CN111470816B - 一种道路用路缘石及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路用路缘石及其制备方法。本发明所述的道路用路缘石由水泥、建筑固废再生骨料、矿物掺合料、氧化石墨烯、水和外加剂制备而成；其中，水泥、建筑固废再生骨料、矿物掺合料、氧化石墨烯、水及外加剂的质量份数比为(30～50)：(80～200)：(10～30)：(0.015～1.000)：(12～40)：(0.020～1.000)。本发明氧化石墨烯能够紧紧贴合在孔洞表面，在一定程度上有效阻止再生骨料吸水，解决了建筑固废骨料吸水性较大、性能不稳定等问题；而且，氧化石墨烯因其表面官能团还会产生成核效应，这就使得氧化石墨烯能够促进水泥水化，密实混凝土结构，从而有效阻断有害离子的侵入，提高基体性能。

Description

一种道路用路缘石及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其是涉及一种道路用路缘石及其制备方法。

背景技术

路缘石是设在路面与其他构造物之间的标石，其主要作用有两个：一是进行交通诱导，限制车辆只能在车道上行驶，确保行人及路面安全；二是集中排水。因此，设计路缘石时，无需考虑行车荷载，所以对其强度要求不高。早期，人们采用砖砌抹面的方法，但工序较为繁琐、工期较长、且较容易被撞坏；后来人们为了简化工序，采用普通混凝土路缘石。但普通混凝土需要消耗掉许多天然砂石，这些属于不可再生资源，对保护资源与环境均不利。为了实现循环经济，人们想到了采用建筑固废再生骨料代替天然骨料制备路缘石。建筑固废主要成分以废混凝土、废砂浆、废红砖为主，三者均是传统的建筑材料，如果能够将它充分资源化利用，加工生产成再生骨料，将节约天然资源，降低工程成本，产生巨大的社会和经济效益。

专利号CN201711097802.9公开了一种建筑固废制备的再生混凝土路缘石，该公开文件中明确记载了：该混凝土由P•S•A 32.5矿渣硅酸盐水泥或P•O 42.5普通硅酸盐水泥、水、再生细骨料或天然砂、再生粗骨料或天然碎石组成。在使用再生粗、细骨料时，一方面，该再生混凝土的坍落度为9～16 mm，流动性较差；另一方面，该再生混凝土的强度相比于同等条件下天然骨料制备的混凝土下降严重，其强度下降了26 %~32 %，最终强度还达不到30MPa。这是由于建筑固废再生骨料内部孔隙率大，吸水率大于天然骨料，性能不稳定，在拌和混凝土的过程中用水量过大，从而带来混凝土强度低、耐久性差等问题。因此，如何利用建筑固废再生骨料制备性能稳定优异的路缘石还存在一定的技术难度。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种道路用路缘石及其制备方法。

一种道路用路缘石，所述道路用路缘石由水泥、建筑固废再生骨料、矿物掺合料、氧化石墨烯、水和外加剂制备而成；其中，所述水泥、建筑固废再生骨料、矿物掺合料、氧化石墨烯、水及外加剂的质量份数比为(30～50)：(80～200)：(10～30)：(0.015～1.000)：(12～40)：(0.020～1.000)。

优选地，所述建筑固废再生骨料包括建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料，所述建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料的质量份数比为1：（1～2）；所述建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料均是通过将建筑固废依次经过破碎、分选得到的。

优选地，所述建筑固废是指拆除建筑物或构筑物所得到的混凝土、砖瓦、水泥地基块中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述分选工艺包括依次进行的风力分选、人工分选及筛分机筛分。

优选地，所述建筑固废再生细骨料的粒径为0.10～4.75 mm；建筑固废再生粗骨料的粒径为4.75～20 mm。

优选地，所述矿物掺合料为粉煤灰、硅灰和矿渣中的一种或多种。

优选地，所述氧化石墨烯的粒径为5～6 μm，所述氧化石墨烯的厚度为5～10 nm，氧化石墨烯的比表面积不低于120 m²/g。

优选地，所述外加剂为减水剂、引气剂和抗冻剂中的一种、两种或三种。

一种道路用路缘石的制备方法，包括如下步骤：

S1.原料混合：将建筑固废依次经过破碎、分选工艺得到建筑固废再生骨料；将氧化石墨烯均匀分散在水中获得氧化石墨烯悬浮液；将建筑固废再生骨料浸泡在所得的氧化石墨烯悬浮液中，充分搅拌，使氧化石墨烯均匀包覆在骨料表面；然后，将所得的氧化石墨烯-建筑固废再生骨料混合物、水泥、矿物掺合料、水与外加剂采用搅拌设备充分搅拌均匀，获得混合浆料；

