[发明专利]赤泥基ECC材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用赤泥、矿粉与纤维制备赤泥基ECC材料的方法。采用赤泥、矿粉与纤维为主要原料，以液体硅酸钠和氢氧化钠溶液作为激发剂，制备赤泥基ECC材料，通过添加不同模数液体硅酸钠，得到不同强度等级赤泥基ECC材料。本发明采用赤泥作为基体生产制备ECC，降低生产成本、提高环境效益，解决了赤泥对环境的污染问题，变废为宝，对赤泥综合利用具有积极的推动作用。

技术领域

本发明涉及一种制备无机非金属聚合物材料的方法，特别是一种利用赤泥制备ECC材料的方法，属于废弃物综合利用和建材制备技术领域。

背景技术

Engineered cementitious composites(ECC/SHCC/UHTCC)是在拉伸载荷作用下具有应变硬化特性(如图8)的水泥基材料之一。其代表了一类具有延性的材料，拉伸应变能力通常超过3％，并且能够呈现出明显的多缝开裂，具有优秀的裂缝控制能力和变形能力(如图9)。

美国密歇根大学V.C.Li教授和K.Y.Leung教授利用乱向短纤维增强水泥基复合材料的纤维桥联法作为研究的理论基础，综合考虑纤维及基体特性、纤维/基体界面特性以及裂缝张开位移的函数关系来设计ECC材料使其具有应变硬化特性，建立了初裂应力准则和稳态开裂准则。又在两个准则的基础上提出实现复合材料应变硬化特性的纤维临界掺量。这样通过对纤维、基体以及纤维/基体的综合设计调整获得具有应变硬化特性、多缝开裂和高韧性等特点的ECC材料。

ECC采用短纤维作为增强材料，通常纤维掺量不超过复合材料总体积的2％，纤维的选择也要具备以下几个条件：

(1)具有较高的抗拉强度、弹性模量和良好的变形能力；

(2)能均匀地分散在基材中，与水泥砂浆有良好的粘结性能；

(3)能够抵抗基材中的高碱性环境，具有良好的耐久性。

ECC的是基于微观力学和断裂力学理论但是由于ECC的制备不使用粗骨料，因此与相同体积的混凝土相比水泥用量更大，对经济和环境带来极大挑战。

赤泥是制铝工业在生产氧化铝时产生的一种高碱性工业固体废弃物，PH值可高达12-14，因此对环境以碱污染为主，每生产1吨氧化铝大约产生1-1.8吨赤泥，全球赤泥的堆存量高达40亿吨。如此大量的堆存，不仅占用土地资源，还会造成环境污染，赤泥废渣的处理和综合利用成为一个世界性的大难题。

发明内容

本发明针对上述提出的问题，发明一种利用赤泥制备ECC材料的方法，将赤泥作为基体生产制备ECC，降低生产成本、提高环境效益，同时提高赤泥的利用率，可作为建筑材料应用于实际工程中,具有十分重要的研究意义。

本发明技术方案如下：一种赤泥基ECC材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将赤泥经过3～10分钟球磨后，得到粉体材料，备用；

(2)矿粉为S105级，备用；

(3)配制氢氧化钠溶液，备用；

(4)液体硅酸钠模数为n＝3.31，波美度为°Bé＝39.7，含水率为55.87％，低模数的液体硅酸钠通过添加氢氧化钠的方法配制；

(5)按质量配比分别称量赤泥和矿粉，先将赤泥与矿粉混合并搅拌均匀，再加入部分碱溶液或全部氢氧化钠溶液和部分液体硅酸钠搅拌，之后立即加入纤维在相同的速度下搅拌，然后加入剩余的氢氧化钠溶液或液体硅酸钠搅拌，进行浇注成型。

(6)制备40×40×160mm的棱柱体和400×100×15mm薄板，对不同龄期的试件进行力学性能测试。