CN112624710A - 一种高强再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土制备的技术领域，具体公开了一种高强再生混凝土及其制备方法。高强再生混凝土包括如下的组分：水泥、矿粉、粉煤灰、天然砂、再生粗骨料、聚丙二醇、碳酸氢钠、白云岩粉、二乙醇酰胺、硅藻土、减水剂和水；其制备方法为：步骤一，将相应重量份数的水泥、矿粉、粉煤灰、天然砂、再生粗骨料、白云岩粉、碳酸氢钠和水混合，搅拌均匀得到预拌混凝土；步骤二，将相应重量份数的二乙醇酰胺、白云岩粉、减水剂和预拌混凝土混合，搅拌均匀得到高强再生混凝土。本申请的高强再生混凝土可用于建筑、桥梁路面施工使用，其具有抗压强度高、工作性能稳定的优点。

Description

一种高强再生混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土制备技术的领域，更具体地说，它涉及一种高强再生混凝土及其制备方法。

背景技术

随着我国经济高速发展，城市化建设脚步逐渐加快，越来越多的老旧建筑因不能满足城市规划要求而被拆除重建，随之而来的则是大量建筑垃圾的合理处置问题。我国建筑垃圾堆存占用的土地面积达1.5亿m²以上，且建筑垃圾堆存量仍在逐年增加。为充分利用建筑垃圾，减少建筑垃圾堆存对环境的破坏和污染，研究工作者对建筑垃圾进行分类、加工和处理，已经可以生产出多种建筑再生材料，其中，再生混凝土就是重要一例。

相关技术中，申请号为201911345625.0的申请文件公开了一种再生粗骨料混凝土及其制备方法，由包含以下重量份数的原料组成：粗骨料组合物200份、水泥70份、高炉矿渣20-50份、天然河砂30-45份、废塑料0-8份、减水剂5-10份和水30-40份；所述再生粗骨料经除杂、磁选、粉碎、筛分、淋洗与干燥处理，制备得到的混凝土有效对建筑垃圾进行了利用，减少了建筑垃圾对环境的污染的同时降低了新建工程的成本。

针对上述中的相关技术，发明人认为得到的混凝土在实际应用中，由于再生骨料在破碎、筛分过程中，因碰撞和摩擦使再生骨料内部产生裂纹和缝隙，所以再生骨料的强度低于原生骨料，导致混凝土的抗压强度不达标。

发明内容

为了提高再生骨料混凝土的抗压强度，本申请提供一种高强再生混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高强再生混凝土，采用如下的技术方案：

一种高强再生混凝土，所述高强再生混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥260-280份、矿粉20-40份、粉煤灰40-60份、天然砂200-260份、再生粗骨料900-1100份、聚丙二醇7-30份、碳酸氢钠5-20份、白云岩粉30-70份、减水剂6-10份和水120-150份。

通过采用上述技术方案，首先本申请选用了再生粗骨料，改善了传统对建筑垃圾进行填埋、无害化堆存的处理方式，增强了对建筑垃圾的利用，节约了原生骨料的用量，具备环保节能的效果。

其次，本申请选用了聚丙二醇，聚丙二醇包裹再生骨料表面并进入其大孔和毛细孔，表面和孔隙中的聚合物相互靠近，水分蒸发，温度达到最低成膜温度时，聚合物颗粒变形并进一步密实；温度达到玻璃化温度时，随着水分继续蒸发，聚合物颗粒进一步相互挤压渗透，形成有一定强度的聚合物膜，从而达到增强再生粗骨料的抗压强度的目的。

碳酸氢钠在水泥水化放热过程中发生分解产生CO₂，CO₂和水泥水化过程中产生的多余的Ca(OH)₂反应产生难溶性的CaCO₃，碳化反应固相产物填充再生粗骨料附着砂浆的孔隙，提高了密实性，降低了孔隙率和吸水性，从而提高了再生粗骨料的强度。

白云岩粉是白云石开采过程中产生的废料，白云岩粉加入混凝土中，可以填充再生骨料表面的孔隙，还能与水泥水化过程中产生的多余的Ca(OH)₂发生化学反应，生成粘结性较好的胶凝性水化产物，提高再生骨料和胶凝材料之间的粘结力，从而增强混凝土的强度。

