CN112408875A - 一种再生地聚物砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents

一种再生地聚物砂浆及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种再生地聚物砂浆及其制备方法和应用，本发明利用经过高温加热改性的再生微粉和再生细骨料制备再生地聚物砂浆，再生微粉和再生细骨料经过高温加热改性后，产生再水化效应，产生新的C‑S‑H凝胶；并且使再生细骨料和再生微粉表面附着的旧水泥砂浆剥离，从而达到强化的目的，而再生细骨料和再生微粉之间相互配合，共同提高再生地聚物砂浆的力学性能。本发明的再生地聚物砂浆具有很好的抗压和抗折性能，可广泛应用于建筑工程中。

Description

一种再生地聚物砂浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种再生地聚物砂浆及其制备方法和应用。
背景技术
近年来随着国家现代化建设进程加速，我国水泥的生产与消耗量长年高居不下。据统计，生产每吨普通硅酸盐水泥将会释放大约1t的CO2，目前水泥生产所排放的CO2占了全球CO2总排放量的5％～7％。地质聚合物(地聚物)最早于1978年由法国科学家JosephDavidovits提出，它是一种由铝氧四面体和硅氧四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，是碱激发富含Si、Al物质而形成三维网状结构的，无定形或半结晶的硅铝酸盐凝胶材料，这种材料具有优良的机械性能，耐酸碱、耐火、耐高温，可取代普通水泥，在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料、耐高温材料等方面均有应用，在解决环境污染方面相对于水泥基更有优势，是一种生态环保建筑材料；此外，地聚物在生产过程中的能耗和排废量都非常低，其应用对于减少资源开采、保护生态环境具有重大意义。
随着与日俱增的建筑废物，其再生利用备受关注。现有利用建筑垃圾制成再生细骨料取代天然砂来制备再生地聚物砂浆，但力学性能不及普通地聚物砂浆，不能达到应用的要求。这其中主要原因是：简单破碎得到的再生细骨料表面粗糙并残留着老旧水泥砂浆，再生细骨料由于表面粗糙、棱角较多，内部存在大量的微裂纹，还含有水泥石颗粒，表观密度较小，这些原因造成再生骨料的强度较天然骨料低，微裂缝以及表面附着硬化的水泥浆，造成其吸水率较高。中国专利CN111302688A(公开日2020.6.19)公开了一种建筑垃圾处理工艺，将建筑垃圾加热，筛分后得到再生的高品质骨料，可进一步制得再生砂浆，但是这种再生砂浆的抗折强度和抗压强度仍然较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有再生砂浆的力学性能较差的缺陷和不足，提供一种再生地聚物砂浆，回收利用废旧混凝土，分别制得再生细骨料和再生微粉，然后进一步用于制备再生地聚物砂浆，其抗折强度和抗压强度提高，力学性能较好。
本发明的又一目的是提供一种再生地聚物砂浆的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种再生地聚物砂浆的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种再生地聚物砂浆，包括如下按照质量份计算的组分制成：
Figure BDA0002765550650000021
所述再生细骨料和再生微粉为废旧混凝土经过筛分和200～800℃加热改性3～5h后制得。
本发明利用废旧混凝土经过筛分和加热改性分别制得再生微粉和再生细骨料，然后进一步制得再生地聚物砂浆，其中再生微粉经过高温加热改性后，产生再水化效应，能够起到胶凝材料的作用，在水化过程中形成新的C-S-H凝胶；另外加热处理使再生细骨料和再生微粉表面附着的旧水泥砂浆剥离，从而达到强化的目的，再生细骨料可以部分替代天然细骨料起到骨架与填充的作用，使得再生地聚物砂浆整体堆积更加密实，强度提高，其性能更优于天然细骨料，而再生微粉和再生细骨料以一定的比例相互配合，可以用于制备具有优异的抗折强度和抗压强度的再生地聚物砂浆，达到重新回收利用废旧混凝土的目的。
优选地，包括如下按照质量份计算的组分制成：
Figure BDA0002765550650000022
Figure BDA0002765550650000031
优选地，所述再生细骨料的粒径d1为0＜d1≤4.75mm。
优选地，所述再生微粉的粒径为d2为0＜d2≤45μm。
