阅读说明：本技术 一种玻璃纤维复合水泥及其制备方法 (Glass fiber composite cement and preparation method thereof ) 是由 刘品 于 2019-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种玻璃纤维复合水泥及其制备方法,该玻璃纤维复合水泥利用含ZrO<Sub>2</Sub>12.5wt%~14wt%的耐碱性玻璃纤维作为原料,通过间苯新戊二醇型不饱和聚酯树脂、脱氢乙酸、1-3丙二醇在硅烷偶联剂KH570中进行改性,得到的耐碱性玻璃纤维作为原料与水泥熟料、工业废渣、粉煤灰、矿渣以及相关助剂制备；其制备时先将工业废渣与矿渣、粉煤灰进行高温煅烧后在中温条件下加入水泥熟料继续煅烧制得半成品水泥,然后将半成品水泥与耐碱性玻璃纤维、助剂和水高速混合后热风干燥、再粉碎至粉末状,得到成品水泥。本发明所制备的水泥碱度低,机械强度高,并具有较强的稳定性和耐候性。(The invention discloses glass fiber composite cement and a preparation method thereof, wherein the glass fiber composite cement utilizes ZrO-containing 2 12.5wt% ~ 14wt% alkali-resistant glass fiber as raw material, modifying m-phenyl neopentyl glycol type unsaturated polyester resin, dehydroacetic acid, 1-3 propanediol in silane coupling agent KH570, preparing the alkali-resistant glass fiber as raw material, cement clinker, industrial waste residue, fly ash, slag and related auxiliary agents, calcining the industrial waste residue, slag and fly ash at high temperature, adding the cement clinker to calcine at medium temperature to obtain semi-finished cement, mixing the semi-finished cement, alkali-resistant glass fiber, auxiliary agent and water at high speed, drying with hot air, and pulverizing to powder to obtain the final product cementStronger stability and weather resistance.)

一种玻璃纤维复合水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥的制备工艺技术领域，尤其涉及一种玻璃纤维复合水泥及其制备方法。

背景技术

水泥作为建筑行业三大基础材料之一，是用量最多的建筑材料，其使用广，用量大，作为一种粉状水硬性无机胶凝材料，水泥料通常是在加水搅拌后制成的砂浆或混凝土，被广泛应用于建筑工程、交通工程、海上平台等基建工程中。然而，普通的混凝土存在着脆性大、抗压强度小、水泥水化往往伴随着体积收缩等缺陷，极有可能导致混凝土出现裂缝、冻融效应、氯硫侵蚀或其它类型的腐蚀等，显著降低了混凝土的强度和使用性能；另外，水泥制造业作为高污染、高能耗产业，对社会资源消耗较高，为了减少这种消耗，并建设环境友好型的产业结构，也有一些厂家将废弃建筑物拆卸后的建筑废弃料作为原料进行水泥制备，这一类水泥虽然能极大减少原料消耗，降低生产成本，并减少了环境污染，但由于工艺和原料本身的缺陷，使得这一类的水泥在成型后的强度比较低，存在的耐久性问题也难于被控制，使用过程中容易发生开裂现象，需要额外添加加强料（如玻璃纤维）来进行内部结构的加强和稳定。

而玻璃纤维作为一种性能优异的无机非金属材料，以玻璃作为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制成，其单丝直径可达到微米级别，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等优点，可作为增强材料在成型的水泥体系中形成稳定的交联结构，提高其稳定性。但玻璃纤维在水泥基体中存在侵蚀和脆化问题，需要对其进行改性处理或者对水泥基体进行抗碱侵蚀能力以阻止基体遭受物理和化学侵蚀。

基于上述原因，也有直接采用玻璃纤维制备玻璃纤维增强水泥的，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。它不但具有优良的抗拉、抗弯、抗冲击性能，还有抗裂性能好、重量轻、易模性好、加工方便、不怕潮、不燃烧等优点，是一种新的高强度、高稳定性的复合材料，玻璃纤维增强水泥自出现以来已广泛用于各个领域。玻璃纤维可以提高水泥砂浆的抗拉强度和延展性，用于提高成型后的混凝土的强度和稳定性。但是，玻璃纤维增强水泥本身也存在缺陷，即水泥砂浆基体的高碱性环境会对玻璃纤维的腐蚀使其力学性能随着时间的推移而逐渐恶化，并最终老化并成为脆性材料。但即便是采用耐碱性玻璃纤维制备玻璃纤维增强水泥，但仍然出现老化问题，使得玻璃纤维增强水泥的使用范围受到限制，且在现有的工艺条件下非常不适合利用建筑废弃料作为原料进行制备。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种玻璃纤维复合水泥及其制备方法，这种复合水泥利用工业废渣作为原料能有效降低成本，方便进行回收，并利用玻璃纤维进行加强，以解决现有技术中的技术缺陷。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种玻璃纤维复合水泥，包括以下质量份的原料：

