废弃混杂纤维增强大掺量再生PET塑料骨料砂浆的制备方法与流程

废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆的制备方法
技术领域
1.本发明涉及建筑工程环保材料技术领域，特别涉及一种废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆的制备方法。


背景技术：

2.在过去的50年中，塑料由于具有低成本、易成型、疏水和生物惰性等特性而得到广泛应用；同时塑料已被广泛用于替代传统材料，如木材、玻璃和金属等。正因如此，全球塑料生产得到了大幅增加，导致产生了大量与塑料有关的废弃物。如果这些塑料没有被回收利用，那么这既是对石油资源的一种浪费，同时由于塑料需要长达数百年才能降解，对环境也会造成巨大影响。
3.因此，废弃塑料的处理是人类急需解决的问题。而当前，对于废弃塑料比较普遍的处理方式是填埋、焚烧和回收。相较于填埋和焚烧，回收是最经济环保的一种方式。因为填埋在地下的塑料废物不仅会占用场地，而且会污染地下水；焚烧虽然可以消除塑料废物占用的空间，但焚烧产生的气体对空气的污染却较为严重。而我国随着经济的快速发展，产生的塑料废弃物也与日俱增，仅在2019年的塑料废弃物就高达6.3万吨。随着环保意识的提高，亟需尽快高效地对大量废弃塑料进行资源化处置。
4.建筑行业对资源的消耗，以及废弃物的产生量都极为巨大，骨料约占混凝土体积的65％～80％，生产大量混凝土以供全球消费，需要大量的细骨料和粗骨料。而有学者提出在制备混凝土中，使用塑料废料制备成的骨料，可以消除大量塑料废弃物。这种方法不仅可以解决与骨料开采和废物处置有关的环境问题，而且也可解决建筑工地缺乏骨料的问题。因此，将废弃塑料破碎成颗粒，直接掺入到水泥基材料中，用以替代粗骨料或细骨料制备“绿色混凝土”已成为机遇。另一方面，将塑料骨料代替天然骨料可降低混凝土的密度，而减轻混凝土重量是建筑行业的关键目标，轻质混凝土的使用具有许多优势，例如降低成本、减少处理和制造时间等。另外，再生塑料骨料混凝土在隔热和降噪方面具有突出的优势，还可以明显改善混凝土的韧性以及抗冲击性能。
5.但是，将塑料骨料掺入到水泥基材料中会降低其力学性能和耐久性能。如何有效的减少塑料废弃物，以及利用其它废弃资源实现“以废治废”，得到性能较好的塑料骨料水泥基材料，是实现可持续发展的重要问题。


技术实现要素：

6.本发明为了解决现有再生塑料骨料水泥基材料所存在的上述技术问题，提供了一种废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆的制备方法，它具有能够资源化再利用、骨料有保障、重量较轻、力学性能较好和耐久性能较高的特点。
7.本发明的目的是针对现有塑料骨料水泥基材料所存在的技术问题，以及较大范围的消耗废弃塑料和有效利用废弃纤维，将废弃钢纤维、废弃pet/pa6纤维加入大掺量再生pet塑料骨料砂浆中，提高其耐久性、抗压强度、抗弯强度、韧性、隔热及降噪等性能；在环保
节能的前提下，提出一种能够改善大掺量再生pet塑料骨料砂浆力学性能及物理性能，且价格低廉的改性再生塑料骨料水泥基材料。
8.本发明的技术方案：废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆的制备方法，包括以下步骤，
9.(a)取废弃pet/pa6复合纤维加工成短纤维；
10.(b)取废弃塑料瓶加工成再生pet塑料骨料；
11.(c)取废弃钢纤维、天然砂、水泥和水，与短纤维和再生pet塑料骨料按比例混合并搅拌。
