CN109250941A - 一种再生骨料混凝土专用复合外加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种再生骨料混凝土专用复合外加剂，在Ca(OH)2的溶液中通入高纯度的二氧化碳气体进行碳化，反应开始前添加修饰剂CTAB，进行再生骨料混凝土配合比设计；纳米CaCO3和轻钙粉混合，外加减水剂。本发明的有益效果是通过外加剂改善再生骨料混凝土的力学性能，尤其是早期力学性能。

Description

一种再生骨料混凝土专用复合外加剂
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及再生骨料混凝土的一种专用复合外加剂。
背景技术
对废弃混凝土进行破碎、清洗和筛分等工序制成再生骨料，替代天然骨料用于混凝土的拌制，实现建筑垃圾的再生利用，是发展生态绿色混凝土的主要途径。然而，仅通过简单破碎制备的再生粗骨料颗粒棱角多、表面粗糙、孔隙率大、吸水率大、压碎指标高，种种不利因素限制了再生粗骨料的推广应用。因此，提高和改善再生粗骨料的基本物理性能是再生混凝土研究的重点和基础。
21世纪纳米技术正在各领域渗透，同时为混凝土的发展注入了新的活力，开拓了新的方向。众所周知，纳米CaCO3可作为水泥水化反应的催化剂，迅速提高混凝土的早期强度。这是由于当水泥水化开始后，水化产物在水泥浆体中分散并且硅酸三钙水化产生的Ca2+和OH-被吸附到纳米CaCO3表面，以纳米CaCO3为晶核，加速水化硅酸钙凝胶的生成，而使硅酸三钙颗粒周围的Ca2+和OH-浓度减小，从而加速硅酸三钙的水化。同时，纳米CaCO3与界面处的Ca(OH)2粒子发生一系列反应，减少Ca(OH)2粒子在界面处的聚集分布，改善界面的综合性能。并且，纳米CaCO3材料颗粒粒径小于100nm，对水泥硬化浆体中20-150nm的微孔具有填充作用，从而使材料内部的孔隙结构得到改善，使水泥基材料的结构更加致密，从而改善混凝土材料的耐久性。
对于再生骨料混凝土，纳米CaCO3一方面通过晶核效应加速了水泥的水化进程，并通过改善界面综合性能和作为活性填充材料提高了混凝土的早期力学性能。另一方面，纳米CaCO3能较好的填充再生粗骨料残留旧砂浆及石子和旧砂浆粘结界面处的微观孔隙，从而降低再生粗骨料的孔隙率和吸水率，提高骨料密实度，降低骨料压碎指标。有利于再生粗骨料本身缺陷的改善，进而提升再生混凝土的强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种再生骨料混凝土专用复合外加剂，本发明的有益效果是通过外加剂改善再生骨料混凝土的力学性能，尤其是早期力学性能。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
步骤1：纳米碳酸钙制备；
在Ca(OH)2的溶液中通入高纯度的二氧化碳气体进行碳化，反应开始前添加修饰剂CTAB，反应结束后搅拌、干燥、高速打磨机打磨、过筛；
步骤2：再生骨料混凝土配合比设计；
⑴确定再生粗骨料的取代率λg；
⑵确定再生粗骨料混凝土的强度标准差σ，按现行行业标准《再生骨料应用技术规程》(JGJ/T240-2011)的规定取值；
⑶再生粗骨料混凝土配制强度的确定：fRg≥fcu,k+1.645σ，其中fcu,k为混凝土的设计强度；
⑷再生粗骨料混凝土强度与绝对水胶质量比之间的关系：fRg＝Afce[C/(W+mRgωa)-B]；其中A、B为普通混凝土的线性回归系数；fce为胶凝材料的强度，单位N·m-2；C为胶凝材料的用量，单位kg·m-3；W为普通混凝土的用水量，单位kg·m-3；mRg为再生粗骨料的用量，单位kg·m-3；ωa为再生粗骨料的吸水率，以小数表示；
⑸为保证拌合物的坍落度控制在工程具体需要的范围内，需要对普通混凝土拌合物的用水量进行调整，调整后的用水量为W；
⑹基于普通混凝土拌合物的用水量W，并根据再生粗骨料的使用状态和用量确定再生粗骨料混凝土拌合物有效用水量Wg0；
⑺1m3再生粗骨料混凝土的胶凝材料用量：其中，WRg为再生粗骨料混凝土拌合物的绝对用水量；
⑻根据再生粗骨料的技术指标、混凝土拌合物的性能和施工要求来确定砂率；
⑼以普通混凝土配合比中的粗、细骨料用量为基础，根据已确定的再生粗骨料取代率λg来计算再生粗骨料的用量；
