CN114380562A - 一种防冻再生混凝土的制备方法及防冻再生混凝土 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土材料领域，具体公开了一种防冻再生混凝土的制备方法及防冻再生混凝土。一种防冻再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：将废旧混凝土经过破碎、筛选后，得到预制粗骨料颗粒；将预制粗骨料颗粒在氧化石墨烯分散液中充分浸泡，然后将其取出，晾干至表面无水后，得到再生粗骨料；以重量份数计，取270‑290份水泥、830‑850份再生粗骨料、830‑850份细骨料、110‑130份掺合料、40‑50份废旧发泡橡胶粉、170‑180份水、6‑8份防冻型减水剂以及5‑10份膨胀抗裂剂，搅拌均匀，得到防冻再生混凝土。采用本申请的方法制备的防冻再生混凝土不仅具有很好的抗冻融效果，而且还具有优异的力学强度。

Description

一种防冻再生混凝土的制备方法及防冻再生混凝土
技术领域
本申请涉及混凝土材料领域，更具体地说，它涉及一种早强防冻混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是由胶凝材料将集料结成整体的工程混合材料的统称，广泛应用于土木工程。根据使用环境的不同，混凝土也需要具有不同的功能。由于我国地域辽阔，而北方地区冬季气温一般在-5℃以下，这就要求混凝土具有一定的抗冻融性能。普通混凝土受冻破坏的主要原因是在于其中水的存在，在低温下冰晶增大，产生压力而导致混凝土的结构被破坏，而使用防冻外加剂是一种有效的提高混凝土的抗冻性的方法。
然而对于再生混凝土来说，由于其所用骨料是由废旧混凝土破碎而来，相较于天然骨料来说，再生骨料的表面裂缝多、吸水率高，在低温下混凝土孔隙内的水受冻而结冰对水泥石产生的膨胀压力会加剧微细裂缝的生长，使得其在低温下更容易受到破坏；并且在低温条件下，混凝土内部砂浆与再生骨料的界面粘结强度劣化，进一步影响到混凝土的耐久性。显然，目前的防冻混凝土的配方设计并不能很好的适用于再生混凝土。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种防冻再生混凝土的制备方法及防冻再生混凝土。
第一方面，本申请提供一种防冻再生混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种防冻再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将废旧混凝土经过破碎、筛选后，得到预制粗骨料颗粒；将预制粗骨料颗粒在氧化石墨烯分散液中充分浸泡，然后将其取出，晾干至表面无水后，得到再生粗骨料；
以重量份数计，取270-290份水泥、830-850份再生粗骨料、830-850份细骨料、110-130份掺合料、40-50份废旧发泡橡胶粉、170-180份水、6-8份防冻型减水剂以及5-10份膨胀抗裂剂，搅拌均匀，得到防冻再生混凝土。
由于再生粗骨料是由废旧混凝土破碎而得，因此其裂缝多、吸水率高，防冻效果劣于普通混凝土，为了改善混凝土的性能，需要对其进行改性强化处理，而传统的再生粗骨料的改性方法复杂、效率低，不易操作。通过采用上述技术方案，将废旧混凝土经过氧化石墨烯分散液的浸泡处理，不需要进行额外的颗粒整形或者复杂的强化工序，通过氧化石墨烯分散液的处理，可以提高再生骨料的力学强度，而且在冻融循环下，可以降低再生混凝土的质量损失率，改善再生粗骨料的性能，从而改善再生粗骨料的抗冻性能。
此外，本申请的防冻型减水剂可选择普通具有防冻效果的防冻型减水剂，其种类并无特别限制，只要能起到一定的防冻以及减水效果即可。由于低温冻融环境下，混凝土中的水分因受到正负温交替的作用，会出现体积-收缩的周期性变化，导致其内部产生周期性的疲劳应力，影响骨料与胶凝材料的粘结强度，从而导致混凝土的抗压强度以及抗折强度降低。为了解决上述问题，本申请还添加了废旧发泡橡胶粉，由于橡胶颗粒表面粗糙，容易吸附气泡，可以提高混凝土中气体分布的稳定性以及均匀性，起到类似于引气剂的作用；并且发泡橡胶的内部具有细小的孔隙结构，使其具有良好的弹性形变能力，可以对水冻融时的膨胀力起到缓冲作用，延缓微裂缝的生长，从而改善再生混凝土的抗冻融性能。
优选的，重量份数计，将10-20份可再分散性乳胶粉以及4-6份羧甲基纤维素加入300-400份水中混合均匀，然后加入30-40份氧化石墨烯以及50-70份纳米二氧化硅，混合均匀，得到氧化石墨烯分散液。