S2.成型：将上述步骤所获得的混合浆料置入成型模具内，振实，24 h后进行脱模，得试块；

S3.养护：将试块放入温度为(20±2) ℃，湿度为95 %以上的养护室中进行养护28天。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明通过将建筑固废再生骨料浸泡在氧化石墨烯悬浮液中，通过长时间搅拌将氧化石墨烯包覆于建筑固废骨料的表面；其机理在于，氧化石墨烯呈二维片层状，具有较大的比表面积，而建筑固废再生骨料多孔，氧化石墨烯能够紧紧贴合在孔洞表面，在一定程度上有效阻止再生骨料吸水，解决了建筑固废骨料吸水性较大、性能不稳定等问题；而且，氧化石墨烯因其表面官能团还会产生成核效应，这就使得氧化石墨烯能够促进水泥水化，密实混凝土结构，从而有效阻断有害离子的侵入，提高基体性能。

此外，本发明还具有下述优点：

(1) 本发明所得混凝土中建筑固废的掺量高，节能环保，满足循环经济发展的要求；

(2) 本发明所得混凝土具有较高的抗压强度，抗压强度可达到30～35 MPa，达到了Cc30抗压强度等级，符合建筑行业标准JC/T 899-2016《混凝土路缘石》的要求；

(3) 本发明所得混凝土的吸水率较低，在2%～3%之间，符合建筑行业标准JC/T899-2016《混凝土路缘石》中对于吸水率的要求，密实性较好，具有较好的耐久性能。

附图说明

图1为对比例与实施例中试件抗压强度柱状图；

图2为对比例与实施例中试件吸水率柱状图。

具体实施方式

对比例一：

对比例一为普通混凝土，水胶比为0.43，不采用再生骨料。

该对比例一中每立方普通混凝土采用的原料配方如下：水泥（P•O 42.5）190 g、矿渣190 g、 河砂770 g 、碎石1060 g 、水165 g 、聚羧酸减水剂（固含量40 %）3.8 g；

将该上述普通混凝土混合均匀后，置入150 mm×150 mm×150 mm的成型模具内，振实，24 h后进行脱模，标准养护28天，成型3个150 mm×150 mm×150 mm立方体标准试件；

根据GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中抗压强度的测试方法，分别对该三个150 mm×150 mm×150 mm立方体标准试件进行抗压强度测试，并对抗压强度取平均值；经测试得知：该对比例一制备出的立方体标准试件的抗压强度为38.0 MPa；

将该上述普通混凝土混合均匀后，置入100 mm×100 mm×100 mm的成型模具内，振实，24 h后进行脱模，标准养护28天，成型3个100 mm×100 mm×100 mm立方体标准试件；

根据GB/T 4111-2013《混凝土砌块和砖试验方法》中吸水率的测试方法，分别对该三个100 mm×100 mm×100 mm立方体标准试件进行吸水率测试，并对吸水率取平均值；经测试得知：该对比例一制备出的立方体标准试件的吸水率为1.9 %。

对比例二：

该对比例二所述的混凝土采用建筑固废再生骨料完全代替天然骨料，水胶比仍为0.43，不采用氧化石墨烯。

该对比例二中每立方混凝土采用的原料配方如下：

水泥（P•O 42.5）190 g 、矿渣190 g 、再生细骨料770 g 、再生粗骨料1060 g 、水165 g 、聚羧酸减水剂（固含量40 %）3.8 g；

该对比例二制备出的立方体标准试件抗压强度及吸水率测试方法与对比例一一致；

经测试可知：对比例二制备出的立方体标准试件的抗压强度为28.5 MPa，吸水率为2.6 %。

实施例一：

该实施例一所述的混凝土采用建筑固废再生骨料完全代替天然骨料，且采用氧化石墨烯，水胶比仍为0.43。

该实施例一每立方混凝土采用的原料配方如下：

水泥（P•O 42.5）190 g 、矿渣190 g 、再生细骨料770 g 、再生粗骨料1060 g 、水165 g 、聚羧酸减水剂（固含量40 %）0.238 g 、氧化石墨烯0.095 g；

