CN110256012A - 一种新型环保掺合料混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型环保掺合料混凝土及其制备工艺。混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥151～163份、粗骨料1010～1060份、细骨料895～938份、环保掺合料68～113份、外加剂4.7～7.2份和水151～167份；其具有拌合物性能良好，抗压强度较高，塌落度较小等优点；其制备方法为：将水泥、粗骨料、细骨料、环保掺合料、外加剂和水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土；本发明的制备方法具有制备工艺简单，操作方便，易于实施，便于批量生产生的优点。

Description

一种新型环保掺合料混凝土及其制备工艺

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，更具体地说，它涉及一种新型环保掺合料混凝土及其制备工艺。

背景技术

混凝土，简称为"砼"，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。混凝土作为一种重要的建筑材料，对我国经济社会发展具有重要意义。在诸如土木工程、水利水电、交通运输等领域具有广泛的应用。

近年来，我国中西部基础设施建设迎来了重大的发展机遇，各种混凝土建筑做应运而起，一幢幢高楼大厦拔地而起，然而，与此同时也伴随着大量的建筑废弃物产生。以成都市为例，2018年建筑废弃物总量达到1300万吨，建筑废弃物总量已经占到城市垃圾总量的 2/10～3/10，绝大部分未经处理便直接堆放或者填埋，不仅占用土地，而且会随自然条件逐渐风化产生大量微小颗粒飘散于空中，给人们的生活造成了很大的不便。

为解决上述问题，申请公布号为CN106830773A的专利公开了一种建筑垃圾再生混凝土，包括再生粗骨料24％～36.5％、再生细骨料36.5％～48％、水泥18％和水10％，将建筑垃圾转化成再生粗骨料和再生细骨料，制备成再生混凝土，一定程度上解决了建筑垃圾引起的环境问题，推动资源可持续利用，促进再生混凝土商品化发展。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：制得的建筑垃圾再生混凝土的抗压强度3d时为13MPa～18MPa；7d时为15MPa～25MPa；28d时为17MPa～25MPa；建筑垃圾再生混凝土的抗压强度偏低，不利于建筑垃圾再生混凝土的应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种新型环保掺合料混凝土，其具有拌合物性能良好，抗压强度较高，塌落度较小等优点。

本发明的第二个目的在于提供一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺，其具有制备工艺简单，操作方便，易于实施，便于批量生产生的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种新型环保掺合料混凝土由包含以下重量份的原料制成：

水泥151～163份、粗骨料1010～1060份、细骨料895～938份、环保掺合料68～113份、外加剂4.7～7.2份和水151～167份；

所述环保掺合料包括砖混建渣、助熔剂和无水乙醇；

所述外加剂包括木质素减水剂、萘系减水剂和氨基磺酸盐减水剂中的一种或几种。

通过采用上述技术方案，各原料组分相互配合，拌合物的性能良好，塌落度较小且具有较高的抗压强度。

本发明中，砖混建渣包括建筑垃圾中的废砖和/或废旧混凝土破碎的废渣，

砖混建渣、助熔剂和无水乙醇按比例混和后粉碎、研磨，即可制得环掺合料，环保掺合料内部的主要成分包括活性SiO₂、活性Al₂O₃，水泥水化后形成Ca(OH)₂，Ca(OH)₂能解离环保掺合料内部的Ca²⁺、Al³⁺和SiO₄ ^4-等离子进入溶液，促进环保掺合料的分散和溶解，环保掺合料潜在的水硬性得到激发，减少混凝土的开裂等；Ca(OH)₂与环保掺合料内部的活性SiO₂、活性Al₂O₃发生水化反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙与钙矾石，混凝土材料内部水化产物百分含量升高，环保掺合料可以部分代替水泥且能够使混凝土强度增强，塌落度减小，开裂减少等，混凝土的性能得到改善。建筑垃圾--砖混建渣通过助熔剂和无水乙醇等处理，作为环保掺合料使用，能部分替代水泥材料作为混凝土胶凝材料，能够使混凝土强度和塌落度等性能满足要求；可以实现废物的分级利用，大幅提升资源利用率；环保掺合料具有节能、可靠性高、寿命长、环保和易回收等特点；可以推动节能环保产业和传统建筑行业融合发展，以较小的成本实现较大的经济效益。

