CN102092993A - 一种再生骨料混凝土的纳米强化方法 - Google Patents

一种再生骨料混凝土的纳米强化方法 Download PDF

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詹树林
钱晓倩
张津践
孟涛
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方明晖
余世策
王章夫
周堂贵
沈翀
杨青
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Abstract

一种再生骨料混凝土的纳米强化方法,属废弃物资源化综合利用和建筑材料生产技术领域,主要特征是将再生骨料与纳米粒子分散液混合搅拌5~10s,使再生骨料表面呈湿润状态后,进一步将再生骨料与全部掺合料混合搅拌5~10s,再与水泥、水、高效减水剂混合搅拌20~45s后,得到纳米强化再生骨料混凝土拌合物,其原理是通过改变搅拌工艺和引入纳米分散液,使再生骨料开口孔隙和微裂纹中吸附纳米粒子,并进一步在再生骨料表面形成富掺合料层,利用渗透到再生骨料开口孔隙内部的纳米粒子与在再生骨料表面形成的富掺合料层共同吸收再生骨料混凝土强度发展过程中在再生骨料表面和孔隙内富集的氢氧化钙,通过水化、液相或固相反应,生成具有较高强度的胶凝物,使再生骨料本身和再生骨料-水泥石界面得以强化,从而提高再生骨料混凝土的强度。再生骨料混凝土经纳米强化后,28天抗压强度可提高15~20%左右。

Description

一种再生骨料混凝土的纳米强化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种再生骨料混凝土的纳米强化方法,属建筑废弃物综合利用与建筑 材料生产技术领域。
背景技术
[0002] 随城市化发展进程加快,建筑废弃物也大量堆积,目前已占城市垃圾总量的30〜 40%。将其中所含的大量混凝土、烧结砖、蒸压砖、陶瓷等块体材料破碎处理后作为骨料再 利用,不仅可节省天然骨料资源、缓解骨料供求矛盾,还能保护骨料产地的生态环境,解决 建筑废弃物的堆放、占地和环境污染问题,对节省能源和资源、保护生态环境具有重要意 义。
[0003] 通常,由废弃混凝土制成的再生骨料表面附着旧砂浆,废弃烧结砖、废弃蒸压砖、 废弃混凝土空心砌块、废陶瓷等,其本身强度较低,因此,与天然骨料相比,再生骨料体积密 度、强度、弹性模量较小,而吸水率较大,在用于配制再生骨料混凝土时,与天然骨料混凝土 相比,新拌再生骨料混凝土拌合物和易性较差,硬化混凝土物理力学性能和耐久性也普遍要差。
[0004] 目前,国内外已发展多种技术手段提高再生骨料混凝土性能,如采用直接研磨整 形、热一机械力研磨整形分离、酸液预浸等工艺手段生产高品质再生骨料,采用低水灰比净 浆或高活性掺合料预先包覆和干燥处理实现再生骨料强化,这些工艺措施不同程度上均可 提高再生骨料混凝土性能,但由于增加了再生骨料表面强化工艺流程,其经济性大大下降。