通过采用上述技术方案，氧化石墨烯分散液中添加的羧甲基纤维素可以提高各原料混合分散的均匀性，利用氧化石墨烯分散液可以填充至再生骨料的微细裂缝中并成膜，从而降低再生骨料吸水率以及抑制裂缝的生长，从而改善再生骨料的性能。
优选的，所述废旧发泡橡胶粉由如下重量份的原料经过发泡制得：废旧橡胶粉100-120份、改性玉米芯粉10-20份、硫化剂1-2份、促进剂1-2份、活化剂1-2份、增塑剂30-40份以及发泡剂2-4份；
所述改性玉米芯粉由玉米芯经过氧化石墨烯分散液处理得到。
玉米芯的主要成分为糖和粗纤维，并且其内部具有很多的微细孔隙，使其具有很好的弹性，玉米芯加入废旧发泡橡胶中，可以提高废旧发泡橡胶在低温下的弹性；而得到的玉米芯-橡胶复合材料用于混凝土中，可以起到提高混凝土早期强度的作用。但是由于玉米芯中的植物纤维含有大量的羟基等极性基团，使其表面具有强极性且吸湿性强，与橡胶的相容性较差，因此通过氧化石墨烯分散液的处理，利用玉米芯的高吸附力，可以将氧化石墨烯分散液吸附，一方面改善玉米芯的表面性能，提高其与橡胶的相容性，另一方面得到的改性玉米芯作为发泡橡胶的填料，可以丰富发泡橡胶的孔隙结构，改善其在低温下的弹性。
优选的，所述废旧发泡橡胶粉采用如下方法制备：将废旧橡胶粉碎后得到废旧橡胶颗粒；
按照比例，将废旧橡胶颗粒投入密炼机中，密炼升温至100-110℃后，投入活化剂、改性玉米芯粉以及增塑剂，密炼升温至130-140℃后，翻炼3-5min，得到一段混炼胶；
将一段混炼胶、促进剂、硫化剂以及发泡剂投入密炼机中，密炼温度升高至130-140℃后，继续翻炼3-5min，得到二段混炼胶；
将二段混炼胶在温度为160-170℃、压力为6-8MPa的条件下，硫化200-250s，得到硫化胶；将硫化胶粉碎、过筛后，得到废旧发泡橡胶粉。
通过采用上述技术方案，本申请的废旧发泡橡胶粉以废旧橡胶为原料，可以降低生产成本，且不需要额外再添加炭黑，其制备方法简单，易于操作。
优选的，所述改性玉米芯粉采用如下方法制备：将干燥后的玉米芯投入氧化石墨烯分散液中，充分浸泡后，经过干燥、粉碎、过筛后，得到改性玉米芯粉。
优选的，所述细骨料由重量比为1:2-3的中砂和粗砂组成。
通过采用上述技术方案，由中砂和粗砂组成的细骨料可以填充至粗骨料搭建的骨架中，可以提高混凝土的密实性以及结构的稳定性，提高混凝土的力学强度。
优选的，所述掺合料由重量比为1:1.5-2的粉煤灰和矿粉组成。
通过采用上述技术方案，掺合料的加入可以降低水泥的用量，从而降低水泥的水化热，减少混凝土裂缝的产生；粉煤灰和矿粉的加入有利于提高混凝土的早期强度，改善混凝土的抗冻性能。
第二方面，本申请提供一种由防冻再生混凝土的制备方法制备的防冻再生混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请将废旧混凝土经过氧化石墨烯分散液的浸泡处理，不需要进行额外的颗粒整形或者复杂的强化工序，通过氧化石墨烯分散液的处理，可以提高再生骨料的力学强度，而且在冻融循环下，可以降低再生混凝土的质量损失率，改善再生粗骨料的性能，从而改善再生粗骨料的抗冻性能。
2、本申请将改性玉米芯加入废旧发泡橡胶中，可以丰富发泡橡胶的孔隙结构，提高废旧发泡橡胶在低温下的弹性；而得到的玉米芯-橡胶复合材料用于再生混凝土中，可以起到提高混凝土早期强度的作用。
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。
氧化石墨烯分散液的制备例
以下制备例中的羧甲基纤维素粘度为1000；纳米二氧化硅的粒径为400nm。
氧化石墨烯分散液的制备例1
将1kg可再分散性乳胶粉以及0.4kg羧甲基纤维素加入60℃的30kg水中混合均匀，然后加入3kg氧化石墨烯以及5kg纳米二氧化硅，混合均匀，得到氧化石墨烯分散液。
氧化石墨烯分散液的制备例2
将2kg可再分散性乳胶粉以及0.6kg羧甲基纤维素加入60℃的40kg水中混合均匀，然后加入4kg氧化石墨烯以及7kg纳米二氧化硅，混合均匀，得到氧化石墨烯分散液。
改性玉米芯粉的制备例以下制备例中的氧化石墨烯分散液由氧化石墨烯分散液的制备例1制备而得。
将玉米芯在80℃的温度下干燥4h后，取3kg干燥后的玉米芯，加入10kg氧化石墨烯，充分浸泡5h后，将其取出，在80℃的温度干燥6h后，经过粉碎、过200目筛后，得到改性玉米芯粉。
废旧发泡橡胶粉的制备例
如表1所示，废旧发泡橡胶粉制备例1-3的主要区别在于原料的配比不同。
