CN105174852A - 一种再生骨料混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种再生骨料混凝土及其制备方法，其原料组成按重量百分数计为：水泥15-20%、水5-15%、第三混合添加剂15-25%、粗骨料38%-63%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.3-1%、十二烷基硫酸钠0.1-0.5%、葡萄糖酸钠0.1-0.5%、水玻璃0.1-0.5%、聚丙烯酸酯0.5-1%，上述各原料的重量百分数之和为100%；所述粗骨料为废旧混凝土再生粗骨料或废旧混凝土再生粗骨料与天然粗骨料的混合物。本发明所得再生骨料混凝土具有很好的抗冲击、抗震与抗裂性能，其28天抗压强度可以达到80-100Mpa，适用于承重结构。

Description

一种再生骨料混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种再生骨料混凝土及其制备方法。

背景技术

国内外对再生混凝土质量与原生混凝土和砂浆性能、原生混凝土损坏状况、破碎方法和新混合料成分之间的关系进行了研究，认为粘附在再生骨料上的基体混凝土水泥砂浆胶结料、砂浆和界面区的质量、以及基体混凝土中砂浆含量对测定再生混凝土性能起重要影响。再生混凝土强度特性受如基体混凝土强度，基体混凝土中粗细骨料的比率，基体混凝土中骨料最大粒径与再生混凝土骨料最大粒径之比及再生骨料的磨蚀损失和吸水性等一些关键因素的影响，此外，水灰比、骨料最大粒径和干拌时间也对再生混凝土强度特性有一定影响作用。

在实际应用中，国内的情况与国外还有一定的差距。由于国内缺乏基体混凝土的资料，这使再生混凝土质量的控制具有一定的难度，因而在使用时，必须对再生骨料和再生混凝土的性能进行测试。同时研究结果表明，若能掺加活性超细矿物粉和高效减水剂等外加剂，通过一定的技术途径对再生骨料进行改性，可制成强度高、耐久性好的高性能绿色混凝土，从而广泛应用于承重结构中，这将会有更为明显的社会效益、经济效益和环境效益，然而，目前对再生骨料混凝土承重结构的抗震与抗冲击性能方面的试验研究很少，与之对应的是适合承重结构用的再生骨料混凝土研究很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种再生骨料混凝土及其制备方法，所得再生骨料混凝土具有很好的抗冲击、抗震与抗裂性能，适用于承重结构的制备，可弥补目前国内此方面研究的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种再生骨料混凝土，其原料组成按重量百分数计为：水泥15-20%、水5-15%、第三混合添加剂15-25%、粗骨料38%-63%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.3-1%、十二烷基硫酸钠0.1-0.5%、葡萄糖酸钠0.1-0.5%、水玻璃0.1-0.5%、聚丙烯酸酯0.5-1%，上述各原料的重量百分数之和为100%；

所述粗骨料为废旧混凝土再生粗骨料或废旧混凝土再生粗骨料与天然粗骨料的混合物；

所述废旧混凝土再生骨料是将废旧混凝土经破碎、分拣、筛分、清洗、干燥后得到。

所述第三混合添加剂的制备方法包括如下步骤：

1）将钢渣经破碎、筛分、磁选、风选分级后得到钢渣粉，再将钢渣粉、熟石膏、砂石用球磨机粉磨到400-480m²/kg，得到第一混合物；

2）将粉煤灰、砂浆塑化粉以及矿粉磨成平均粒径为3.0-6μm的粉末，得到第二混合物；

3）将第一混合物与第二混合物混合得到所述第三混合添加剂；

其所用原料按重量百分数计为：钢渣12-18%、熟石膏8-15%、砂石10-15%，粉煤灰15-25%、砂浆塑化粉10-15%、余量为矿粉。

所述改性木纤维的制备方法包括以下步骤：

1）将200重量份经活化处理后的木粉加入到含有60-80重量份偶联剂的水溶液中，搅拌0.4h后加热到60-62℃，再搅拌5-8h后过滤，所得木粉置于工业离心机中，500r/min离心15min后取出；

2）将处理后的木粉在50-55℃下真空干燥24h后，冷却到20-28℃，然后将木粉和100-150重量份马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300r/min转动混合1-2h后加热至80-100℃，再在400-450r/min下混合10-15min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

3）将初混料装入双螺杆挤出机中，于160-170℃、50-60r/min下混炼0.5h后挤出；

4）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为50-70目的改性木纤维；

所述活化处理是将干燥的木粉添加到高速混合机中，80-90℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔3-4min，加入后再搅拌5-6min；

所述偶联剂为硅烷偶联剂。

所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备方法包括以下步骤：

1）将100-120重量份聚酯多元醇于30min内加热到90-110℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入20-25重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入10-12重量份三羟甲基丙烷和10-12重量份2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与150-200重量份环氧树脂，10-15重量份三苯基膦一起加入到80-100重量份正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1h后冷却至25-30℃，用氨水调节乳液的pH值至8；