[0005] 在再生骨料混凝土中,由于再生骨料的高吸水性,在再生骨料与新水泥石的界面 以及再生骨料表面与外界连通的孔隙中,通常存在着水泥水化产物CH晶体的富集与取向 排列现象,因而成为再生骨料混凝土的薄弱环节,直接影响再生混凝土物理力学性能及耐 久性。因此,采取适当措施改善再生骨料与新浆体之间的界面粘结能力也成为提高再生混 凝土强度和耐久性的有效措施。目前已有多种改善界面过渡区的方法,如采用减压搅拌工 艺或振动拌和强化搅拌工艺改善再生骨料-水泥石界面,但减压搅拌工艺需增加抽真空设 备,振动拌合工艺需对原有设备进行改造或更换,其设备投资和生产成本大幅增加。采用水 泥裹砂石二次搅拌工艺制备再生骨料混凝土,在再生骨料表面可形成一层低水灰比水泥净 浆,亦可改善界面过渡区,提高再生骨料混凝土强度,但由于水泥颗粒较粗,很难渗透到骨 料表面的裂缝中发挥对再生骨料的强化作用,因而仅可在一定程度上改善再生骨料混凝土 的界面过渡区,而再生骨料本身仍成为制约再生骨料混凝土物理力性能的关键因素。
发明内容
[0006] 基于以上技术背景,本发明旨在提供一种再生骨料混凝土的纳米强化方法。
[0007] 为达到发明目的本发明采用的技术方案是:
[0008] 一种再生骨料混凝土的纳米强化方法,其特征在于所述方法是将再生骨料与纳米 粒子分散液混合搅拌5〜10s,使再生骨料表面呈湿润状态后,进一步将再生骨料与全部掺合料混合搅拌5〜10s,再与水泥、水、高效减水剂混合搅拌20〜4¾后,得到所述的纳米强 化再生骨料混凝土拌合物。所述的纳米分散液为硅溶胶,或将下列之一或其中两种或两种 以上的混合物经球磨处理0. 5〜池,分散于分散介质中形成的纳米分散液:①硅粉,②纳米 SiO2微粉,③白炭黑,其质量浓度为5〜20%。所述的分散介质为硅溶胶,硅溶胶的浓度为 2〜5%。所述矿物掺合料为下列之一或两种的混合物:①矿渣微粉;②粉煤灰。
[0009] 本发明的原理是通过改变搅拌工艺和引入纳米分散液,使再生骨料开口孔隙和微 裂纹中吸附纳米分散液中的纳米粒子,并进一步在再生骨料表面形成富掺合料层,利用渗 透到再生骨料开口孔隙内部的纳米粒子与在再生骨料表面形成的富掺合料层共同吸收再 生骨料混凝土强度发展过程中在再生骨料表面和孔隙内富集的氢氧化钙,通过水化、液相 或固相反应,生成具有较高强度的胶凝物,实现再生骨料的原位强化,并提高再生骨料与水 泥石之间的界面粘结强度,从而提高再生骨料混凝土的强度和耐久性。
[0010] 具体的,所述方法如下:往骨料中加入纳米分散液搅拌5〜IOs使再生骨料预吸 水和吸附纳米粒子后,加入掺合料搅拌5〜IOs后,再加入全部水泥、水、高效减水剂搅拌 20〜45s,即得所述的纳米强化再生骨料混凝土。所述再生骨料为再生粗骨料和再生细骨 料的混合物。所述再生粗骨料和再生细骨料包括将废弃混凝土、废弃烧结砖、废陶瓷破碎而 成的再生粗骨料和再生细骨料。所述的骨料还含有0〜80%的天然骨料。
[0011] 通常的,所述方法在加入水泥时还可加入减水剂,加入量为水泥+掺合料总重量 的1. 0〜2. 0%,以改善混凝土拌合物和易性。
[0012] 在制备混凝土时,所述水泥、掺合料、水、细骨料、粗骨料、纳米粒子、减水剂重量配 比为:(水泥+掺合料):水:细骨料:粗骨料:纳米分散液:高效减水剂=1 : 0. 35〜 0. 57 : 1. 33 〜2. 72 : 1. 62 〜3. 56 : 0. 038 〜0. 225 : 0. 01 〜0. 02,掺合料与水泥重 量比为1 : 1. 5〜4. 0。
[0013] 本发明所述方法可在再生骨料混凝土强度发展过程中有效提高再生骨料本身的 强度,并大幅提高再生骨料与水泥石之间的界面粘结强度。再生骨料混凝土经纳米强化后, 其28天抗压强度可提高18〜25%左右。
具体实施方式
[0014] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于 此。
[0015] 实施例1〜3:
[0016] 天然粗骨料为粒径在4. 75mm〜19mm之间的连续粒级天然粗骨料。天然细骨料为 人工砂与特细砂按80 : 20的比例混合而成的混合砂。水泥采用钱潮水泥厂的P042. 5普 通硅酸盐水泥。再生骨料是将实验室废弃的原始强度等级约为C30〜C50的混凝土粗碎 后,再用鄂式破碎机破碎,并筛分成粒径在4. 75mm〜19mm之间的连续粒级再生粗骨料和 < 4. 75mm的再生细骨料,所用高效减水剂为SP404型高效减水剂。所用硅溶胶为浙江上虞 宇达化工有限公司生产的NS-30型硅溶胶,使用时按一定比例直接将硅溶胶加入水中配制 成质量浓度为10〜20%的硅溶胶;所用掺合料矿渣微粉为沙钢S95级高炉矿渣微粉,所用 粉煤灰为取自杭州博能热电有限公司的II级粉煤灰。各实施例混凝土配合比见表1。混 凝土搅拌时,首先在粗细骨料中加入预定质量浓度的硅溶胶搅拌8s,再加入掺合料矿渣、粉煤灰搅拌10s,再加入全部水泥、水和高效减水剂搅拌45s,成型150 X 150 X 150mm立方体试 件,室温养护24h后拆模,拆模后在室温的水中养护至28d龄期时测定抗压强度,测定结果 见表1。由表1可见,采用本发明的纳米强化工艺,混凝土 ^d强度可得以有效提高,实施例 1〜实施例3的强度提高幅度分别为21. 4%,20. 6%和23. 0%。
[0017]表 1
[0018]
Figure CN102092993AD00051
[0019] 实施例4〜6:
[0020] 天然粗骨料为粒径在4. 75mm〜19mm之间的连续粒级天然粗骨料。天然细骨料 为细度模数为2. 53的中砂,级配合格。水泥采用钱潮水泥厂的P042. 5普通硅酸盐水泥。 再生骨料是将实验室废弃的原始强度等级约为C30〜C50的混凝土粗碎后,再用鄂式破碎 机破碎,并筛分成粒径在4. 75mm〜19mm之间的连续粒级再生粗骨料,所用高效减水剂为 SP404型高效减水剂,所用硅溶胶为浙江上虞宇达化工有限公司生产的NS-30型硅溶胶;所 用硅粉购自埃肯(国际)上海有限公司,所用白炭黑购自浙江更楼化工有限公司,所用纳米 Si02微粉为浙江上虞宇达化工有限公司生产,所用掺合料矿渣微粉为沙钢S95级高炉矿渣 微粉,所用粉煤灰为取自杭州博能热电有限公司的Π级粉煤灰。
[0021] 各实施例混凝土配合比见表2。其中,纳米分散液制备方法如下:首先将质量浓度 为30%的硅溶胶按一定比例与水混合,在行星球磨机的球磨罐中配制成低浓度的硅溶胶水 溶液,然后按预定的纳米分散液质量浓度,称取一定量的硅粉或纳米Si02微粉或白炭黑加入配制好的硅溶胶水溶液中,最后在行星球磨机上球磨预定时间,球磨时间见表2所示,制 备得到纳米分散液。混凝土搅拌时,首先按表2配合比加入粗细骨料,然后加入纳米分散液 搅拌10s,再加入掺合料粉煤灰搅拌k,再加入全部水泥、水和高效减水剂搅拌40s,将搅拌 得到的混凝土拌合物成型150 X 150 X 150mm立方体试件,室温养护24h后拆模,拆模后在室 温的水中养护至28d龄期时测定抗压强度,测定结果见表2。由表2可见,采用本发明的纳 米强化工艺,混凝土 28d强度可得以有效提高,实施例4〜实施例6的强度提高幅度分别为 23. 5%U8. 7%和 19. 4%。
[0022]表 2
[0023]
Figure CN102092993AD00061
[0024] 实施例7〜9 :