以下以废旧发泡橡胶粉的制备例1为例进行说明。除特别说明外，制备例中的原料均可通过市售获得，其中制备例中的废旧橡胶粉来源于载重汽车轮胎；活化剂由重量比为2:1的氧化锌和硬脂酸组成；增塑剂为石蜡油；促进剂由重量比为3:1的促进剂DM(2,2’-二硫代二苯并噻唑)和促进剂TMTD(二硫化四甲基秋兰姆)组成；硫化剂为硫磺；发泡剂为偶氮二甲酰胺；改性玉米芯粉由改性玉米芯粉的制备例制备而得。
废旧发泡橡胶粉的制备例1
(1)将废旧橡胶粉碎后得到平均粒径为15-20mm的废旧橡胶颗粒；
将废旧橡胶颗粒投入密炼机中，密炼升温至105℃后，投入活化剂、改性玉米芯粉以及增塑剂，密炼升温至135℃后，翻炼4min，得到一段混炼胶；
将一段混炼胶、促进剂、硫化剂以及发泡剂投入密炼机中，密炼温度升高至135℃后，继续翻炼4min，调整辊距，出片，得到二段混炼胶；
将二段混炼胶置于平板硫化机中，在温度为165℃、压力为7MPa的条件下，硫化240s，得到硫化胶；
将硫化胶粉碎、过400目筛后，得到废旧发泡橡胶粉。
表1废旧发泡橡胶粉的原料配料表(单位：kg)
Figure BDA0003520974060000041
Figure BDA0003520974060000051
废旧发泡橡胶粉的制备例4
本制备例与废旧发泡橡胶粉的制备例4的不同之处在于，改性玉米芯粉由等量的未改性的普通玉米芯粉代替。
实施例
如表2所示，实施例1-3的主要区别在于原料的配比不同。
以下以实施例1为例进行说明。除特别说明外，实施例中的原料均可通过市售获得。其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；细骨料由重量比为1:2.3的中砂和粗砂组成；中砂的细度模数为2.9，含泥量为1.9％；粗糙的细度模数为3.2，含泥量为0.5％；掺合料由重量比为1:1.8的粉煤灰和矿粉组成，粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰，矿粉为S95级矿粉；防冻型减水剂无特别要求，满足防冻、减水的作用即可，实施例中的防冻型减水剂购自青岛东宏纺机有限公司，型号为DH-7；膨胀抗裂剂购自武汉三源特种建材有限责任公司，型号为SY-G。
实施例1：一种防冻再生混凝土采用如下方法制备而成：
S1、将废旧混凝土经过破碎、筛选后，得到预制粗骨料颗粒；将预制粗骨料颗粒在其重量的3倍的氧化石墨烯分散液中充分浸泡6h，然后将其取出，晾干至表面无水后，得到再生粗骨料；
S2、以重量份数计，取水泥、粒径为5-31.5mm连续级配的再生粗骨料、细骨料、掺合料、废旧发泡橡胶粉、水、防冻型减水剂以及膨胀抗裂剂，搅拌均匀，得到防冻再生混凝土。
其中，废旧发泡橡胶粉由废旧发泡橡胶粉的制备例1制备而得。
表2实施例1-3的原料用量表(单位：kg)
Figure BDA0003520974060000052
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，废旧发泡橡胶粉由废旧发泡橡胶粉的制备例2制备而得。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于，废旧发泡橡胶粉由废旧发泡橡胶粉的制备例3制备而得。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于，废旧发泡橡胶粉由废旧发泡橡胶粉的制备例4制备而得。
对比例
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于S1以及S2。
S1具体包括如下步骤：将废旧混凝土经过破碎、筛选后，得到预制粗骨料颗粒；将预制粗骨料颗粒在其重量的3倍的水中充分浸泡6h，然后将其取出，晾干至表面无水后，得到再生粗骨料。
S2的原料中未添加废旧发泡橡胶粉。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于S1，具体包括如下步骤：将废旧混凝土经过破碎、筛选后，得到预制粗骨料颗粒；将预制粗骨料颗粒在其重量的3倍的水中充分浸泡6h，然后将其取出，晾干至表面无水后，得到再生粗骨料。
性能检测试验
按照如下方法，对实施例以及对比例的混凝土的性能进行测试，将测试结果示于表3。
抗冻性能：根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中，慢冻法测试混凝土的最大冻融循环次数。
早期抗裂性能：根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的方法，测量混凝土试块在24h的单位面积上的总开裂面积。
