一种利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法。本发明首先将废弃塑料进行破碎、清洗、脱水干燥；然后将已干燥的破碎塑料根据熔点的不同分别进行重塑拉丝，做成塑料纤维，并进行裁剪；最后制成的纤维与其他材料加入充填膏体中，提高了充填材料的力学性能。本发明拓宽了塑料垃圾回收再利用的领域，增加了塑料垃圾的用途；塑料纤维在一定程度上具有耐磨、耐热、耐酸碱腐蚀、强度高弹性好等优点，可在地下矿井环境中长期保持有效性。
【专利说明】
一种利用废弃塑料増强膏体充填材料力学性能的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，属于充填开采 和资源回收再利用领域。
【背景技术】
[0002] 在现有的城市固体废弃物中，塑料的比例已达到15%-20%，而其中大部分是一次 性使用的各类塑料包装制品。据中国塑料加工工业协会统计，中国每年塑料废弃量超过300 多万吨。一些用过的塑料袋被丢弃在各处，散落在市区、道路两侧，甚至挂满树梢，不仅影响 景观，造成"视觉污染"；而且因其难以降解，对生态环境造成极大的危害，同时影响工农业 生产。
[0003] 塑料垃圾处理常见的以下几种方式;填埋、焚烧、堆肥。填埋处理方法是一种最通 用的垃圾处理方法，它的最大特点是处理费用低，方法简单，但容易造成地下水资源的二次 污染。随着城市垃圾量的增加，靠近城市的适用的填埋场地愈来愈少，开辟远距离填埋场地 又大大提高了垃圾排放费用，这样高昂的费用甚至无法承受;焚烧处理的优点是减量效果 好，处理彻底，且可以用来发电。但是焚烧厂的建设和生产费用极为昂贵，处理成本高，易产 生二次环境危害。经过堆肥处理后，生活垃圾变成卫生的、无味的腐殖质，既解决垃圾的出 路，又可达到再资源化的目的，但是生活垃圾堆肥量大，养分含量低，长期使用易造成土壤 板结和地下水质变坏，所以，堆肥的规模不易太大。以上几种处理方式对环境的污染是不可 避免的，尤其是塑料垃圾的不可降解性，将对我们今后的生存环境产生难以估量的影响，如 何处理好塑料垃圾已成为环保的最大课题。
[0004] 随着减少垃圾掩埋的重视和大众环保意识的提高，越来越多的公司开始回收废品 并循环利用，利用新技术采用大量廉价塑料制品开发创新产品。这些产品包括充气式太阳 能收集器、造船材料，如高性能双体船、纤维服装和家用纺织品；建筑材料如高性能板材等 等。其中纤维服装和家用纺织品是利用回收废弃塑料瓶等聚酯类材料，依据聚酯类材料熔 点和粘度的不同，生产出高品质涤纶长丝纤维和涤纶工业丝纤维，经过再加工生产出服装， 或制作棉被、沙发、床垫等家纺产品的填充物，也能用来制作毛毯、地毯以及窗帘等生活家 居用品。虽然利用废弃塑料垃圾制作纤维服装和家居用品的技术已经成熟，并形成一个完 整的循环经济链，但贴身穿着和家居使用这种纤维制品在人们的心理上还很难被接受，因 此，寻求工业应用更为重要。
[0005] 塑料纤维增强混凝土已经在地面建筑上得到推广，膏体充填体类似于大体积混凝 土，矿山开采过程中，回采邻近采场时，采场内充填体可能受到采动影响、冲击地压和围岩 闭合压力的作用，这些荷载在极短时间内能产生较大的应力，甚至超过充填体材料的极限 强度，由于充填材料的脆性，充填体会迅速破坏，增加采矿成本。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，使大量的 废弃塑料得到有效利用，不仅拓宽了废弃塑料纤维的工业用途，而且增强了充填膏体的力 学性能。
