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CN117602871B - 一种快速固化的新型渣土基再生复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种快速固化的新型渣土基再生复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种快速固化的新型渣土基再生复合材料及其制备方法，涉及建筑材料技术领域，其中本发明提供了一种快速固化的新型渣土基再生复合材料包括以重量百分比计的如下组分：65%~75%渣土、0.2~0.4%钙稳定剂、0.2%~0.4%促进剂、0.3%~0.5%环氧树脂以及24%~34%聚合物水溶液；本发明还提供了一种快速固化的新型渣土基再生复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1.制备聚合物水溶液；S2.按比例取各组分，先在搅拌器中加入渣土和聚合物水溶液混合搅拌均匀，然后加入钙稳定剂搅拌均匀，最后依次加入环氧树脂和促进剂并搅拌均匀后得到该复合材料；本发明制备的复合材料具有良好的防水性、韧性以及快速固化的性能。

Description

一种快速固化的新型渣土基再生复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种快速固化的新型渣土基再生复合材料及其制备方法。
背景技术
随着城市的快速发展，城市建设过程中会产生大量的渣土，渣土储存需要占用大量的场地空间，而且渣土还会对生态环境造成破坏，并且渣土中的粉尘随风漂浮，对空气造成污染，因此亟需解决渣土外排放量大以及资源化利用率低的问题。
为了解决上述问题，现有建设施工过程中一般会采用回填的方式处理渣土，将渣土作为回填材料，并辅以固化剂将渣土固化，以实现渣土的再利用，避免了资源浪费；而现有技术中一般会采用水泥类固化剂来对渣土进行固化，如在公开号为CN114436587的中国发明专利中，公开了一种渣土固化剂，其由水泥15-25份、砂子12-20份、沥青8-15份、树脂5-8份、减水剂1-1.5份以及粉体土壤固化剂2-3份组成，作为水泥类的固化剂，其在工程使用中，存在固化时间长，早期强度低容易产生开裂，且水泥水化时产生的内部通道使其渗透性高，水稳性差等问题；为了解决这种问题，在授权公告号为CN115231892B的中国发明专利中，公开了一种无水泥渣土固化剂及其制备方法，其包括无机固化组分、有机固化组分和辅助调控组分，其中无机固化组分为工矿业副产物，并且不需要掺杂水泥和粉煤灰；有效的解决了水泥类固化剂所存在的问题，但是使用上述专利中的固化剂所制得的渣土复合材料需要的固化时间虽然要比水泥类固化剂的固化时间短，但是其固化时间依旧达到了48小时，而且该专利仅仅追求的是固化后渣土复合材料具有的良好的无侧限抗压强度，而对于渣土复合材料的水稳性以及其他性能并没有兼顾，但是过高的无侧限抗压强度反而会大幅提高成本，不利于渣土在工程建设中的应用。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种快速固化的新型渣土基再生复合材料及其制备方法，其解决了现有技术中渣土复合材料性能不够优异的问题。
一种快速固化的新型渣土基再生复合材料，包括以重量百分比计的如下组分：65%~75%渣土、0.2~0.4%钙稳定剂、0.2%~0.4%促进剂、0.3%~0.5%环氧树脂以及24%~34%聚合物水溶液。
优选地，所述钙稳定剂为氯化钙、磷酸氢钙、葡萄糖酸钙中的一种。
优选地，所述促进剂由氢氧化钠、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和N-N亚甲基双丙烯酰胺按质量比2：2：1混合而成。
优选地，所述环氧树脂为水性环氧树脂。
本发明还提供了一种快速固化的新型渣土基再生复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备聚合物水溶液；
S2.按比例取各组分，先在搅拌器中加入渣土和聚合物水溶液混合搅拌均匀，然后加入钙稳定剂搅拌均匀，最后依次加入环氧树脂和促进剂并搅拌均匀后得到该复合材料。
优选地，所述聚合物水溶液的制备方法为：
S11.将200g聚乙二醇与80g水性环氧树脂置于200ml、100℃的溶剂中混合均匀；
S12.向S11制备的混合溶液中加入2.4g的催化剂反应5小时；
S13.对S12反应后的溶液降温至50℃，然后加入450g丙烯酰胺反应3小时，得到三元共聚物溶液；
