一种聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料及其制备方法与流程

文档序号:25543923发布日期:2021-06-18 20:41
一种聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料及其制备方法与流程
本发明涉及建筑材料中的赤泥基地聚合物材料领域,具体是一种聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料及其制备方法。
背景技术
:赤泥是氧化铝生产过程中排出的工业废料,因呈赤色泥土状而得名。据统计,每生产1吨氧化铝就会产生1~2吨赤泥,目前全球赤泥累计排放量已超过27亿吨。由于赤泥内部碱性较高且含有较多重金属,其利用率一直较低。地聚合物是由碱激发剂和硅铝酸盐原料反应形成的新型无机胶凝材料。以赤泥为原料制备赤泥基地聚合物是解决赤泥堆积最有效的方式之一。然而与大多数陶瓷材料一样,赤泥基地聚合物存在韧性小、抗折强度低及干燥收缩大等主要缺陷,这将阻碍地聚合物推广应用。聚丙烯纤维是一种合成纤维,具有价格低、强度高、韧性好、易分散和耐腐蚀等优点。在地聚合物中掺入聚丙烯纤维可有效改善这些缺陷,提高赤泥基地聚合物性能,扩大其适用范围,对实现赤泥基地聚合物的实际工程应用具有积极的推动作用。技术实现要素:本发明为了解决赤泥基地聚合物存在的韧性小、抗折强度低及干燥收缩大等问题,提供了一种聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料及其制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的:一种聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料,是由下列重量份的原料构成的,600~800份拜耳法赤泥、200~400份煤系偏高岭土、750~850份碱激发剂、2~8份聚丙烯纤维;所有原料中总的si/al为1.2,na/al为1.0,水与固体质量比值为0.5;其中聚丙烯纤维的长度大于等于6mm,直径为30μm~35μm。作为本发明技术方案的进一步改进,所述拜耳法赤泥的平均粒径为2.64μm,比表面积为2270m2/kg。作为本发明技术方案的进一步改进,所述煤系偏高岭土平均粒径为1.34μm,比表面积为4480m2/kg。作为本发明技术方案的进一步改进,所述碱激发剂由蒸馏水、氢氧化钠和水玻璃溶液混合而成。作为本发明技术方案的进一步改进,所述水玻璃的模数为3.0~3.3,所述水玻璃中sio2的含量大于等于20%,na2o的含量大于等于8%。作为本发明技术方案的进一步改进,所述聚丙烯纤维抗拉强度为460mpa,弹性模量为3.5gpa,极限拉伸率为30%。为了清除的说明本发明所述聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料,本发明进一步提供了一种聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料的制备方法,包括如下步骤:(1)利用高压气枪产生的高速气体将成团的聚丙烯纤维充分吹散;(2)按照重量份数准确称取拜耳法赤泥和煤系偏高岭土加入到砂浆搅拌机中充分搅拌2min,加入聚丙烯纤维,搅拌2min,待纤维分散均匀后,加入碱激发剂,继续搅拌3min,形成混合均匀的纤维增强地聚合物浆料;(3)将纤维增强地聚合物浆料浇筑到钢模中,在振动台上振捣1min,之后用保鲜膜对模具进行密封并在室温下固化24h后脱模;(4)将脱模后的纤维增强地聚合物置于标准养护箱中养护至28d,即得到聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料。本发明与现有技术相比,具有如下有益效果在于:(1)本发明能够大规模利用工业废弃物赤泥制备地聚合物胶凝材料,实现资源化利用工业废弃物。(2)本发明解决了赤泥基地聚合物抗折强度低、韧性小、干燥收缩大等关键问题。这可归因于聚丙烯纤维的桥接能力以及与地聚合物基质牢固的粘接,制备的纤维增强地聚合物材料的28d的最高抗折强度比不掺纤维的地聚合物提高了27.0%;受压脆性破坏情况显著改善,韧性增强且存在明显的残余强度;90d的干燥收缩最多减小了58.3%。(3)本发明制备过程在常温常压下进行,制备过程绿色环保。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是对比例1中不掺纤维的赤泥基地聚合物与本发明的实施例1中一种聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物受压破坏形态的对比示意图。图2是本发明所述一种聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料的制备方法的流程图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。本发明所使用的原料和器械:拜耳法赤泥:取自山西河津某铝厂,平均粒径为2.64μm,比表面积为2270m2/kg,主要化学成分为sio2、al2o3、cao、na2o和fe2o3。煤系偏高岭土:产自山西忻州金宇工贸有限公司,平均粒径为1.34μm,比表面积为4480m2/kg,主要化学成分为sio2和al2o3。碱激发剂:是由蒸馏水70质量份、氢氧化钠80质量份、水玻璃溶液640质量份组成的。其中,氢氧化钠为分析纯,纯度大于等于94%。水玻璃的模数为3.0~3.3,所述水玻璃中sio2的质量百分比含量大于等于20%,na2o的质量百分比含量大于等于8%。聚丙烯纤维:长度大于等于6mm,直径为30μm~35μm,抗拉强度为460mpa、弹性模量为3.5gpa、极限拉伸率为30%。高压气枪:鑫磊压缩机股份有限公司,型号:zb-0.14/8;其中,本发明对高压气枪产生的高速气体的流速并不特别限定,只要能够将成团的聚丙烯纤维充分吹散即可。