5）25-30℃下将30-50重量份改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25℃继续搅拌1h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液；

所述氨水为含氨质量分数为25-28%的水溶液。

所述再生骨料混凝土的制备方法为：将含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液与第三混合添加剂、十二烷基硫酸钠、葡萄糖酸钠、水玻璃、聚丙烯酸酯、水泥、粗骨料、水按比例混合，搅拌20-30min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述再生骨料混凝土。

我国拥有大量的林木资源，与碳纤维、钢纤维、玻璃纤维、福塔纤维、钢丝/钢丝网纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、杜拉纤维等比较，木纤维来源广泛、成本较低、易于加工且环境友好。作为天然高分子材料之一的木纤维，其分子链中含有大量的羟基活性基团，具有很强的亲水性，可以与混凝土成型过程中的水化产物，如氢氧化钙、硅酸钙凝胶、钙矾石等之间能形成氢键等分子间作用力，这有利于增强混凝土的微观应力应变性能。本发明首次采用一种改性木纤维对混凝土进行增韧，该木纤维先后经硅烷偶联剂和马来酸酐接枝三元共聚物改性后，其力学性能更加优良，且耐老化和耐水解性能得到显著改善，是一种理想的混凝土增韧纤维材料。

环氧树脂具有许多优点，如优异的化学稳定性、耐腐蚀性、电器绝缘性以及收缩率低等。然而单一环氧树脂固化后交联密度高，呈三维网状结构，存在内应力大、质脆、耐冲击性差、容易开裂等缺点，难以满足混凝土增韧的工程技术要求，使其应用受到一定的限制。长期以来，对环氧树脂进行增韧改性一直是一个重要的研究内容。聚氨酯是一类性能优良的高分子，有高耐冲击强度和优异的耐低温性能，用聚氨酯改性环氧树脂可以使两者优势互补。环氧树脂乳液经过聚氨酯改性，能够形成微观互穿网络的结构，从而使混凝土材料表现出良好的韧性、强度、抗疲劳性及各向同性，再加入改性木纤维形成复合增韧材料，可以更好地发挥两种材料协同增韧的效果，给混凝土的性能带来极大的改善。

再生粗骨料与天然粗骨料相比具有空隙率高、吸水率高、压碎指标低等缺点。因此，将再生粗骨料用来制造混凝土时，会带来混凝土的塌落度难以控制、强度低、弹性模量下降、干缩率和蠕变高以及耐久性下降等弱点，从而导致再生粗骨料在结构混凝土中的应用非常有限。本发明使用废旧混凝土再生粗骨料替代20%-100%天然粗骨料，可有效减少砂石资源的耗用，环氧树脂的固化与超细矿物粉能很好的填充再生骨料混凝土的孔隙，而添加聚丙烯酸酯可增加再生骨料混凝土的密实性、抗裂性能、抗冲击性能和抗渗性能，复合增韧材料的使用还增加了再生骨料混凝土的韧性，使本发明制得的再生骨料混凝土具有很好的抗冲击，抗震与抗裂性能，其28天抗压强度可以达到80-100MPa，为高强高韧性再生骨料混凝土，适合用于建筑承重结构。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

所用偶联剂为美国联碳公司牌号为A-151或A-171的硅烷偶联剂。

废旧混凝土再生骨料是将废旧混凝土用破碎机破碎，分拣出混凝土外的杂物，然后通过网筛筛分出5mm的再生粗骨料，用清水清洗后自然晾干得到的。

实施例1：

1.改性木纤维的制备：

1）将干燥的木粉添加到高速混合机中，80℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔3min，加入后再搅拌5min，得活化处理后的木粉；

2）将200重量份经活化处理后的木粉加入到含有60重量份A-151硅烷偶联剂的水溶液中，搅拌0.4h后加热到60℃，再搅拌8h后过滤，所得木粉置于工业离心机中，500r/min离心15min后取出；

3）将处理后的木粉在50℃下真空干燥24h后，冷却到20℃，然后将木粉和100重量份马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300r/min转动混合2h后加热至100℃，再在400r/min下混合15min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

4）将初混料装入双螺杆挤出机中，于160℃、60r/min下混炼0.5h后挤出；

5）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为50目的改性木纤维。

2.含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备：

1）将100重量份聚酯多元醇于30min内加热到110℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入20重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入10重量份三羟甲基丙烷和10重量份2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与150重量份环氧树脂，10重量份三苯基膦一起加入到80重量份正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1h后冷却至25℃，用含氨质量分数为25%的氨水溶液调节乳液的pH值至8；

5）25℃下将30重量份改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25℃继续搅拌1h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液。