本发明中，环保掺合料为68～113份，进一步优选为73～103份；环保掺合料包括砖混建渣、助熔剂和无水乙醇；进一步地，所述环保掺合料中砖混建渣、助熔剂和无水乙醇的重量比为(1.2～1.6)：0.05:1。

通过采用上述技术方案，砖混建渣、助熔剂和无水乙醇按重量比为(1.2～1.6)：0.05:1 的比例混合，能最大程度地激发环保掺合料潜在的水硬性，促进Ca(OH)₂作为碱性材料解离环保掺合料内部的Ca²⁺、Al³⁺、SiO₄ ^4-离子进入溶液，促进环保掺合料的分散和溶解，有利于改善混凝土的塌落度和抗压强度；且制得的环保掺合料作为一种环境友好新型材料，不会危害环境，符合绿色发展战略。

本发明中，所述助熔剂包括CaF₂和B₂O₃中的至少一种；进一步地，所述助熔剂为CaF₂和B₂O₃；再进一步地，所述CaF₂和B₂O₃的重量比为(0.5～1.2)：1。

通过采用上述技术方案，助熔剂一般指能降低其物质的软化、熔化或液化温度的物质。CaF2--氟化钙，无色结晶或白色粉末，难溶于水，微溶于无机酸；实验一般用碳酸钙与氢氟酸作用或用浓盐酸或氢氟酸反复处理萤石粉来制备氟化钙，自然界的氟化钙矿物为萤石或氟石。 B₂O₃--氧化硼，又称三氧化二硼，是硼最主要的氧化物，它是一种白色蜡状固体，一般以无定形的状态存在，熔融时可以溶解许多碱性的金属氧化物，生成有特征颜色的玻璃状硼酸盐和偏硼酸盐(玻璃)，用于制取元素硼和精细硼化合物。本发明中使用CaF₂和B₂O₃中的至少一种作为砖混建渣的助熔剂，可促进砖混建渣的粉碎和研磨，且能在一定程度上保护砖混建渣中的活性成分。本发明中，助熔剂优先选择重量比为(0.5～1.2)：1的CaF₂和B₂O₃，CaF₂和 B₂O₃之间有相互协同作用，砖混建渣在破碎时选择性破坏的现象较为突出，砖混建渣内的砂石成为研磨介质，生料和熟料率先成为粉体，从而实现生料和熟料的分类再生，能充分发挥不同建渣材性的目的，制得性能优良的环保掺合料。

进一步地，所述环保掺合料包括如下制备过程：

将砖混建渣、助熔剂及无水乙醇按重量比为(1.2～1.6)：0.05:1的比例混合，研磨1.2h～2h；筛分，收集粒径≤75μm的颗粒，粒径>75μm的颗粒进行二次研磨；取粒径≤75μm的粉体，即可制得环保掺合料。

通过采用上述技术方案，砖混建渣在破碎时选择性破碎的现象较为突出，砖混建渣中的砂石成为研磨介质，从而使得生料和熟料率先成为粉体，可充分发挥生料和熟料分类再生和充分发挥不同建渣材性的目的。环保掺合料为粒径≤75μm的砖混废渣粉体，粒径比较小，发生碱骨料反应后的膨胀不会导致混凝土内部出现微裂纹，通过本发明制得的环保掺合料，可在一定程度上保持活性，满足混凝土掺合料的要求。

进一步地，所述粗骨料为碎石，所述细骨料包括细砂和中砂。

通过采用上述技术方案，本发明中，粗骨料为1010～1060份，粗骨料为碎石，且进一步优选为1020～1050份，粗骨料选自混凝土生产站上的碎石，粒径为5mm～30mm连续级配，表观密度为2660kg/m³～2680kg/m³，碎石可以优先选择为卵石。细骨料为895～938份，细骨料包括细砂和中砂，进一步优选为细砂362～369份、中砂541～559份，细砂和中砂分别为混凝土生产站所用的细砂和中砂，细骨料含泥量均小于0.8％，表观密度为2650kg/m³～2650kg/m³。使用混凝土生产站上的粗骨料和细骨料，粗骨料和细骨料的质量有保证，且取材方便，减少挑选，运输步骤，成本较为低廉，一定程度上可节约成本。