该实施例一的制备步骤如下：

S1.原料混合：先将建筑固废经过破碎机破碎，然后再依次经过风力分选、人工分选、筛分机筛分等一系列分选得到建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料；然后将氧化石墨烯均匀分散在水中获得氧化石墨烯悬浮液；然后再将建筑固废再生粗、细骨料浸泡在所得的氧化石墨烯悬浮液中16 h，充分搅拌，使氧化石墨烯均匀包覆于骨料表面，然后，将所得的氧化石墨烯-建筑固废骨料混合物、水泥、矿渣、水以及聚羧酸减水剂采用混凝土搅拌机充分搅拌均匀，获得混合浆料；

S2.成型：将上述步骤所获得的混合浆料分别置入100 mm×100 mm×100 mm、150mm×150 mm×150 mm的模具内，振实，24 h后进行脱模；

S3.养护：将试块放入至温度为(20±2) ℃，湿度为95 %以上的养护室中进行养护28天；得到3个100 mm×100 mm×100 mm的立方体标准试件和3个150 mm×150 mm×150 mm的立方体标准试件。

该实施例一制备出的立方体标准试件的抗压强度及吸水率测试方法同对比例一一致；

经测试可知：由本实施例一所述的混凝土制备出的立方体标准试件的抗压强度为30.1 MPa，吸水率为2.4 %。

实施例二：

该实施例二所述的混凝土采用建筑固废再生骨料完全代替天然骨料，且采用氧化石墨烯，水胶比仍为0.43。

该实施例二每立方混凝土采用的原料配方如下：

水泥（P•O 42.5）190 g 、矿渣190 g 、再生细骨料770 g 、再生粗骨料1060 g 、水165 g 、聚羧酸减水剂（固含量40 %）4.750 g 、氧化石墨烯1.9 00g；

该实施例二的制备步骤如下：

S1.原料混合：先将建筑固废经过破碎机破碎，然后再依次经过风力分选、人工分选、筛分机筛分等一系列分选得到建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料；然后将氧化石墨烯均匀分散在水中获得氧化石墨烯悬浮液；然后再将建筑固废再生粗、细骨料浸泡在所得的氧化石墨烯悬浮液中16 h，充分搅拌，使氧化石墨烯均匀包覆于骨料表面，然后，将所得的氧化石墨烯-建筑固废骨料混合物、水泥、矿渣、水以及聚羧酸减水剂采用混凝土搅拌机充分搅拌均匀，获得混合浆料；

S2.成型：将上述步骤所获得的混合浆料分别置入100 mm×100 mm×100 mm、150mm×150 mm×150 mm的模具内，振实，24 h后进行脱模；

S3.养护：将试块放入至温度为(20±2) ℃，湿度为95 %以上的养护室中进行养护28天；得到3个100 mm×100 mm×100 mm的立方体标准试件和3个150 mm×150 mm×150 mm的立方体标准试件。

该实施例二制备出的立方体标准试件的抗压强度及吸水率测试方法同对比例一一致；

经测试可知：由本实施例二所述的混凝土制备出的立方体标准试件的抗压强度为34.2 MPa，吸水率为2.1 %。

实施例三：

该实施例三所述的混凝土采用建筑固废再生骨料完全代替天然骨料，且采用氧化石墨烯，水胶比仍为0.43。

该实施例三每立方混凝土采用的原料配方如下：

水泥（P•O 42.5）190 g 、矿渣190 g 、再生细骨料770 g 、再生粗骨料1060 g 、水165 g 、聚羧酸减水剂（固含量40 %）9.500 g 、氧化石墨烯3.800g；

该实施例三的制备步骤如下：

S1.原料混合：先将建筑固废经过破碎机破碎，然后再依次经过风力分选、人工分选、筛分机筛分等一系列分选得到建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料；然后将氧化石墨烯均匀分散在水中获得氧化石墨烯悬浮液；然后再将建筑固废再生粗、细骨料浸泡在所得的氧化石墨烯悬浮液中16 h，充分搅拌，使氧化石墨烯均匀包覆于骨料表面，然后，将所得的氧化石墨烯-建筑固废骨料混合物、水泥、矿渣、水以及聚羧酸减水剂采用混凝土搅拌机充分搅拌均匀，获得混合浆料；

