本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，特別是涉及一種固廢基高韌性復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、傳統(tǒng)的水泥基復(fù)合材料因脆性較大，難以滿足現(xiàn)代建筑工程中對高韌性、高耐久性的要求。另一方面，工業(yè)固廢的大量堆存不僅占用土地資源，還帶來了環(huán)境污染。因此，開發(fā)研究基于固廢資源利用的高韌性復(fù)合材料不僅可以提高建筑材料性能，還能實現(xiàn)固廢資源化利用，符合綠色低碳發(fā)展的理念。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其具有較好的強(qiáng)度、韌性和耐久性。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
3、一種固廢基高韌性復(fù)合材料，由以下重量份的原料制成：低碳固廢膠凝材料40-50份，精細(xì)骨料30-40份，粉煤灰10-20份，增韌纖維10-20份，水25-35份，減水劑0.5-1份。
4、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述低碳固廢膠凝材料由重量比為(40-50):(30-40):(10-20):(1-3)的鋼渣、礦渣、脫硫石膏、堿激發(fā)劑組成。低碳固廢膠凝材料由鋼渣、礦渣和脫硫石膏復(fù)配，通過復(fù)鹽效應(yīng)和硅四配位同構(gòu)化效應(yīng)，通過潛在活性組分(cao、sio2、al2o3)生成c-s-h凝膠和鈣礬石，提供粘結(jié)和強(qiáng)度。
5、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述鋼渣的比表面積400-500m2/kg，礦渣的比表面積為350-450m2/kg，脫硫石膏的比表面積為200-300m2/kg，堿激發(fā)劑為碳酸鈉、硫酸鈉的其中一種或兩種的混合物。其中，鋼渣提供主結(jié)構(gòu)鈣源，同時參與復(fù)鹽效應(yīng)生成鈣礬石和c-s-h凝膠；礦渣提供硅鋁源，與鋼渣中的ca2+生成c-s-h和c-a-s-h凝膠；脫硫石膏提供硫酸根離子，穩(wěn)定水化產(chǎn)物，避免堿激發(fā)體系中的反應(yīng)失穩(wěn)；堿激發(fā)劑能充分激發(fā)低碳固廢膠凝材料的潛在活性，進(jìn)而調(diào)控反應(yīng)環(huán)境。
6、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述精細(xì)骨料為煤矸石精細(xì)砂或鐵尾礦精細(xì)砂。精細(xì)骨料提供骨架和強(qiáng)度，優(yōu)化級配和材料的致密性。
7、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述煤矸石精細(xì)砂的制備方法為：
8、將煤矸石烘干至水分含量<3％，然后使用顎式破碎機(jī)或錘式破碎機(jī)進(jìn)行粗破至粒徑≤10mm，接著使用圓錐破碎機(jī)或反擊破碎機(jī)進(jìn)行中破至粒徑≤2mm，然后使用沖擊式制砂機(jī)或立軸破碎機(jī)破碎至粒徑≤0.5mm，最后采用篩孔孔徑分別為2mm、0.5mm的雙層篩網(wǎng)振動篩進(jìn)行篩分得到粒徑為75μm-0.5mm的煤矸石細(xì)顆粒和粒徑<75μm的煤矸石超細(xì)顆粒，將煤矸石細(xì)顆粒和煤矸石超細(xì)顆粒收集混合得到煤矸石精細(xì)砂，并使用旋風(fēng)分離器或風(fēng)選設(shè)備將煤矸石超細(xì)顆粒進(jìn)行分離并控制其含量為5-15wt％，可避免煤矸石超細(xì)顆粒含量過高而影響級配失衡以及材料的流動性。
9、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述鐵尾礦精細(xì)砂的制備方法為：
10、將鐵尾礦清洗去除表面雜質(zhì)后烘干至水分含量<5％，接著篩分去除粒徑≥5mm的顆粒，然后使用沖擊式制砂機(jī)或立軸破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)破至粒徑≤1mm，接著使用球磨機(jī)或振動磨磨至粒徑≤0.5mm、比表面積為350-450m2/kg，然后采用篩孔孔徑分別為2mm、0.5mm的雙層篩網(wǎng)振動篩進(jìn)行篩分得到粒徑為75μm-0.5mm的鐵尾礦細(xì)顆粒和粒徑<75μm的鐵尾礦超細(xì)顆粒，將鐵尾礦細(xì)顆粒和鐵尾礦超細(xì)顆粒收集混合得到鐵尾礦精細(xì)砂，并使用旋風(fēng)分離器或風(fēng)選設(shè)備將鐵尾礦超細(xì)顆粒進(jìn)行分離并控制其含量為5-15wt％，可避免鐵尾礦超細(xì)顆粒含量過高而影響級配失衡以及材料的流動性。
11、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述粉煤灰的粒徑為0.5-75μm。粉煤灰能起到微填充作用，填補(bǔ)孔隙，提高材料的致密性，同時改善漿料的流動性。