⑽在计算配合比的基础上进行试拌，计算水胶质量比宜保持不变，通过调整配合比其他参数使再生粗骨料混凝土拌合物性能符合设计和施工要求，然后修正计算配合比，提出再生粗骨料混凝土的试拌配合比；
⑾在再生粗骨料混凝土试拌配合比的基础上，根据确定的水胶质量比调整用水量和外加剂用量，其他参数也应作相应调整，确定再生粗骨料混凝土的最终配合比。
步骤3：复合外加剂的构成；纳米CaCO3和轻钙粉混合，外加减水剂。
进一步，步骤1中，在浓度0.6mol/L的Ca(OH)2的溶液中通入高纯度的二氧化碳气体进行碳化，修饰剂掺入量为Ca(OH)2质量的1.5％，终点pH不高于7，反应结束后搅拌时间为20min，60℃干燥6h，高速打磨机3min，200目过筛，D50为3.6μm，球状，分散性良好的颗粒。
进一步，步骤3中纳米CaCO3和轻钙粉按1:1的比例混合，外加减水剂。
附图说明
图1是再生骨料混凝土复合外加剂实施步骤示意图；
图2是以CTAB为晶形控制剂的纳米CaCO3颗粒形貌图；
图3是SEM图；
图4是聚乙二醇为晶形控制剂的纳米CaCO3颗粒形貌图；
图5是纳米碳酸钙超声分散示意图；
图6是试样制备示意图；
图7是试验加载设备示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明实施过程如图1所示，按照以下步骤进行：
步骤1：纳米碳酸钙制备
实验确定了生产碳酸钙的最佳实验条件是：在浓度0.6mol/L的Ca(OH)2的溶液中通入高纯度的二氧化碳气体进行碳化。反应开始前添加修饰剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，修饰剂掺入量约为Ca(OH)2质量的1.5％，通过对Ca(OH)2悬浮液的温度、pH值、二氧化碳气体的流量等参数控制碳酸钙晶核的成核速率。终点pH不高于7，反应结束后搅拌时间为20min，60℃干燥6h，高速打磨机3min，200目过筛，D50为3.6μm，球状，分散性良好的颗粒。
步骤2：再生骨料混凝土配合比设计
再生骨料混凝土配合比设计过程如下：
⑴根据已有技术资料和混凝土性能要求，确定再生粗骨料的取代率λg；
⑵确定再生粗骨料混凝土的强度标准差σ，按现行行业标准《再生骨料应用技术规程》(JGJ/T240-2011)的规定取值；
⑶再生粗骨料混凝土配制强度的确定：fRg≥fcu,k+1.645σ；
⑷再生粗骨料混凝土强度与绝对水胶质量比之间的关系：fRg＝Afce[C/(W+mRgωa)-B]；
⑸为保证拌合物的坍落度控制在工程具体需要的范围内，需要对普通混凝土拌合物的用水量进行调整，调整后的用水量为W；
⑹基于普通混凝土拌合物的用水量W，并根据再生粗骨料的使用状态和用量确定再生粗骨料混凝土拌合物有效用水量Wg0；
⑺1m3再生粗骨料混凝土的胶凝材料用量：
⑻根据再生粗骨料的技术指标、混凝土拌合物的性能和施工要求来确定砂率；
⑼以普通混凝土配合比中的粗、细骨料用量为基础，根据已确定的再生粗骨料取代率λg来计算再生粗骨料的用量；
⑽在计算配合比的基础上进行试拌，计算水胶质量比宜保持不变，通过调整配合比其他参数使再生粗骨料混凝土拌合物性能符合设计和施工要求，然后修正计算配合比，提出再生粗骨料混凝土的试拌配合比；
⑾在再生粗骨料混凝土试拌配合比的基础上，根据确定的水胶质量比调整用水量和外加剂用量，其他参数也应作相应调整，确定再生粗骨料混凝土的最终配合比。
步骤3：复合外加剂的构成
纳米CaCO3和轻钙粉按1:1的比例混合，外加减水剂(减水剂用量为胶凝材料的0.5％～1％)。
步骤4：力学性能测试
√测试试块的配合比“水泥：石：砂：水＝1:3.504:2.052:0.548”
√外加剂：胶凝材料质量的2.5～5％
√砂率36.93％
√单位水泥用量337.78kg/m3
√水胶比0.548
√塌落度70-90mm
1d强度提高30％以上，3d、7d抗压强度提高15％以上，28d强度提高3％。
制备完成的纳米CaCO3如图2所示。
以CTAB为晶形控制剂，按照上述优化的条件制备的碳酸钙。颗粒形貌呈现规则的球形，分散性能良好，粒径0.4-3.5μm。SEM图进一步分析发现，部分碳酸钙颗粒呈现片状叠加，大小为2μm*1.5μm，如图3所示。
