CN115504743A - 一种环保混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土的技术领域，具体公开了一种环保混凝土及其制备方法。环保混凝土包括以下重量份数的原料制成：水泥100‑150份；改性再生骨料300‑350份；粉煤灰50‑100份；钢渣30‑60份；水100‑150份；所述改性再生骨料包括以下重量份数的原料制成：未改性的再生骨料5‑10份；冰醋酸10‑20份；木薯淀粉8‑15份。本申请的环保混凝土可用于混凝土生产，其具有提高环保混凝土的力学性能的优点。

Description

一种环保混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土的技术领域，更具体地说，它涉及一种环保混凝土及其制备方法。
背景技术
普通的混凝土通常主要是由胶凝材料、骨料和水拌合而成，且普通混凝土中的骨料通常为河床内的天然砂石，随着混凝土的需求量增大，大量的天然砂石被开采，同时随着现代建筑工业的快速发展，建筑垃圾的排放量逐年增长，这些废弃混凝土若不进行合理的回收利用，不仅会浪费资源还会造成环境污染。
环保混凝土是指利用建筑工业废弃物制备出的混凝土材料，采用废弃混凝土制备的骨料被称为再生骨料，将天然骨料成再生骨料使环保混凝土表现出良好的节能环保的社会效益。
但环保混凝土中的再生骨料自身存在裂缝多、吸水率高、抗压强度低的缺点，造成环保混凝土存在易开裂、抗压强度差的缺点，导致环保混凝土的力学性能不佳。
发明内容
为了提高环保混凝土的力学性能，本申请提供一种环保混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种环保混凝土，采用如下的技术方案：
一种环保混凝土，包括以下重量份数的原料制成：
水泥100-150份；
改性再生骨料300-350份；
粉煤灰50-100份；
钢渣30-60份；
水100-150份；
所述改性再生骨料包括以下重量份数的原料制成：
未改性的再生骨料5-10份；
冰醋酸10-20份；
木薯淀粉8-15份。
通过采用上述技术方案，再生骨料是由废弃混凝土经过破碎筛分后得到，钢渣采用的是炼钢厂排出的钢渣，在制备混凝土的过程中加入再生骨料与钢渣，实现了资源的回收再利用，但由于再生骨料内部存在大量微裂纹，故对再生骨料经过冰醋酸和木薯淀粉进行改性后，冰醋酸使碱性的再生骨料表面呈酸性，减少碱骨料反应的产生，造成混凝土出现开裂的情况；并且木薯淀粉的加入，木薯淀粉与冰醋酸之间能够通过氢键缔合，使木薯淀粉能够自动进入在再生骨料的微裂缝中，并在微裂缝内形成结晶性复合体，起到填充再生骨料微裂缝的效果，并且在水泥水化反应过程中，产生大量水化热，随着温度的上升，位于再生骨料微裂缝中的木薯淀粉发生糊化逐渐转变成粘稠状的胶体，有助于混凝土的成型，缩短初凝时间，从而减少骨料沉降带来的收缩裂缝，减少混凝土开裂。
另外，冰醋酸是一种极性有机化合物，具有较强的挥发性，能够在水泥发生水化反应过程中快速挥发，实现热量的快速扩散，减少混凝土出现开裂的情况。
优选的，所述改性骨料的制备方法，包括以下步骤：
先将未改性的再生骨料进行破碎、筛分后浸泡在冰醋酸中15-20min，然后加入木薯淀粉进行超声分散，得到改性再生骨料。
通过采用上述技术方案，先将再生骨料浸泡在冰醋酸中，冰醋酸起到清理再生骨料表面残存的水泥石的作用，增加再生骨料的比表面积，再加入木薯淀粉，木薯淀粉通过与冰醋酸缔合的方式，并粘结在再生骨料的微裂缝中，有助于提高木薯淀粉与再生骨料之间的结合强度。
优选的，所述改性再生骨料中还包括陶瓷微粉8-15份。
通过采用上述技术方案，陶瓷微粉具有较低的粘度，使其具有较好的流动性，在木薯淀粉与冰醋酸发生缔合的过程中，陶瓷微粉随木薯淀粉一同朝再生骨料的微裂缝中流动，并填充在再生骨料微裂缝中，木薯淀粉受水化热的温度影响时，木薯淀粉的粘度上升并将陶瓷微粉粘结在再生骨料的微裂缝中，从而增强再生骨料的强度，进而增强环保混凝土的抗压强度。
优选的，所述陶瓷微粉的粒径为50-80nm。
通过采用上述技术方案，陶瓷微粉的粒径在50-80nm的范围内取值，能够更好的填充在再生骨料中，提高再生骨料的强度。