S14.将S13中制备的三元共聚物溶液与丙烯酰胺和水在常温下以质量比1：20：125混合得到所述聚合物水溶液。
优选地，步骤S11中的溶剂为乙二醇丁醚。
优选地，步骤S12中的催化剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。
优选地，步骤S2中搅拌器的转速为120r/min，每次搅拌的时间为5min。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1.聚乙二醇、水性环氧树脂以及丙烯酰胺合成的三元共聚物溶液与渣土混合后，因为三元共聚物上具有较多的极性基团（氨基、羟基、酰胺基）可以吸附于渣土的土壤颗粒表面，通过毛细作用为土壤颗粒提供水份；在加入钙稳定剂后，钙离子会与土壤颗粒表面空位的阳离子进行离子交换，提高土壤颗粒的工程特性和固化土的力学强度，并提高土壤的水稳性；然后继续加入环氧树脂和促进剂，环氧树脂可在三元共聚物的作用下固化交联，而促进剂也可与聚合物水溶液中丙烯酰胺进行交联，从而使整个混合物中所有聚合物发生固化交联，交联后的亲水基团吸附在土壤颗粒的表面提供保水性能，外部由环氧树脂固化形成疏水胶体，提高固化土物的防水和力学性能，从而制备快速固化且防渗性能好的渣土基再生复合材料。
2.在三元共聚物与丙烯酰胺和水在常温下制备聚合物水溶液时，其中三元共聚物中本身就含有丙烯酰胺，而后又与丙烯酰胺与水混合来制备聚合物水溶液，使得聚合物水溶液能够在渣土的土壤颗粒中进行原位固化，形成具有防水和粘连性的膜，聚合物水溶液中的极性基团与土壤颗粒表面相互作用，提高土壤颗粒间的粘接和疏水性能，同时高分子材料还具有良好的粘弹性能，使最终形成的复合材料具有固化时间短、早期强度高，韧性好，防渗透性好等优点。
3.本发明制备的复合材料具有良好的防水性、韧性以及快速固化的性能，可用于快速回填、场地加固以及路基回填等工程领域，能够提高渣土的资源化利用率，在资源循环利用以及环境可持续发展等方面具有显著的经济效益。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述：
实施例1
S1.将200g聚乙二醇与80g水性环氧树脂放于200ml、100℃的乙二醇丁醚溶液中，混合均匀后加入2.4g的2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚反应5h后，再降低温度到50℃，并加入450g丙烯酰胺，反应3h后，形成三元共聚物溶液，然后将其与丙烯酰胺和水在常温下按比例1：20：125混合得到聚合物水溶液；
S2.将70%渣土置于搅拌器中，然后加入29%的聚合物水溶液，在保持搅拌转速120r/min下混合5min后，加入0.4%的钙稳定剂继续搅拌5min，然后依次加入0.4%的环氧树脂和0.2%的促进剂，继续搅拌5min后，得到复合材料。
实施例2
S1与实施例1相同；
S2.将75%渣土置于搅拌器中，然后加入24%的聚合物水溶液，在保持搅拌转速120r/min下混合5min后，加入0.3%的钙稳定剂继续搅拌5min，然后依次加入0.3%的环氧树脂和0.3%的促进剂，继续搅拌5min后，得到复合材料。
实施例3
S1与实施例1相同；
S2.将65%渣土置于搅拌器中，然后加入34%的聚合物水溶液，在保持搅拌转速120r/min下混合5min后，加入0.2%的钙稳定剂继续搅拌5min，然后依次加入0.5%的环氧树脂和0.4%的促进剂，继续搅拌5min后，得到复合材料。
对比例1
本对比例不添加促进剂，其余条件与实施例1相同。
对比例2
本对比例不添加钙稳定剂，其余条件与实施例1相同。
对比例3
本对比例不添加环氧树脂，其余条件与实施例1相同。
对比例4
本对比例不添加聚合物水溶液，其余条件与实施例1相同。
对比例5
本对比例S1与实施例1相同；
S2.将70%渣土置于搅拌器中，然后加入29%的聚合物水溶液、0.4%的钙稳定剂、0.4%的环氧树脂和0.2%的促进剂，搅拌15min后，得到复合材料。
上述每一实施例与对比例中，渣土均在干重条件下加入搅拌器，并且上述每一实施例与对比例中所述钙稳定剂为氯化钙、磷酸氢钙、葡萄糖酸钙中的一种；所述促进剂由氢氧化钠、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和N-N亚甲基双丙烯酰胺按质量比2：2：1混合而成；所述环氧树脂为水性环氧树脂。
将上述每一实施例与对比例制备的复合材料均浇筑在100mm×100mm×100mm的三联试块模具中，振动成型，室温静置一定时间后脱模，并室温覆膜养护28天，获得复合材料的固化试块。
