一种碳化玻璃钢材料及其制备方法与在水泥混凝土中的应用

本发明涉及固体废弃物处理，具体公开了一种碳化玻璃钢材料及其制备方法与在水泥混凝土中的应用。

背景技术：

1、随着玻璃钢制品产量的连年增长，玻璃钢废弃物产生的总量也同时增多。玻璃钢制品的使用寿命一般在15-20年，现在已经开始陆续出现大量到达服役寿命的玻璃钢废弃物，而在玻璃钢制品的生产过程中，亦会产生大量玻璃钢边角料，成为难以处理的固体废弃物，为了缓解固废处理压力，现有技术中，玻璃钢废弃物可作为填料制备耐火材料、耐磨材料和填充橡胶等，也可作为生产水泥的原料，或作为高炉炼铁的还原剂使用，也可用于制备粘结砂浆。

2、目前，最能大量利用玻璃钢废弃物的领域仍然是水泥混凝土领域。现有技术中，多是利用璃钢废弃物替代细骨料制备水泥基混凝土，试验结果显示，虽然这些水泥基混凝土材料的初始表面吸收率、吸水率等耐久性能得到了改善，但力学性能大幅度降低，这是由于现有技术主要是将璃钢废弃物直接物理粉碎后应用在混凝土中，但破碎后的璃钢废弃物，其长纤维主要是塑料纤维，因此往往会降低混凝土的流动性、拌合性和力学性能，同时粉碎后的璃钢废弃物也需要增大新拌混凝土的需水量，会严重影响混凝土的力学和耐久性能。基于此，研发一种合适的玻璃钢废弃物的利用方法对于缓解固废压力有重大意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中，玻璃钢废弃物在水泥混凝土中应用会大幅度降低混凝土力学性能的技术问题，本发明提供了一种碳化玻璃钢材料及其制备方法与在水泥混凝土中的应用，将粉碎后的玻璃钢废弃物经碳化处理，再经烷氧基硅烷偶联剂改性后，得到一种新型的碳化玻璃钢材料，将该碳化玻璃钢材料用于水泥混凝土中无需增大新拌混凝土的需水量，且可提高混凝土的力学性能。

2、为达到上述发明目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种碳化玻璃钢材料的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤一、将玻璃钢废弃物粉碎，得玻璃钢废弃物颗粒；

5、步骤二、在惰性气氛下，将所述玻璃钢废弃物粉末于500℃-600℃下煅烧，得碳化混合物；

6、步骤三、将所述碳化混合物球磨，浸渍于烷氧基硅烷偶联剂中，过滤，干燥，得碳化玻璃钢材料。

7、相比于现有技术，本发明提供了一种碳化玻璃钢材料的制备方法，通过将玻璃钢废弃物进行粉碎、碳化、烷氧基硅烷偶联剂表面改性处理后，使原有的玻璃钢废弃物形成了表面改性的短碳纤维、短玻璃纤维和碳粉的混合物；其中，原有的玻璃钢废弃物经碳化后，在所述玻璃纤维表面包覆了一层碳，使之兼具了碳纤维和玻璃纤维的特性，从而有效提高碳化玻璃钢材料的力学性能，而烷氧基硅烷偶联剂处理过的短碳纤维和短玻璃纤维能通过拔出、断裂和钉扎效应阻碍裂纹扩展，进一步提高了碳化玻璃钢材料的抗折强度，并且，烷氧基硅烷偶联剂处理过的碳粉提高了碳化玻璃钢材料的密度，在应用于水泥混凝土时，碳粉的存在不仅抵消了短碳纤维和短玻璃纤维加入对混凝土抗压强度的降低效应，还提高了所得混凝土材料的抗压强度，且经烷氧基硅烷偶联剂处理过的碳粉还能有效减少对钢筋或钢纤维的腐蚀作用。

8、优选的，步骤一中，所得玻璃钢废弃物颗粒的粒径为1mm-20mm。

9、优选的，步骤二中，所述煅烧的时间为2h-6h。

10、优选的，步骤三中，所述球磨的转速为300r/min-500r/min，球磨的时间为5min-10min。

11、优选的，步骤三中，所述烷氧基硅烷偶联剂为质量比1-1.1:1的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

12、优选的，步骤三中，所述碳化混合物与烷氧基硅烷偶联剂的质量比为1-1.2:5-8。

13、优选的，步骤三中，所述干燥的温度为70℃-90℃，干燥的时间为1h-2h。

14、本发明第二方面提供了一种碳化玻璃钢材料，利用所述的碳化玻璃钢材料的制备方法制备而得。

15、本发明第三方面提供了一种水泥混凝土，包括所述的碳化玻璃钢材料。

16、优选的，所述碳化玻璃钢材料的添加量为水泥混凝土总质量的0.5％-8％。

17、综上所述，本发明提供的碳化玻璃钢材料的制备方法，通过对玻璃钢废弃物进行粉碎、碳化和烷氧基硅烷偶联剂表面改性处理，制得所述碳化玻璃钢材料，将该碳化玻璃钢材料添加于水泥混凝土中无需增大新拌混凝土的需水量，反而可提高混凝土的力学性能，所得水泥混凝土材料的28d抗压强度可高达64.84mpa，28d抗折强度可达19.79mpa，28d劈裂抗拉强度可达8.1mpa，有效解决了现有技术中玻璃钢废弃物在水泥混凝土中应用会大幅度降低混凝土力学性能的技术问题，同时为玻璃钢废弃物的处理利用提供了新思路。

技术特征：

1.一种碳化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的碳化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所得玻璃钢废弃物颗粒的粒径为1mm-20mm。

3.如权利要求1所述的碳化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述煅烧的时间为2h-6h。

4.如权利要求1所述的碳化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述球磨的转速为300r/min-500r/min，球磨的时间为5min-10min。

5.如权利要求1所述的碳化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述烷氧基硅烷偶联剂为质量比1-1.1:1的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

6.如权利要求1所述的碳化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述碳化混合物与烷氧基硅烷偶联剂的质量比为1-1.2:5-8。

7.如权利要求1所述的碳化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述干燥的温度为70℃-90℃，干燥的时间为1h-2h。

8.一种碳化玻璃钢材料，其特征在于：利用权利要求1-7任一项所述的碳化玻璃钢材料的制备方法制备而得。

9.一种水泥混凝土，其特征在于：包括权利要求8所述的碳化玻璃钢材料。

10.如权利要求9所述的水泥混凝土，其特征在于：所述碳化玻璃钢材料的添加量为水泥混凝土总质量的0.5％-8％。

技术总结
本发明涉及固体废弃物处理技术领域，具体公开了一种碳化玻璃钢材料及其制备方法与在水泥混凝土中的应用，本发明提供了一种以玻璃钢废弃物为原料，通过粉碎，碳化，表面硅烷改性制备得到碳化玻璃钢材料的方法，所得碳化玻璃钢添加水泥混凝土材料中可提高水泥混凝土的物理力学性能，有效解决了现有技术中玻璃钢废弃物在水泥混凝土中应用会大幅度降低混凝土力学性能的技术问题，同时为处理玻璃钢废弃物这一固废原料提供了新思路。

技术研发人员：李中秋,董立平,次立杰
受保护的技术使用者：石家庄学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15