优选的，还包括交联溶液26-35份，所述交联溶液包括甲苯二异氰酸酯11-15份和蓖麻油15-20份。
通过采用上述技术方案，甲苯二异氰酸酯和蓖麻油能够发生交联生成聚氨酯预聚体，与改性再生骨料共混时，交联溶液能够对木薯淀粉起到改性的作用，改善木薯淀粉存在亲水性强的缺点，同时提高木薯淀粉的机械强度，使再生骨料的力学性能进一步增加，同时，交联溶液在发生交联的过程中，能够减少混凝土由于骨料沉降造成出现开裂的情况，同时陶瓷微粉被固定在再生骨料内，提高环保混凝土的抗压强度和抗开裂的性能。
优选的，所述交联溶液的制备方法包括以下步骤：先将蓖麻油进行真空干燥脱出水分，然后加入甲苯二异氰酸酯，在温度为80-90℃的条件下搅拌1h后，得到交联溶液。
通过采用上述技术方案，蓖麻油进行干燥后脱出水分，减少交联溶液中含有水分对木薯淀粉造成不利影响，木薯淀粉在水化热温度的影响下能够被交联溶液改性，提高木薯淀粉疏水性，降低再生骨料的吸水性且提高再生骨料的力学性能。
第二方面，本申请提供一种环保混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种环保混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将改性再生骨料、水泥、粉煤灰、钢渣和水充分混合，养护、固化后得到环保混凝土。
通过采用上述技术方案，改性再生骨料与水泥、粉煤灰、钢渣和水经过拌和后，制得环保混凝土具有良好的抗开裂性能和抗压强度的效果，有利于废弃物的再生利用，更加环保。
优选的，一种环保混凝土的制备方法，包括以下步骤：
先将改性再生骨料与交联溶液进行快速搅拌混合后，然后加入水泥、粉煤灰、钢渣、水进行拌和，养护、固化后得到环保混凝土。
通过采用上述技术方案，交联溶液先和改性再生骨料进行混合，之后再与其他原料混合，在水泥水化反应的过程中，产生的热量有利于对改性再生骨料中的木薯淀粉进行改性，同时使陶瓷微粉的固定在再生骨料内，提高其抗压强度；交联溶液受到水化热的影响，发生交联，有助于混凝土快速成型，减少混凝土出现开裂的情况。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用改性再生骨料和陶瓷微粉，改性原料中的冰醋酸减少碱骨料反应的产生，造成混凝土出现开裂的情况；改性原料中的木薯淀粉有助于混凝土的成型，缩短初凝时间，从而减少骨料沉降带来的收缩裂缝，减少混凝土开裂，陶瓷微粉填充再生骨料提高其力学性能。
2、本申请中优选采用交联溶液，改善木薯淀粉存在亲水性强的缺点，同时提高木薯淀粉的机械强度，使再生骨料的力学性能进一步增加；交联溶液在发生交联的过程中，能够减少混凝土由于骨料沉降造成出现开裂的情况，同时陶瓷微粉被固定在再生骨料内，提高环保混凝土的抗压强度和抗开裂的性能。
3、本申请的方法，改性再生骨料与水泥、粉煤灰、钢渣和水经过拌和后，制得环保混凝土具有良好的抗开裂性能和抗压强度的效果，有利于废弃物的再生利用，更加环保。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中的原料均为市售产品；
其中甲苯二异氰酸酯分子量为174.16；
蓖麻油为上海方野化工有限公司的市售产品，CAS号为8001-79-4；
木薯淀粉为上海源叶生物科技有限公司的市售产品，货号S25805-500g；
水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥。
实施例
实施例1
一种环保混凝土，包括以下重量的原料制成：
水泥120kg；
改性再生骨料320kg；平均粒径2㎝；
粉煤灰80kg；
钢渣45kg；平均粒径0.8㎝；
水125kg；
其制备方法包括以下步骤：
将水泥、改性再生骨料、粉煤灰、钢渣和水充分混合，养护28天、固化后得到环保混凝土。
其中改性再生骨料的制备方法包括以下步骤：将8kg未改性的再生骨料经过破碎、筛分后浸泡在15kg的冰醋酸中，再加入10kg的木薯淀粉混合均匀，得到改性再生骨料。
实施例2-3
一种环保混凝土，基于实施例1的基础上，其区别在于，原料用量不同。
实施例1-3的环保混凝土原料用量如下表所示。