优选地，所述加热改性的温度为600～800℃。
本发明所述缓凝剂包括但不限于蔗糖化钙。
本发明所述碱激发剂包括但不限于氢氧化钠。
优选地，所述天然细骨料的粒径d3为0＜d3≤4.75mm。
优选地，所述天然细骨料为河砂。
本发明保护上述再生地聚物砂浆的制备方法，包括如下步骤：
S1.将废旧混凝土进行破碎，筛分，在200～800℃加热改性3～5h后得到再生细骨料和再生微粉；
S2.将步骤S1制得的再生细骨料、再生微粉和矿渣微粉、粉煤灰、天然细骨料、碱激发剂、水玻璃、缓凝剂和水混合均匀后制得再生地聚物砂浆。
优选地，步骤S1所述加热改性的升温速率为5～15℃/min。
本发明还保护上述再生地聚物砂浆在建筑工程中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用废旧混凝土经过筛分和加热改性分别制得再生微粉和再生细骨料，然后进一步制得再生地聚物砂浆，其中再生微粉能够起到胶凝材料的作用，在水化过程中产生新的C-S-H凝胶；另外加热处理使再生细骨料和再生微粉表面附着的旧水泥砂浆剥离，从而达到强化的目的，再生细骨料可以起到骨架与填充的作用。本发明的再生地聚物砂浆具有很好的抗压和抗折性能，可广泛应用于建筑工程中。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种再生地聚物砂浆，包括如下按照质量份计算的组分制成：
Figure BDA0002765550650000041
所述再生细骨料的粒径d1为(0＜d1≤4.75mm)，所述再生微粉的粒径d2为(0＜d2≤45μm)，所述再生细骨料和再生微粉为废旧混凝土经过筛分和加热改性3h制得。
上述再生地聚物砂浆的制备方法，包括如下步骤：
S1.将废旧混凝土破碎处理；采用颚式破碎机进行破碎；破碎后得到粒径小于等于40mm的废旧混凝土块；对破碎后的废旧混凝土块进行筛分，采用振筛机配合0.045mm的筛网筛出粒径小于等于45μm的再生微粉；采用振筛机配合4.75mm的筛网筛出粒径小于等于4.75mm的再生细骨料；
S2.对再生微粉和再生细骨料进行高温加热改性，其中再生微粉高温加热机制为：从室温以10℃/min的速度升温至400℃，恒温150min，结束加热，自然冷却至室温；其中再生细骨料高温加热机制为：从室温以10℃/min的速度升温至200℃，恒温150min，结束加热，自然冷却至室温；
S3.将再生微粉、矿渣微粉、粉煤灰、再生细骨料、天然细骨料、碱激发剂、水玻璃、缓凝剂和水混合，得到所述再生地聚物砂浆；混合的工艺步骤如下：(1)向水泥胶砂搅拌机中加入强化改性后的再生微粉、矿渣微粉和粉煤灰，均匀搅拌3min，使三者搅拌均匀；(2)向水泥胶砂搅拌机中加入强化改性后的再生细骨料、天然细骨料，均匀搅拌3min，使三者搅拌均匀；(3)将碱激发剂、水、水玻璃和缓凝剂倒入烧杯中，用玻璃杯手动搅拌2min；(4)向水泥胶砂搅拌机中加入已搅拌好的混合溶液，均匀搅拌2min。接下来制备试件：(5)出料、入模，在振动台(振动频率为50Hz)上振动3min以除去砂浆中的气泡；(6)振动成型后将试件放入标准养护箱中进行标准养护24h；(7)标准养护24h后拆模，再将试件放回标准养护箱中养护7d，待正式实验时将试件取出，置于无水乙醇中以阻止试件继续水化。试件尺寸：160mm×40mm×40mm棱柱体试件。
实施例2
一种再生地聚物砂浆的组分及其质量份、再生地聚物砂浆的制备方法与实施例1相同，区别在于，将再生细骨料和再生微粉高温加热温度替换为400℃。
实施例3
一种再生地聚物砂浆的组分及其质量份、再生地聚物砂浆的制备方法与实施例1相同，区别在于，将再生细骨料和再生微粉高温加热温度替换为600℃。
实施例4
一种再生地聚物砂浆的组分及其质量份、再生地聚物砂浆的制备方法与实施例1相同，区别在于，将再生细骨料和再生微粉高温加热温度替换为800℃。
实施例5
一种再生地聚物砂浆的组分及其质量份如表1所示，再生地聚物砂浆的制备方法与实施例1相同。
实施例6
一种再生地聚物砂浆的组分及其质量份如表1所示，再生地聚物砂浆的制备方法与实施例1相同。
对比例1
本对比例的再生地聚物砂浆的组分及其质量份与实施例1相同，区别在于，再生细骨料和再生微粉未经过加热改性处理。
对比例2
本对比例的再生地聚物砂浆的组分及其质量份与实施例1相同，区别在于，再生细骨料替换为天然细骨料。
对比例3
本对比例的再生水泥基砂浆的组分及其质量份与实施例1相同，区别在于，再生细骨料替换为天然细骨料，矿渣微粉与粉煤灰替换为普通硅酸盐水泥。
对比例4
