CN115521110A - 一种轻质橡胶矿粉再生混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质橡胶矿粉再生混凝土及其制备方法，涉及再生混凝土技术领域。配制本发明轻质橡胶矿粉再生混凝土的原料以及各原料的质量比为：水泥∶天然粗骨料∶再生粗骨料∶矿粉∶天然细骨料∶水∶橡胶粉∶聚羧酸减水剂＝1∶(0～1.60)∶(1.60～3.59)∶(0.11～0.25)∶(1.06～1.90)∶(0.45～0.5)∶(0.19～0.63)∶(0.007～0.013)。基于本发明的轻质橡胶再生混凝土，不仅可以利用废弃混凝土和橡胶，且具有优异力学性能和热工性能，解决了现在技术中混凝土墙板保温隔热效果差的问题，进一步贴合国家双碳目标。
Description
技术领域
本发明涉及再生混凝土技术领域，特别涉及一种轻质橡胶矿粉再生混凝土及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，产生了大量废旧橡胶轮胎。据统计，我国每年产生的废橡胶轮胎超过5000万条，而每年只有少部分的废旧轮胎经过处理，大量未处理的废旧轮胎会带来巨大的环保问题。随着工业化、城镇化的深入推进，建筑业发展迅速，建筑垃圾产生量越来越大，资源的消耗也进一步加快。据统计，我国城市建筑垃圾占建筑垃圾总量的60％～70％。建筑垃圾总量占城市垃圾总量的30％～40％，其中50％～60％为废弃混凝土。然而对于建筑垃圾资源化利用率较低，通常将这些建筑垃圾用作基坑回填或道路路基，只有少部分废弃混凝土的骨料用于配制成再生混凝土，由于废弃混凝土块在破碎机械中不断受到冲撞、挤压、研磨、损伤积累，从而破碎得到的再生骨料具有微裂缝多、吸水率高、孔隙率大和压碎指标高等缺点，导致再生混凝土的强度低于天然混凝土，各种不利因素都阻碍了再生混凝土的推广使用。
发展循环利用混凝土技术己经成为迫在眉睫的问题，有效利用建筑废弃物生产混凝土，减少天然砂石开采，减轻建筑垃圾造成的环境污染，发展绿色建筑，是当今社会需要解决的重大难题。橡胶属于韧性材料，具有高弹、耐久及可塑等众多优点，将破碎后的橡胶粉掺入混凝土中，可以降低混凝土的密度，还能增强混凝土的耐久性能。但橡胶粉属于憎水性材料，使其与水泥等胶凝材料粘结能力较弱，无法形成很好的粘结界面，且橡胶粉的弹性模量相对较低，大量掺入到混凝土中导致强度降低。这些缺陷在一定程度上限制了橡胶粉矿粉再生混凝土在实际工程上的推广和应用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种轻质橡胶矿粉再生混凝土，以解决现有废旧橡胶轮胎和废弃混凝土难以利用等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种轻质橡胶矿粉再生混凝土，配制所述轻质橡胶矿粉再生混凝土的原料以及各原料的质量比为：水泥∶天然粗骨料∶再生粗骨料∶矿粉∶天然细骨料∶水∶橡胶粉∶聚羧酸减水剂＝1∶(0～1.60)∶(1.60～3.59)∶(0.11～0.25)∶(1.06～1.90)∶(0.45～0.5)∶(0.19～0.63)∶(0.007～0.013)。
可选地，所述再生粗骨料为废弃混凝土破碎后筛分得到的粒径为5～20mm的连续级配粗骨料。
可选地，所述天然细骨料为天然河砂，所述天然细骨料的粒径为0.075～4.75mm。
可选地，所述天然粗骨料为石灰岩碎石，所述天然粗骨料的粒径为5～20mm。
可选地，所述矿粉的粒径为20～50nm，纯度≥99.5％，低粒径、高纯度的矿粉活性高，与水泥砂浆的反应活性高，上述粒径的矿粉具有较佳的粘结和填充效果。
可选地，所述橡胶粉的粒径为60-90目，其由废旧橡胶轮胎破碎加工制得。
可选地，所述聚羧酸减水剂的固含量为15-25％。
可选地，所述的水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥。
本发明的第二目的在于提供一种制备上述轻质橡胶矿粉再生混凝土的方法，该制备方法，包括以下步骤：
1)将所述天然细骨料、所述橡胶粉混合均匀得到混合物A；
2)将所述天然粗骨料和所述再生粗骨料混合均匀得到混合物B；
