本发明属于建筑工程材料的技术领域，具体涉及一种由纳米废纸纤维浆制备早强抗裂混凝土的方法。
背景技术：
随着保护森林资源、发展低碳经济的需要，充分的、科学的、合理的使用废纸纤维势在必行。用廉价的废纸作为原料，既变废为宝、节约资源，又减少环境污染，且工艺条件简单，废纸的回收利用是实现可持续发展的一个重要方面。
混凝土是指用胶凝材料(如水泥)、砂、石作集料，与水按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得，是当代最主要的土木工程材料之一。混凝土作为建筑材料已有一百多年历史，混凝土的优点是：抗压强度高，取材容易，易成型价格低廉，可与其他材料结合制成各种沉重固件。但是混凝土致命弱点为抗拉强度低，易开裂，从而降低混凝土结构的承载能力缩短使用寿命，成为各种灾难事故的隐患。
目前，由于抗裂混凝土可以很好的抑制了裂缝的开展并能改善混凝土多种性能，所以抗裂混凝土是改善混凝土受力性能的有效方法之一。
湿磨是将物料加水粉磨成浆体的一种生产方法。湿磨的产品细度均匀、单位重量产品的能量消耗低、没有粉尘飞场、噪音较小。广泛用于造纸、化工、陶瓷、水泥等工业部门。湿磨对絮状纸浆起到了破碎作用，混合料生产中所使用的原料粒度规格不同，作为主要原料存在不少的团粒结构，湿磨就能起到物料的破碎与粒度均化作用。
公开号为cn107287957a的专利申请公开了一种有序纳米废纸纤维，其制备方法为，将双氧水、氢氧化钠、硅酸钠、十二烷基苯磺酸钠及op-10配置成溶液a；将废纸粉碎，在溶液a中浸泡；将浸泡好的废纸脱墨并疏解废纸纤维；将废纸纤维粉碎并细化及酸化处理，最终得到纳米级废纸纤维。上述发明到达了废纸回收再利用的目的，但是，不能与水泥基材料有效的结合在一起，没有充分的发挥纳米纸纤维的作用。
公开号为cn105541240a的专利申请公开了一种抗裂混凝土，包括以下重量配比的组分：骨料2.5-35份，混凝土20-80份，钢纤维或碳纤维3-20份，抗裂剂1-10份。上述发明抗裂混凝土具有较高韧性，但是，钢纤维和碳纤维没有废纸纤维环保和一定的经济效益。因此，现阶段应该发明一种纳米纸纤维制备早强混凝土的需求。
因此，本申请拟提供一种能对废纸进行重新利用，不需要掺入一些外加剂，经济性好的废纸湿磨法制备早强抗裂混凝土的方法。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种由纳米废纸纤维浆制备早强抗裂混凝土的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将废纸在碎纸机里粉碎成长度为1mm-3mm，宽度为1mm-3mm的碎屑后，将废纸屑浸渍于1％-3％的氢氧化钙溶液中得到纸浆；
步骤2、将步骤1中的200-300份纸浆与1-3份减水剂搅拌均匀后与100-300份氧化锆一起倒入湿磨机中，湿法研磨2h后得到含有纳米纸纤维直径可达到50nm-100nm，长度可达到20μm-150μm的浆状混凝土掺合料；
步骤3、将1-3份分散剂加入步骤2中的200-300份浆状混凝土掺合料中，继续搅拌，使之成为有流动性的纳米纸纤维浆；
步骤4、将步骤3中的纳米纸纤维浆进行超声分散后，加入到水泥，砂，碎石、水中拌和、成型、经标准养护得到早强抗裂混凝土。
所述步骤1中的废纸种类为废报纸、印刷纸、废杂志、混合废纸等。
所述步骤2中所用减水剂为木质素磺酸盐类减水剂类，萘系高效减水剂类，三乙醇胺减水剂类中的一种或几种的复合。
所述步骤2中所用氧化锆的粒径为0.8～1.0mm、1.4～1.7mm、2～2.5mm，配比为2:1:1；所用湿磨机转速为300rad/min-400rad/min。
所述步骤3中的分散剂为木质素磺酸盐类减水剂类，萘系高效减水剂类，三乙醇胺减水剂类中的一种或几种的复合。
所述步骤4中的早强抗裂混凝土按重量百分比计为水泥16.6％-20.4％、纳米纸纤维浆0.02％-0.12％、砂22.44％-24.97％、碎石48.97％-49.94％、水8.16％-8.32％，总质量百分比为100％。
所述步骤4中的水泥为普通硅酸盐水泥，砂为级配良好的中砂，碎石为5mm-10mm连续级配的碎石。
本发明所湿磨出的纳米纸纤维浆产生的纳米效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化，当废纸湿磨成纳米纸纤维浆时，粒径越来越小，从而纳米效应可以使加入纳米纸纤维浆的混凝土产生早强的效果。湿磨后的纸纤维浆中含有很多纤维，经过超声分散后，分散好的纸纤维加入到混凝土中，纤维具有抗裂性，加入到混凝土中，可以使混凝土产生抗裂的效果。
