一种掺入废玻璃粉的超高性能水泥基材料制备方法与流程

本发明涉及建筑材料制备，具体为一种掺入废玻璃粉的超高性能水泥基材料制备方法。

背景技术：

1、随着全球建筑行业的快速发展和城市化进程的加速，水泥基材料在建筑工程中的应用愈加广泛。水泥基材料由于其成本低、可塑性强和适用范围广等优点，成为建筑材料的主要选择。然而，随着技术的进步和建筑标准的提高，传统水泥基材料的性能已无法完全满足现代建筑对高强度、高耐久性和环保性的要求。

2、在传统水泥基材料的生产过程中，水泥作为主要胶凝材料，通过与骨料和水的混合反应，形成具有一定强度和耐久性的固体材料。为了提高水泥基材料的性能，研究人员不断尝试各种方法，例如通过加入矿物掺合料(如硅灰、粉煤灰和矿渣)来改善材料的强度和耐久性。硅灰由于其超细颗粒和高活性，被广泛用作提高水泥基材料性能的重要掺合料。

3、近年来，废玻璃粉(wgp)作为一种矿物掺合料，也被逐渐引入到水泥基材料中。研究发现，废玻璃粉的掺入不仅能有效降低水泥的使用量，减少二氧化碳的排放，还能显著改善水泥基材料的性能。

4、尽管这些方法在一定程度上取得了一些成效，但仍面临诸多挑战。例如，传统机械振动压实方法容易产生气泡和空隙，导致材料的密实度和强度不足。此外，水泥基材料在长期使用过程中会受到温度变化、湿度变化、化学侵蚀等环境因素的影响，导致材料内部产生微裂缝并逐渐扩展，影响其耐久性。在寒冷地区，冻融循环是影响水泥基材料耐久性的一个重要因素，传统材料在多次冻融循环后容易出现开裂和剥落。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种掺入废玻璃粉的超高性能水泥基材料制备方法，解决了掺入非玻璃粉的水泥基材料在密实度、耐久性、环保性和施工性能方面的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种掺入废玻璃粉的超高性能水泥基材料制备方法，包括以下步骤：

3、s1、提供水泥、废玻璃粉、硅灰、细骨料、纳米二氧化钛、石墨烯、相变材料、绿色高效减水剂和钢纤维；

4、s2、将石墨烯分散在去离子水中，形成石墨烯悬浮液；

5、s3、将相变材料通过微胶囊化处理；

6、s4、将水泥、废玻璃粉、硅灰、细骨料和纳米二氧化钛干混，形成基础混合料；

7、s5、将基础混合料与石墨烯悬浮液、微胶囊化相变材料在高剪切搅拌机中进行湿混，直至形成均匀的混合物；

8、s6、在湿混过程中逐步加入绿色高效减水剂，调节混合物的工作性能；

9、s7、最后加入钢纤维，并继续搅拌直至钢纤维均匀分布；

10、s8、将混合物倒入模具中，利用磁流变液技术进行压实；

11、s9、初凝后进行脱模，并将样品置于养护箱中进行标准养护；

12、s10、在养护期间，通过周期性加热使相变材料释放能量，调节材料内部温度；

13、s11、养护28天后，对样品进行高温烧结处理。

14、优选的，所述s1步骤中按重量百分比计，水泥50-70％、废玻璃粉10-20％、硅灰5-15％、细骨料10-20％、纳米二氧化钛1-5％、石墨烯0.1-1％、相变材料1-5％、绿色高效减水剂0.5-2％、钢纤维0.5-2％。

15、优选的，所述相变材料任选石蜡、脂肪酸或水合盐中的一种，所述绿色高效减水剂任选植物基减水剂、单宁酸或瓜尔胶中的一种。

16、优选的，所述s3步骤中微胶囊化处理的具体步骤包括如下：

17、s3.1、制备相变材料溶液：

18、将固体相变材料加热至熔融状态，然后溶解于适量的水或有机溶剂中，形成均匀溶液；

19、s3.2、制备壁材溶液：

20、取明胶和阿拉伯胶，分别溶解于温度在40-50℃的温水中，搅拌均匀，形成明胶-阿拉伯胶复合壁材溶液；

21、s3.3、混合相变材料和壁材溶液：将相变材料溶液缓慢滴入壁材溶液中，边加边搅拌，维持温度在40-50℃，搅拌速率为300-500rpm；

22、s3.4、形成微胶囊：将混合溶液的温度降至10-15℃，持续搅拌，使相变材料逐渐凝固，形成微胶囊，调节ph值至4.0-4.5，促进微胶囊壁材的共沉淀和包覆；