S2.成型：将上述步骤所获得的混合浆料分别置入100 mm×100 mm×100 mm、150mm×150 mm×150 mm的模具内，振实，24 h后进行脱模；

S3.养护：将试块放入至温度为(20±2) ℃，湿度为95 %以上的养护室中进行养护28天；得到3个100 mm×100 mm×100 mm的立方体标准试件和3个150 mm×150 mm×150 mm的立方体标准试件。

该实施例三制备出的立方体标准试件的抗压强度及吸水率测试方法同对比例一一致；

经测试可知：由本实施例三所述的混凝土制备出的立方体标准试件的抗压强度为31.6 MPa，吸水率为2.2 %。

实施例四：

该实施例四所述的混凝土采用建筑固废再生骨料完全代替天然骨料，且采用氧化石墨烯，水胶比为0.50。

该实施例四每立方混凝土采用的原料配方如下：

水泥（P•O 42.5）190 g 、矿渣190 g 、再生细骨料770 g 、再生粗骨料1060 g 、水190 g 、聚羧酸减水剂（固含量40 %）4.750 g 、氧化石墨烯1.900g；

该实施例四的制备步骤如下：

S1.原料混合：先将建筑固废经过破碎机破碎，然后再依次经过风力分选、人工分选、筛分机筛分等一系列分选得到建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料；然后将氧化石墨烯均匀分散在水中获得氧化石墨烯悬浮液；然后再将建筑固废再生粗、细骨料浸泡在所得的氧化石墨烯悬浮液中16 h，充分搅拌，使氧化石墨烯均匀包覆于骨料表面，然后，将所得的氧化石墨烯-建筑固废骨料混合物、水泥、矿渣、水以及聚羧酸减水剂采用混凝土搅拌机充分搅拌均匀，获得混合浆料；

S2.成型：将上述步骤所获得的混合浆料分别置入100 mm×100 mm×100 mm、150mm×150 mm×150 mm的模具内，振实，24 h后进行脱模；

S3.养护：将试块放入至温度为(20±2) ℃，湿度为95 %以上的养护室中进行养护28天；得到3个100 mm×100 mm×100 mm的立方体标准试件和3个150 mm×150 mm×150 mm的立方体标准试件。

该实施例四制备出的立方体标准试件的抗压强度及吸水率测试方法同对比例一一致；

经测试可知：由本实施例四所述的混凝土制备出的立方体标准试件的抗压强度为33.2 MPa，吸水率为2.3%。

综上，对比例一采用天然砂、石进行配制；对比例二采用建筑固废再生细、粗骨料完全代替天然砂、石，然后将其与水泥、矿渣、水、减水剂混合搅拌；实施例一、二、三、四的制备工艺尤为特殊，先将氧化石墨烯均匀分散在水中获得氧化石墨烯悬浮液，将再生粗、细骨料长时间浸泡在所得的氧化石墨烯悬浮液中，充分搅拌，然后再与其他原料进行混合。分别对对比例一、对比例二、实施例一、实施例二、实施例三以及实施例四制备出的试样进行抗压强度测试以及吸水率测试，测试结果如图1、图2所示。

从图1、图2可以看出，不采用氧化石墨烯、仅采用建筑固废再生骨料完全代替天然砂、石配制的混凝土制备出的试件（即对比例二制备出的试样）相较于普通混凝土制备出的试件（即对比例一制备出的试样），其抗压强度下降了25 %，这与专利CN201711097802.9的试验结果相似，其吸水率也增高了37 %。

但是，当采用氧化石墨烯，且采用本申请所述的制备工艺时，所制备出的试件抗压强度相较于由普通混凝土制备出的试样仅仅下降了10.0 %~20.8%，吸水率也仅仅增高了10.5 %~26.3%，这说明氧化石墨烯对建筑固废再生骨料起到了包覆作用，降低了其吸水性，改善了建筑固废再生骨料的性能，同时氧化石墨烯因其表面官能团而产生的成核效应也促进了水泥的水化，密实了混凝土结构，提高了基体性能。尤其是采用本实施例二所述的混凝土配方，利用该配方制备出的立方体标准试件的抗压强度为34.2 MPa，吸水率为2.1 %，相较于由普通混凝土制备出的试样其抗压强度仅仅下降了10 %，吸水率也仅仅增高了10.5%。

