本發(fā)明屬于混凝土材料領(lǐng)域，具體涉及一種摻雜固廢纖維的混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、高延性混凝土（ecc）是基于細(xì)觀力學(xué)的設(shè)計(jì)原理，以水泥、石英砂等為基體的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，與普通混凝土相比具有高強(qiáng)度、高韌性、高抗裂性能和高耐損傷能力。ecc混凝土中的pva纖維及石英砂成本較高，如果有固體廢棄物可以制備纖維取代pva及石英砂，則可以降低成本，低碳環(huán)保。

2、再生混凝土骨料是由建（構(gòu)）筑廢棄物中的混凝土、砂漿、石、磚瓦等加工而成，用于配制混凝土的顆粒，簡(jiǎn)稱再生骨料。其中，粒徑小于600μm?的部分為再生混凝土微粉，主要含有水泥水化產(chǎn)物。使用再生混凝土微粉完全滿足“綠色”的三大含義：（1）節(jié)約資源和能源；（2）環(huán)境友好；（3）可持續(xù)發(fā)展，既可滿足當(dāng)代人的需求，又不危害后代人滿足其需要的能力。其中再生混凝土微粉中舊水泥漿體含量更高，吸水性相對(duì)再生粗骨料更強(qiáng)，因此將其直接應(yīng)用于混凝土中會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生不利的影響，因此再生混凝土微粉的利用率較低。

3、cn117819893a中公開了一種綠色混雜纖維增韌鐵尾礦砂混凝土材料及制備方法，各組分的配合比設(shè)計(jì)按質(zhì)量份數(shù)為：水：170份，水泥:358份，粉煤灰:89份,鐵尾礦砂:624份,碎石:1159份,減水劑:3.6份，回收輪胎鋼纖維:39份,椰殼纖維:2.3份；首先設(shè)備投入大，回收鋼纖維及椰殼纖維需要專門的處理設(shè)備，增加了制備工藝的難度即生產(chǎn)成本；其次制備工藝復(fù)雜，如廢舊輪胎中的鋼纖維與橡膠、尼龍等材料緊密結(jié)合，需要經(jīng)過(guò)切割、破碎、磁選等多道工序才能徹底分離出來(lái)；另外，原材料供應(yīng)受限，如椰殼，椰殼含有較多的木質(zhì)素、半纖維素等雜質(zhì)，需要用堿進(jìn)行預(yù)處理，可能對(duì)環(huán)境造成一定的污染，且增加生產(chǎn)成本。

4、隨著我國(guó)工業(yè)高速發(fā)展，鎳產(chǎn)量保持較高水平，年產(chǎn)量均在20萬(wàn)噸以上。每生產(chǎn)1噸鎳約排放6-16噸鎳鐵渣。因?yàn)殒囪F渣是工業(yè)生產(chǎn)的廢棄物，直接填埋的話對(duì)環(huán)境造成巨大壓力。鎳鐵渣中含有的主要成分為氧化硅，氧化鎂，氧化鈣，氧化鐵和氧化鋁。其成分與水泥類似，因此如果能將其應(yīng)用于混凝土中，則可實(shí)現(xiàn)固廢的循環(huán)利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種摻雜固廢纖維的混凝土，將再生混凝土微粉及鎳鐵渣進(jìn)行碳化，合成纖維，應(yīng)用于ecc中，部分取代石英砂和pva纖維，達(dá)到低碳環(huán)保，降低成本的目的，同時(shí)生產(chǎn)出高延性的混凝土。

2、本發(fā)明提供了一種摻雜固廢纖維的混凝土，主要采用碳化處理再生混凝土微粉及鎳鐵渣，生成方解石和纖維狀文石，分別取代石英砂和pva纖維，從而降低材料的生產(chǎn)成本，并循環(huán)利用固體廢棄物，同時(shí)可以吸收二氧化碳。并通過(guò)添加甲醚或乙醚，控制方解石和文石的比例，從而調(diào)控混凝土力學(xué)性能。

3、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

4、一種摻雜固廢纖維的混凝土，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，制備原料包括：

5、水泥320-520份，粉煤灰480-1000份，石英砂100-400份，水2200-2400份，pva纖維10-30份，減水劑5-15份，增稠劑5-15份，碳化固廢材料100-400份；所述碳化固廢材料是由再生混凝土微粉50-150份、鎳鐵渣50-100份、1-5份醚類化合物碳化得到。