本发明具有如下优点：
本发明有效的解决了废纸的有效利用问题，以废纸作为原料，利用化学作用和湿磨工艺制备纳米纸纤维浆，再制备成早强抗裂混凝土，加入纳米纸纤维浆后的混凝土早强效果明显，并且具有抗裂性能，该发明提供了一种生产纳米纸纤维浆的办法，又可广泛应用于混凝土结构中。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明：
实施例中的采用的废纸为武汉某印刷厂废纸料；水为自来水；水泥为普通硅酸盐水泥；所用的减水剂和分散剂为木质素磺酸盐类减水剂、苯系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类中的一种或几种的复合，市售；湿磨机为长沙万荣分体公司生产的湿法球磨机。
实施例1、
1)将废纸在碎纸机里粉碎成长度为1mm-3mm，宽度为2mm-3mm的碎屑后，将废纸屑浸渍于自来水中；
2)将步骤1)中的纸浆与1份减水剂在搅拌机中搅拌均匀后，与粒径为0.8～1.0mm、1.4～1.7mm、2～2.5mm，配比为2:1:1的氧化锆一起倒入球磨机中，湿法研磨1h得到粒径50nm-100nm，长度为0.1μm-0.3μm的浆状混凝土掺合料；
3)将1份分散剂加入步骤2)中的纳米纸纤维浆中，进行超声分散后，继续搅拌，使之成为有流动性的浆体；所述分散剂为减水剂；
4)将步骤3)中的纳米纸纤维浆进行超声分散后，加入到混凝土中拌和、成型、经标准养护得到早强抗裂混凝土；
将本实施例的水泥掺合料按纳米纸纤维浆0.1份、水泥200份、砂110份、碎石240份、水35份的配比制备早强抗裂混凝土。其中纳米纸纤维浆0.1份中固含为0.05份，水为0.05份。
通过上述步骤获得掺纳米纸纤维浆的早强抗裂混凝土，混凝土的坍落度为205mm，混凝土的流动性良好；通过测试得12h、1d、3d混凝土抗压强度分别为0.6mpa、1.2mpa、6.8mpa，弹性模量为1.96，28天混凝土抗折强度为,0.80mpa，圆环开裂应力发展速率为0.15mpa/d，开裂风险等级为中低开裂风险。
实施例2、
1)将废纸在碎纸机里粉碎成长度为1mm-3mm，宽度为2mm-3mm的碎屑后，将废纸屑浸渍于1％的氢氧化钙溶液中；
2)将步骤1)中的纸浆和1份减水剂在搅拌机中搅拌均匀后，与粒径为0.8～1.0mm、1.4～1.7mm、2～2.5mm，配比为2:1:1的氧化锆一起倒入球磨机中，湿法研磨1h得到粒径50nm-100nm，长度为0.1μm-0.3μm的浆状混凝土掺合料；
3)将1份分散剂加入步骤2)中的纳米纸纤维浆中，进行超声分散后，继续搅拌，使之成为有流动性的浆体；所述分散剂为减水剂；
4)将步骤3)中的纳米纸纤维浆进行超声分散后，加入到混凝土中拌和、成型、经标准养护得到早强抗裂混凝土；
将本实施例的水泥掺合料按纳米纸纤维浆0.3份、水泥200份、砂125份、碎石250份、水40份的配比制备早强抗裂混凝土。其中纳米纸纤维浆0.3份中固含为0.15份，水为0.15份。
通过上述步骤获得掺纳米纸纤维浆的早强抗裂混凝土，混凝土的坍落度为201mm，混凝土的流动性良好；通过测试得12h、1d、3d混凝土抗压强度分别为1.3mpa、2.9mpa、11.0mpa，弹性模量为3.55,28天混凝土抗折强度为4.6mpa，圆环开裂应力发展速率为0.11mpa/d，开裂风险等级为中低开裂风险。
实施例3、
1)将废纸在碎纸机里粉碎成长度为1mm-3mm，宽度为2mm-3mm的碎屑后，将废纸屑浸渍于2％的氢氧化钙溶液中；
2)将步骤1)中的纸浆和1份减水剂在搅拌机中搅拌均匀后，与粒径为0.8～1.0mm、1.4～1.7mm、2～2.5mm，配比为2:1:1的氧化锆一起倒入球磨机中，湿法研磨1h得到粒径50nm-100nm，长度为0.1μm-0.3μm的浆状混凝土掺合料；
3)将1份分散剂加入步骤2)中的纳米纸纤维浆中，进行超声分散后，继续搅拌，使之成为有流动性的浆体；所述分散剂为减水剂；
4)将步骤3)中的纳米纸纤维浆进行超声分散后，加入到混凝土中拌和、成型、经标准养护得到早强抗裂混凝土；
将本实施例的水泥掺合料按纳米纸纤维浆0.5份、水泥220份、砂130份、碎石265份、水45份的配比制备早强抗裂混凝土。其中纳米纸纤维浆0.5份中固含为0.25份，水为0.25份。