[0025] 天然粗骨料为粒径在4. 75mm〜19mm之间的连续粒级天然粗骨料。天然细骨料 为人工砂与特细砂按80 : 20的比例混合而成。水泥采用钱潮水泥厂的P042. 5普通硅酸 盐水泥。再生骨料是将强度等级为MUlO〜MU20的废烧结普通砖粗碎后,再用鄂式破碎机 破碎,并筛分成粒径在4. 75mm〜19mm之间的连续粒级再生粗骨料和< 4. 75mm的再生细骨 料。高效减水剂SP404型高效减水剂。所用硅溶胶为浙江上虞宇达化工有限公司生产的 NS-30型硅溶胶;所用掺合料矿渣微粉为沙钢S95级高炉矿渣微粉,所用粉煤灰为取自杭州博能热电有限公司的II级粉煤灰。
[0026] 各实施例混凝土配合比见表3。混凝土搅拌时,首先按表3配合比加入粗细骨料, 然后加入硅溶胶搅拌k,再加入掺合料矿渣微粉、粉煤灰搅拌8s,再加入全部水泥、水和高 效减水剂搅拌30s,将搅拌得到的混凝土拌合物成型150 X 150 X 150mm立方体试件,室温养 护24h后拆模,拆模后在室温的水中养护至28d龄期时测定抗压强度,测定结果见表2。由 表2可见,采用本发明的纳米强化工艺,混凝土 28d强度可得以有效提高,实施例4〜实施 例6的强度提高幅度分别为18. 3%,21. 和25. 0%。
[0027]表 3
[0028]
Figure CN102092993AD00071
[0029]
[0030] 实施例10 :
[0031] 天然粗骨料为粒径在4. 75mm〜19mm之间的连续粒级天然粗骨料。天然细骨料为 细度模数为2. 53的中砂,级配合格。水泥采用钱潮水泥厂的P042. 5普通硅酸盐水泥。再 生骨料是将废陶瓷用鄂式破碎机破碎,并筛分成粒径在4. 75mm〜IOmm之间的再生粗骨料 和< 4. 75mm的再生细骨料,所用高效减水剂为SP404型高效减水剂,所用硅溶胶为浙江上 虞宇达化工有限公司生产的NS-30型硅溶胶,所用硅粉购自埃肯(国际)上海有限公司,所用掺合料矿渣微粉为沙钢S95级高炉矿渣微粉。
[0032] 实施例10混凝土配合比见表4。其中,纳米分散液制备方法如下:首先将质量浓 度为30%的硅溶胶按一定比例与水混合,在行星球磨机的球磨罐中配制成质量浓度为5% 的硅溶胶水溶液,然后称取一定量的硅粉加入配制好的硅溶胶水溶液中,最后在行星球磨 机上球磨1. 5h,制备得到质量浓度为30%的纳米分散液。混凝土搅拌时,首先按表4配合 比加入粗细骨料,然后加入纳米分散液搅拌10s,再加入掺合料矿渣微粉搅拌10s,再加入 全部水泥、水和高效减水剂搅拌20s,将搅拌得到的混凝土拌合物成型150 X 150 X 150mm立 方体试件,室温养护24h后拆模,拆模后在室温的水中养护至28d龄期时测定抗压强度,测 定结果见表4。由表4可见,采用本发明的纳米强化工艺,混凝土 28d强度可得以有效提高, 实施例10的强度提高幅度达到20. 4%。
[0033] 表 4
[0034]
Figure CN102092993AD00081
[0035] 实施例11〜12 :
[0036] 天然粗骨料为粒径在4. 75mm〜19mm之间的连续粒级天然粗骨料。天然细骨料为 细度模数为2. 53的中砂,级配合格。水泥采用钱潮水泥厂的P042. 5普通硅酸盐水泥。再生 骨料是将建筑垃圾用鄂式破碎机破碎,并筛分成粒径在4. 75mm〜19. 5mm之间的再生粗骨 料和< 4. 75mm的再生细骨料,所用高效减水剂为SP404型高效减水剂,所用硅溶胶为浙江 上虞宇达化工有限公司生产的NS-30型硅溶胶,所用白炭黑购自浙江更楼化工有限公司, 所用掺合料粉煤灰为取自杭州博能热电有限公司的II级粉煤灰。