本对比例的再生地聚物砂浆的组分及其质量份与实施例1相同，区别在于，再生细骨料替换为天然细骨料，再生微粉不进行加热改性处理。
对比例5
本对比例的再生水泥基砂浆的组分及其质量份与实施例1相同，区别在于，再生细骨料替换为天然细骨料，再生微粉不进行加热改性处理，矿渣微粉和粉煤灰替换为普通硅酸盐水泥。
对比例6
本对比例的天然水泥基砂浆的组分及其质量份与实施例1相同，区别在于，再生细骨料替换为天然细骨料，矿渣微粉、粉煤灰和再生微粉替换为普通硅酸盐水泥。
对比例7
本对比例的再生水泥基砂浆的组分及其质量份与实施例1相同，区别在于，再生细骨料不进行加热改性处理，矿渣微粉、粉煤灰和再生微粉替换为普通硅酸盐水泥。
实施例2～4和对比例1～7的砂浆中各组分的用量如表1所示。天然细骨料的粒径小于等于4.75mm，天然细骨料为天然河砂；缓凝剂为蔗糖化钙，其中水灰比均为0.5。
表1实施例2～4及对比例1～7中各原料及其质量份
Figure BDA0002765550650000061
Figure BDA0002765550650000071
性能测试
1、测试方法
(1)再生地聚物砂浆力学性能
依据《水泥胶砂强度检验办法》进行测试，拟采用尺寸为160mm×40mm×40mm的棱柱体作为研究对象，开展再生地聚物砂浆的抗压和抗折试验，试验仪器为YAW-300C型号抗压抗折试验机。
2、测试结果
表2各实施例及对比例的性能测试结果
Figure BDA0002765550650000072
Figure BDA0002765550650000081
由表2可知，实施例1～4的主要影响因素为对再生细骨料的加热温度，在200℃至800℃下，再生地聚物砂浆的抗折强度、抗折强度均出现先增大再减小的现象，其中600℃加热后可以获得最佳抗折强度，在400℃加热后可以获得最佳的抗压强度，但总体再生地聚物砂浆的抗折强度、抗折强度均可以达到现有地聚物砂浆的水平。而对比例1采用未进行高温加热改性的废旧混凝土，抗压强度下降13.1％；对比例2在未添加再生细骨料情况下，抗压强度下降；对比例3将再生细骨料替换为天然细骨料，胶凝材料中的矿渣微粉和粉煤灰全部换成普通硅酸盐水泥，仅利用再生微粉增强水泥基砂浆，抗折强度较对比例2降低约10.9％，而抗折强度较对比例2降低约19.1％；可见，仅利用再生微粉的作用有限，并且水泥基砂浆的力学性能不及地聚物砂浆，通过对比例4～7可以知道经过高温改性后的再生细骨料和再生微粉的相互配合确实对地聚物砂浆存在强化作用。通过实施例1～6证明，本发明掺入经过高温处理的再生细骨料、再生微粉的再生地聚物砂浆与使用天然细骨料、矿渣和粉煤灰制备的地聚物砂浆的抗压和抗折强度相近，甚至高于天然地聚物砂浆，可以很好地应用于建筑行业。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种再生地聚物砂浆，其特征在于，包括如下按照质量份计算的组分制成：
Figure FDA0002765550640000011
所述再生细骨料和再生微粉为废旧混凝土经过筛分和200～800℃加热改性3～5h后制得。
2.根据权利要求1所述再生地聚物砂浆，其特征在于，包括如下按照质量份计算的组分制成：
Figure FDA0002765550640000012
3.根据权利要求1或2所述再生地聚物砂浆，其特征在于，所述再生细骨料的粒径d1为0＜d1≤4.75mm。
4.根据权利要求1所述再生地聚物砂浆，其特征在于，所述再生微粉的粒径为d2为0＜d2≤45μm。
5.根据权利要求1所述再生地聚物砂浆，其特征在于，所述加热改性的温度为600～800℃。
6.根据权利要求1所述再生地聚物砂浆，其特征在于，所述天然细骨料的粒径d3为0＜d3≤4.75mm。
7.根据权利要求1所述再生地聚物砂浆，其特征在于，所述缓凝剂为蔗糖化钙。
8.权利要求1～7任一项所述再生地聚物砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将废旧混凝土进行破碎，筛分，在200～800℃加热改性3～5h后得到再生细骨料和再生微粉；
S2.将步骤S1制得的再生细骨料、再生微粉和矿渣微粉、粉煤灰、天然细骨料、碱激发剂、水玻璃、缓凝剂和水混合均匀后制得再生地聚物砂浆。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述加热改性的升温速率为5～15℃/min。
10.权利要求1～7任一项所述再生地聚物砂浆在建筑工程中的应用。
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