CN108218357B - 一种利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材料,由以下重量份的原料制备而成:35~45份的水泥、10~35份的天然石英砂、5~30份的尾矿砂、10~20份的水、0.2~2份的减水剂、2‑5份的水溶性高分子溶液和2~4份的耐碱玻璃纤维。所述的水泥为快硬硫铝酸盐水泥;所述的纤维为耐碱玻璃纤维无捻粗纱;所述的减水剂为聚羧酸系高效减水剂,所述的水溶性高分子溶液为丙烯酸酯共聚乳液。本发明所述的玻璃纤维增强水泥材料具有高抗压强度、高抗弯极限强度、抗弯比例极限强度、高抗冲击强度和高抗冻性的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥基复合材料,是一种玻璃纤维增强水泥材料及制备方法,具体涉及一种利用尾矿砂制备的高抗冻、高强度玻璃纤维增强水泥材料及其制备方法,属于建筑材料技术领域。
背景技术
玻璃纤维增强水泥是一种以耐碱玻璃纤维为增强材料、水泥砂浆为基体材料的纤维水泥复合材料,其主要成分为水泥、砂子、水、耐碱玻璃纤维、外加剂等。其中的水泥为硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥;砂子为优质的天然石英砂;玻璃纤维为耐碱玻璃纤维。我国目前研究的玻璃纤维增强水泥材料主要性能为:抗弯比例极限强度7.0~8.0MPa,抗弯极限强度15.0~20.0MPa,抗冲击强度8kJ/m2左右,抗压强度30~50MPa,抗冻性一般为25次冻融循环后不出现起层、剥落等破坏现象。
生产玻璃纤维增强水泥的砂多为石英砂。石英砂为天然石英石经破碎加工而成的石英颗粒,是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物,其主要矿物成分为SiO2。
尾矿砂是选矿厂在特定的经济技术条件下,将矿石磨细,选取有用成分后排放的废弃物。尾矿砂数量巨大,长期堆积成山,不仅占用土地、河道或农田,而且破坏环境与植被,甚至存在泥石流危险。尾矿砂综合利用是长期的任务。
本发明采用尾矿替代天然石英砂,通过一定的工艺和增强增韧、聚合物改性技术,大幅度提高水泥界面的粘聚性和抗渗性,制备玻璃纤维增强水泥材料,替代比例高达20%~60%,且制备的玻璃纤维增强水泥材料强度高,耐久性好。变废为宝,将尾矿砂进行了资源化开发利用,保护了天然资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足,而提供一种利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材料及制备方法,利用经过加工处理后的尾矿砂替代天然石英砂,并通过采用一定的制备工艺和聚合物改性等技术方法,制备出高抗压强度、高抗冲击强度、高抗弯极限强度和良好抗冻性的玻璃纤维增强水泥材料,突破了固体废弃物制备玻璃纤维增强水泥材料时力学性能和耐久性差的技术瓶颈。利用尾矿砂制备出的玻璃纤维增强水泥材料性能指标优异,优于市场上的玻璃纤维增强水泥材料,在初始流动度达到150~400mm情况下,制备的新材料7天抗压强度达40MPa以上,抗冲击强度达21MPa以上,抗弯比例极限强度达10MPa以上,抗弯强度极限达20MPa以上;材料的抗冻融性能优异,75次冻融循环后,材料质量损失不超过3%,弯曲极限强度损失不超过10%,抗冻性指标是目前市场上的玻璃纤维增强水泥材料无法达到的。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材料,由以下重量份的组分经搅拌、喷射后得到的:35~45份的水泥、10~35份的天然石英砂、5~30份的尾矿砂、10~20份的水、0.2~2份的减水剂、2~5份的水溶性高分子溶液和2~4份的耐碱玻璃纤维。
上述技术方案中,所述的水泥,为快硬硫铝酸盐水泥。
上述技术方案中,所述的天然石英砂,为天然石英石经破碎加工而成的颗粒物,粒径为0.01mm~15mm;其主要矿物成分是SiO2。
上述技术方案中,所述的尾矿砂,为铁矿石选铁后的固体废弃物经筛分、水洗加工而成的颗粒物,粒径0.01mm~5mm;其主要矿物成分为SiO2,含泥量小于3%(按质量计)。
上述技术方案中,所述的减水剂,包括但不限于萘系减水剂、氨基磺酸系减水剂、三聚氰胺系减水剂、聚羧酸系高性能减水剂,优选为聚羧酸系高性能减水剂。
上述技术方案中,所述的水溶性高分子溶液,为丙烯酸酯共聚乳液。
上述技术方案中,所述的耐碱玻璃纤维,为耐碱玻璃纤维无捻粗纱;纤维直径8μm~48μm,纤维长度为6mm~50mm。