以聚乙二醇为晶形控制剂，按照上述优化的条件制备的碳酸钙。颗粒形貌呈现花簇状结构，大颗粒粒径2-5μm，颗粒出现不同程度的团聚，如图4所示。
以SDS为晶形控制剂，按照上述优化的条件制备的碳酸钙，SEM图进一步分析发现，颗粒形貌呈凹陷的球形，分散性能较好，粒径0.3-5.5μm。
纳米碳酸钙在使用时，采用超声分散的方式优化其性能。因为该分散方式可较大幅度地弱化纳米粒子间的纳米作用能，有效地防止纳米粒子团聚而使之充分分散。如图5所示，超声分散后的纳米碳酸钙溶液，杯底基本看不出沉淀，试样溶液较为浑浊，其上部分层、沉降程度小，分散性能较好。
(2)混凝土的力学性能试验
添加复合外加剂后再生骨料混凝土试样制备后如图6所示，经过养护后使用压力试验机进行抗压承载力试验，加载设备如图7所示。共制作3组试样，分别为基本组、外加剂1％组、外加剂2％组。没组试样为3块，测试1天、3天、7天和28天的强度，实验结果如表1所示。
表1混凝土抗压强度试验结果
本发明将建筑垃圾再利用技术与纳米材料技术有机结合，提高了社会效益和经济价值，为绿色建筑的发展提供一定的技术支持。具体创新点如下：给出了纳米碳酸钙的制备方法；给出了复合外加剂的配比；给出了使用复合外加剂时再生骨料混凝土的配合比设计方法。最后通过试验研究，确定了复合外加剂对混凝土强度提高的作用，改善了再生骨料混凝土的受力性能，扩展了废弃资源利用的范围。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种再生骨料混凝土专用复合外加剂，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤1：纳米碳酸钙制备；
在Ca(OH)2的溶液中通入高纯度的二氧化碳气体进行碳化，反应开始前添加修饰剂CTAB，反应结束后搅拌、干燥、高速打磨机打磨、过筛；
步骤2：再生骨料混凝土配合比设计；
⑴确定再生粗骨料的取代率λg；
⑵确定再生粗骨料混凝土的强度标准差σ，按现行行业标准《再生骨料应用技术规程》(JGJ/T240-2011)的规定取值；
⑶再生粗骨料混凝土配制强度的确定：fRg≥fcu,k+1.645σ，其中fcu,k为混凝土的设计强度；
⑷再生粗骨料混凝土强度与绝对水胶质量比之间的关系：fRg＝Afce[C/(W+mRgωa)-B]；其中A、B为普通混凝土的线性回归系数；fce为胶凝材料的强度，单位N·m-2；C为胶凝材料的用量，单位kg·m-3；W为普通混凝土的用水量，单位kg·m-3；mRg为再生粗骨料的用量，单位kg·m-3；ωa为再生粗骨料的吸水率，以小数表示；
⑸为保证拌合物的坍落度控制在工程具体需要的范围内，需要对普通混凝土拌合物的用水量进行调整，调整后的用水量为W；
⑹基于普通混凝土拌合物的用水量W，并根据再生粗骨料的使用状态和用量确定再生粗骨料混凝土拌合物有效用水量Wg0；
⑺1m3再生粗骨料混凝土的胶凝材料用量：其中，WRg为再生粗骨料混凝土拌合物的绝对用水量；
⑻根据再生粗骨料的技术指标、混凝土拌合物的性能和施工要求来确定砂率；
⑼以普通混凝土配合比中的粗、细骨料用量为基础，根据已确定的再生粗骨料取代率λg来计算再生粗骨料的用量；
⑽在计算配合比的基础上进行试拌，计算水胶质量比宜保持不变，通过调整配合比其他参数使再生粗骨料混凝土拌合物性能符合设计和施工要求，然后修正计算配合比，提出再生粗骨料混凝土的试拌配合比；
⑾在再生粗骨料混凝土试拌配合比的基础上，根据确定的水胶质量比调整用水量和外加剂用量，其他参数也应作相应调整，确定再生粗骨料混凝土的最终配合比。
步骤3：复合外加剂的构成；
纳米CaCO3和轻钙粉混合，外加减水剂。
2.按照权利要求1所述一种再生骨料混凝土专用复合外加剂，其特征在于：所述步骤1中，在浓度0.6mol/L的Ca(OH)2的溶液中通入高纯度的二氧化碳气体进行碳化，修饰剂掺入量为Ca(OH)2质量的1.5％，终点pH不高于7，反应结束后搅拌时间为20min，60℃干燥6h，高速打磨机3min，200目过筛，D50为3.6μm，球状，分散性良好的颗粒。
3.按照权利要求1所述一种再生骨料混凝土专用复合外加剂，其特征在于：所述步骤3中纳米CaCO3和轻钙粉按1:1的比例混合，外加减水剂。
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