3.第三混合添加剂的制备

1）将钢渣经破碎、筛分、磁选、风选分级后得到钢渣粉，再将钢渣粉、熟石膏、砂石用球磨机粉磨到400m²/kg，得到第一混合物；

2）将粉煤灰、砂浆塑化粉以及矿粉磨成平均粒径为4.0μm的粉末，得到第二混合物；

3）将第一混合物与第二混合物混合得到所述第三混合添加剂；

其所用原料按重量百分数计为：钢渣12%、熟石膏8%、砂石10%，粉煤灰15%、砂浆塑化粉10%、余量为矿粉。

4.再生骨料混凝土的制备

将含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液与第三混合添加剂、十二烷基硫酸钠、葡萄糖酸钠、水玻璃、聚丙烯酸酯、水泥、废旧混凝土再生骨料、天然粗骨料、水按比例混合，搅拌20min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述再生骨料混凝土。

其原料组成按重量百分数计为：水泥15%、水5%、第三混合添加剂15%、天然粗骨料20%、废旧混凝土再生粗骨料43%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.3%、十二烷基硫酸钠0.1%、葡萄糖酸钠0.5%、水玻璃0.1%、聚丙烯酸酯1%。

经检测，本实施例所得再生骨料混凝土28天抗压强度为86.7MPa，28天劈裂强度为5.75MPa，28天弹性模量为33.8GPa，表明再生骨料混凝土具有很好的强度与韧性，能很好的满足建筑承重结构的需求。

实施例2：

1.改性木纤维的制备：

1）将干燥的木粉添加到高速混合机中，85℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔3min，加入后再搅拌6min，得活化处理后的木粉；

2）将200重量份经活化处理后的木粉加入到含有70重量份A-171硅烷偶联剂的水溶液中，搅拌0.4h后加热到61℃，再搅拌6h后过滤，所得木粉置于工业离心机中，500r/min离心15min后取出；

3）将处理后的木粉在52℃下真空干燥24h后，冷却到26℃，然后将木粉和120重量份马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300r/min转动混合1.5h后加热至90℃，再在420r/min下混合13min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

4）将初混料装入双螺杆挤出机中，于165℃、55r/min下混炼0.5h后挤出；

5）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为60目的改性木纤维。

2.含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备：

1）将110重量份聚酯多元醇于30min内加热到95℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入23重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入11重量份三羟甲基丙烷和11重量份2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与180重量份环氧树脂，12重量份三苯基膦一起加入到90重量份正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1h后冷却至28℃，用含氨质量分数为26%的氨水溶液调节乳液的pH值至8；

5）28℃下将40重量份改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25℃继续搅拌1h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液。

3.第三混合添加剂的制备

1）将钢渣经破碎、筛分、磁选、风选分级后得到钢渣粉，再将钢渣粉、熟石膏、砂石用球磨机粉磨到420m²/kg，得到第一混合物；

2）将粉煤灰、砂浆塑化粉以及矿粉磨成平均粒径为5.6μm的粉末，得到第二混合物；

3）将第一混合物与第二混合物混合得到所述第三混合添加剂；

其所用原料按重量百分数计为：钢渣16%、熟石膏10%、砂石12%，粉煤灰20%、砂浆塑化粉12%、余量为矿粉。

4.再生骨料混凝土的制备

将含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液与第三混合添加剂、十二烷基硫酸钠、葡萄糖酸钠、水玻璃、聚丙烯酸酯、水泥、废旧混凝土再生骨料、天然粗骨料、水按比例混合，搅拌25min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述再生骨料混凝土。

其原料组成按重量百分数计为：水泥18%、水10%、第三混合添加剂16%、天然粗骨料25%、废旧混凝土再生粗骨料28.6%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液1%、十二烷基硫酸钠0.5%、葡萄糖酸钠0.1%、水玻璃0.2%、聚丙烯酸酯0.6%。

经检测，本实施例所得再生骨料混凝土28天抗压强度为84.7MPa，28天劈裂强度为4.65MPa，28天弹性模量为32.5GPa，表明再生骨料混凝土具有很好的强度与韧性，能很好的满足建筑承重结构的需求。

实施例3：

1.改性木纤维的制备：

1）将干燥的木粉添加到高速混合机中，90℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔4min，加入后再搅拌6min，得活化处理后的木粉；

2）将200重量份经活化处理后的木粉加入到含有80重量份A-151硅烷偶联剂的水溶液中，搅拌0.4h后加热到62℃，再搅拌5h后过滤，所得木粉置于工业离心机中，500r/min离心15min后取出；

3）将处理后的木粉在55℃下真空干燥24h后，冷却到28℃，然后将木粉和150重量份马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300r/min转动混合1h后加热至80℃，再在450r/min下混合10min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