本发明还提供一种上述的利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材的制备方法:
(1)将天然石英石破碎加工成粒径为0.01mm~15mm的颗粒物,待用;将铁矿石选铁后的固体废弃物经筛分、水洗加工成粒径0.01mm~5mm、含泥量小于3%(按质量计)的颗粒物,待用;
(2)将步骤(1)中得到的10~35份的石英石颗粒、5~30份的尾矿砂加入到搅拌机中,再将35~45份的水泥、10~20份的水、0.2~2份的减水剂、2~5份的水溶性高分子溶液加入到搅拌机中,搅拌3~6分钟,保持料浆的流动度达到150~400mm;
(3)将2~4份的耐碱玻璃纤维添加到步骤(2)得到的料浆中,采用机械喷射工艺,料浆与纤维同时喷射,即得到利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材料;整个制备过程用时为6~9分钟,将得到的利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材在标准养护室养护7天后进行检测。
与现有技术相比,本发明利用尾矿砂制备的高抗冻高强度玻璃纤维增强水泥材料具有以下有益效果:
1.料浆初始流动度大,达到150~400mm。
2.采用尾矿砂制备的玻璃纤维增强水泥材料的7天的抗压强度达40MPa以上,抗冲击强度达24MPa以上,抗弯极限强度达20MPa以上,抗弯比例极限强度10MPa以上,性能优异。
3.尾矿砂制备的玻璃纤维增强水泥材料的抗冻性优异,是目前市场上的同类材料无法达到的指标,经75次冻融循环后,其质量损失不超过3%,其抗冲击性能、抗冻融性能为一般玻璃纤维增强水泥材料的3倍。
本发明利用尾矿砂制备的玻璃纤维增强水泥材料的制备工艺简单、利用采矿过程中产生的尾矿,化废为宝,适合于工业化集中生产。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述,但本发明并不限于以下描述内容:
实施例1:
一种利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材,组分比例为:快硬硫铝酸盐水泥、天然石英砂、尾矿砂、水、减水剂、水溶性高分子溶液、耐碱玻璃纤维的重量比为38.50、33.88、8.47、13.34、0.52、3.23、2.06;
其中减水剂为聚羧酸高性能减水剂;水溶性高分子溶液为丙烯酸酯共聚乳液;耐碱玻璃纤维为耐碱玻璃纤维无捻粗纱,纤维直径20μm,纤维长度为25mm;
是通过下述方法制备而成的:
(1)将天然石英石破碎加工成粒径小于4mm的颗粒物,待用;将铁矿石选铁后的固体废弃物筛分、水洗加工成粒径小于1mm、含泥量小于3%(按质量计)的颗粒物,待用;
(2)将步骤(1)中得到的石英石颗粒、尾矿砂颗粒按比例加入到搅拌机中,再将水泥、水、减水剂、水溶性高分子溶液加入到搅拌机中,搅拌3分钟,保持料浆的流动度达到210mm;
(3)将耐碱玻璃纤维按比例添加到步骤(2)得到的料浆中,采用机械喷射工艺,料浆与纤维同时喷射,即得到利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材;整个制备过程用时为7分钟,将得到的利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材在标准养护室养护7天后进行检测,7天抗压强度为40.4MPa、抗冲击强度为25.3KJ/m2、抗弯极限强度为20.1MPa、抗弯比例极限强度10.8MPa、经75次冻融循环后强度损失为1.5%。
实施例2:
一种利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材,组分比例为:快硬硫铝酸盐水泥、天然石英砂、尾矿砂、水、减水剂、水溶性高分子溶液、耐碱玻璃纤维的重量比为38.58、25.46、16.98、13.37、0.52、3.24、1.82;
其中减水剂为聚羧酸高性能减水剂;水溶性高分子溶液为丙烯酸酯共聚乳液;耐碱玻璃纤维为耐碱玻璃纤维无捻粗纱,纤维直径34μm,纤维长度为30mm;
是通过下述方法制备而成的:
(1)将天然石英石破碎加工成粒径为5mm的颗粒物,待用;铁矿石选铁后的固体废弃物筛分、水洗加工成粒径小于2mm、含泥量小于3%(按质量计)的颗粒物,待用;
(2)将步骤(1)中得到的石英石颗粒、尾矿砂颗粒按比例加入到搅拌机中,再将水泥、水、减水剂、水溶性高分子溶液加入到搅拌机中,搅拌5分钟,保持料浆的流动度达到280mm;