水泥熟料 60~80份

工业废渣 25~40份

粉煤灰 30~40份

矿渣 10~15份

耐碱性玻璃纤维 2~5份

助剂 0.8~3份

其中，所述耐碱性玻璃纤维采用ZrO₂的含12.5wt%~14wt%的耐碱性玻璃纤维，并经过表面改性处理，其表面改性处理的方式为将耐碱性玻璃纤维与间苯新戊二醇型不饱和聚酯树脂、脱氢乙酸、1-3丙二醇按照60:5:5:1的比例混合均匀后静置保持30~40min，然后一同加入硅烷偶联剂KH570中混合搅拌60~90min后，热风烘干即得到改性处理后的耐碱性玻璃纤维。

作为进一步限定，所述水泥熟料为低碱度硫铝酸盐水泥与磷酸镁水泥按照质量比6:1~8:1的比例制备的混合物水泥熟料。

作为进一步限定，所述工业废渣为水泥窑底料与废弃建筑物废弃料的重量比1:3~1:5的混合物；其中，所述废弃建筑物废弃料为废弃建筑物拆卸后的墙体、地板、天花板、梁体中除去钢筋后的再生骨料。

作为进一步限定，所述助剂中包括30~40%的纤维素醚、0~30%的消泡剂、0~30%的减水剂、15~20%的氢氧化铝、5~15%的憎水剂以及10~15%的碳酸镁。其中，纤维素醚为乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种；消泡剂为聚醚类消泡剂；消泡剂为有机硅氧烷；憎水剂为甲基硅酸钠憎水剂。

一种玻璃纤维复合水泥的制备方法，其主要生产流程包括：

S1、将上述重量份数的水泥熟料、工业废渣、粉煤灰、矿渣分别进行粉碎，将粉碎后的工业废渣与矿渣、粉煤灰进行混合后在900~1100℃的温度条件下煅烧3~5h，随炉自然冷却至650~700℃时加入水泥熟料，并保温煅烧5~8h后自然冷却得到半成品水泥；

S2、将半成品水泥放入搅拌桶中，加入水、耐碱性玻璃纤维以及助剂进行高速搅拌，搅拌速率为800～1000rpm，时间为30～45min，将搅拌完成后的混合料进行热风干燥，待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥。

在步骤S2中进行物料热风干燥时，干燥的热风温度为110～130℃，时间为20～30min。

有益效果：本发明节能环保，实际操作性强，灵活性好，水化反应快，早期强度高，不需经过湿气养护固化；成型后理化性能优越，且玻璃纤维在进行改性处理后能在水泥结构内部形成稳定的体系，配合低碱度水泥基体，能有效保证并改善水泥强度，又提高水泥的抗碱性，拓宽玻璃纤维增强水泥的适用面。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例一：

在实施例一中玻璃纤维复合水泥由以下组分的原料制备：

水泥熟料800kg、工业废渣400kg、粉煤灰300kg、矿渣100kg、耐碱性玻璃纤维20kg、助剂20kg。

其中：水泥熟料为低碱度硫铝酸盐水泥；耐碱性玻璃纤维的原料为含ZrO₂14wt%的耐碱性玻璃纤维，其中，耐碱性玻璃纤维在进行表面改性处理时与间苯新戊二醇型不饱和聚酯树脂、脱氢乙酸、1-3丙二醇按照60:5:5:1的比例在容器内混合均匀后静置保持40min，然后加入将混合物加入硅烷偶联剂KH570中混合搅拌90min后热风烘干后得到改性处理后的耐碱性玻璃纤维；工业废渣为水泥窑底料与废弃建筑物废弃料的重量比1:3的混合物，且其中的废弃建筑物废弃料为废弃建筑物拆卸后的墙体、地板、天花板、梁体中除去钢筋后的再生骨料。