通过上述步骤获得掺纳米纸纤维浆的早强抗裂混凝土，混凝土的坍落度为194mm，混凝土的流动性良好；通过测试得12h、1d、3d混凝土抗压强度分别为2.1mpa、3.0mpa、11.6mpa，弹性模量为3.61,28天混凝土抗折强度为5.0mpa，圆环开裂应力发展速率为0.08mpa/d，开裂风险等级为低开裂风险。
实施例4、
1)将废纸在碎纸机里粉碎成长度为1mm-3mm，宽度为2mm-3mm的碎屑后，将废纸屑浸渍于3％的氢氧化钙溶液中；
2)将步骤1)中的纸浆和1份减水剂在搅拌机中搅拌均匀后，与粒径为0.8～1.0mm、1.4～1.7mm、2～2.5mm，配比为2:1:1的氧化锆一起倒入球磨机中，湿法研磨1h得到粒径50nm-100nm，长度为0.1μm-0.3μm的浆状混凝土掺合料；
3)将1份分散剂加入步骤2)中的纳米纸纤维浆中，进行超声分散后，继续搅拌，使之成为有流动性的浆体；所述分散剂为减水剂；
4)将步骤3)中的纳米纸纤维浆进行超声分散后，加入到混凝土中拌和、成型、经标准养护得到早强抗裂混凝土；
将本实施例的水泥掺合料按纳米纸纤维浆0.7份、水泥220份、砂150份、碎石270份、水50份的配比制备早强抗裂混凝土。其中纳米纸纤维浆0.7份中固含为0.35份，水为0.35份。
通过上述步骤获得掺纳米纸纤维浆的早强抗裂混凝土，混凝土的坍落度为190mm，混凝土的流动性良好；通过测试得12h、1d、3d混凝土抗压强度分别为2.5mpa、3.5mpa、12mpa，弹性模量为3.70，28天混凝土抗折强度为5.3mpa，圆环开裂应力发展速率为0.05mpa/d，开裂风险等级为低开裂风险。
这表明掺入纳米纸纤维浆后混凝土的强度等级能达到c55的要求，以废纸作为原料，利用化学作用和湿磨工艺制备纳米纸纤维浆，再制备成早强抗裂混凝土，有效的解决了废纸的利用问题，同时提供了一种生产纳米纸纤维浆的方法，又可广泛应用于混凝土结构中。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
1.一种由纳米废纸纤维浆制备早强抗裂混凝土的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将废纸在碎纸机里粉碎成长度为1mm-3mm，宽度为1mm-3mm的碎屑后，将废纸屑浸渍于1%-3%的氢氧化钙溶液中得到纸浆；
步骤2、将步骤1中的200-300份纸浆与1-3份减水剂搅拌均匀后与100-300份氧化锆一起倒入湿磨机中，湿法研磨2h后得到含有纳米纸纤维直径可达到50nm-100nm，长度可达到20μm-150μm的浆状混凝土掺合料；
步骤3、将1-3份分散剂加入步骤2中的200-300份浆状混凝土掺合料中，继续搅拌，使之成为有流动性的纳米纸纤维浆；
步骤4、将步骤3中的纳米纸纤维浆进行超声分散后，加入到水泥，砂，碎石、水中拌和、成型、经标准养护得到早强抗裂混凝土。
2.如权利要求1所述的一种由纳米废纸纤维浆制备早强抗裂混凝土的方法，其特征在于，所述步骤1中的废纸种类为废报纸、印刷纸、废杂志或混合废纸。
3.如权利要求1所述的一种由纳米废纸纤维浆制备早强抗裂混凝土的方法，其特征在于，所述步骤2中所用减水剂为木质素磺酸盐类减水剂类，萘系高效减水剂类，三乙醇胺减水剂类中的一种或几种的复合。
4.如权利要求1所述的一种由纳米废纸纤维浆制备早强抗裂混凝土的方法，其特征在于，所述步骤2中所用氧化锆的粒径为0.8～1.0mm、1.4～1.7mm、2～2.5mm，配比为2:1:1；所用湿磨机转速为300rad/min-400rad/min。
5.如权利要求1所述的一种由纳米废纸纤维浆制备早强抗裂混凝土的方法，其特征在于，所述步骤3中的分散剂为木质素磺酸盐类减水剂类，萘系高效减水剂类，三乙醇胺减水剂类中的一种或几种的复合。
6.如权利要求1所述的一种由纳米废纸纤维浆制备早强抗裂混凝土的方法，其特征在于，所述步骤4中的早强抗裂混凝土按重量百分比计为水泥16.6%-20.4%、纳米纸纤维浆0.02%-0.12%、砂22.44%-24.97%、碎石48.97%-49.94%、水8.16%-8.32%，总质量百分比为100%。
7.如权利要求1所述的一种由纳米废纸纤维浆制备早强抗裂混凝土的方法，其特征在于，所述步骤4中的水泥为普通硅酸盐水泥，砂为级配良好的中砂，碎石为5mm-10mm连续级配的碎石。
技术总结