[0037] 实施例11〜12混凝土配合比见表5。其中,纳米分散液制备方法如下:首先将质 量浓度为30%的硅溶胶按一定比例与水混合,在行星球磨机的球磨罐中配制成质量浓度为 3%的硅溶胶水溶液,然后称取一定量的白炭黑加入配制好的硅溶胶水溶液中,最后在行星 球磨机上球磨池,制备得到质量浓度为25%的纳米分散液。混凝土搅拌时,首先按表5配 合比加入粗细骨料,然后加入纳米分散液搅拌8s,再加入掺合料粉煤灰搅拌10s,再加入全 部水泥、水和高效减水剂搅拌25s,将搅拌得到的混凝土拌合物成型150X150X150mm立方 体试件,室温养护24h后拆模,拆模后在室温的水中养护至28d龄期时测定抗压强度,测定 结果见表5。由表5可见,采用本发明的纳米强化工艺,混凝土 28d强度可得以有效提高,实 施例11〜12的强度提高幅度约为18. 2%和23. 5%。
[0038] 表 5
[0039]
Figure CN102092993AD00091
[0040] 需要说明的是,上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解 和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例作出各种修改,并把 在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性地劳动。因此,本发明不仅仅 限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,对于本发明作出的改进和修改都 应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种再生骨料混凝土的纳米强化方法,其特征在于:将再生骨料与纳米二氧化硅分 散液混合搅拌5〜10s,使再生骨料表面呈湿润状态后,进一步将再生骨料与全部掺合料混 合搅拌5〜10s,再与水泥、水、高效减水剂混合搅拌20〜4¾后,即得到纳米强化再生骨料 混凝土拌合物。
2.如权利要求1所述的再生骨料混凝土的纳米强化方法,其特征在于所述的纳米二氧 化硅分散液为硅溶胶,其质量浓度为10〜20%。
3.如权利要求1所述的再生骨料混凝土的纳米强化方法,其特征在于所述的纳米分散 液为下列之一的粉体颗粒分散于质量浓度为2〜5%的硅溶胶中,然后经球磨处理0. 5〜 3h形成的纳米分散液:①硅粉;②纳米SW2微粉;③白炭黑,其二氧化硅质量浓度为20〜 40%。
4.如权利要求1所述的再生骨料混凝土的纳米强化方法,其特征在于所述的再生骨料 为由下列一种或其中两种或两种以上的建筑废弃物破碎而成的再生粗骨料和再生细骨料: ①水泥混凝土 ;②烧结砖;③陶瓷。
5.如权利要求1所述的再生骨料混凝土的纳米强化方法,其特征在于所述矿物掺合料 为下列之一或其中两种或两种以上的混合物:①矿渣微粉;②粉煤灰。
6.如权利要求1所述的再生骨料混凝土的纳米强化方法,其特征在于所述的粗骨料和 细骨料还含有0〜80%的天然粗骨料和天然细骨料。
7. 一种采用如权利要求1所述的再生骨料混凝土的纳米强化方法制备的混凝土,其 特征在于所述水泥、掺合料、水、细骨料、粗骨料、纳米粒子、减水剂重量配比为:(水泥+掺 合料):水:细骨料:粗骨料:纳米分散液:高效减水剂=1 : 0. 35〜0. 57 : 1. 33〜 2.72 : 1.62〜3. 56 : 0. 038〜0. 225 : 0. 01〜0. 02,所述掺合料与水泥重量比为 1 : 1. 5 〜9. 0。
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