而助剂中包括30%的纤维素醚、20%的消泡剂、10%的减水剂、15%的氢氧化铝、10%的憎水剂以及15%的碳酸镁。其中，纤维素醚为乙基甲基纤维素醚；消泡剂为甘油聚醚消泡剂；消泡剂为有机硅氧烷；憎水剂为甲基硅酸钠憎水剂。

制备时，将上述重量份数的水泥熟料、工业废渣、粉煤灰、矿渣分别进行粉碎，将粉碎后的工业废渣与矿渣、粉煤灰进行混合后在950℃的设定温度条件下煅烧5h，随炉自然冷却至650℃时加入水泥熟料，并保温煅烧6h后自然冷却得到半成品水泥；然后将上述半成品水泥放入搅拌桶中，加入水、耐碱性玻璃纤维以及助剂进行高速搅拌，搅拌速率为1000rpm，时间为30min，将搅拌完成后的混合料进行热风干燥，烘干时保持烘干温度为130℃，烘干20min。待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥。

实施例二：

在实施例二中玻璃纤维复合水泥由以下组分的原料制备：

水泥熟料700kg、工业废渣320kg、粉煤灰380kg、矿渣12kg、耐碱性玻璃纤维35kg、助剂20kg。

其中：水泥熟料为低碱度硫铝酸盐水泥与磷酸镁水泥按照质量比7:1的比例制备的混合物水泥熟料；耐碱性玻璃纤维的原料为含ZrO₂13.6wt%的耐碱性玻璃纤维，其中，耐碱性玻璃纤维在进行表面改性处理时与间苯新戊二醇型不饱和聚酯树脂、脱氢乙酸、1-3丙二醇按照60:5:5:1的比例在容器内混合均匀后静置保持35min，然后加入将混合物加入硅烷偶联剂KH570中混合搅拌70min后热风烘干后得到改性处理后的耐碱性玻璃纤维；工业废渣为水泥窑底料与废弃建筑物废弃料的重量比1:4的混合物，且其中的废弃建筑物废弃料为废弃建筑物拆卸后的墙体、地板、天花板、梁体中除去钢筋后的再生骨料。

而助剂中包括35%的纤维素醚、10%的消泡剂、10%的减水剂、18%的氢氧化铝、12%的憎水剂以及15%的碳酸镁。其中，纤维素醚为羧甲基纤维素醚；消泡剂为甘油聚醚消泡剂；消泡剂为有机硅氧烷；憎水剂为甲基硅酸钠憎水剂。

制备时，将上述重量份数的水泥熟料、工业废渣、粉煤灰、矿渣分别进行粉碎，将粉碎后的工业废渣与矿渣、粉煤灰进行混合后在1000℃的设定温度条件下煅烧4h，随炉自然冷却至680℃时加入水泥熟料，并保温煅烧6h后自然冷却得到半成品水泥；然后将上述半成品水泥放入搅拌桶中，加入水、耐碱性玻璃纤维以及助剂进行高速搅拌，搅拌速率为900rpm，时间为40min，将搅拌完成后的混合料进行热风干燥，烘干时保持烘干温度为120℃，烘干25min。待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥。

在实施例一与实施例一制备的成品水泥相对于传统的混凝土，由于其由水泥砂浆和碎玻璃纤维两种力学性能不同的材料组合而成的复合材料，玻璃纤维可以提高水泥砂浆的抗拉强度和延展性，而水泥砂浆在压缩时避免了玻璃纤维的屈曲，使得成型后的水泥脆性要明显减少，而由于水泥为低碱度硫铝酸盐水泥，能有效在压缩时避免了玻璃纤维的屈曲，而若采用低碱度硫铝酸盐水泥与磷酸镁水泥的比例混合物水泥则能有效加强和优化玻璃纤维在水泥内部交联关系，既融合了两种材料的最佳力学性能,又提高了材料本身的性能，使其抗压强度增强，并能有效对抗冻融效应、氯硫侵蚀或其它类型的腐蚀。

而粉煤灰的使用能有效改善GRC老化的问题，提高了材料的延展性和剪切强度，使材料在冲击和循环加载时具有更大的损伤容限和能量吸收能力,极大地提高了材料的尺寸稳定性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。