另外，从实施例一、实施例二、实施例三可知，本申请中实施例一、实施例二、实施例三中的所述混凝土的氧化石墨烯掺量不同，其掺量分别为水泥质量的0.05%、1%、2%；实施例二与实施例四，水胶比不同，分别为0.43和0.50。根据试验结果可知，随着氧化石墨烯掺量的增大，抗压强度呈现先增大后降低的趋势，吸水率呈现先降低后增大的趋势。这可能是因为，当氧化石墨烯的掺量较低时，其不足以包裹在骨料表面，对骨料吸水性的改善作用较小，水泥水化不彻底，从而使得混凝土的强度较低，吸水率较高；当氧化石墨烯的掺量较高时，因其分散效果较差，易团聚，会造成混凝土强度的下降，孔隙率提高，吸水率的增加。因此，氧化石墨烯的最优掺量为水泥质量的1%。

对比实施例二与实施例四，水胶比不同，分别为0.43和0.50。根据其试验结果可以得出，由水胶比为0.5的混凝土制备出的试样其抗压强度要低于由水胶比为0.43的混凝土制备出的试样其抗压强度，由水胶比为0.5的混凝土制备出的试样其吸水率要高于由水胶比为0.43的混凝土制备出的试样其吸水率。这是因为，当水胶比较大时，水含量较高，水泥水化后，在混凝土内留下的孔洞较多，孔隙率较大。

Claims (8)

1.一种道路用路缘石，其特征在于：所述道路用路缘石由水泥、建筑固废再生骨料、矿物掺合料、氧化石墨烯、水和外加剂制备而成；其中，所述水泥、建筑固废再生骨料、矿物掺合料、氧化石墨烯、水及外加剂的质量份数比为(30～50)：(80～200)：(10～30)：(0.015～1.000)：(12～40)：(0.020～1.000)；

所述道路用路缘石是通过以下步骤制备的：

S1.原料混合：将建筑固废依次经过破碎、分选工艺得到建筑固废再生骨料；将氧化石墨烯均匀分散在水中获得氧化石墨烯悬浮液；将建筑固废再生骨料浸泡在所得的氧化石墨烯悬浮液中，充分搅拌，使氧化石墨烯均匀包覆在骨料表面；然后，将所得的氧化石墨烯-建筑固废再生骨料混合物、水泥、矿物掺合料、水与外加剂采用搅拌设备充分搅拌均匀，获得混合浆料；

S2.成型：将上述步骤所获得的混合浆料置入成型模具内，振实，24 h后进行脱模，得试块；

S3.养护：将试块放入温度为(20±2) ℃，湿度为95 %以上的养护室中进行养护28天。

2.根据权利要求1所述的道路用路缘石，其特征在于：所述建筑固废再生骨料包括建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料，所述建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料的质量份数比为1：（1～2）；所述建筑固废再生细骨料和建筑固废再生粗骨料均是通过将建筑固废依次经过破碎、分选得到的。

3.根据权利要求2所述的道路用路缘石，其特征在于：所述建筑固废是指拆除建筑物或构筑物所得到的混凝土、砖瓦、水泥地基块中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求2所述的道路用路缘石，其特征在于：所述分选工艺包括依次进行的风力分选、人工分选及筛分机筛分。

5.根据权利要求2所述的道路用路缘石，其特征在于：所述建筑固废再生细骨料的粒径为0.10～4.75 mm；建筑固废再生粗骨料的粒径为4.75～20 mm。

6.根据权利要求1所述的道路用路缘石，其特征在于：所述矿物掺合料为粉煤灰、硅灰和矿渣中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种道路用路缘石，其特征在于：所述氧化石墨烯的粒径为5～6 μm，厚度为5～10 nm，比表面积不低于120 m²/g。

8.根据权利要求1所述的一种道路用路缘石，其特征在于：所述外加剂为减水剂、引气剂和抗冻剂中的一种、两种或三种。

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