[发明专利]一种回收GFRP粉末与矿渣基地聚物胶凝材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种回收GFRP粉末与矿渣基地聚物胶凝材料优化配比及制备方法，该胶凝材料包括以下重量百分比的组份：回收GFRP粉末为5％～42％，矿渣为17％～53％，碱激发溶液为40％～47％，其中碱激发溶液浓度为75％～85％；碱激发溶液模数为1.3～1.5；液固比为0.7～0.9。本发明以回收GFRP粉末和矿渣为地聚物的前驱物，通过合理的材料组合与配比，形成回收GFRP粉末与矿渣二元地聚物，降低GFRP废弃物对环境的污染和资源浪费，改善矿渣地聚物在制备过程中的闪凝问题及养护时收缩性大的问题。既可用替代水泥胶凝材料制备地聚物混凝土也可直接当做粘结材料。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及回收GFRP粉末的再利用方法，将回收GFRP粉末和矿渣作为碱激发活性材料，进行二元地聚物胶凝体系的配比设计、制备方法及优化。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料(FRP)已广泛用于航空航天、能源和基础设施等领域。随着复合材料的快速发展，其废弃物的回收问题日渐突出。尤其是热固性树脂基复合材料具有不溶的特点，难以回收。目前热固性复合材料回收可分为三大类：机械回收法、热解回收法、化学回收法。机械回收法工艺简单，多用做填料或者生产低端复合材料。热解回收法需要在不低450℃炉中降解树脂，能耗很高。化学回收法使用的有机溶剂降解树脂，容易造成环境污染。因此开发经济、合理、绿色、环保的复合材料回收利用方法是目前亟待解决的问题。

地聚物是以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废弃物(如粉煤灰、矿渣、硅灰、偏高岭土等)为主要原料，在碱激发剂作用下形成由硅氧四面体与铝氧四面体聚合而成，结构上具有空间三维网络状键接结构的无定形非晶态的新型无机硅铝质胶凝材料。

玻璃纤维复合材料(GFRP)是目前应用最广的复合材料之一，拉挤成型的GFRP制品主要含有约70％的玻璃纤维和30％的树脂(如环氧树脂，不饱和树脂等)，其纤维最主要的成分为二氧化硅、氧化铝及氧化钙，虽然玻璃纤维(长纤维或短纤维)与碱溶液反应很慢，基本可以认为其没有碱激发活性，但玻璃纤维粉末或玻璃粉末粒径达到和粉煤灰差不多的范围时，则可以和碱溶液发生反应生成硅氧四面体和铝氧四面体，而根据(“A ternaryoptimization of alkali-activated cement mortars incorporating glass powder,slag and calcium aluminate cement”，He等，页码117983，ConstructionBuildingMaterials，2020年)树脂在地聚物中的含量不超过10％时，能够改善地聚物的微观结构，并能提高地聚物侵蚀性暴露环境中的耐久性。

目前已有的GFRP粉末都将GFRP粉末作为细骨料替代河砂制备水泥砂浆，(“Assessment of glass fibre reinforced polymer waste reuse as filler inmortars”，Farinha等，第1579-1594页，Journal of Cleaner Production，2019年)，但将碱激发回收GFRP粉末与矿渣协同制备地聚物的研究尚属空白。

本专利相较于专利号202010625749.0，区别在于1)所用前驱物种类得到精简，专利号202010625749.0中所用前驱物包括回收GFRP粉末、回收BFRP粉末、偏高岭土、粉煤灰、矿渣、PVA纤维以及纳米粒子，制备繁琐，而本专利的前驱物仅有矿渣及回收GFRP粉末，易于施工；2)专利号202010625749.0中矿渣掺量不超过5％，否则胶凝材料将瞬凝，无法施工，而本专利大幅提高回收GFRP粉末及矿渣的用量，矿渣掺量达到70％时，流动度及凝结时间仍然符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》规范要求；3)按照本专利配比的地聚物胶凝材料比专利号202010625749.0中地聚物强度大幅提高；4)专利号202010625749.0主要制备碱激发地聚物混凝土，而本专利主要设计了碱激发地聚物胶凝材料，既可用于制备地聚物混凝土也可直接当做粘结材料。