[发明专利]一种用于水泥基材料自养护的废纸纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，尤其是涉及一种用于水泥基材料自养护的废纸纤维及其制备方法。

背景技术

水泥基材料一直是最大宗的建筑材料，在建筑行业得到普遍应用，但因其是非均质相，尤其近年研究的低水胶比的高强混凝土，因收缩引起的微裂纹直接影响水泥基材料的力学性能和耐久性能。受环境和水泥水化进程的影响，当外部环境湿度低于内部湿度或内部孔隙水无法正常满足水泥水化用水量，而外部水分不能及时补给的情况下，水泥基材料将产生干燥收缩和自收缩，这直接影响着水泥基材料体积的稳定性，并伴随着微孔的形成，导致水泥基材料微孔比表面积和孔体积增大，收缩开裂率上升，并以微裂纹的形式体现出来，纤维的掺入在很大程度上解决了这一问题。

钢纤维具有较高的模量，在水泥基材料宏观裂纹的扩展上具有一定的效用，但对早期阻缩的控制效果并不明显。聚丙烯纤维可以改善和抑制水泥基材料早期硬化所产生的裂缝，但它几乎不吸水的特性使其对水泥基体毛细孔内水分无法进行实时补偿。纤维素纤维拥有相互贯通的多孔结构，使其具有天然的亲水性能。除了与聚丙烯纤维类似的搭桥作用外，其独特的亲水性能使水泥基材料早期养护过程中毛细管孔内压力维持在较高水平。干燥蒸发和水泥水化过程中消耗掉一部分自由水，当毛细管孔内水压低于纤维素纤维所含水产生的压力时，纤维素纤维将及时释放出水分来补偿毛细管孔负压，从而使水泥基材料实现内部自养护的功效，加速水泥水化进程。材料的致密度得以增加，微孔比表面积和孔体积下降，阻裂率上升，进而缓解了水泥基材料早期收缩裂纹的产生。但目前研究的纤维素纤维大多来源于原木纤维，制备纤维素纤维过程中需经过造纸工艺去除半纤维素和木质素，增加了生产成本，浪费了木质资源，同时纤维素提炼过程需要大量的酸碱参与，废水的排放也造成了严重的水土污染。

废纸的主要成分是纤维素，处理后的废纸含70％以上的纤维素纤维，具备上述提到的纤维素纤维可以使水泥基材料中实现自养护的优点。原则上，它可以替代原木加工的纤维素纤维并应用于水泥基材料。更重要的是，用于这一领域的废纸纤维处理工艺简单，无需抽提半纤维素和木质素，亦不需要脱墨漂白处理工艺，生产成本大大降低，而且废水的排放量和有机物含量也大大减少，排放的废水不会造成环境污染，同时又实现了废纸纤维的再循环利用，但是如何真正实现废物利用现在仍然是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是紧紧围绕资源可持续发展而提出一种用于水泥基材料自养护的废纸纤维，意在补偿水泥基材料早期收缩过程中毛细孔负压产生水分的缺失，提高水泥水化程度，降低水泥基材料硬化阶段的收缩开裂。

本发明的另一个目的是提供上述用于水泥基材料自养护的废纸纤维的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于水泥基材料自养护的废纸纤维，其特征在于，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：

作为优选的实施方式，采用以下原料：废纸二次纤维70～90；分散剂8～20；烷基表面活性剂0.3～0.6；抗碱涂料5～10。

所述的废纸二次纤维由造纸厂丢弃的边角料、废旧书刊纸、包装纸、城市生活废纸经疏解得到，废纸二次纤维长度范围为1.5～2.1mm，标称直径为20～32μm，纤维素含量大于70％，吸水率大于自身重力的8倍。

所述的分散剂为细度大于5000目的高岭土或膨润土。

所述的表面活性剂为十六烷基溴化铵或十六烷基氯化铵。

所述的抗碱涂料为纳米TiO₂水溶胶。

用于水泥基材料自养护的废纸纤维的制备方法，采用以下步骤：

(1)将废纸浸泡完全浸泡水中一段时间，倒入水力碎浆机中，控制碎浆浓度为5～15wt％，碎浆温度为20～70℃，碎浆机转速200～850r/min，碎浆20～60min，对废纸进行疏解；

(2)将部分疏解后的纸浆浸泡在1～5wt％的NaOH溶液中2小时后进行超声波预处理或直接超声波处理，控制超声波功率为100～600W，处理时间为5～30min，超声纸浆的浓度为1～5wt％；

(3)将超声波预处理后的纸浆纤维在电热鼓风干燥箱中烘干；

(4)按照配方准备原料；

(5)将称量好的废纸二次纤维配成3～5wt％的浆浓，然后倒入除抗碱涂料的其它组分，于电动搅拌机中搅拌30～45min至混合均匀，去除水分，烘干至恒重；

(6)将上述纸浆纤维浸在抗碱涂料中，经超声振荡下30min左右取出纸浆纤维，并在60℃下缓慢干燥12小时，即制备得到产品。