由上述组分相结合制备得到的混凝土，能有效对建筑垃圾进行回收再利用，同时制得的混凝土具有较佳的工作性能，使用性能稳定。

优选的，所述聚丙二醇的粘度为50-100Pa·s。

通过采用上述技术方案，将聚丙二醇的粘度选择在上述范围内，有利于聚丙二醇在再生粗骨料表面扩散，有利于聚丙二醇在再生粗骨料之间均匀分布，使得硬化后聚合物颗粒之间更加密实，从而增强混凝土的抗压强度。

优选的，所述白云岩的粒径为20-50微米。

通过采用上述技术方案，将白云岩粉的粒径选择在上述范围内，使得白云岩粉可以更充分的填充于再生骨料表面的孔隙中，从而提高混凝土的抗压强度。

优选的，所述再生粗骨料经以下步骤制成：第一步，将废弃混凝土粉碎过筛，得到筛下物，在筛下物中加入氮化硅粉，混合均匀得到细化混凝土；第二步，将细化混凝土浸泡于质量浓度为7％-25％的水玻璃溶液中，水玻璃溶液没过细化混凝土，浸泡时间为30min-3h，将浸泡后的细化混凝土捞出自然晾干，干燥堆存，即制成再生粗骨料。

通过采用上述技术方案，用水玻璃溶液对细化混凝土进行浸泡，利用水玻璃溶液与再生骨料上附着的旧水泥砂浆产生反应,水玻璃溶液与Ca(OH)₂反应生成硅酸钙凝胶,硬化后的硅酸钙凝胶填充材料中的孔隙,使材料致密,从而提高再生粗骨料的强度。

加入氮化硅粉可以抑制水玻璃溶液浸泡细化混凝土所导致的碱骨料反应，从而提高水玻璃处理后再生粗骨料的耐久性。

优选的，所述原料中还包括有重量份数为10-20份的二乙醇酰胺。

通过采用上述技术方案，二乙醇酰胺是分子中带有亲水基和疏水基的双亲结构化合物，二乙醇酰胺加入水泥浆体中后，二乙醇酰胺可以渗透进入再生粗骨料的空隙以及裂纹中，水泥硬化后，二乙醇酰胺固化成膜，从而堵住再生粗骨料表面的空隙与裂纹，又由于二乙醇酰胺亲水基团一端与再生骨料孔隙内的含氧官能团通过氢键有效结合，二乙醇酰胺的疏水基团一端位于再生骨料表面，因此提高了再生骨料表面的疏水性，从而降低再生粗骨料的吸水率，进一步增强了再生粗骨料的使用性能。

优选的，所述原料中还包括有重量份数为25-35份的硅藻土。

通过采用上述技术方案，硅藻土的活性较高，微集料填充效应好，消耗了水泥浆体中多余的氢氧化钙，能有效改善硬化水泥浆体的微观结构，使混凝土中硬化水泥浆体与再生粗骨料的界面性能得到明显改善，进而提高混凝土的强度。

第二方面，本申请提供一种高强再生混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高强再生混凝土的制备方法，包括如下的制备步骤：

S1:将水泥、矿粉、粉煤灰、天然砂、再生粗骨料、白云岩粉、碳酸氢钠和水混合，搅拌30-60s得到搅拌均匀的预拌混凝土；

S2：在预拌混凝土中加入聚丙二醇和减水剂，搅拌1-3min得到高强再生混凝土。

通过采用上述技术方案，将水泥、矿粉、粉煤灰、天然砂、再生粗骨料、白云岩粉、碳酸氢钠和水混合就可制得预拌混凝土，再将聚丙二醇和减水剂与预拌混凝土混合，搅拌至规定时间后就完成了混凝土的制备，制备出的混凝土工作性能好，使用性能稳定。

优选的，S2步骤中还加入了二乙醇酰胺和硅藻土。

通过采用上述技术方案，可以缩短二乙醇酰胺和硅藻土的搅拌时间，有利于混凝土保持良好的工作性能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用再生粗骨料代替传统的碎石粗骨料，由于在混凝土制备时加入聚丙二醇和碳酸氢钠，聚丙二醇水分蒸发后，聚合物颗粒之间相互挤压渗透，形成具有一定强度的聚合物膜，从而提高再生粗骨料的抗压强度；碳酸氢钠在水泥水化过程中受热分解产生CO₂，CO₂与水泥的水化产物发生碳化反应，碳化反应产物填充于再生骨料的孔隙之间，降低了孔隙率和吸水性，使得混凝土具有较好的工作性能。