随后根据《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)对上述各实施例和对比例制得的固化试块的无侧限抗压强度和渗透系数进行测量；
根据《建筑砂浆基本性能实验方法标准》(JGJ/T70-2009)对上述各实施例和对比例制得的固化试块的抗折强度进行测量；
根据《土壤固化外加剂》(CJT486-2015)对上述各实施例和对比例制得的固化试块的水稳系数进行测量。
并记录各实施例和对比例的拆模时间，测得的各项数据结果如表1所示：
表1 各实施例与对比例的固化试块性能测量结果
从表1中实施例1-3的数据可以看出，本发明所制备的复合材料具有良好的力学性能和防渗透性能以及拆模时间（固化时间）快等优点，而且聚合物水溶液的含量越高，则制备的复合材料的无侧限抗压强度、抗折强度、水稳系数以及渗透系数则越大。
从表1中对比例1-4与实施例1的数据对比可以看出，本发明制备复合材料所需的各组分任一项的缺失，对于复合材料的无侧限抗压强度、抗折强度、水稳系数、渗透系数以及拆模时间（固化时间）都会降低，其中聚合物水溶液的缺失对各性能的影响最大。
从表1中对比例5与实施例1的数据结果对比可以看出，按照实施例1的方法逐步加入各组分制备的复合材料与按照对比例5一次性加入所有组分制备的复合材料相比，实施例1的复合材料的无侧限抗压强度、抗折强度、水稳系数以及渗透系数等参数要明显优于对比例5的复合材料，而且实施例1的复合材料的拆模时间（固化时间）也要比对比例5的复合材料的拆模时间（固化时间）短。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种快速固化的新型渣土基再生复合材料，其特征在于，包括以重量百分比计的如下组分：65%~75%渣土、0.2~0.4%钙稳定剂、0.2%~0.4%促进剂、0.3%~0.5%环氧树脂以及24%~34%聚合物水溶液；
其中，所述聚合物水溶液的制备方法为：
S11.将200g聚乙二醇与80g水性环氧树脂置于200ml、100℃的溶剂中混合均匀；
S12.向S11制备的混合溶液中加入2.4g的催化剂反应5小时；
S13.对S12反应后的溶液降温至50℃，然后加入450g丙烯酰胺反应3小时，得到三元共聚物溶液；
S14.将S13中制备的三元共聚物溶液与丙烯酰胺和水在常温下以质量比1：20：125混合得到所述聚合物水溶液。
2.根据权利要求1所述的一种快速固化的新型渣土基再生复合材料，其特征在于，所述钙稳定剂为氯化钙、磷酸氢钙、葡萄糖酸钙中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种快速固化的新型渣土基再生复合材料，其特征在于，所述促进剂由氢氧化钠、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和N-N亚甲基双丙烯酰胺按质量比2：2：1混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种快速固化的新型渣土基再生复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为水性环氧树脂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种快速固化的新型渣土基再生复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备聚合物水溶液；
S2.按比例取各组分，先在搅拌器中加入渣土和聚合物水溶液混合搅拌均匀，然后加入钙稳定剂搅拌均匀，最后依次加入环氧树脂和促进剂并搅拌均匀后得到该复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种快速固化的新型渣土基再生复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S11中的溶剂为乙二醇丁醚。
7.根据权利要求5所述的一种快速固化的新型渣土基再生复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S12中的催化剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。
8.根据权利要求5所述的一种快速固化的新型渣土基再生复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中搅拌器的转速为120r/min，每次搅拌的时间为5min。
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