[0007] 本发明提供了一种利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，包括以下步 骤： (1) 将收集到的废弃塑料进行分类，挑选出其中可以做成高质量纤维的种类，分别进行 存放； (2) 对已分类的废弃塑料进行破碎、清洗、脱水干燥； (3) 将已干燥的破碎塑料根据熔点的不同分别进行重塑拉丝，做成塑料纤维，并进行裁 剪； (4) 将煤矸石用颚式破碎机破碎后用网眼为和15mm的振动筛筛分，得到小 于Imm粉体、l-5mm细骨料、5-15mm粗骨料，向得到的粒径小于Imm的粉体中加入粉煤 灰、生石灰及石膏固体，搅拌均匀后进行球磨，球磨时间为10~60分钟，所得超细粉体的比 表面积多300m 2/kg; 其中各组分的重量配比为： 小于Imm的粉体:55%~75% ; 粉煤灰:20%~40% ; 生石灰：0.4%~3%; 石霄固体:〇 · 5%~3% ; (5) 将步骤(3)制得的塑料纤维与水泥、骨料搅拌均匀后加入水和调节剂，其中各组分 的质量配比为： 水泥:5%-15%， 塑料纤维:0.1%-1.2%， 细骨料：15%_25%， 粗骨料:25%-35%， 超细粉体:20%-35%， 水：12%-25%， 调节剂:〇.15%-3%， 调节剂由减水剂、早强剂、膨胀剂和缓凝剂组成;所述减水剂为聚羧酸高效减水剂、早 强剂为无水硫酸钠、膨胀剂为氧化镁、缓凝剂为葡萄糖酸钠， 各组分的重量配比为： 聚羧酸高效减水剂：15%~40% ; 无水硫酸钠:40%~60% ; 氧化镁：1〇%~30% ; 葡萄糖酸钠:0.1%~3%。
[0008] 充分混合，得到质量浓度为75%-88%的煤矿充填膏体； (6) 将纤维膏体充填材料栗送至充填工作面。
[0009] 所述分类是指将回收来的废弃垃圾在专用设备下按材料种类分成PET聚对苯二甲 酸乙二醇酯、PE聚乙烯、PP聚丙烯、PVC聚氯乙烯、PS聚苯乙烯、ABS丙烯腈一丁二烯一苯乙 烯等种类，分别进行堆放储存;所述做成高质量纤维的种类包括聚酯类和聚丙烯类;这些类 型耐高低温、耐酸碱腐蚀等性能较好，回收率较高。
[0010] 所述塑料垃圾的破碎、清洗、脱水干燥，分别在塑料破碎机、塑料清洗机和塑料脱 水机下进行。
[0011] 所述重塑拉丝是根据不同种类的塑料熔点不同，用塑化挤出设备和拉丝切粒设备 在175-200 °C把破碎的塑料塑化并挤出拉丝做成长纤维； 所述步骤(3)裁剪是将长纤维裁剪成适合拌和、利于管道输送的尺寸:塑料纤维为圆柱 状，长为5_15mm，直径为0.8-1.0mm。
[0012] 所述将纤维膏体充填材料栗送至充填工作面是通过带压输送管道将纤维膏体充 填材料输送到工作面进行充填工作。
[0013] 本发明的有益效果： (1) 拓宽了塑料垃圾回收再利用的领域，增加了塑料垃圾的用途； (2) 纤维的加入增强了膏体充填材料的韧性，改善了其刚度，提高了充填开采的效果； (3) 将塑料垃圾回收再利用，减少了塑料垃圾对环境的污染;原料来源丰富、环保、成本 低； (4) 塑料纤维在一定程度上具有耐磨、耐热、耐酸碱腐蚀、强度高弹性好等优点，可在地 下矿井环境中长期保持有效性。
【具体实施方式】
[0014] 下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0015] 实施例1: 包括以下步骤： 1、 将收集到的废弃塑料进行分类，挑选出其中可以做成高质量纤维的聚酯类和聚丙烯 类，分别进行存放； 2、 分别用塑料破碎机、塑料清洗机、塑料脱水机对已分类的聚酯类和聚丙烯类废弃塑 料分别进行破碎、清洗、脱水干燥； 3、 将已干燥的破碎塑料根据熔点的不同分别进行重塑拉丝，做成塑料纤维，裁剪塑料 纤维为长为1〇_15mm，直径为0.8-1. Omm，便于管道输送； 4、 将煤矸石用颚式破碎机破碎后用网眼为和15mm的振动筛筛分，得到小 于Imm粉体、l_5mm细骨料、5_15mm粗骨料，并将大于15mm的颗粒送回重新破碎，向得 到的粒径小于Imm的粉体中加入粉煤灰以及I :0.5比例混合的生石灰、石膏固体，搅拌 均匀后进行球磨制得超细粉体，球磨时间为20分钟，所得超细粉体的比表面积多300m 2/ kg 〇