3)将所述聚羧酸减水剂溶于所述水中得到混合液C；
4)将所述混合物A、所述混合物B和所述水泥混合后，搅拌30～60秒，再加入所述混合液C，采用顺时针搅拌和逆时针搅拌交替的方式搅拌240～360s，得到轻质橡胶矿粉再生混凝土拌合物，其中，顺时针搅拌的搅拌时间可优选为40-60s，逆时针搅拌的搅拌时间可优选为40-60s；
5)将所述轻质橡胶矿粉再生混凝土拌合物进行成型、静置、脱模、养护，得到轻质橡胶再生混凝土。
可选地，步骤5)中所述静置的静置时间为12-36h；所述养护的养护温度为16-24℃，养护相对湿度≥95％，养护时间20-30d。
相对于现有技术，本发明所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土具有以下优势：
1、橡胶属于韧性材料，具有高弹、耐久及可塑等众多优点，将破碎后的橡胶粉掺入混凝土中，可以降低混凝土的密度，还能增强混凝土的耐久性能，但橡胶粉属于憎水性材料，使其与水泥等胶凝材料粘结能力较弱，无法形成很好的粘结界面，且橡胶粉的弹性模量相对较低，大量掺入到混凝土中导致强度降低，本发明的方法以废弃混凝土和废旧橡胶轮胎为原料，制备出了热工性能优异的橡胶再生混凝土，进而使其能适应更复杂环境要求下的建筑工程的使用，具有广泛的工程应用前景，进一步贴合国家双碳目标。
2、本发明首先根据再生骨料孔隙率高、内部裂缝多等特点，加入的橡胶粉属于憎水性材料，与水泥等胶凝材料的粘结能力较弱，造成橡胶再生混凝土的强度降低的问题，加入具有高活性的矿粉，能与水泥充分发生作用，不断生成针棒状或柱状的水化产物，不仅细化了界面过渡区的晶粒尺寸，同时改善了界面过渡区的结构，且矿粉尺寸小、比表面积大、化学活性高，能够填充混凝土内部细小孔隙，从而混凝土的密实度得到显著提高，进而提高橡胶矿粉再生混凝土的力学性能。
3、基于本发明的轻质橡胶矿粉再生混凝土，控制水胶比(即水与胶凝材料的比)为1:(2～2.22)，矿粉和水泥共同作为胶凝材料，可显著提高轻质橡胶矿粉再生混凝土的力学性能；矿粉材料作为胶凝材料和填充材料，弥补了橡胶材料以及废弃混凝土的缺陷，从而获得了力学性能适宜，耐久性良好，热工性能优异的再生混凝土。
4、本发明提出的制备方法具有实用性能强，操作方便易懂的特点，能够更好的适用于工程建设当中；在上述轻质橡胶矿粉再生混凝土的原料中加入了矿粉，用来取代水泥，既节省水泥的用量，又能保障橡胶矿粉再生混凝土的力学强度；该方法中的矿粉不仅作为胶凝材料与水泥砂浆反应增强水泥胶凝材料的性能，也可以作为填充材料填充橡胶再生混凝土中的裂缝和孔洞，从而增强橡胶再生混凝土的力学性能。基于本发明的橡胶再生混凝土的制备方法，能够合理的利用废料和橡胶粉，通过选择合理的配合比，就可以改善现在技术中的橡胶再生混凝土热工性能差的问题，也为解决了废弃混凝土和废旧橡胶轮胎引起的环境问题，同时节省了水泥的用量，推动资源的节约和再利用，变垃圾为建筑资源，降低混凝土的成本，促进轻质橡胶矿粉再生混凝土的商品化做出了很大的贡献。
5、矿粉、橡胶粉均容易聚集成团，采用本发明的搅拌方法，可以很好的使矿粉均匀地扩散到橡胶矿粉再生混凝土中，可以使矿粉能够更加充分与水泥砂浆进行反应，也可以填充橡胶再生混凝土中的裂缝和孔洞，同时该方法能够使橡胶粉分散开来，能与橡胶矿粉再生混凝土中的水泥砂浆及骨料更多的接触，产生更强的黏结性，提高橡胶矿粉再生混凝土的热工性能，并且此搅拌工艺的操作方便，工程应用起来比较简单，推广性强，使矿粉和橡胶粉这两种材料可以更均匀的分散到橡胶再生混凝土中，达到对这两种材料最具性价比的应用。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
以下各实施例中所用原材料具体为：
水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；
天然细骨料为连续级配的天然河砂，粒径为0.075～4.75mm；
天然粗骨料为武汉市某项目所用连续级配的石灰岩碎石，粒径为5～20mm；
再生粗骨料为学校实验室改造工程中废弃混凝土破碎后筛分得到的连续级配粗骨料，粒径5～20mm；
矿粉市购得到，粒径为20～50nm，纯度≥99.5％；