23、s3.5、固化和收集：将形成的微胶囊通过冷冻干燥或喷雾干燥进行固化，收集干燥后的微胶囊，过筛，得到粒径均匀的微胶囊相变材料。

24、优选的，所述s6步骤中调节混合物的工作性能的方法为采用坍落度试验、扩展度试验和离析试验分别对混合物的流动性和稳定性进行测试，根据测试结果调整减水剂掺量，所述减水剂掺量调整方法为：

25、若流动性不足，减水剂掺量增加；

26、若混合物离析，减少减水剂掺量或增加细骨料比例。

27、优选的，所述s10步骤中周期性加热规则为：

28、初始设定：

29、设定初始加热时间为1.5-2h，将材料温度逐步升至相变材料的相变温度，初始加热温度控制在相变温度范围内的高值；

30、加热周期设定：加热周期设定为7.5-8h一次，每次加热0.5-1h，在每个加热周期内，温度保持在相变温度范围内；

31、冷却周期设定：每次加热结束后，关闭加热装置，进行6-7h的自然冷却，在冷却周期内，监测温度变化，材料内部温度逐渐回落但不低于室温；

32、监测和调整：使用温度传感器实时监测材料内部和表面的温度，记录温度数据，分析每个加热和冷却周期的温度变化情况，根据数据分析结果，调整加热时间、功率和周期，温度控制在相变温度范围内。

33、优选的，所述初始加热温度控制在相变温度范围内的精度为±2℃。

34、优选的，所述s10步骤中养护具体包括步骤：

35、湿养护阶段(前7天)：

36、将脱模后的样品放置在湿养护箱中；

37、湿养护箱温度范围设定为18-22℃，湿度保持在90-100％；

38、持续湿养护7天，样品表面保持湿润；

39、二氧化碳养护阶段(第8天至第28天)：

40、将湿养护后的样品移入二氧化碳养护箱中；

41、设定养护箱温度范围为18-22℃，二氧化碳浓度控制在10-20％；

42、每天进行6-10h的二氧化碳养护，其余时间保持样品在室温环境中。

43、优选的，所述s8步骤中磁流变液技术压实具体包括以下步骤：

44、准备模具和混合物：将混合物倒入预先涂覆一层磁流变液的模具中；

45、安装电磁线圈：将电磁线圈安装在模具外壁和底部；

46、设置磁场参数：初始磁场强度0.1-0.5t，最大磁场强度0.5-1t，磁场施加时间3-10min；

47、启动磁场压实：分为三个阶段施加不同的磁场强度，从小到大，并通过控制系统实时监测磁场和混合物的压实效果，调整磁场强度和作用时间；

48、压实结束和固化：

49、磁场作用结束后，关闭电磁线圈，模具静置，进行初步固化。

50、优选的，所述相变材料石蜡、脂肪酸或水合盐的相变温度范围分别为石蜡20-60℃、脂肪酸30-70℃、水合盐30-50℃。

51、本发明提供了一种掺入废玻璃粉的超高性能水泥基材料制备方法。具备以下有益效果：

52、1、本发明通过采用磁流变液技术进行压实，显著提高了材料的密实，使得混合物在磁场作用下，流变特性得到有效调控，气泡被排除，微结构更加致密，而传统的机械振动无法达到同样的效果，容易产生气泡和空隙，导致影响材料的密实度和强度。

53、2、本发明通过微胶囊化相变材料和二氧化碳养护技术的应用，显著改善了材料的耐久性，微胶囊化相变材料能够在温度变化时吸收和释放能量，调节材料内部温度，减缓温度应力对材料的破坏，二氧化碳养护技术促进了材料表面碳化层的形成，提高了材料的抗冻融和抗渗透性能，从而延长了材料的使用寿命。

54、3、本发明通过采用的微胶囊化相变材料和绿色高效减水剂等环保材料，使得整个制备过程更加节能环保，相较于传统方法，降低能耗和减少污染方面具有显著优势，有助于实现绿色建筑和可持续发展的目标。

55、4、本发明通过二氧化碳养护技术的应用，促进了材料表面碳化层的形成，提高了材料的抗冻融和抗渗透性能，显著改善了材料的耐久性，解决了传统材料在冻融循环和水中浸泡下容易发生损伤，耐久性差的问题。