12.本发明通过添加由废弃pet/pa6复合纤维制成的短纤维，可有效改善再生塑料骨料水泥基材料力学性能较差的问题，提高了再生塑料骨料水泥基材料的韧性和延性，获得了较高的抗压和抗弯强度，提高其抗冲击性能以及阻尼耗能；本发明通过选用废弃塑料瓶，将废弃塑料瓶经回收处理后，制成再生pet塑料骨料加入到水泥基材料中，不仅能大规模减少塑料废弃物，还能弥补当前天然砂骨料不足的问题；本发明中制成的再生pet塑料骨料由于其自身具有密度低、弹性好、强度高以及耐磨等特点，用其取代部分天然砂，实现资源再利用，可制备出质量轻、塑性好、保温隔热和降噪性能良好的水泥基材料；本发明中由于塑料自身的粘弹性和塑料与水泥基体相接触的薄弱界面特性相互协同作用，使得本发明具有了较高的阻尼耗能；本发明通过加入废弃钢纤维，此时废弃钢纤维和短纤维就成为了混杂掺入的方式，这种混杂掺入可更有效改善再生塑料骨料水泥基材料耐久性较差的问题，同时也可改善再生塑料骨料砂浆的抗氯离子渗透性能和干燥收缩率；添加废弃pet/pa6复合纤维和废弃钢纤维，也具有了废弃资源再利用的节能环保特性。
13.作为优选，所述步骤(a)中的短纤维为将废弃pet/pa6复合纤维剪切后制得；所述短纤维的长度为10mm～20mm；所述短纤维的长径比为300～450；所述短纤维的抗拉强度120mpa～180mpa。通过添加废弃pet/pa6复合纤维，能有效地提高水泥基材料的弯曲韧性、抗弯强度、抗压强度和抗冲击等性能，另外也可以提高其耐久性能。
14.作为优选，所述短纤维的长度为13mm～17mm；所述短纤维的长径比为330～420；所述短纤维的抗拉强度135mpa～152mpa。更优选，所述短纤维的长径比为350～384。
15.作为优选，所述步骤(b)中的将废弃塑料瓶加工成再生pet塑料骨料，包括以下步骤，
16.(b1)将废弃塑料瓶进行分拣处理，得到pet材质的塑料瓶；
17.(b2)将pet材质的塑料瓶进行清洗和去标签处理；
18.(b3)将清洗和去标签处理后的pet材质塑料瓶通过粉碎机粉碎，得到片状再生pet塑料骨料；
19.(b4)将片状再生pet塑料骨料进行清洗和去杂质处理；
20.(b5)将清洗和去杂质处理后的片状再生pet塑料骨料进行干燥处理，即制得再生pet塑料骨料成品。
21.再生pet塑料骨料具有密度低、弹性好、强度高以及耐磨等特点，用其取代天然砂可制备出质量轻、塑性好、保温隔热和降噪性能良好的水泥基材料，若能将其应用于水泥基材料当中取代自然砂，不仅能大规模减少塑料废弃物，还能弥补当前天然砂不足的问题。
22.作为优选，所述片状再生pet塑料骨料的长度为0.1mm～5mm。更优选，所述片状再
生pet塑料骨料的长度为0.5mm～3mm。更优选，所述片状再生pet塑料骨料的长度为1mm～2mm。
23.作为优选，所述天然砂、水泥、水和再生pet塑料骨料的质量比为(1～1.66):1:0.41:0.35；所述废弃钢纤维用量为天然砂、水泥、水和再生pet塑料骨料混合体积总量的0.5％～1.5％；所述短纤维用量为天然砂、水泥、水和再生pet塑料骨料混合体积总量的0.1％～0.3％。各组分比例的限定，使得最终制成的砂浆综合性能更好。其中，将废弃钢纤维、废弃pet/pa6复合纤维、再生pet塑料骨料、天然砂、水泥和水按比例搅拌后，制备成废弃混杂纤维增强的大掺量再生pet塑料骨料砂浆见表1。
24.作为优选，所述废弃钢纤维为波纹型废弃钢纤维；所述废弃钢纤维的长度为15mm～25mm；所述废弃钢纤维的长径比为35～50；所述废弃钢纤维的抗拉强度600mpa～1000mpa。通过对废弃钢纤维改性，能有效地提高水泥基材料的弯曲韧性、抗弯强度、抗压强度和抗冲击等性能，另外也可以提高其耐久性能。