本发明中，水泥为151～163份，进一步优选为155～159份；水泥选择市面上售卖的普通硅酸盐水泥，其主要熟料矿物组成为：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，也含有少量游离氧化钙、方镁石(结晶氧化镁)和玻璃体等。且各原料组分的来源的比较广泛，成本相对较低，便于大量生产利用，促进混凝土行业的发展。水为151～167份，进一步优选为155～159份，水为混凝土生产站上的混凝土拌合水。

本发明中，所述外加剂包括木质素减水剂、萘系减水剂和氨基磺酸盐减水剂中的一种或几种，外加剂为4.7～7.2份，进一步优选为木质素减水剂5.3～6.7份。

通过采用上述技术方案，外加剂又称混凝土外加剂，是在搅拌混凝土过程中掺入，能显著改善混凝土性能的化学物质。本发明中，木质素系减水剂优先选择木质素磺酸钙，萘系减水剂优先选择聚次甲基萘磺酸钠甲醛缩合物，氨基磺酸盐减水剂优先选择对氨基苯磺酸钠。无论是以木质素磺酸钙为代表的木质素系减水剂，还是以聚次甲基萘磺酸钠甲醛缩合物为代表的萘系减水剂，或是以对氨基苯磺酸钠为代表的氨基磺酸盐减水剂，与本发明的环保掺合料均有良好的适应性，且对水泥有吸附及分散作用，能改善混凝土基本物理性能。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺包括如下步骤：

将水泥、粗骨料、细骨料、环保掺合料、外加剂和水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

通过采用上述技术方案，将原料组分混合均匀，即可制得混凝土拌合物，混凝土拌合物的制备工艺简单，操作方便，易于实施，便于批量生产生。

进一步地，所述环保掺合料的制备工艺包括如下步骤：

将砖混建渣、助熔剂及无水乙醇按重量比为(1.2～1.6)：0.05:1的比例混合，研磨1.2h～2h；筛分，收集粒径≤75μm的颗粒，粒径>75μm的颗粒进行二次研磨，取粒径≤75μm的粉体，即可制得环保掺合料。

通过采用上述技术方案，将砖混建渣、助熔剂及无水乙醇按比例混合，研磨，筛分，粒径过大的进行二次研磨，选择粒径≤75μm的研磨后的粉体作为环保掺合料，环保掺合料的制备工艺简单，易于实施。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、各原料组分相互配合，拌合物的性能良好，塌落度较小且具有较高的抗压强度；

第二、建筑垃圾--砖混建渣通过助熔剂和无水乙醇等处理，作为环保掺合料使用，能部分替代水泥材料作为混凝土胶凝材料，能够使混凝土强度和塌落度等性能满足要求，同时也实现了废物的分级利用，大幅提升资源利用率，节约成本；

第三、外加剂与环保掺合料有良好的适应性，且能改善混凝土的基本物理性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

制备例

制备例1

环保掺合料的制备工艺如下：

将80kg砖混建渣、1.11kg CaF₂、2.22kg B₂O₃和66.67kg无水乙醇加入球磨罐中，采用行星式球磨机研磨1.2h小时,筛选出平均粒径≤75μm的部分；对于粒径>75μm的原料进行二次球磨，二次球磨时通过内部滚轮颗粒级配对原料粒径进一步研磨，保证第二次球磨后的环保掺合料粒径≤75μm；收集粒径≤75μm的粉体颗粒，即可制得环保掺合料。

制备例2

将85.72kg砖混建渣、1.53kg CaF₂、1.53kg B₂O₃和61.22kg无水乙醇加入球磨罐中，采用行星式球磨机研磨1.5h小时,筛选出平均粒径≤75μm的部分；对于粒径>75μm的原料进行二次球磨，二次球磨时通过内部滚轮颗粒级配对原料粒径进一步研磨，保证第二次球磨后的环保掺合料粒径≤75μm；收集粒径≤75μm的粉体颗粒，即可制得环保掺合料。

制备例3

将90.57kg砖混建渣、1.54kg CaF₂、1.29kg B₂O₃和56.6kg无水乙醇加入球磨罐中，采用行星式球磨机研磨2h小时,筛选出平均粒径≤75μm的部分；对于粒径>75μm的原料进行二次球磨，二次球磨时通过内部滚轮颗粒级配对原料粒径进一步研磨，保证第二次球磨后的环保掺合料粒径≤75μm；收集粒径≤75μm的粉体颗粒，即可制得环保掺合料。