橡胶粉的粒径为80目(0.18mm)，其由废旧橡胶轮胎破碎加工制得，外观呈现为黑色粉末状，外表光滑，具有憎水性；
减水剂为聚羧酸减水剂，其固含量为20％，呈淡黄色液体，市购得到。
对比例1
一种普通混凝土，其各原料的质量比为：水泥:天然粗骨料:天然细骨料：水:聚羧酸减水剂＝1：2.88：1.69：0.45：0.006。
具体的，上述普通混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)定量称取，将所需要的所有原料按照相应的配合比进行称取；
2)将天然细骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物A；
3)将天然粗骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物B；
4)将聚羧酸减水剂和水加入集料盆中，使用玻璃棒充分搅拌60～120秒后，得到混合液C；
5)将混合物A、混合物B和水泥倒入搅拌机中，搅拌30～60秒后，再加入混合液C后，采用顺时针搅拌和逆时针搅拌交替的方式搅拌240～360s，其中，顺时针搅拌的搅拌时间为40-60s，逆时针搅拌的搅拌时间为40-60s，形成混凝土拌合物；
6)将混凝土拌合物进行入模、振捣成型后放在室内24小时，进行试件拆模并编号，然后转移到(20±2)℃，相对湿度95％以上的标准养护室里养护28天。
对比例2
一种橡胶混凝土，其各原料的质量比为：水泥:天然粗骨料:天然细骨料:水:橡胶粉:聚羧酸减水剂＝1：2.88：1.60：0.45：0.169：0.006。
具体的，上述橡胶混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)定量称取，将所需要的所有原料按照相应的配合比进行称取；
2)将天然细骨料、橡胶粉加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物A；
3)将天然粗骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物B；
4)将聚羧酸减水剂和水加入集料盆中，使用玻璃棒充分搅拌60～120秒后，得到混合液C；
5)将混合物A、混合物B和水泥倒入搅拌机中，搅拌30～60秒后，再加入混合液C后，采用顺时针搅拌和逆时针搅拌交替的方式搅拌240～360s，其中，顺时针搅拌的搅拌时间为40-60s，逆时针搅拌的搅拌时间为40-60s，形成橡胶混凝土拌合物；
6)将橡胶混凝土拌合物进行入模、振捣成型后放在室内24小时，进行试件拆模并编号，然后转移到(20±2)℃，相对湿度95％以上的标准养护室里养护28天。
对比例3
一种矿粉混凝土，其各原料的质量比为：水泥:天然粗骨料:天然细骨料:水:矿粉:聚羧酸减水剂＝1：3.59：2.11：0.45：0.25：0.008。
具体的，上述矿粉混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)定量称取，将所需要的所有原料按照相应的配合比进行称取；
2)将天然细骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物A；
3)将天然粗骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物B；
4)将聚羧酸减水剂和水加入集料盆中，使用玻璃棒充分搅拌60～120秒后，得到混合液C；
5)将混合物A、混合物B和水泥与矿粉倒入搅拌机中，搅拌30～60秒后，再加入混合液C后，采用顺时针搅拌和逆时针搅拌交替的方式搅拌240～360s，其中，顺时针搅拌的搅拌时间为40-60s，逆时针搅拌的搅拌时间为40-60s，形成矿粉混凝土拌合物；
6)将矿粉混凝土拌合物进行入模、振捣成型后放在室内24小时，进行试件拆模并编号，然后转移到(20±2)℃，相对湿度95％以上的标准养护室里养护28天。
对比例4
一种再生混凝土，其各原料的质量比为：水泥:天然粗骨料:天然细骨料:水:再生粗骨料:聚羧酸减水剂＝1:1.43:1.68:0.45:1.68:0.0011。