6、碳化固廢材料組成為方解石和文石晶須，兩者的質(zhì)量比例為（5-10）：1，其中比例為6.2~7:1時(shí)制備的混凝土韌性最高，更優(yōu)選的方解石和文石晶須，兩者的比例為6.2：1。

7、碳化固廢材料與石英砂兩者在混凝土中總份數(shù)為100-400份，碳化固廢材料與石英砂兩者質(zhì)量份比為1~3:1~3，優(yōu)選碳化固廢材料與石英砂兩者質(zhì)量份比為1：1。

8、所述醚類化合物為甲醚、乙醚、二甲醚或者環(huán)氧乙烷中的至少一種。

9、優(yōu)選為甲醚或者乙醚。

10、所述水泥為普通硅酸鹽水泥p.o42.5；

11、粉煤灰為一級(jí)粉煤灰，氧化鈣含量小于10%；

12、石英砂粒徑范圍為10-600μm，平均粒徑為100-140μm；

13、pva纖維長(zhǎng)度9-15mm，直徑30-40μm，密度1.2-1.4g/cm3；

14、減水劑為聚羧酸系減水劑，減水效率為20%以上；

15、增稠劑為羥丙基甲基纖維素；

16、再生混凝土微粉直徑小于600μm，鎳鐵渣粒徑0.5-200μm。

17、本發(fā)明還提供了一種摻雜固廢纖維的混凝土的制備方法，包括以下步驟：

18、1）、固廢材料碳化處理：把固廢材料置于水中，通入二氧化碳,加入醚類化合物，將混合液攪拌，加熱并保持至60~90℃，反應(yīng)持續(xù)1-4h之后將溶液離心，取出固體產(chǎn)物，烘干備用；所述固廢材料為再生混凝土微粉及鎳鐵渣；

19、2）纖維增強(qiáng)混凝土制備：

20、將粉煤灰、水泥放入攪拌機(jī)，低速攪拌混勻，之后加入水、減水劑，高速攪拌混勻，然后加入石英砂、碳化固廢材料，低速攪拌混勻，再加入pva纖維，高速攪拌，最后加入增稠劑，高速攪拌，最后澆模，并在室溫條件下固化、拆模，然后放入濕度95%±2%，溫度20℃±2℃的養(yǎng)護(hù)室條件下養(yǎng)護(hù)28d。

21、步驟1）中固廢材料與水的固液比為?50-100g/l，固廢材料中再生混凝土微粉與鎳鐵渣的質(zhì)量比為（1-3）：1。

22、步驟1）中醚類化合物濃度為10-30mmol/l。

23、步驟1）中二氧化碳通氣量0.1-0.3l/min/100ml。

24、步驟2）所述低速攪拌速度為100-150轉(zhuǎn)/分鐘，所述高速攪拌速度為200-300轉(zhuǎn)/分鐘。

25、更具體地，

26、固廢材料碳化處理：把再生混凝土微粉及鎳鐵渣置于水中，通入二氧化碳，加入甲醚或乙醚（濃度為10-30mmol/l）；將混合液攪拌（攪拌速度400-600r/min），加熱并保持至80℃。反應(yīng)持續(xù)1-4h之后將溶液離心，取出固體產(chǎn)物，烘干備用。

27、本發(fā)明中固廢材料經(jīng)過(guò)碳化處理后生成立方體方解石和文石晶須，方解石取代石英砂，文石取代pva纖維，通過(guò)調(diào)節(jié)再生混凝土微粉與鎳鐵渣的比例，及甲醚或乙醚的濃度可控制兩者比例；

28、再生混凝土微粉與鎳鐵渣的質(zhì)量比為（1-3）：1；優(yōu)選再生混凝土微粉與鎳鐵渣的質(zhì)量比為1:1。

29、再生混凝土細(xì)粉與鎳鐵渣的比例提高時(shí)，生成的方解石與文石的比例提高，文石含量減小，因此軸拉強(qiáng)度及軸拉應(yīng)變降低，因此再生混凝土細(xì)粉與鎳鐵渣的比例選為1。

30、碳化過(guò)程中加入甲醚，甲醚會(huì)影響生成的碳酸鈣形態(tài)，促進(jìn)文石的生成，但不是甲醚的含量越高，生成的文石越多，甲醚含量為10mmol/l時(shí)生成的文石最多，制備的混凝土軸拉強(qiáng)度和應(yīng)變最高，因此選取甲醚含量10mmol/l。

