中的搅拌时间≥0.5min；步骤(6)中的搅拌时间≥1min；步骤(7)中的拌合时间≥3min。(三)有益效果综上所述，本发明通过对废弃商品混凝土水洗、筛分、压滤等获得干化水泥浆饼，进一步经烘干、粗磨、碳化、再烘干、精磨等提升水泥浆粉的活性。所述的碳化水泥浆粉，减少了高延性水泥基材料所需的水泥用量，降低了其制备成本，减少了水泥生产的co2排放量和能源消耗，缓解了水泥生产所需石灰石资源日益短缺的问题；并且利用废弃商品混凝土制备碳化水泥浆粉，解决了废弃商品混凝土和水泥浆废水污染环境、处置困难等问题；同时，水泥浆粉的碳化处理，可吸收水泥生产所排放的co2气体。本发明研发的一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料，不仅可用作新建结构复杂受力部位、防开裂部位等，同时也可用作既有结构维修和加固材料，具有显著的环境、经济和社会效益。附图说明图1为本发明的技术路线图。具体实施方式参照图1对本发明一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料及其制备方法的实施例进一步说明。一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料及其制备方法，包括如下步骤：首先，将废弃商品混凝土进行水洗、筛分及压滤，获得干化水泥浆饼；进一步对干化水泥浆饼进行烘干、粗磨，获得水泥浆粉；在低湿增压碳化箱中对水泥浆粉快速充分碳化，进一步对其烘干和充分研磨，制得碳化水泥浆粉。之后，将石英砂、碳化水泥浆粉、水泥、硅灰、纳米碳酸钙进行混合搅拌；待搅拌均匀后，添加水、高效减水剂以及膨胀剂，继续搅拌；待再次搅拌均匀后，添加超高分子量pet纤维搅拌至纤维均匀分布于基体。最后，将碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合浆体倒入模具中利用高频机械振动成型。本发明中，由废弃商品混凝土制备所得的水泥浆粉，其化学成分主要为cao、sio2、al2o3、fe2o3等，与水泥类似，但水泥浆粉的矿物组成主要为水化硅酸钙(csh)、氢氧化钙(ch)及少量未水化水泥熟料，其水化活性低。水泥浆粉的碳化可生成碳酸钙和硅胶，当碳化水泥浆粉用作辅助胶凝材料时，硅胶可与氢氧化钙快速反应生成水化硅酸钙；而碳酸钙具有晶核效应和填充效应，可加速水化反应和细化孔径，同时具有形成单碳酸铝酸钙和稳定钙矾石的作用。因此，适量的碳化水泥浆粉可提升水泥基材料的强度。本发明优选的所述碳化水泥浆粉的精磨，通过增加其细度，进一步提升了碳化水泥浆粉的活性。本发明中，在高延性水泥基材料中掺入硅灰，不但能填充孔隙，增加密实度；还可以促进二次水化的产生，形成更多水化硅酸钙，有利于提高水泥基材料强度。本发明优选的超高分子量pet纤维既具有较高的强度及弹性模量，也具有柔性纤维所有具有的细度和密度，相比于一般纤维具有更强的纤维桥接性能以及极限拉伸强度，能够保证纤维拔出过程中不易被拉断，能够显著提升水泥基材料的抗拉强度和韧性。本发明优选的纳米碳酸钙具有填充效应、可以填充水泥基材料中的孔隙，增加密实度；且具有较高的化学活性，促进水化反应的进行，提升水泥基材料的强度；纳米碳酸钙具有晶核作用，可以与周围的水化产物键合，以纳米颗粒为晶核，形成水化硅酸钙凝胶，并且改善了水泥基材料的组织结构，形成以纳米碳酸钙为晶核的立方体网状结构，增加了水泥基材料的强度。以下是本发明在不同参数下的三个具体实施例：实施例1一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料及其制备方法。所需原材料包括：水泥100份；未碳化水泥浆粉100份；石英砂(含硅量≥90)120份；硅灰30份；水60份；超高分子量pet纤维2份；纳米碳酸钙1份；高效减水剂2份；膨胀剂0.5份。将碳化水泥浆粉研磨至45μm以下；将石英砂、碳化水泥浆粉、水泥、硅灰、纳米碳酸钙进行1min混合搅拌；搅拌均匀后添加水、高效减水剂以及膨胀剂，继续搅拌2min；待搅拌均匀后，最后添加超高分子量pet纤维搅拌均匀，时间为3min；最后，将所得到的浆体倒入模具中利用高频机械振动成型，制备“骨棒型”拉伸试件。经28d标准养护，测得碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料的强度和极限变形如表1所示。实施例2一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料及其制备方法。所需原材料包括：水泥100份；碳化水泥浆粉100份；石英砂(含硅量≥90)120份；硅灰30份；水60份；超高分子量pet纤维2份；纳米碳酸钙1份；高效减水剂2份；膨胀剂0.5份。将碳化水泥浆粉研磨至45μm以下；将石英砂、碳化水泥浆粉、水泥、硅灰、纳米碳酸钙进行1min混合搅拌；搅拌均匀后添加水、高效减水剂以及膨胀剂，继续搅拌2min；待搅拌均匀后，最后添加超高分子量pet纤维搅拌均匀，时间为3min；最后，将所得到的浆体倒入模具中利用高频机械振动成型，制备“骨棒型”拉伸试件。经28d标准养护，测得碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料的强度和极限变形如表1所示。实施例3一种碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料及其制备方法。所需原材料包括：水泥100份；碳化水泥浆粉100份；石英砂(含硅量≥90)120份；硅灰30份；水60份；超高分子量pet纤维3份；纳米碳酸钙1份；高效减水剂2份；膨胀剂0.5份。将碳化水泥浆粉研磨至45μm以下；将石英砂、碳化水泥浆粉、水泥、硅灰、纳米碳酸钙进行1min混合搅拌；搅拌均匀后添加水、高效减水剂以及膨胀剂，继续搅拌2min；待搅拌均匀后，最后添加超高分子量pet纤维搅拌均匀，时间为3min；最后，将所得到的浆体倒入模具中利用高频机械振动成型，制备“骨棒型”拉伸试件。经28d标准养护，测得碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料的强度和极限变形如表1所示。表1碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料性能性能实施例1实施例2实施例328d抗拉强度(mpa)6.237.568.02极限拉应变(％)5.145.596.78对比表1实施例1与2，发现水泥浆粉的碳化可显著提升28d抗拉强度；对比表1实施例2与3，发现增加超高分子量pet纤维掺量，可较大程度提升极限拉应变。由三个实施例可见，碳化水泥浆粉高延性纤维水泥复合材料的极限拉应变均超过了5％，显著提高了水泥基材料的变形性能。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页12