具体的，上述再生混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)定量称取，将所需要的所有原料按照相应的配合比进行称取；
2)将天然细骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物A；
3)将天然粗骨料和再生粗骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物B；
4)将聚羧酸减水剂和水加入集料盆中，使用玻璃棒充分搅拌60～120秒后，得到混合液C；
5)将混合物A、混合物B和水泥倒入搅拌机中，搅拌30～60秒后，再加入混合液C后，采用顺时针搅拌和逆时针搅拌交替的方式搅拌240～360s，其中，顺时针搅拌的搅拌时间为40-60s，逆时针搅拌的搅拌时间为40-60s，形成再生混凝土拌合物；
6)将再生混凝土拌合物进行入模、振捣成型后放在室内24小时，进行试件拆模并编号，然后转移到(20±2)℃，相对湿度95％以上的标准养护室里养护28天。
实施例1
一种轻质橡胶矿粉再生混凝土，其各原料的质量比为：水泥:天然粗骨料:再生粗骨料:天然细骨料:水:橡胶粉:矿粉:聚羧酸减水剂＝1：1.60：1.60：1.69：0.45：0.19：0.11：0.011。
具体的，上述轻质橡胶矿粉再生混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)定量称取，将所需要的所有原料按照相应的配合比进行称取；
2)将天然细骨料、橡胶粉加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物A；
3)将天然粗骨料和再生粗骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物B；
4)将聚羧酸减水剂和水加入集料盆中，使用玻璃棒充分搅拌30～60秒后，得到混合液C；
5)将混合物A、混合物B和水泥与矿粉倒入搅拌机中，搅拌30～60秒后，再加入混合液C后，采用顺时针搅拌和逆时针搅拌交替的方式搅拌240～360s，其中，顺时针搅拌的搅拌时间为40-60s，逆时针搅拌的搅拌时间为40-60s，形成轻质橡胶矿粉再生混凝土拌合物；
6)将橡胶再生混凝土拌合物进行入模、振捣成型后放在室内24小时，进行试件拆模并编号，然后转移到(20±2)℃，相对湿度95％以上的标准养护室里养护28天。
实施例2
一种轻质橡胶矿粉再生混凝土，其各原料的质量比为：水泥:天然粗骨料:再生粗骨料:天然细骨料:水:橡胶粉:矿粉:聚羧酸减水剂＝1：1.60：1.80：1.90：0.45：0.21：0.25：0.011。
具体的，上述轻质橡胶矿粉再生混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)定量称取，将所需要的所有原料按照相应的配合比进行称取；
2)将天然细骨料、橡胶粉加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物A；
3)将天然粗骨料和再生粗骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物B；
4)将聚羧酸减水剂和水加入集料盆中，使用玻璃棒充分搅拌30～60秒后，得到混合液C；
5)将混合物A、混合物B和水泥与矿粉倒入搅拌机中，搅拌30～60秒后，再加入混合液C后，采用顺时针搅拌和逆时针搅拌交替的方式搅拌240～360s，其中，顺时针搅拌的搅拌时间为40-60s，逆时针搅拌的搅拌时间为40-60s，形成轻质橡胶矿粉再生混凝土拌合物；
6)将橡胶再生混凝土拌合物进行入模、振捣成型后放在室内24小时，进行试件拆模并编号，然后转移到(20±2)℃，相对湿度95％以上的标准养护室里养护28天。
对本发明对比例1-4和实施例1-2所制备的混凝土的性能进行测试，测试结果如表1所示。
表1
