本發明涉及固體廢棄物資源化利用與建筑材料，具體涉及一種廢棄玻璃鋼改性混凝土及其制備方法。

背景技術：

1、玻璃鋼（gfrp）材料因其輕質、高強、耐腐蝕等優點，在船舶、風電、化工等領域應用廣泛。隨之而來的，是大量廢棄玻璃鋼制品如何處理的問題。傳統填埋和焚燒方法不僅占用土地，還可能造成環境污染。因此，如何高效、高附加值地資源化利用廢棄玻璃鋼，成為亟待解決的課題。

2、將廢棄玻璃鋼破碎成粉體后作為填料或細骨料摻入混凝土，是一條具有潛力的消納路徑。這不僅能減少固體廢棄物和天然骨料的開采，理論上玻璃鋼中的玻璃纖維還能對混凝土起到一定的增韌作用。

3、然而，常規的簡單破碎填充方法效果往往不理想，甚至可能劣化混凝土性能。究其原因，主要有以下問題：

4、界面相容性差：廢棄玻璃鋼粉表面光滑、化學惰性，且被有機樹脂包裹，與親水性的水泥基體間難以形成牢固粘結。這導致界面區域成為應力薄弱點，容易引發微裂紋，降低混凝土的整體力學性能，特別是抗裂性。

5、耐久性受損：薄弱界面在外部環境（如凍融循環、干濕變化）或荷載長期作用下，易發展為滲水通道，嚴重損害混凝土的抗滲性和抗凍融能力。此外，簡單摻入的玻璃鋼粉與水泥基體結合不牢，其在堿性環境中的長期耐久性也令人擔憂。

6、為了改善界面性能，現有技術嘗試過對玻璃鋼粉進行簡單的酸、堿清洗或使用物理偶聯劑。然而，這些方法往往只能清潔表面或產生有限的物理吸附，未能建立牢固的化學鍵合，改善效果有限且不穩定。例如，單純使用kh550對粉體進行改性，若方法不當（如早期研究中提到的干法直接使用未水解kh550），可能因偶聯劑未能有效水解和鍵合而效果不佳。

技術實現思路

1、現有技術中存在的問題是：廢棄玻璃鋼粉直接加入到混凝土材料體系中，容易引發微裂紋，顯著降低混凝土的整體力學性能。針對上述技術問題，本發明提供一種廢棄玻璃鋼改性混凝土，其水膠比為0.35-0.4，以重量份數計，配方中的固體原料包括以下成分：

2、水泥?105-120份；

3、細骨料?165-180份；

4、粗骨料?250-270份；

5、粉煤灰?10-15份；

6、高效減水劑?2.4-2.6份；

7、改性玻璃鋼粉?25-30份；

8、所述細骨料為中砂，粗骨料的粒徑為5-31.5mm。

9、優選地，所述細骨料為天然河砂、天然海砂、機制砂中的一種或幾種。

10、優選地，所述粗骨料由由5-10mm、10-20mm、20mm-31.5mm范圍內的三種不同粒徑的碎石按照質量比2.8-3.1:4.8-5.3:1.8-2.2組成。

11、優選地，所用水泥為硅酸鹽水泥，水泥強度等級不低于52.5級普通硅酸鹽水泥。

12、優選地，所述粉煤灰為符合gb/t?1596-2017標準的ⅰ級或ⅱ級粉煤灰。

13、優選地，所述改性玻璃鋼粉的制備方法如下：

14、（1）將廢棄玻璃鋼粉完全浸入到強堿液中，于40-50℃下攪拌反應20-30min后撈出，水洗干燥至恒重后，得到預處理玻璃鋼粉備用；

15、（2）通過單寧酸的堿性氧化自聚反應在預處理玻璃鋼粉表面形成聚單寧酸包覆層（記為gf@pta）；

16、（3）gf@pta與kh550改性煅燒偏高嶺土（記為m-kh550）表面的氨基在無水乙醇中發生席夫堿反應（120℃）形成亞胺鍵，得到目標改性玻璃鋼粉。

17、優選地，步驟（3）的制備方法包括以下步驟：

18、將m-kh550與gf@ta按照質量比1:5~1:2加入到無水乙醇中，溶液的固含量為5%?-15%，攪拌混合均勻，之后將反應體系加熱至110-130℃，回流攪拌反應，反應過程采用ftir監測反應的進行，待反應體系中亞胺基團在紅外光譜圖中的吸收峰不再增加，反應結束，反應結束后，待反應體系自然冷卻至室溫，固液分離收集固體產物，所獲固體產物用無水乙醇洗滌產物至少2次，以去除未反應的物質及物理吸附的雜質，之后經真空干燥，得到目標改性玻璃鋼粉。