4）将初混料装入双螺杆挤出机中，于170℃、50r/min下混炼0.5h后挤出；

5）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为70目的改性木纤维。

2.含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备：

1）将120重量份聚酯多元醇于30min内加热到90℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入25重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入12重量份三羟甲基丙烷和12重量份2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与200重量份环氧树脂，15重量份三苯基膦一起加入到100重量份正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1h后冷却至30℃，用含氨质量分数为28%的氨水溶液调节乳液的pH值至8；

5）30℃下将50重量份改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25℃继续搅拌1h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液。

3.第三混合添加剂的制备

1）将钢渣经破碎、筛分、磁选、风选分级后得到钢渣粉，再将钢渣粉、熟石膏、砂石用球磨机粉磨到480m²/kg，得到第一混合物；

2）将粉煤灰、砂浆塑化粉以及矿粉磨成平均粒径为6μm的粉末，得到第二混合物；

3）将第一混合物与第二混合物混合得到所述第三混合添加剂；

其所用原料按重量百分数计为：钢渣18%、熟石膏15%、砂石15%，粉煤灰25%、砂浆塑化粉15%、余量为矿粉。

4.再生骨料混凝土的制备

将含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液与第三混合添加剂、十二烷基硫酸钠、葡萄糖酸钠、水玻璃、聚丙烯酸酯、水泥、废旧混凝土再生骨料、水按比例混合，搅拌30min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述再生骨料混凝土。

其原料组成按重量百分数计为：水泥20、水15%、第三混合添加剂25%、废旧混凝土再生粗骨料38%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.5%、十二烷基硫酸钠0.3%、葡萄糖酸钠0.2%、水玻璃0.5%、聚丙烯酸酯0.5%。

经检测，本实施例所得再生骨料混凝土28天抗压强度为92.7MPa，28天劈裂强度为5.95MPa，28天弹性模量为34.5GPa，表明再生骨料混凝土具有很好的强度与韧性，能很好的满足建筑承重结构的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种再生骨料混凝土，其特征在于：其原料组成按重量百分数计为：水泥15-20%、水5-15%、第三混合添加剂15-25%、粗骨料38%-63%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.3-1%、十二烷基硫酸钠0.1-0.5%、葡萄糖酸钠0.1-0.5%、水玻璃0.1-0.5%、聚丙烯酸酯0.5-1%，上述各原料的重量百分数之和为100%；

所述粗骨料为废旧混凝土再生粗骨料或废旧混凝土再生粗骨料与天然粗骨料的混合物。

2.根据权利要求1所述再生骨料混凝土，其特征在于：所述第三混合添加剂的制备方法包括如下步骤：

1）将钢渣经破碎、筛分、磁选、风选分级后得到钢渣粉，再将钢渣粉、熟石膏、砂石用球磨机粉磨到400-480m²/kg，得到第一混合物；

2）将粉煤灰、砂浆塑化粉以及矿粉磨成平均粒径为4.0-6.6μm的粉末，得到第二混合物；

3）将第一混合物与第二混合物混合得到所述第三混合添加剂；

其所用原料按重量百分数计为：钢渣12-18%、熟石膏8-15%、砂石10-15%，粉煤灰15-25%、砂浆塑化粉10-15%、余量为矿粉。

3.根据权利要求1所述再生骨料混凝土，其特征在于：所述改性木纤维的制备方法包括以下步骤：

1）将经活化处理后的木粉加入到含有偶联剂的水溶液中，搅拌0.4h后加热到60-62℃，再搅拌5-8h后过滤，所得木粉置于工业离心机中，500r/min离心15min后取出；

2）将处理后的木粉在50-55℃下真空干燥24h后，冷却到20-28℃，然后将木粉和马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300r/min转动混合1-2h后加热至80-100℃，再在400-450r/min下混合10-15min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

3）将初混料装入双螺杆挤出机中，于160-170℃、50-60r/min下混炼0.5h后挤出；

4）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为50-70目的改性木纤维；

所述活化处理是将干燥的木粉添加到高速混合机中，80-90℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔3-4min，加入后再搅拌5-6min；

所述偶联剂为硅烷偶联剂。

4.根据权利要求1所述再生骨料混凝土，其特征在于：所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备方法包括以下步骤：

1）将聚酯多元醇于30min内加热到90-110℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入三羟甲基丙烷和2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与环氧树脂、三苯基膦一起加入到正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1h后冷却至25-30℃，用氨水调节乳液的pH值至8；

5）25-30℃下将改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25℃继续搅拌1h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液；

所述氨水为含氨质量分数为25-28%的水溶液。

5.根据权利要求1所述再生骨料混凝土，其特征在于：其制备方法为：将含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液与第三混合添加剂、十二烷基硫酸钠、葡萄糖酸钠、水玻璃、聚丙烯酸酯、水泥、粗骨料、水按比例混合，搅拌20-30min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述再生骨料混凝土。