31、纖維增強(qiáng)混凝土制備：

32、將粉煤灰、水泥放入攪拌機(jī)，低速（100-150轉(zhuǎn)/分鐘）攪拌2分鐘，之后加入水、減水劑，高速攪拌（200-300轉(zhuǎn)/分鐘）約兩分鐘，然后加入石英砂、碳化固廢材料，低速攪拌（100-150轉(zhuǎn)/分鐘）2分鐘，再加入pva纖維，高速攪拌五分鐘，最后加入增稠劑，高速攪拌（200-300轉(zhuǎn)/分鐘）五分鐘，最后澆模，并在室溫條件下固化24后拆模，然后放入溫度95%±2%，溫度20℃±2℃的養(yǎng)護(hù)室條件下養(yǎng)護(hù)28d。

33、利用再生混凝土微粉及鎳鐵渣等固廢材料，經(jīng)過(guò)碳化處理后生成立方體方解石和文石晶須，加入ecc混凝土中，方解石取代石英砂，文石取代pva纖維，從而降低ecc生產(chǎn)成本，同時(shí)循環(huán)利用固體廢物。同時(shí)在碳化固廢材料過(guò)程中應(yīng)用了二氧化碳，可以起到減碳的目的。

34、再生混凝土微粉及鎳鐵渣碳化過(guò)程在80度水中進(jìn)行，文石晶須可以穩(wěn)定持續(xù)生成，文石晶須可取代pva纖維。另外還有顆粒狀的方解石生成，可取代石英砂。

35、再生混凝土微粉中的水化產(chǎn)物（氫氧化鈣與c-s-h凝膠）與二氧化碳反應(yīng)，生成方解石碳酸鈣。

36、

37、加入鎳鐵渣之后，鎳鐵渣在水中溶解生成鎂離子，在鎂離子的影響下，生成的碳酸鈣呈纖維狀文石形態(tài)。因?yàn)槿芤褐写嬖趦煞N碳酸鈣，方解石代替石英砂，文石晶須代替pva纖維。通過(guò)控制鎳鐵渣與再生混凝土微粉的比例，以及加入甲醚和乙醚，調(diào)節(jié)文石和方解石的比例，來(lái)調(diào)控混凝土性能。

38、改變碳化固體產(chǎn)物取代石英砂及纖維的比例，會(huì)影響混凝土的軸拉強(qiáng)度及軸拉極限應(yīng)變，碳化固體產(chǎn)物摻量過(guò)多或過(guò)少對(duì)混凝土的韌性都有不利影響，在摻量50%時(shí)軸拉強(qiáng)度及軸拉極限應(yīng)變達(dá)到最高。

39、優(yōu)選地，一種摻雜固廢纖維的混凝土，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，制備原料包括：

40、水泥420份，粉煤灰630份，石英砂190份，水2200-2400份，pva纖維10份，減水劑10份，增稠劑10份，碳化固廢材料190份；所述碳化固廢材料是由再生混凝土微粉50份、鎳鐵渣50份、甲醚碳化得到，碳化固廢材料中方解石和文石晶須兩者的質(zhì)量比例為6.2：1。

41、有益效果

42、（1）本發(fā)明將再生混凝土微粉進(jìn)行碳化處理，通過(guò)調(diào)節(jié)再生骨料與鎳鐵渣的比例，及甲醚或乙醚的濃度控制方解石和文石晶須兩者的比例，替代石英砂和pva纖維，提高了再生混凝土微粉表面性能，加入混凝土中不會(huì)降低混凝土強(qiáng)度。因此，本發(fā)明所采用的細(xì)骨料對(duì)保護(hù)環(huán)境，減少資源浪費(fèi)有較為重要的意義。

43、（2）成本低。再生混凝土微粉及鎳鐵渣為固體廢棄物，經(jīng)過(guò)碳化之后生成的產(chǎn)物可以取代石英砂及pva纖維，大幅度降低成本，同時(shí)保證ecc原有的高韌特性。

44、（3）本發(fā)明在固體廢棄物碳化過(guò)程中，將氣體二氧化碳吸收成為固體產(chǎn)物。減少大氣中的二氧化碳含量，將碳穩(wěn)固在固體材料中，降低了混凝土碳排放量。