表2实施例1-3的环保混凝土的原料用量
Figure BDA0003900843740000041
Figure BDA0003900843740000051
实施例4
一种环保混凝土，基于实施例1的基础上，其区别在于，改性再生骨料中还添加有陶瓷微粉10kg，陶瓷微粉的粒径为70nm。
实施例5
一种环保混凝土，基于实施例4的基础上，其区别在于，改性再生骨料中还添加有陶瓷微粉8kg，陶瓷微粉的粒径为70nm。
实施例6
一种环保混凝土，基于实施例4的基础上，其区别在于，改性再生骨料中还添加有陶瓷微粉15kg，陶瓷微粉的粒径为70nm。
实施例7
一种环保混凝土，基于实施例4的基础上，其区别在于，陶瓷微粉的粒径为40nm。
实施例8
一种环保混凝土，基于实施例4的基础上，其区别在于，陶瓷微粉的粒径为80nm。
实施例9
一种环保混凝土，基于实施例4的基础上，其区别在于，陶瓷微粉的粒径为20nm。
实施例10
一种环保混凝土，基于实施例4的基础上，其区别在于，陶瓷微粉的粒径为100nm。
实施例11
一种环保混凝土，基于实施例4的基础上，其区别在于，原料中还包括交联溶液30kg，交联溶液中包括甲苯二异氰酸酯12kg和蓖麻油18kg；
交联溶液的制备方法包括以下步骤：
先将蓖麻油进行真空干燥脱出水分，然后加入甲苯二异氰酸酯，在温度为80℃的条件下搅拌1h后，得到交联溶液；
环保混凝土的制备方法包括以下步骤：
先将改性再生骨料与交联溶液进行快速搅拌混合后，然后加入水泥、粉煤灰、钢渣、水进行拌和，养护28天、固化后得到环保混凝土。
实施例12-13
一种环保混凝土，基于实施例9的基础上，其区别在于，原料中的交联溶液的用量不同。
实施例11-13的交联溶液用量如下表。
表3实施例11-13的交联溶液用量
Figure BDA0003900843740000061
对比例
对比例1
一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料中的冰醋酸的用量为0kg。
对比例2
一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料中的木薯淀粉的用量为0kg。
对比例3
一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，以等量的未改性的再生骨料替换改性再生骨料。
对比例4
一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，以等量的正丁酸替换冰醋酸。
对比例5
一种环保混凝土，与实施例4的不同之处在于，以等量的石英粉替换陶瓷微粉。
对比例6
一种环保混凝土的制备方法，与实施例11的不同之处在于，直接将交联溶液与水泥、改性再生骨料、粉煤灰、钢渣、水混合，经养护28天、固化得到环保混凝土。
性能检测试验
测试包括：
1.按照GB/T50081-2002《混凝土力学性能试验方法标准》中规定的方法对养护28天之后的环保混凝土进行抗压强度测试。
2.计算混凝土的单位面积上的开裂面积，单位面积上的开裂面积越小说明抗裂性能越好。
对实施例1-11和对比例1-6的环保混凝土按照上述方法进行测试，测试结果如下表。
表4实施例1-11和对比例1-6的测试结果
Figure BDA0003900843740000062
Figure BDA0003900843740000071
结合实施例1-3并结合表4可以看出，实施例1较优于实施例2-3，说明实施例1是较优实施例。
结合实施例1和对比例1-5并结合表4可以看出，实施例1均优于对比例1-5，说明本申请中再生骨料经过冰醋酸和木薯淀粉进行改性后，冰醋酸使碱性的再生骨料表面呈酸性，减少碱骨料反应的产生，造成混凝土出现开裂的情况；并且木薯淀粉的加入，木薯淀粉与冰醋酸之间能够通过氢键缔合，使木薯淀粉能够自动进入在再生骨料的微裂缝中，并在微裂缝内形成结晶性复合体，起到填充再生骨料微裂缝的效果，并且在水泥水化反应过程中，产生大量水化热，随着温度的上升，位于再生骨料微裂缝中的木薯淀粉发生糊化逐渐转变成粘稠状的胶体，有助于混凝土的成型，缩短初凝时间，从而减少骨料沉降带来的收缩裂缝，减少混凝土开裂；另外，冰醋酸是一种极性有机化合物，具有较强的挥发性，能够在水泥发生水化反应过程中快速挥发，实现热量的快速扩散，减少混凝土出现开裂的情况。