2、本申请中优选采用二乙醇酰胺，二乙醇胺可以渗透进入再生粗骨料的空隙及裂纹中，由于二乙醇酰胺亲水一端与再生骨料孔隙内的含氧官能团结合，二乙醇酰胺的疏水基团一端位于再生骨料表面，因此提高了再生骨料表面的疏水性，因此可以降低再生粗骨料的吸水率，获得了提高混凝土流动性和抗压强度的效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

制备例、实施例及对比例中使用的材料规格如下：

水泥为普通硅酸盐水泥；矿粉比表面积350～500m²/kg，烧失量不大于3％；粉煤灰比表面积300～500m²/kg，烧失量不大于2％；天然砂的细度模数2.2～2.6，含水量小于1.2％；聚丙二醇购自上海锦山化工有限公司；碳酸氢钠购自上海启仁化工有限公司，碳酸氢钠纯度为99％；白云岩粉购自青岛玉洲化工有限公司；减水剂购自山东同盛外加剂建材有限公司，减水剂为聚羧酸高效减水剂。

再生粗骨料的制备例

制备例1

再生粗骨料经以下步骤制成：

第一步，将废弃混凝土粉碎过筛，得到筛下物即为再生粗骨料。

制备例2

再生粗骨料经以下步骤制成：

第一步，将废弃混凝土粉碎过筛，得到筛下物，在筛下物中加入氮化硅粉，氮化硅粉与筛下物的质量比为1：200，将氮化硅粉与筛下物混合均匀得到细化混凝土；

第二步，将细化混凝土浸泡于质量浓度为7％的水玻璃溶液中，水玻璃溶液没过细化混凝土，浸泡时间为30min，将浸泡后的细化混凝土捞出自然晾干，干燥堆存，即制成再生粗骨料。

制备例3

再生粗骨料经以下步骤制成：

第一步，将废弃混凝土粉碎过筛，得到筛下物，在筛下物中加入氮化硅粉，氮化硅粉与筛下物的质量比为1：200，将氮化硅粉与筛下物混合均匀得到细化混凝土；

第二步，将细化混凝土浸泡于质量浓度为25％的水玻璃溶液中，水玻璃溶液没过细化混凝土，浸泡时间为3h，将浸泡后的细化混凝土捞出自然晾干，干燥堆存，即制成再生粗骨料。

制备例4

再生粗骨料经以下步骤制成：

第一步，将废弃混凝土粉碎过筛，得到筛下物；

第二步，将筛下物浸泡于质量浓度为25％的水玻璃溶液中，水玻璃溶液没过细化混凝土，浸泡时间为3h，将浸泡后的细化混凝土捞出自然晾干，干燥堆存，即制成再生粗骨料

实施例

实施例1

一种高强再生混凝土，由以下重量份的原料制成：

水泥260kg、矿粉20kg、粉煤灰60kg、天然砂200kg、再生粗骨料1100kg、聚丙二醇7kg、碳酸氢钠5kg、白云岩粉30kg、减水剂6kg、水120kg；其中再生粗骨料选用制备例1，聚丙二醇的粘度为20Pa·s，白云岩粉的粒径为10微米。

高强再生混凝土通过如下步骤制备获得：

S1:将水泥、矿粉、粉煤灰、天然砂、再生粗骨料、白云岩粉、碳酸氢钠和水混合，搅拌60s得到搅拌均匀的预拌混凝土；

S2：在预拌混凝土中加入聚丙二醇和减水剂，搅拌1min得到高强再生混凝土。

实施例2

一种高强再生混凝土，与实施例1的区别在于：

(1)组分含量不同，具体的含量见表1；

(2)聚丙二醇的粘度为70Pa·s，白云岩粉的粒径为30微米；

(3)搅拌时间不同，其中S1搅拌45s，S2搅拌2min。

实施例3

一种高强再生混凝土，与实施例1的区别在于：

(1)组分含量不同，具体的含量见表1；

(2)聚丙二醇的粘度为120Pa·s，白云岩粉的粒径为70微米；

(3)搅拌时间不同，其中S1搅拌30s，S2搅拌3min。

表1实施例1-3的混凝土的各组分含量

组分/kg	实施例1	实施例2	实施例3
				水泥	260	270	280
矿粉	20	30	40
				粉煤灰	60	50	40
天然砂	200	230	260
				再生粗骨料	1100	1000	900
聚丙二醇	7	20	30
				碳酸氢钠	5	12	20
白云岩粉	30	50	70
				减水剂	6	8	10
水	120	135	150