25.作为优选，所述废弃钢纤维的长度为20mm～23mm；所述废弃钢纤维的长径比为40～45；所述废弃钢纤维的抗拉强度700mpa～900mpa。
26.作为优选，所述废弃钢纤维的长度为21mm～22mm；所述废弃钢纤维的长径比为42～44；所述废弃钢纤维的抗拉强度750mpa～850mpa。
27.作为优选，所述步骤(c)中物料的混合包括以下步骤，
28.(c1)将再生pet塑料骨料、天然砂和水泥按比例称取后混合并搅拌；
29.(c2)在步骤(c1)中的混合物料中，加入按比例称取的废弃pet/pa6纤维后搅拌；
30.(c3)在步骤(c2)中的混合物料中，加入按比例称取的废弃钢纤维后搅拌；
31.(c4)在步骤(c3)中的混合物料中，加入按比例称取的水和适量减水剂后搅拌；
32.(c5)将步骤(c4)中制得的砂浆装入成型模具；
33.(c6)将步骤(c5)中的成型模具放入振捣台中振捣；
34.(c7)将步骤(c6)成型模具中振捣完成的砂浆自然养护至少一天；
35.(c8)将步骤(c7)成型模具中自然养护完成的砂浆进行脱膜处理；
36.(c9)将步骤(c8)中脱膜得到的试样放入标准养护室养护至少28天；
37.(c10)对步骤(c9)中养护完成的试样进行性能测试。其中，废弃混杂纤维增强的大掺量再生pet塑料骨料砂浆试件性能见表2。
38.本发明将不连续的短纤维以及废弃钢纤维，先后均匀乱向分布于混凝土中，分散的废弃短纤维，能阻碍前期混凝土中水泥水化微裂纹的产生；废弃钢纤维的存在，能够阻碍混凝土在受力过程中宏观裂纹的产生和发展；本发明将两种纤维按一定比例混合，可有效改善水泥基材料的脆性特征，使其呈现出较高的抗裂性和较好的韧性与延性，提高其抗压强度、抗弯强度、抗冲击性能以及耐久性能。
39.作为优选，所述废弃pet/pa6复合纤维为化纤厂生产过程中产生的废弃pet/pa6复合纤维；所述废弃塑料瓶为回收的废弃塑料瓶；所述再生pet塑料骨料砂浆的强度范围为c20～c60。
40.本发明具有如下有益效果：
41.(1)通过添加由废弃pet/pa6复合纤维制成的短纤维，可有效改善再生塑料骨料水泥基材料力学性能较差的问题，提高了再生塑料骨料水泥基材料的韧性和延性，获得了较
高的抗压和抗弯强度，提高其抗冲击性能以及阻尼耗能；
42.(2)通过选用废弃塑料瓶，将废弃塑料瓶经回收处理后，制成再生pet塑料骨料加入到水泥基材料中，不仅能大规模减少塑料废弃物，还能弥补当前天然砂骨料不足的问题；
43.(3)制成的再生pet塑料骨料由于其自身具有密度低、弹性好、强度高以及耐磨等特点，用其取代部分天然砂，实现资源再利用，可制备出质量轻、塑性好、保温隔热和降噪性能良好的水泥基材料；
44.(4)由于塑料自身的粘弹性和塑料与水泥基体相接触的薄弱界面特性相互协同作用，使得本发明具有了较高的阻尼耗能；
45.(5)通过加入废弃钢纤维，此时废弃钢纤维和短纤维就成为了混杂掺入的方式，这种混杂掺入可更有效改善再生塑料骨料水泥基材料耐久性较差的问题，同时也可改善再生塑料骨料砂浆的抗氯离子渗透性能和干燥收缩率；添加废弃pet/pa6复合纤维和废弃钢纤维，也具有了废弃资源再利用的节能环保特性；
46.(6)所用材料均为绿色环保和经济型建筑材料，不仅在生产中可以减少大量废弃物，而且在不增加成本的基础上，提高水泥基材料的性能。
47.表1：废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆组分配比表