[0016] 其中小于Imm的粉体为8.4kg，粉煤灰为5.7kg，生石灰为67g，石膏固体为 84.5g； 5、 取5.7kg普通硅酸盐425#水泥与上述制得的0.06kg的塑料纤维、8.55kg细骨 料、17. Ikg粗骨料及14.25kg超细粉体搅拌均匀后加入9kg水及399g调节剂，其中调 节剂由119.7g聚羧酸高效减水剂、199.5g无水硫酸钠、75.81g氧化镁和3.99g葡萄糖 酸钠组成，均匀混合，即得到质量浓度为84%的煤矿充填膏体。
对比实验： 不加塑料纤维，取相同原料，以同样配比制成的膏体测得膏体力学性能如下：
通过对比，添加塑料纤维的膏体，坍塌度有细微的降低，而韧度有明显的提高。单轴抗 压强度会在短时间内提高，最终强度也会提高。从而证明塑料纤维增强了充填膏体的力学 性能。
[0018] 实施例2: 1、 将收集到的废弃塑料进行分类，挑选出其中可以做成高质量纤维的种类，如聚酯类 和聚丙烯类等，分别进行存放； 2、 分别用专用设备塑料破碎机、塑料清洗机、塑料脱水机对已分类的PET聚酯类和P聚 丙烯类废弃塑料分别进行破碎、清洗、脱水干燥； 3、 将已干燥的破碎塑料根据熔点的不同分别进行重塑拉丝，做成塑料纤维，裁剪塑料 纤维为长1〇_15mm，直径0.8-1 .Omm，便于管道输送； 4、 将煤矸石用颚式破碎机破碎后用网眼为和15mm的振动筛筛分，得到小 于Imm粉体、l_5mm细骨料、5_15mm粗骨料，并将大于15mm的颗粒送回重新破碎，向得 到的粒径小于Imm的粉体中加入粉煤灰以及I :0.5比例混合的生石灰、石膏固体，搅拌 均匀后进行球磨制得超细粉体，其中小于Imm的粉体为9.2kg，粉煤灰为6.lkg，生石灰 72g，石膏固体共为78.5g; 5、 取4.5kg普通硅酸盐425#水泥与上述制得的0.3kg的塑料纤维、9.02kg细骨 料、17.4kg粗骨料及15.25kg超细粉体搅拌均匀后加入7.9kg水及298g调节剂，其中 调节剂由89.7g聚羧酸高效减水剂、126.53g无水硫酸钠、75.81g氧化镁和5.96g葡萄 糖酸钠组成，均匀混合，即得到质量浓度为82%的煤矿充填膏体。
[0019] 实施例3: 1、将收集到的废弃塑料进行分类，挑选出其中可以做成高质量纤维的种类，如聚酯类 和聚丙烯类等，分别进行存放； 2、 分别用专用设备塑料破碎机、塑料清洗机、塑料脱水机对已分类的PET聚酯类和P聚 丙烯类废弃塑料分别进行破碎、清洗、脱水干燥； 3、 将已干燥的破碎塑料根据熔点的不同分别进行重塑拉丝，做成塑料纤维，裁剪塑料 纤维为长5-10mm，直径0.8-1. Omm，便于管道输送； 4、 将煤矸石用颚式破碎机破碎后用网眼为和15mm的振动筛筛分，得到小 于Imm粉体、l_5mm细骨料、5_15mm粗骨料，并将大于15mm的颗粒送回重新破碎，向得 到的粒径小于Imm的粉体中加入I :0.5比例混合的生石灰、石膏固体，搅拌均匀后进行球 磨制得超细粉体，其中小于Imm的粉体为7. lkg，粉煤灰为4.7kg，生石灰44g，石膏固体为 92.5g； 5、 取6.3kg普通硅酸盐425#水泥与上述制得的0.54kg的塑料纤维、7.4kg细骨料、 13.1kg粗骨料及10.3kg超细粉体搅拌均匀后加入8.1kg水及341g调节剂，其中调节 剂由99.7g聚羧酸高效减水剂、143.22g无水硫酸钠、92.07g氧化镁和6.Olg葡萄糖酸 钠组成，均匀混合，即得到质量浓度为79%的煤矿充填膏体。