实施例4

一种高强再生混凝土，与实施例2的区别在于：本实施例选用制备例2的再生粗骨料。

实施例5

一种高强再生混凝土，与实施例2的区别在于：本实施例选用制备例3的再生粗骨料。

实施例6

一种高强再生混凝土，与实施例2的区别在于：本实施例选用制备例4的再生粗骨料。

实施例7

一种高强再生混凝土，与实施例5的区别在于：本实施例加入的聚丙二醇的粘度为50Pa·s。

实施例8

一种高强再生混凝土，与实施例5的区别在于：本实施例加入的聚丙二醇的粘度为100Pa·s。

实施例9

一种高强再生混凝土，与实施例7的区别在于：本实施例加入的白云岩粉的粒径为20微米。

实施例10

一种高强再生混凝土，与实施例7的区别在于：本实施例加入的白云岩粉的粒径为50微米。

实施例11

一种高强再生混凝土，与实施例9的区别在于：本实施例还加入有10kg二乙醇酰胺，制备混凝土时二乙醇酰胺在S2中加入。

实施例12

一种高强再生混凝土，与实施例9的区别在于：本实施例还加入有15kg二乙醇酰胺，制备混凝土时二乙醇酰胺在S2中加入。

实施例13

一种高强再生混凝土，与实施例9的区别在于：本实施例还加入有20kg二乙醇酰胺，制备混凝土时二乙醇酰胺在S2中加入。

实施例14

一种高强再生混凝土，与实施例13的区别在于：本实施例还加入有25kg硅藻土，制备混凝土时硅藻土在S2中加入。

实施例15

一种高强再生混凝土，与实施例13的区别在于：本实施例还加入有30kg硅藻土，制备混凝土时硅藻土在S2中加入。

实施例16

一种高强再生混凝土，与实施例13的区别在于：本实施例还加入有35kg硅藻土，制备混凝土时硅藻土在S2中加入。

对比例

对比例1

一种再生粗骨料混凝土，由以下重量份的原料制成：

粗骨料组合物200kg、水泥70kg、高炉矿渣30kg、天然河砂45kg、废塑料8kg、减水剂10kg和水40kg。

再生粗骨料混凝土通过如下步骤制备获得：

S1：将粗骨料组合物、水泥、高炉矿渣、天然河砂、废塑料和水混合搅拌60s，得到预拌混凝土；

S2：将减水剂和预拌混凝土混合搅拌90s，得到再生粗骨料混凝土。

对比例2

一种高强再生混凝土，与实施例1的区别在于：本对比例未加入聚丙二醇。

对比例3

一种高强再生混凝土，与实施例1的区别在于：本对比例未加入碳酸氢钠。

对比例4

一种高强再生混凝土，与实施例1的区别在于：本对比例未加入白云岩粉。

性能检测试验

试验一抗压强度测试

试验样品：采用实施例1-16中获得混凝土拌合物作为试验样品1-16，采用对比例1-4中获得混凝土拌合物作为对照样品1-4。

试验方法：将试验样品1-16的混凝土拌合物制成混凝土试块，将对照样品1-4的混凝土拌合物制成混凝土试块，根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的抗压强度试验，检测混凝土的28d抗压强度(MPa)。

试验仪器：压力试验机。

实验结果：试验样品1-16的测试结果如表2所示，对照样品1-4的测试结果如表3所示。

表2试验样品1-13的抗压强度测试结果

由表2可知，将试验样品1-3进行比较，本申请实施例1-3制备得到的高强再生混凝土的各项指标均满足《JGJ443-2018再生混凝土结构技术标准》的要求，且试验样品2相比于试验样品1和试验样品3具有更好的抗压强度。

由表2可知，将试验样品4-6与试验样品2进行比较，试验样品4-6在制备时采用的再生骨料均经过了预处理，因此试验样品4-6制备得到的混凝土相比于试验样品2具有更好的抗压强度；由于试验样品6采用的再生骨料在预处理时没有加入氮化硅粉，再生骨料在水玻璃溶液中浸泡时引入了过多的Na⁺，导致产生碱骨料反应，因此试验样品6相比于试验样品4和试验样品5的抗压强度有所降低。

由表2可知，将试验样品7、试验样品8与试验样品5进行比较，在制备高强再生混凝土时加入的聚丙二醇的粘度对混凝土的有一定影响，聚丙二醇的粘度越小越有利于聚丙二醇在再生粗骨料表面扩散，使得硬化后的聚合物颗粒更加密实，因此实验样品7具有更高的抗压强度。