[0048][0049]
表2：废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆试件性能表
[0050]
附图说明
[0051]
图1为本发明中回收pet塑料废弃物加工成再生pet塑料骨料的流程图；
[0052]
图2为本发明中废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆的制备流程图。
具体实施方式
[0053]
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依
据。
[0054]
废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆的制备方法，包括以下步骤，
[0055]
(a)取废弃pet/pa6复合纤维加工成短纤维；
[0056]
废弃pet/pa6复合纤维为化纤厂生产过程中产生的废弃pet/pa6复合纤维；
[0057]
步骤(a)中的短纤维为将废弃pet/pa6复合纤维剪切后制得；短纤维的长度为10mm～20mm；短纤维的长径比为300～450；短纤维的抗拉强度120mpa～180mpa。
[0058]
短纤维的长度为13mm～17mm；短纤维的长径比为330～420；短纤维的抗拉强度135mpa～152mpa。
[0059]
(b)取废弃塑料瓶加工成再生pet塑料骨料；
[0060]
废弃塑料瓶为回收的废弃塑料瓶；
[0061]
步骤(b)中的将废弃塑料瓶加工成再生pet塑料骨料，包括以下步骤，
[0062]
(b1)将废弃塑料瓶进行分拣处理，得到pet材质的塑料瓶；
[0063]
(b2)将pet材质的塑料瓶进行清洗和去标签处理；
[0064]
(b3)将清洗和去标签处理后的pet材质塑料瓶通过粉碎机粉碎，得到片状再生pet塑料骨料；
[0065]
片状再生pet塑料骨料的长度为0.1mm～5mm。
[0066]
(b4)将片状再生pet塑料骨料进行清洗和去杂质处理；
[0067]
(b5)将清洗和去杂质处理后的片状再生pet塑料骨料进行干燥处理，即制得再生pet塑料骨料成品。
[0068]
(c)取废弃钢纤维、天然砂、水泥和水，与短纤维和再生pet塑料骨料按比例混合并搅拌。
[0069]
天然砂、水泥、水和再生pet塑料骨料的质量比为(1～1.66):1:0.41:0.35；废弃钢纤维用量为天然砂、水泥、水和再生pet塑料骨料混合体积总量的0.5％～1.5％；短纤维用量为天然砂、水泥、水和再生pet塑料骨料混合体积总量的0.1％～0.3％。
[0070]
废弃钢纤维为生产安全防护网所剩边角废料制备而成的波纹型废弃钢纤维；废弃钢纤维的长度为15mm～25mm；废弃钢纤维的长径比为35～50；废弃钢纤维的抗拉强度600mpa～1000mpa。
[0071]
废弃钢纤维的长度为20mm～23mm；废弃钢纤维的长径比为40～45；废弃钢纤维的抗拉强度700mpa～900mpa。
[0072]
废弃钢纤维的长度为21mm～22mm；废弃钢纤维的长径比为42～44；废弃钢纤维的抗拉强度750mpa～850mpa。
[0073]
步骤(c)中物料的混合包括以下步骤，
[0074]
(c1)将再生pet塑料骨料、天然砂和水泥按比例称取后混合并搅拌；
[0075]
(c2)在步骤(c1)中的混合物料中，加入按比例称取的废弃pet/pa6纤维后搅拌；
[0076]
(c3)在步骤(c2)中的混合物料中，加入按比例称取的废弃钢纤维后搅拌；
[0077]