制备例4

将85.72kg砖混建渣、3.06kg CaF₂和61.22kg无水乙醇加入球磨罐中，采用行星式球磨机研磨1.5h小时,筛选出平均粒径≤75μm的部分；对于粒径>75μm的原料进行二次球磨，二次球磨时通过内部滚轮颗粒级配对原料粒径进一步研磨，保证第二次球磨后的环保掺合料粒径≤75μm；收集粒径≤75μm的粉体颗粒，即可制得环保掺合料。

制备例5

将85.72kg砖混建渣、3.06kg B₂O₃和61.22kg无水乙醇加入球磨罐中，采用行星式球磨机研磨1.5h小时,筛选出平均粒径≤75μm的部分；对于粒径>75μm的原料进行二次球磨，二次球磨时通过内部滚轮颗粒级配对原料粒径进一步研磨，保证第二次球磨后的环保掺合料粒径≤75μm；收集粒径≤75μm的粉体颗粒，即可制得环保掺合料。

实施例

实施例1

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将151kg水泥、1060kg碎石、447.5kg细砂、447.5kg中砂、68kg环保掺合料(制备例2制得)、 4.7kg木质素磺酸钙和167kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例2

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将163kg水泥、1010kg碎石、562.8kg细砂、375.2kg中砂、113kg环保掺合料(制备例2制得)、 7.2kg木质素磺酸钙和151kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例3

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将155kg水泥、1050kg碎石、362kg细砂、559kg中砂、103kg环保掺合料(制备例2制得)、5.3kg木质素磺酸钙和155kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例4

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将159kg水泥、1020kg碎石、369kg细砂、541kg中砂、73kg环保掺合料(制备例2制得)、6.7kg木质素磺酸钙和159kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例5

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将156kg水泥、1030kg碎石、364kg细砂、545kg中砂、83kg环保掺合料(制备例2制得)、5.9kg木质素磺酸钙和156kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例6

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将156kg水泥、1030kg碎石、364kg细砂、545kg中砂、83kg环保掺合料(制备例2制得)、6.5kg聚次甲基萘磺酸钠甲醛缩合物和156kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例7

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将156kg水泥、1030kg碎石、364kg细砂、545kg中砂、83kg环保掺合料(制备例2制得)、6.7kg对氨基苯磺酸钠和156kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例8

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将156kg水泥、1030kg碎石、364kg细砂、545kg中砂、83kg环保掺合料(制备例1制得)、6.7kg对氨基苯磺酸钠和156kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例9

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将156kg水泥、1030kg碎石、364kg细砂、545kg中砂、83kg环保掺合料(制备例3制得)、6.7kg对氨基苯磺酸钠和156kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例10

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将156kg水泥、1030kg碎石、364kg细砂、545kg中砂、83kg环保掺合料(制备例4制得)、6.7kg对氨基苯磺酸钠和156kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

实施例11

一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺如下：

将156kg水泥、1030kg碎石、364kg细砂、545kg中砂、83kg环保掺合料(制备例5制得)、6.7kg对氨基苯磺酸钠和156kg水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

对比例

以实施例5作为参照组

对比例1

对比例1与实施5的区别在于对比例1中用水泥代替环保掺合料，其它均与实施例5保持一致。

对比例2

对比例2与实施5的区别在于对比例2中在制备环保掺合料时不加入助熔剂，其它均与实施例5保持一致。

对比例3

对比例3与实施5的区别在于对比例3中在制备环保掺合料时不加无水乙醇，其它均与实施例5保持一致。

对比例4

对比例4与实施5的区别在于对比例1中不加外加剂，其它均与实施例5保持一致。

对比例5

对比例5与实施5的区别在于对比例1中在制备环保掺合料时收集粒径90μm的粉体颗粒作为环保掺合料，其它均与实施例5保持一致。

性能检测试验

按照国家标准GB/T 19139─2012测定实施例1～11和对比例1～5所制得的混凝土拌合物的初始坍落度、3h经时损失以及混凝土的7d和28d的抗压强度等基础性能，测试结果见表1。