抗压强度以及抗折强度：根据GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的方法制作标准试块，并测量标准试块养护3d、28d的抗压强度以及28d的抗折强度。
表3实施例与对比例的混凝土的性能测试表
Figure BDA0003520974060000061
Figure BDA0003520974060000071
结合实施例1和对比例1并结合表3可以看出，采用本申请的方法制得的防冻再生混凝土具有很好的抗冻性能、抗裂性能、抗压强度以及抗折强度。说明采用本申请的方法得到的再生粗骨料的性能可以得到改善，可以采用再生粗骨料全部代替天然碎石，且添加了废旧发泡橡胶粉作为填料，可以在实现资源的再利用的情况下，改善混凝土的性能。
结合实施例1以及实施例6可以看出，实施例1的混凝土的抗冻性能、抗裂性能、抗压强度以及抗折强度明显优于实施例6，这是因为在制备废旧发泡橡胶粉时，改性玉米芯的加入可以作为造孔剂，改善橡胶的孔隙结构，提高其在低温下的弹性，并且由于玉米芯经过改性处理，可以明显提高其与橡胶的相容性，从而改善废旧发泡橡胶粉性能的稳定性，从而改善混凝土的综合性能。
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)

1.一种防冻再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将废旧混凝土经过破碎、筛选后，得到预制粗骨料颗粒；将预制粗骨料颗粒在氧化石墨烯分散液中充分浸泡，然后将其取出，晾干至表面无水后，得到再生粗骨料；
以重量份数计，取270-290份水泥、830-850份再生粗骨料、830-850份细骨料、110-130份掺合料、40-50份废旧发泡橡胶粉、170-180份水、6-8份防冻型减水剂以及5-10份膨胀抗裂剂，搅拌均匀，得到防冻再生混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种防冻再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液采用如下方法制备：以重量份数计，将10-20份可再分散性乳胶粉以及4-6份羧甲基纤维素加入300-400份水中混合均匀，然后加入30-40份氧化石墨烯以及50-70份纳米二氧化硅，混合均匀，得到氧化石墨烯分散液。
3.根据权利要求1所述的一种防冻再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述废旧发泡橡胶粉由如下重量份的原料经过发泡制得：废旧橡胶粉100-120份、改性玉米芯粉10-20份、硫化剂1-2份、促进剂1-2份、活化剂1-2份、增塑剂30-40份以及发泡剂2-4份；
所述改性玉米芯粉由玉米芯经过氧化石墨烯分散液处理得到。
4.根据权利要求3所述的一种防冻再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述废旧发泡橡胶粉采用如下方法制备：将废旧橡胶粉碎后得到废旧橡胶颗粒；
按照比例，将废旧橡胶颗粒投入密炼机中，密炼升温至100-110℃后，投入活化剂、改性玉米芯粉以及增塑剂，密炼升温至130-140℃后，翻炼3-5min，得到一段混炼胶；
将一段混炼胶、促进剂、硫化剂以及发泡剂投入密炼机中，密炼温度升高至130-140℃后，继续翻炼3-5min，得到二段混炼胶；
将二段混炼胶在温度为160-170℃、压力为6-8MPa的条件下，硫化200-250s，得到硫化胶；
将硫化胶粉碎、过筛后，得到废旧发泡橡胶粉。
5.根据权利要求3所述的一种防冻再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述改性玉米芯粉采用如下方法制备：将干燥后的玉米芯投入氧化石墨烯分散液中，充分浸泡后，经过干燥、粉碎、过筛后，得到改性玉米芯粉。
6.根据权利要求1所述的一种防冻再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述细骨料由重量比为1:2-3的中砂和粗砂组成。
7.根据权利要求1所述的一种防冻再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述掺合料由重量比为1:1.5-2的粉煤灰和矿粉组成。
8.一种如权利要求1所述的防冻再生混凝土的制备方法制备的防冻再生混凝土。
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