(c4)在步骤(c3)中的混合物料中，加入按比例称取的水和适量减水剂后搅拌；
[0078]
(c5)将步骤(c4)中制得的砂浆装入成型模具；
[0079]
(c6)将步骤(c5)中的成型模具放入振捣台中振捣；
[0080]
(c7)将步骤(c6)成型模具中振捣完成的砂浆自然养护至少一天；
[0081]
(c8)将步骤(c7)成型模具中自然养护完成的砂浆进行脱膜处理；
[0082]
(c9)将步骤(c8)中脱膜得到的试样放入标准养护室养护至少28天；
[0083]
(c10)对步骤(c9)中养护完成的试样进行性能测试。
[0084]
再生pet塑料骨料砂浆的强度范围为c20～c60。
[0085]
实施例1：
[0086]
废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆的制备方法，包括以下步骤，
[0087]
(a)取废弃pet/pa6复合纤维加工成短纤维；
[0088]
废弃pet/pa6复合纤维为化纤厂生产过程中产生的废弃pet/pa6复合纤维；
[0089]
步骤(a)中的短纤维为将废弃pet/pa6复合纤维剪切后制得；短纤维的长度为15mm；短纤维的长径比为400；短纤维的抗拉强度145mpa。
[0090]
(b)取废弃塑料瓶加工成再生pet塑料骨料；
[0091]
废弃塑料瓶为回收的废弃塑料瓶；
[0092]
步骤(b)中的将废弃塑料瓶加工成再生pet塑料骨料，包括以下步骤，
[0093]
(b1)将废弃塑料瓶进行分拣处理，得到pet材质的塑料瓶；
[0094]
(b2)将pet材质的塑料瓶进行清洗和去标签处理；
[0095]
(b3)将清洗和去标签处理后的pet材质塑料瓶通过粉碎机粉碎，得到片状再生pet塑料骨料；
[0096]
片状再生pet塑料骨料的长度为0.1mm～5mm。
[0097]
(b4)将片状再生pet塑料骨料进行清洗和去杂质处理；
[0098]
(b5)将清洗和去杂质处理后的片状再生pet塑料骨料进行干燥处理，即制得再生pet塑料骨料成品。
[0099]
(c)取废弃钢纤维、天然砂、水泥和水，与短纤维和再生pet塑料骨料按比例混合并搅拌。
[0100]
天然砂、水泥、水和再生pet塑料骨料的质量比为1.3:1:0.41:0.35；废弃钢纤维用量为天然砂、水泥、水和再生pet塑料骨料混合体积总量的1％；短纤维用量为天然砂、水泥、水和再生pet塑料骨料混合体积总量的0.2％。
[0101]
废弃钢纤维为生产安全防护网所剩边角废料制备而成的波纹型废弃钢纤维；废弃钢纤维的长度为21.5mm；废弃钢纤维的长径比为43；废弃钢纤维的抗拉强度800mpa。
[0102]
步骤(c)中物料的混合包括以下步骤，
[0103]
(c1)将再生pet塑料骨料、天然砂和水泥按比例称取后混合并搅拌；
[0104]
(c2)在步骤(c1)中的混合物料中，加入按比例称取的废弃pet/pa6纤维后搅拌；
[0105]
(c3)在步骤(c2)中的混合物料中，加入按比例称取的废弃钢纤维后搅拌；
[0106]
(c4)在步骤(c3)中的混合物料中，加入按比例称取的水和适量减水剂后搅拌；
[0107]
(c5)将步骤(c4)中制得的砂浆装入成型模具；
[0108]
(c6)将步骤(c5)中的成型模具放入振捣台中振捣；
[0109]
(c7)将步骤(c6)成型模具中振捣完成的砂浆自然养护至少一天；
[0110]
(c8)将步骤(c7)成型模具中自然养护完成的砂浆进行脱膜处理；
[0111]
(c9)将步骤(c8)中脱膜得到的试样放入标准养护室养护至少28天；