通过表1中对比例1和对比例2可知在不加矿粉的情况下，随着橡胶粉掺量的增加，混凝土的抗压强度和导热系数明显降低，主要原因为：第一、橡胶粉是一种有机材料，和水泥基体这些无机材料的粘结性差，两者界面处不能有效的黏合；第二、橡胶粉的弹性模量低，其强度远低于砂石等天然骨料；第三、随着橡胶粉掺量的增加，引入了较多的气泡，硬化后形成较多的内部孔隙，使混凝土抗压强度和导热系数降低，加入一定量的矿粉后，比如对比例3、实施例1和实施例2，得到的橡胶再生混凝土的抗压强度得到显著提升，主要原因为：第一、矿粉和氢氧化钙发生化学反应，生成了黏结力强、比表面积大的水化硅酸钙凝胶，增强水泥砂浆和骨料黏结界面的强度，从而提高混凝土的强度；第二、再生骨料内部存在大量的细微裂缝，矿粉可以物理填充再生骨料内部的细微裂缝，从而提高再生骨料的密实性能，但对导热系数影响不大。
基于本发明的轻质橡胶矿粉再生混凝土，能够合理的利用建筑废料和橡胶粉，通过选择合理的配合比，就可以改善现在技术中的混凝土导热性能差的问题，也为解决了废弃混凝土和废旧橡胶轮胎引起的环境问题，同时节省了水泥的用量，推动资源的节约和再利用，变垃圾为建筑资源，降低混凝土的成本，促进橡胶再生混凝土的商品化做出了很大的贡献。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轻质橡胶矿粉再生混凝土，其特征在于，配制所述轻质橡胶矿粉再生混凝土的原料以及各原料的质量比为：水泥∶天然粗骨料∶再生粗骨料∶矿粉∶天然细骨料∶水∶橡胶粉∶聚羧酸减水剂＝1∶(0～1.60)∶(1.60～3.59)∶(0.11～0.25)∶(1.06～1.90)∶(0.45～0.5)∶(0.19～0.63)∶(0.007～0.013))。
2.根据权利要求1所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料为废弃混凝土破碎后筛分得到的粒径为5～20mm的连续级配粗骨料。
3.根据权利要求1所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土，其特征在于，所述天然细骨料为天然河砂，所述天然细骨料的粒径为0.075～4.75mm。
4.根据权利要求1所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土，其特征在于，所述天然粗骨料为石灰岩碎石，所述天然粗骨料的粒径为5～20mm。
5.根据权利要求1所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土，其特征在于，所述矿粉的粒径为20～50nm，纯度≥99.5％。
6.根据权利要求1所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土，其特征在于，所述橡胶粉的粒径为60-90目，其由废旧橡胶轮胎破碎加工制得。
7.根据权利要求1所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的固含量为15-25％。
8.根据权利要求1所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土，其特征在于，所述的水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥。
9.制备权利要求1至8任一项所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将所述天然细骨料、所述橡胶粉混合均匀得到混合物A；
2)将所述天然粗骨料和所述再生粗骨料混合均匀得到混合物B；
3)将所述聚羧酸减水剂溶于所述水中得到混合液C；
4)将所述混合物A、所述混合物B和所述水泥混合后，搅拌30～60秒，再加入所述混合液C，采用顺时针搅拌和逆时针搅拌交替的方式搅拌240～360s，得到轻质橡胶矿粉再生混凝土拌合物；
5)将所述轻质橡胶矿粉再生混凝土拌合物进行成型、静置、脱模、养护，得到轻质橡胶再生混凝土。
10.根据权利要求9所述的轻质橡胶矿粉再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤5)中所述静置的静置时间为12-36h；所述养护的养护温度为16-24℃，养护相对湿度≥95％，养护时间20-30d。
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