由表2可知，将试验样品9、试验样品10与试验样品7进行比较，白云岩粉的粒径对混凝土强度有一定影响，白云岩粉的粒径越小，越有利于白云岩粉更充分的填充于再生骨料表面的孔隙和裂缝中，从而提高再生骨料的强度，因此试验样品9具有更高的抗压强度。

由表2可知，将试验样品11-13与试验样品9进行比较，在制备高强再生混凝土时加入二乙醇酰胺，二乙醇酰胺可以渗透进入再生粗骨料的空隙以及裂纹中，水泥硬化后，二乙醇酰胺固化成膜，从而堵住再生粗骨料表面的空隙与裂纹，因此试验样品11-13相比于试验样品9的抗压强度显著提高。

由表2可知，将试验样品14-16与试验样品11-13进行比较，在制备高强再生混凝土时加入硅藻土，硅藻土的活性较高，微集料填充效应好，能有效改善硬化水泥浆体的微观结构，进而提高混凝土的强度。

表3对照样品1-4的抗压强度测试结果

由表2和表3可知，将对照样品1与试验样品1-3进行比较，由于对照样品1通过再生粗骨料组合物代替传统粗骨料，没有改善粗骨料组合物内部的裂缝和孔隙的问题，因此对照样品1的抗压强度显著下降。

由表2和表3可知，将对照样品2与试验样品1-3进行比较，未加入聚丙二醇的混凝土强度有所降低，因为聚丙二醇成膜后能够将再生骨料颗粒包裹，从而提高再生骨料的工作性能。

由表2和表3可知，将对照样品3与试验样品1-3进行比较，未加入碳酸氢钠的混凝土的强度有所降低，因为碳酸氢钠在水泥水化放热过程中发生分解能产生CO₂，CO₂与水泥的水化产物发生碳化反应，固相碳化产物能够很好的填充骨料和浆体之间的孔隙，从而达到增强混凝土强度的目的。

由表2和表3可知，将对照样品4与试验样品1-3进行比较，未加入白云岩粉的混凝土强度有所降低，因为白云岩粉加入混凝土中，可以填充再生骨料表面的孔隙，还可以与水化产物生成粘结性较好的胶凝材料，进一步提高混凝土的抗压强度。

将对照样品2-4与试验样品1-3进行比较，对照样品2-4的混凝土的抗压强度均有所下降，说明聚丙二醇、碳酸氢钠和白云岩粉均对再生骨料混凝土有一定的增强作用，通过对照样品2-4的比较，可以看出聚丙二醇对改善再生混凝土的性能有较为关键的作用。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高强再生混凝土，其特征在于，所述高强再生混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥260-280份、矿粉20-40份、粉煤灰40-60份、天然砂200-260份、再生粗骨料900-1100份、聚丙二醇7-30份、碳酸氢钠5-20份、白云岩粉30-70份、减水剂6-10份和水120-150份。

2.根据权利要求1所述的一种高强再生混凝土，其特征在于：所述聚丙二醇的粘度为50-100Pa·s。

3.根据权利要求1所述的一种高强再生混凝土，其特征在于：所述白云岩的粒径为20-50微米。

4.根据权利要求1所述的一种高强再生混凝土，其特征在于：所述再生粗骨料经以下步骤制成：第一步，将废弃混凝土粉碎过筛，得到筛下物，在筛下物中加入氮化硅粉，混合均匀得到细化混凝土；第二步，将细化混凝土浸泡于质量浓度为7%-25%的水玻璃溶液中，水玻璃溶液没过细化混凝土，浸泡时间为30min-3h，将浸泡后的细化混凝土捞出自然晾干，干燥堆存，即制成再生粗骨料。

5.根据权利要求1所述的一种高强再生混凝土，其特征在于：所述原料中还包括有重量份数为10-20份的二乙醇酰胺。

6.根据权利要求5所述的一种高强再生混凝土，其特征在于：所述原料中还包括有重量份数为25-35份的硅藻土。

7.一种如权利要求1-6所述的高强再生混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下的制备步骤：

S1:将水泥、矿粉、粉煤灰、天然砂、再生粗骨料、白云岩粉、碳酸氢钠和水混合，搅拌30-60s得到搅拌均匀的预拌混凝土；

S2：在预拌混凝土中加入聚丙二醇和减水剂，搅拌1-3min得到高强再生混凝土。

8.根据权利要求7所述的高强再生混凝土的制备方法，其特征在于：S2步骤中还加入了二乙醇酰胺和硅藻土。