19、優選地，步驟（2）的制備方法包括以下步驟：

20、（1）將單寧酸溶解到濃度為40~60mm，ph=8.0~9.0的tris-hcl緩沖液中，得到單寧酸溶液，單寧酸的濃度為0.5~3.0?mg/ml；

21、（2）將預處理玻璃鋼粉完全浸入到單寧酸溶液中，室溫下低速攪拌反應（溶液顏色逐漸加深，從淡黃色變為深棕色）至少6h，反應結束后，用去離子水抽濾洗滌玻璃鋼粉，洗去物理吸附的松散單寧酸分子，最后，置于真空烘箱中干燥至恒重，即可得到gf@pta。

22、優選地，kh550改性煅燒偏高嶺土的制備方法包括以下步驟：

23、（1）將kh550與無水乙醇、水按照體積比5-8:85-90:10-15混合均勻，冰醋酸調節溶液ph=4-5，得到kh550水解溶液；

24、（2）將煅燒偏高嶺土加入kh550水解溶液中，煅燒偏高嶺土與kh550水解溶液的質量比1:20~1:50，于60-80℃下低速攪拌水浴反應至少2h，促進硅醇與玻璃纖維表面羥基（-oh）的化學鍵合，反應結束后，固液分離收集固體產物，所獲固體產物經無水乙醇洗滌后，于60-80℃下真空干燥至恒重，過200目篩后，得到kh550改性煅燒偏高嶺土。

25、優選地，所述煅燒偏高嶺土的制備方法如下：

26、（1）選用高純度高嶺土礦石（al2o3·2sio2·2h2o），去除雜質后破碎至粒徑≤2mm；

27、（2）將高嶺土在100-105℃下干燥至少2h，去除游離水；

28、（3）將干燥后的高嶺土置于馬弗爐中，以5℃/min升溫至750-800℃，保溫至少4h后自然冷卻至室溫；

29、（4）將煅燒后的物料經球磨機粉碎至粒徑≤45μm（325目），過篩后，得到煅燒偏高嶺土。

30、本發明具有如下有益效果：

31、（1）本發明將難以降解的廢棄玻璃鋼轉化為混凝土的功能性組分，提供了一條大規模、高附加值的資源化利用路徑；

32、（2）本發明通過單寧酸的堿性氧化自聚合，在玻璃鋼粉表面成功構建了富含高活性醌基的聚單寧酸（pta）包覆層，同時利用席夫堿反應，使kh550改性煅燒偏高嶺土（m-kh550）末端的氨基與gf@pta表面的醌基發生反應，形成牢固的亞胺共價鍵（-c=n-）。這相當于在玻璃鋼粉與活性偏高嶺土之間架設了一座牢固的“分子橋”，這種共價鍵結合的強度遠高于傳統的物理吸附或簡單的偶聯劑處理，實現了從玻璃鋼粉到水泥基體的高效應力傳遞，pta包覆層通過共價鍵連接的“分子橋”機制，將外部荷載有效地從水泥基體傳遞至玻璃鋼粉，極大地抑制了界面處微裂紋的產生與發展。共價鍵連接確保了在承受載荷時，玻璃鋼粉的增韌作用能被完全激活，而不會因界面過早失效而脫落。同時，被牢固固定的偏高嶺土持續強化界面本身。混凝土在獲得超高抗壓強度的同時，抗折強度與韌性也得到同步大幅提升，克服了傳統材料強度與韌性往往相互制約的矛盾；

33、（3）kh550接枝的煅燒偏高嶺土、ⅰ級/ⅱ級粉煤灰本身是優異的火山灰材料，能與水泥水化產物ca(oh)2反應生成額外的c-s-h凝膠，這種反應能細化孔隙，進一步強化界面過渡區(itz)和水泥基體，使得混凝土內部結構更為密實。這不僅提升了強度，也共同促進了抗滲性和耐久性的提高；

34、（4）優化的骨料級配與火山灰材料（ⅰ級/ⅱ級粉煤灰和m-kh550中的煅燒偏高嶺土）的微填充效應，使得混凝土內部結構極為密實，混凝土的氯離子擴散系數顯著降低，抗滲性能顯著提高；

35、（5）玻璃鋼粉表面的pta包覆層作為一種天然高分子聚合物，通過強大的物理吸附與氫鍵作用，能夠極其牢固地錨定在經預處理的玻璃鋼粉表面，與水泥基體具有良好的相容性和交互作用。pta包覆層在疏水的玻璃鋼粉與親水的水泥基體之間，充當了一個性能卓越的“中間黏結層”，解決了二者相容性差的問題。pta包覆層超強的黏附能力使得pta包覆層能均勻、致密地包裹在玻璃鋼粉表面，致密的pta包覆層及其構筑的牢固界面，從根本上阻斷了最主要的滲水通道。混凝土的抗滲性因此得到質的提升，進而直接導致在凍融循環中可凍結的自由水大大減少，抗凍融能力顯著增強。