【主权项】
1. 一种利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，其特征在于:包括以下步骤： (1) 将收集到的废弃塑料进行分类，挑选出其中可以做成高质量纤维的种类，分别进行 存放； (2) 对已分类的废弃塑料进行破碎、清洗、脱水干燥； (3) 将已干燥的破碎塑料根据熔点的不同分别进行重塑拉丝，做成塑料纤维，并进行裁 剪； (4) 将煤矸石用颚式破碎机破碎后用网眼为和15mm的振动筛筛分，得到小 于1mm粉体、l-5mm细骨料、5-15mm粗骨料，向得到的粒径小于1mm的粉体中加入粉煤 灰、生石灰及石膏固体，搅拌均匀后进行球磨，球磨时间为10~60分钟，所得超细粉体的比 表面积多300m 2/kg; 其中各组分的重量配比为： 小于1mm的粉体:55%~75% ; 粉煤灰:20%~40% ; 生石灰:0.4%~3%; 石霄固体:〇 · 5%~3% ; (5) 将步骤(3)制得的塑料纤维与水泥、骨料搅拌均匀后加入水和调节剂，其中各组分 的质量配比为： 水泥:5%-15%， 塑料纤维:0.1%-1.2%， 细骨料：15%_25% ; 粗骨料:25%-35% ; 超细粉体:20%-35% ; 水：12%-25% ; 调节剂:0.15%_3% 充分混合，得到质量浓度为75%-88%的煤矿充填膏体； (6) 将纤维膏体充填材料栗送至充填工作面。2. 根据权利要求1所述的利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，其特征在 于:所述做成高质量纤维的种类包括聚酯类和聚丙烯类。3. 根据权利要求1所述的利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，其特征在 于:所述塑料垃圾的破碎、清洗、脱水干燥，分别在塑料破碎机、塑料清洗机和塑料脱水机下 进行。4. 根据权利要求1所述的利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，其特征在 于：所述重塑拉丝是根据不同种类的塑料熔点不同，用塑化挤出设备和拉丝切粒设备在 175-200 °C把破碎的塑料塑化并挤出拉丝做成长纤维。5. 根据权利要求1所述的利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，其特征在 于:所述步骤(3)裁剪是将长纤维裁剪成适合拌和、利于管道输送的尺寸:塑料纤维为圆柱 状，长为5_15mm，直径为0.8-1.0mm。6. 根据权利要求1所述的利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，其特征在 于： 所述调节剂由减水剂、早强剂、膨胀剂和缓凝剂组成。7.根据权利要求6所述的利用废弃塑料增强膏体充填材料力学性能的方法，其特征在 于:所述减水剂为聚羧酸高效减水剂、早强剂为无水硫酸钠、膨胀剂为氧化镁、缓凝剂为葡 萄糖酸钠，各组分的重量配比为： 聚羧酸高效减水剂：15%~40% ; 无水硫酸钠:40%~60% ; 氧化镁：1〇%~30% ; 葡萄糖酸钠:0.1%~3%。
【文档编号】C04B18/20GK106007502SQ201610335923
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】冯国瑞, 杜献杰, 牛利凯, 戚庭野, 郭育霞, 宋凯歌, 刘国艳, 王泽华, 张聪俐, 康立勋
【申请人】太原理工大学