12、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述增韌纖維為單絲直徑為10-20μm、長度為6-12mm、拉伸強(qiáng)度為1000-3000mpa、伸長率≥3％的pva纖維、pe纖維、玄武巖纖維、玻璃纖維中的一種或多種。增韌纖維用于裂縫控制、增韌、應(yīng)變硬化特性的提升。
13、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述減水劑為聚羧酸減水劑。減水劑用于降低水膠比，增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和流動性，可通過空間位阻效應(yīng)分散水泥顆粒。
14、本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供上述固廢基高韌性復(fù)合材料的制備方法。
15、為解決上述技術(shù)問題，技術(shù)方案是：
16、一種固廢基高韌性復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
17、s1.按重量份稱取各原料，將低碳固廢膠凝材料、精細(xì)骨料、粉煤灰加入行星攪拌機(jī)中，150-180rpm轉(zhuǎn)速下攪拌3-5分鐘得到混合料一；
18、s2.將水、減水劑加入步驟s1得到的混合料一中，150-180rpm轉(zhuǎn)速下攪拌2-3分鐘，然后240-300rpm轉(zhuǎn)速下攪拌3-5分鐘得到混合料二；
19、s3.將增韌纖維加入步驟s2得到的混合料二中，240-300rpm轉(zhuǎn)速下攪拌3-5分鐘得到固廢基高韌性復(fù)合材料。
20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
21、1)本發(fā)明以鋼渣、礦渣、脫硫石膏、粉煤灰等工業(yè)固廢替代傳統(tǒng)的水泥基材料，通過活性激發(fā)和級配優(yōu)化形成膠凝體系，同時，采用纖維作為增韌介質(zhì)，通過細(xì)觀力學(xué)理論優(yōu)化纖維與基體界面的粘結(jié)性能，在復(fù)合材料受拉時，纖維能有效橋接微裂縫，延緩裂縫擴(kuò)展，同時，纖維與基體協(xié)同作用形成多點開裂，裂縫的寬度被限制于150μm以內(nèi)，且應(yīng)力隨應(yīng)變持續(xù)增長，實現(xiàn)類似金屬的延性破壞模式，極限拉應(yīng)變可達(dá)3-5％，纖維的橋接作用能分散應(yīng)力集中，促使裂縫以細(xì)密、均勻的形式分布，避免單一寬裂縫導(dǎo)致的脆性斷裂，從而顯著提升復(fù)合材料的抗裂性、韌性和耐久性。
22、2)本發(fā)明能有效解決傳統(tǒng)水泥基復(fù)合材料脆性大、固廢資源利用率低的問題，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。
1.一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其特征在于：由以下重量份的原料制成：低碳固廢膠凝材料40-50份，精細(xì)骨料30-40份，粉煤灰10-20份，增韌纖維10-20份，水25-35份，減水劑0.5-1份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其特征在于：所述低碳固廢膠凝材料由重量比為(40-50):(30-40):(10-20):(1-3)的鋼渣、礦渣、脫硫石膏、堿激發(fā)劑組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其特征在于：所述鋼渣的比表面積400-500m2/kg，礦渣的比表面積為350-450m2/kg，脫硫石膏的比表面積為200-300m2/kg，堿激發(fā)劑為碳酸鈉、硫酸鈉的其中一種或兩種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其特征在于：所述精細(xì)骨料為煤矸石精細(xì)砂或鐵尾礦精細(xì)砂。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其特征在于：所述煤矸石精細(xì)砂的制備方法為：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其特征在于：所述鐵尾礦精細(xì)砂的制備方法為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其特征在于：所述粉煤灰的粒徑為0.5-75μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其特征在于：所述增韌纖維為單絲直徑為10-20μm、長度為6-12mm、拉伸強(qiáng)度為1000-3000mpa、伸長率≥3％的pva纖維、pe纖維、玄武巖纖維、玻璃纖維中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固廢基高韌性復(fù)合材料，其特征在于：所述減水劑為聚羧酸減水劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任意一項所述的一種固廢基高韌性復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：