结合实施例1和实施例4-6并结合表4可以看出，实施例4-6均优于实施例1且实施例4较优于实施例5-6，说明实施例4为较优实施例，陶瓷微粉具有较低的粘度，使其具有较好的流动性，在木薯淀粉与冰醋酸发生缔合的过程中，陶瓷微粉随木薯淀粉一同朝再生骨料的微裂缝中流动，并填充在再生骨料微裂缝中，木薯淀粉受水化热的温度影响时，木薯淀粉的粘度上升并将陶瓷微粉粘结在再生骨料的微裂缝中，从而增强再生骨料的强度，进而增强环保混凝土的抗压强度。
结合实施例4和实施例7-10并结合表4可以看出，实施例4较优于实施例7-8且优于实施例9-10，说明陶瓷微粉的粒径在40-80nm的范围内取值，能够更好的填充在再生骨料中，提高再生骨料的强度。
结合实施例4和实施例11-13并结合表4可以看出，实施例11-13优于实施例4，说明本申请中甲苯二异氰酸酯和蓖麻油能够发生交联生成聚氨酯预聚体，与改性再生骨料共混时，交联溶液能够对木薯淀粉起到改性的作用，改善木薯淀粉存在亲水性强的缺点，同时提高木薯淀粉的机械强度，使再生骨料的力学性能进一步增加，同时，交联溶液在发生交联的过程中，能够减少混凝土由于骨料沉降造成出现开裂的情况，同时陶瓷微粉被固定在再生骨料内，提高环保混凝土的抗压强度和抗开裂的性能；蓖麻油进行干燥后脱出水分，减少交联溶液中含有水分对木薯淀粉造成不利影响，木薯淀粉在水化热温度的影响下能够被交联溶液改性，提高木薯淀粉疏水性，降低再生骨料的吸水性且提高再生骨料的力学性能。
结合实施例9和对比例6并结合表4可以看出，实施例9优于对比例6说明本申请中交联溶液先和改性再生骨料进行混合，之后再与其他原料混合，在水泥水化反应的过程中，产生的热量有利于对改性再生骨料中的木薯淀粉进行改性，同时使陶瓷微粉的固定在再生骨料内，提高其抗压强度；交联溶液受到水化热的影响，发生交联，有助于混凝土快速成型，减少混凝土出现开裂的情况。
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)

1.一种环保混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料制成：
水泥100-150份；
改性再生骨料300-350份；
粉煤灰50-100份；
钢渣30-60份；
水100-150份；
所述改性再生骨料包括以下重量份数的原料制成：
未改性的再生骨料5-10份；
冰醋酸10-20份；
木薯淀粉8-15份。
2.根据权利要求1所述的一种环保混凝土，其特征在于：所述改性骨料的制备方法，包括以下步骤：
先将未改性的再生骨料进行破碎、筛分后浸泡在冰醋酸中15-20min，然后加入木薯淀粉进行超声分散，得到改性再生骨料。
3.根据权利要求1所述的一种环保混凝土，其特征在于：所述改性再生骨料中还包括陶瓷微粉8-15份。
4.根据权利要求1所述的一种环保混凝土，其特征在于：所述陶瓷微粉的粒径为50-80nm。
5.根据权利要求1所述的一种环保混凝土，其特征在于：还包括交联溶液26-35份，所述交联溶液包括甲苯二异氰酸酯11-15份和蓖麻油15-20份。
6.根据权利要求5所述的一种环保混凝土，其特征在于：所述交联溶液的制备方法包括以下步骤：先将蓖麻油进行真空干燥脱出水分，然后加入甲苯二异氰酸酯，在温度为80-90℃的条件下搅拌1h后，得到交联溶液。
7.一种权利要求1-4任意一项所述的一种环保混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将改性再生骨料、水泥、粉煤灰、钢渣和水充分混合，养护、固化后得到环保混凝土。
8.一种权利要求5-6任意一项所述的一种环保混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
先将改性再生骨料与交联溶液进行快速搅拌混合后，然后加入水泥、粉煤灰、钢渣、水进行拌和，养护、固化后得到环保混凝土。
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