按照GB/T 50010《普通混凝土力学性能实验方法》规定，将混凝土拌合物制作成边长为150mm的立方体试件，在标准条件(温度20±3℃，相对湿度90％以下)养护到规定天龄期。

表1混凝土基本性能检测表

从表1可以看出，本发明的混凝土中各原料组分原料相互配合，拌合物的性能良好，能减少塌落度，且能增强抗压强度；混凝土的初始和易性良好，流动性良好，粘聚性良好，未产生分层、离析好和严重的泌水现象，也无疏松多孔现象产生，混凝土初始塌落度、3h塌落度、强度指标均满足现场施工要求；实施例1～11与对比例1相比可知，掺入掺合料后混凝土试样的性能与加入纯水泥混凝土试样的性能很接近，甚至抗压强度的性能更好，说明建筑垃圾- -砖混建渣通过助熔剂和无水乙醇等处理，作为环保掺合料使用，能部分替代水泥材料作为混凝土胶凝材料，不仅不会影响混凝土的基本性能，甚至还可以改善混凝土的抗压强度，能够使混凝土强度和塌落度等性能满足要求，而且与水泥相比，环保掺合料价格相对较低，成本较为低廉，同时该混凝土胶凝材料可以实现废物的分级利用，大幅提升资源利用率；实施例 5～7与对比例4相比，可知，无论是以木质素磺酸钙为代表的木质素系减水剂，还是以聚次甲基萘磺酸钠甲醛缩合物为代表的萘系减水剂，或是以对氨基苯磺酸钠为代表的氨基磺酸盐减水剂，与环保掺合料均具有良好的适应性，且能在一定程度上可改善混凝土的抗压性能和减少混凝土的塌落度。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种新型环保掺合料混凝土，其特征在于，所述混凝土由包含以下重量份的原料制成：

水泥151～163份、粗骨料1010～1060份、细骨料895～938份、环保掺合料68～113份、外加剂4.7～7.2份和水151～167份；

所述环保掺合料包括砖混建渣、助熔剂和无水乙醇；

所述外加剂包括木质素减水剂、萘系减水剂和氨基磺酸盐减水剂中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种新型环保掺合料混凝土，其特征在于，所述环保掺合料中砖混建渣、助熔剂和无水乙醇的重量比为（1.2～1.6）：0.05:1。

3.根据权利要求1所述的一种新型环保掺合料混凝土，其特征在于，所述助熔剂包括CaF₂和B₂O₃中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的一种新型环保掺合料混凝土，其特征在于，所述助熔剂为CaF₂和B₂O₃。

5.根据权利要求4所述的一种新型环保掺合料混凝土，其特征在于，所述CaF₂和B₂O₃的重量比为（0.5～1.2）：1。

6.根据权利要求1所述的一种新型环保掺合料混凝土，其特征在于，所述环保掺合料包括如下制备过程：

将砖混建渣、助熔剂及无水乙醇按重量比为（1.2～1.6）：0.05:1的比例混合，研磨1.2h～2h；筛分，收集粒径≤75μm的颗粒，粒径>75μm的颗粒进行二次研磨，取粒径≤75μm的粉体，即可制得环保掺合料。

7.根据权利要求1所述的一种新型环保掺合料混凝土，其特征在于，所述粗骨料为碎石，所述细骨料包括细砂和中砂。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种新型环保掺合料混凝土，其特征在于，所述混凝土由包含以下重量份的原料制成：

水泥155～159份、碎石1020～1050份、细砂362～369份、中砂541～559份、环保掺合料73～103份、木质素减水剂5.3～6.7份和水155～159份；

所述环保掺合料包括重量比为（1.2～1.6）：0.05:1的砖混建渣、助熔剂和无水乙醇。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：

将水泥、粗骨料、细骨料、环保掺合料、外加剂和水混合均匀，即可制得环保掺合料混凝土。

10.根据权利要求9所述的一种新型环保掺合料混凝土的制备工艺，其特征在于，所述环保掺合料的制备工艺包括如下步骤：

将砖混建渣、助熔剂及无水乙醇按重量比为（1.2～1.6）：0.05:1的比例混合，研磨1.2h～2h；筛分，收集粒径≤75μm的颗粒，粒径>75μm的颗粒进行二次研磨，取粒径≤75μm的粉体，即可制得环保掺合料。