[0112]
(c10)对步骤(c9)中养护完成的试样进行性能测试。
[0113]
再生pet塑料骨料砂浆的强度范围为c20～c60。
[0114]
实施例2：
[0115]
废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆的制备方法，包括以下实施步骤：
[0116]
将化纤厂生产过程中产生的废弃pet/pa6复合纤维加工成短纤维；
[0117]
将回收的废弃塑料瓶加工成再生pet塑料骨料；
[0118]
将水泥、水、砂、再生pet塑料骨料的质量比为1:0.41:1.4:0.35以及体积率为0.15％废弃pet/pa6复合纤维、1.5％的废弃钢纤维放入搅拌机内充分搅拌；
[0119]
搅拌后将其置于相应模具中成型；
[0120]
将相关试件放入标准养护室养护28天后进行相关试验测试。
[0121]
如图1所示，回收的废弃塑料瓶加工成再生pet塑料骨料的步骤为：
[0122]
将回收的废弃塑料瓶进行人工分拣处理，分拣出pet材质的塑料瓶；此步骤对应图1中的瓶砖、解包和处理；
[0123]
将分拣出的pet塑料瓶进行清洗、去标签处理；此步骤对应图1中的洗涤、污渣及标签、缓冲及定量单元、标签剥除单元、标签分离单元和瓶体筛选单元；
[0124]
经粉碎机粉碎，得到0～5mm的片状再生pet塑料骨料；此步骤对应图1中的粉碎单元；
[0125]
将得到的pet塑料骨料进行清洗，去除杂质；此步骤对应图1中的洗片单元、杂质水体分离单元和杂质；
[0126]
经过干燥处理，得到终端产品。此步骤对应图1中的干燥及包装单元。
[0127]
如图2所示，废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆搅拌步骤为：
[0128]
再生pet塑料骨料、天然砂、水泥按比例称取后倒入搅拌机内搅拌30秒；
[0129]
开启搅拌机，将称取好的废弃pet/pa6纤维均匀分散后撒入搅拌机内，搅拌60秒；
[0130]
开启搅拌机，将称取好的废弃钢纤维均匀分散后撒入搅拌机内，搅拌30秒；
[0131]
开启搅拌机，加入称取好的水和一定比例的减水剂，搅拌120秒；
[0132]
将所制备的砂浆进行装模；
[0133]
将装样模具放入振捣台振捣30秒；
[0134]
自然养护1天后进行脱模处理；
[0135]
将试样放入标准养护室养护28天，而后进行相应试验测试。
[0136]
本发明将废弃钢纤维、废弃pet/pa6复合纤维、大掺量再生pet塑料骨料进行资源化利用，生产出一种具有较高弯曲韧性、抗弯强度、抗压强度以及良好的抗冲击性能和阻尼耗能的大掺量塑料骨料砂浆；同时在一定程度上提高了耐久性能。
[0137]
本发明公开了一种废弃混杂纤维增强大掺量再生pet塑料骨料砂浆的制备方法，包括以下步骤：将化纤厂生产过程中产生的废弃pet/pa6复合纤维加工成短纤维；将回收的废弃塑料瓶加工成再生pet塑料骨料；将废弃钢纤维、废弃pet/pa6纤维、再生pet塑料骨料、天然砂、水泥、水按比例搅拌；搅拌后将其置于相应模具中成型；将相关试件放入标准养护室养护28天后进行相关试验测试。本发明将废弃纤维以及塑料垃圾进行资源化利用，再生pet塑料骨料能够改善水泥基材料的保温隔热和降噪性能；通过添加废弃钢纤维和废弃pet/pa6复合纤维能有效地提高大掺量塑料骨料砂浆的抗压强度、抗折强度、弯曲韧性以及抗冲击等力学性能；该材料的生产不仅合理解决废弃资源的使用途径而减少环境污染，还
可以减少天然砂的使用量，以及在不增加成本的基础上提高材料性能。