(3)将耐碱玻璃纤维按比例添加到步骤(2)得到的料浆中,采用机械喷射工艺,料浆与纤维同时喷射,即得到利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材料;整个过程用时为8分钟,将得到的利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材在标准养护室养护7天后进行检测,7天抗压强度为42.2MPa、抗冲击强度为25.0KJ/m2、抗弯极限强度为20.9MPa、抗弯比例极限强度10.7MPa、经75次冻融循环后强度损失为1.8%。
实施例3:
一种利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材,组分比例为:快硬硫铝酸盐水泥、天然石英砂、尾矿砂、水、减水剂、水溶性高分子溶液、耐碱玻璃纤维的重量比为38.50、16.94、25.41、13.34、0.52、3.23、2.02;
其中减水剂为聚羧酸高性能减水剂;水溶性高分子溶液为丙烯酸酯共聚乳液;耐碱玻璃纤维为耐碱玻璃纤维无捻粗纱,纤维直径40μm,纤维长度为45mm;
是通过下述方法制备而成的:
(1)将天然石英石破碎加工成粒径为3mm的颗粒物,待用;铁矿石选铁后的固体废弃物筛分、水洗加工成粒径小于3mm、含泥量小于3%(按质量计)的颗粒物,待用;
(2)将步骤(1)中得到的石英石颗粒、尾矿砂颗粒按比例加入到搅拌机中,再将水泥、水、减水剂、水溶性高分子溶液加入到搅拌机中,搅拌6分钟,保持料浆的流动度达到360mm;
(3)将耐碱玻璃纤维按比例添加到步骤(2)得到的料浆中,采用机械喷射工艺,料浆与纤维同时喷射,即得到利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材;整个过程用时为9分钟,将得到的利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材在标准养护室养护7天后进行检测,7天抗压强度为43.5MPa、抗冲击强度为24.8KJ/m2、抗弯极限强度为20.2MPa、抗弯比例极限强度11.2MPa、经75次冻融循环后强度损失为2.2%。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰,都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材料,其特征在于,由以下重量份的组分经搅拌、喷射后得到的:35~45份的水泥、10~35份的天然石英砂、5~30份的尾矿砂、10~20份的水、0.2~2份的减水剂、2~5份的水溶性高分子溶液和2~4份的耐碱玻璃纤维;
所述的水泥,为快硬硫铝酸盐水泥;
所述的天然石英砂,为天然石英石经破碎加工而成的颗粒物,粒径为0.01mm~5mm,主要矿物成分是SiO2;
所述的尾矿砂,为铁矿石选铁后的固体废弃物经筛分、水洗加工而成的颗粒物,粒径为0.01mm~3mm;主要矿物成分为SiO2,含泥量按质量计小于3%;
所述的减水剂,为聚羧酸系高性能减水剂;
所述的水溶性高分子溶液,为丙烯酸酯共聚乳液。
所述的耐碱玻璃纤维,为耐碱玻璃纤维无捻粗纱;纤维直径8μm~48μm,纤维长度为6mm~50mm。
2.一种权利要求1所述的玻璃纤维增强水泥材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将天然石英石破碎加工成粒径为0.01mm~5mm的颗粒物,待用;将铁矿石选铁后的固体废弃物经筛分、水洗加工为粒径0.01mm~3mm、含泥量按质量计小于3%的颗粒物,待用;
(2)将步骤(1)中得到的10~35份的石英石颗粒、5~30份的尾矿砂加入到搅拌机中,再将35~45份的水泥、10~20份的水、0.2~2份的减水剂、2~5份的水溶性高分子溶液加入到搅拌机中,搅拌3~6分钟,保持料浆的流动度达到150~400mm;
(3)将2~4份的耐碱玻璃纤维添加到步骤(2)得到的料浆中,采用机械喷射工艺,料浆与纤维同时喷射,即得到利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材料;整个制备过程用时为6~9分钟,将得到的利用尾矿砂制备而成的玻璃纤维增强水泥材在标准养护室养护7天后进行检测。
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