本发明中抗压强度、抗折强度及收缩测试标准如下:将用于抗压、抗折测试的试块置于标准养护箱中养护至28d;根据中华人民共和国行业标准gj/t70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》,使用万能试验机测试聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物试块的抗压强度和抗折强度。将用于收缩测试的试块标准养护3d后,记录初始长度,之后放入温度为20±2℃,相对湿度为60±5%的干燥箱中。根据中华人民共和国建材行业执行标准jct603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》,使用数字千分表记录测试聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物干燥收缩情况。本发明提供的聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料的制备方法,包括如下步骤:(1)利用高压气枪产生的高速气体将成团的聚丙烯纤维充分吹散;(2)按照重量份数准确称取拜耳法赤泥和煤系偏高岭土加入到砂浆搅拌机中充分搅拌2min,加入聚丙烯纤维,搅拌2min,待纤维分散均匀后,加入碱激发剂,继续搅拌3min,形成混合均匀的纤维增强地聚合物浆料;(3)将纤维增强地聚合物浆料浇筑到40mm×40mm×160mm钢模中,在振动台上振捣1min,之后用保鲜膜对模具进行密封并在室温下固化24h后脱模;(4)将脱模后的纤维增强地聚合物置于标准养护箱中养护至28d,即得到聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料。在上述制备方法中,所有原料中总的si/al(摩尔比)为1.2,na/al(摩尔比)为1.0,水与固体质量比值为0.5。在本发明中,所述拜耳法赤泥的重量份为600~800份,优选重量份为650~750份,更优选为700份。所述煤系偏高岭土的重量份为200~400份,优选重量份为250~350份,更优选为300份。所述碱激发剂的重量份为750~850份,优选重量份为780~800份,更优选为790份。所述聚丙烯纤维的重量份为2~8份,优选为3~6份,更优选为4份。本发明所提供的聚丙烯纤维增强赤泥基地聚合物材料解决了赤泥基地聚合物抗折强度低、韧性小、干燥收缩大等关键问题。经过实验证明,聚丙烯纤维能够提升地聚合物的抗折强度,增强韧性,而且能够有效降低干燥收缩率。另外,试验表明,只有当聚丙烯纤维长度大于等于6mm时才能有效提升聚合物的地聚合物的抗折强度,增强韧性,而且能够有效降低干燥收缩率。为了更清楚的说明本发明,本发明提供了如下实施例进行说明。实施例1:配方:准备700份拜耳法赤泥、300份煤系偏高岭土、蒸馏水70份、氢氧化钠80份、水玻璃溶液640份,聚丙烯纤维4份。其中,聚丙烯纤维长度9mm。制备试样:将拜耳法赤泥和煤系偏高岭土混合料倒入砂浆搅拌机中充分混合2min;加入分散好的聚丙烯纤维搅拌2min,再将碱激发剂加入,搅拌3min,转速150r/min,形成混合均匀的浆体,将浆体装入40mm×40mm×160mm的钢模中。在砂浆振动台上振实,用刮板刮平,室温下静置24h成型,得到地聚合物胶凝材料。实施例2:配方:准备700份拜耳法赤泥、300份煤系偏高岭土、蒸馏水70份、氢氧化钠80份、水玻璃溶液640份,聚丙烯纤维6份。其中,聚丙烯纤维长度12mm。试块制备与测试过程同于实施例1。对比例1:以不掺聚丙烯纤维的赤泥基地聚合物作为对照组1,除了聚丙烯纤维,配方和试块制备及测试过程同实施例1。该地聚合物抗压强度为45.80mpa,峰值应变2.66%,基本无残余强度;抗折强度为4.56mpa,90d干燥收缩值为19.2mm/m。对比例2:以聚丙烯纤维长度为3mm的赤泥基地聚合物作为对照组2,除了聚丙烯纤维,配方和试块制备及测试过程同实施例1。该地聚合物抗压强度为43.35mpa,峰值应变2.95%,残余强度5.7mpa;抗折强度为4.73mpa,90d干燥收缩值为16.3mm/m。实施例和对比例的地聚合物在28d龄期下的抗压测试结果如表1所示。表1项目实施例1实施例2对比例1对比例2抗压强度/mpa42.2938.1745.8043.35峰值应变/%3.563.232.662.95残余强度/mpa18.9813.72无5.7实施例和对比例的地聚合物在28d龄期下的抗折测试结果如表2所示。表2项目实施例1实施例2对比例1对比例2抗折强度/mpa5.795.394.564.73实施例和对比例的地聚合物的90d干燥收缩值如表3所示。表3经过对比表明:实施例1制备的纤维增强赤泥基地聚合物力学性能优异,与不掺聚丙烯纤维的地聚合物相比,抗压强度虽略微降低,但峰值应变增大33.8%,残余强度大于18mpa,表明其脆性破坏问题得到显著改善,抗折强度提高了27.0%,同时一定程度减小了赤泥基地聚合物干燥收缩;实施例2掺入聚丙烯纤维对减小赤泥基地聚合物的干燥收缩更有效果,与不掺聚丙烯纤维的地聚合物相比,干燥收缩降低了58.3%,同时一定程度提高了抗折强度,增大了赤泥基地聚合物的韧性。实施例2中采用聚丙烯纤维长度为12mm,对比例2中采用聚丙烯纤维长度为3mm,两者对比,表明聚丙烯纤维的长度过小对减小赤泥基地聚合物干燥收缩的效果不明显。在优选的两种配比基础上,合理调整聚丙烯纤维的掺量和长度,可满足不同工况下对地聚合物性能的要求。上述实施例所制备的纤维增强地聚合物将赤泥作为主要原材料,变废为宝,有效地利用了工业废弃物,另一方面选用的聚丙烯纤维与地聚合物基质的粘结性能好,保证了材料的优良性能,并且聚丙烯纤维较其他增强纤维价格低廉,降低了纤维增强地聚合物的制备成本,有利于其推广应用。聚丙烯纤维增强地聚合物的整个制备过程工艺简单、低碳环保、有利于生态环境的保护。以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本
技术领域
的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页12
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