CN102531496A

CN102531496A - 利用废旧子午线高弹模钢纤维制备增强再生混凝土的方法

Info

Publication number: CN102531496A
Application number: CN2011104565892A
Authority: CN
Inventors: 张博; 杜园芳; 王社良; 赵祥; 樊禹江; 杨涛; 赵振有
Original assignee: XI'AN COAL CONSTRUCTION ENGINEERING CO LTD
Current assignee: XI'AN COAL CONSTRUCTION ENGINEERING CO LTD
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了一种利用废旧子午线高弹模钢纤维制备增强再生混凝土的方法，该方法采用破碎的废旧混凝土作为混凝土的部分粗骨料，将废弃轮胎中分离的子午线钢丝纤维加入再生混凝土中改善再生混凝土的性能，每立方混凝土中，以100份重量单位计，由以下物质组成：32.5R普通硅酸盐水泥：21份，细骨料：20份，天然粗骨料：26-36份，再生骨料：15-25份，子午线钢丝纤维：0.04份，水：8份；制备简单，不仅能有效的利用废弃的建筑垃圾，解决废弃混凝土带来的环境问题，而且将废旧轮胎中子午线钢丝循环再利用，使得两种废弃物相互结合发挥各自特点，改善了再生混凝土的性能，具有良好的应用前景。

Description

利用废旧子午线高弹模钢纤维制备增强再生混凝土的方法

技术领域

本发明涉及一种采用废旧混凝土制备的再生混凝土，属于新型环保的绿色建筑材料领域，特别涉及一种利用废旧轮胎剥离的子午线高弹模钢纤维制备增强再生混凝土的方法。

背景技术

随着全球汽车工业的迅猛发展，轮胎的产量也日益增长，而废弃轮胎所带来的环境污染和资源浪费问题也日益突出。被称之为黑色污染的废弃轮胎由于其组分多为不溶或难溶的高分子弹性材料而极难降解。通常废旧轮胎均露天堆放，不仅大量占用土地资源，而且容易引发火灾。此外，废弃轮胎中不仅含有橡胶混合物，而且包含有子午线钢丝和尼龙合成纤维，这些材料若能得到有效利用则能解决废弃轮胎带来的资源浪费和环境问题。

混凝土作为最为广泛的建筑材料被应用于建筑工程领域。随着工业化进程的推进使得基础设施建设在我国蓬勃发展。与此同时，也同样带来了严重的环境问题。建筑垃圾的数量随着旧建筑的拆除而大量堆积，而处理方式仅为简单粗放的填埋处理，所以建筑垃圾所带来的问题业已成为目前城市化进程中较为严重环境顽疾。因此，对废弃混凝土的循环再利用制备可靠的再生混凝土技术不仅能大量节约自然资源，减轻对环境的污染，而且还具有十分明显的经济和环境效益。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用废旧子午线高弹模钢纤维制备增强再生混凝土的方法，该方法利用子午线钢丝纤维良好的阻裂、增强、增韧作用，通过合理的配合比设计，制备了掺加一定体积率的子午线钢丝纤维再生混凝土。该方法经济、简单并且利用废旧轮胎和废弃混凝土，为资源化循环利用工业废料，制备更为良好性能的再生混凝土提供了一种新方法。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种利用废旧子午线高弹模钢纤维制备增强再生混凝土的方法，其特征在于，该方法采用破碎的废旧混凝土作为混凝土的部分粗骨料，将废弃轮胎中分离的子午线钢丝纤维加入再生混凝土中改善再生混凝土的性能，具体制备按下列步骤进行：

步骤一，按照如下配比对再生混凝土进行配制，每立方混凝土中，以100份重量单位计，由以下物质组成：32.5R普通硅酸盐水泥：21份，细骨料：20份，天然粗骨料：26-36份，再生骨料：15-25份，子午线钢丝纤维：0.04份，水：8份；

步骤二，将废旧混凝土采用颚式破碎机进行机械破碎并进行清洗、筛分，依据《普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准》(JGJ52-2006)进行筛分析、含泥量、压碎值指标及饱和面干状态下压碎值指标试验，以保证粗骨料级配满足连续级配、含泥量及压碎值指标等要求；

步骤三，对于细骨料颗粒级配，依据《普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准》(JGJ52-2006)，细骨料颗粒级配宜优先选用II区砂，以满足混凝土配制过程中对细骨料级配的要求；

步骤四，按照配方量的重量份数，将32.5R普通硅酸盐水泥、细骨料及改性聚丙烯粗TANK纤维放入搅拌机，干混搅拌均匀，搅拌时间不少于3分钟；

步骤五，将天然粗骨料和再生粗骨料以总重量计，先各投入一半至搅拌机中，和步骤四中的物料进行干混，并搅拌均匀，搅拌时间不少于3分钟。

步骤六，将余下的部分天然粗骨料和再生骨料再次投入至搅拌机中，并加入配方中总水量的60％，进行搅拌，混料不少于5分钟；

步骤七，将配方中总水量的30％加入搅拌机进行搅拌，混料3-5分钟后，将其余10％水最后加入进行搅拌，直至混凝土拌合均匀，工作性能满足混凝土的浇筑要求。

本发明的优点：

1、选用废弃轮胎提取的子午线钢纤维对再生混凝土性能进行改进，利用钢纤维良好的增强、增韧及阻裂作用，改善再生混凝土的力学性能。

2、制作方法简单，在仅掺加少量子午线钢纤维的情况下，可以普遍满足常用的普通中、低标号混凝土的要求，并能够改善再生混凝土的增强、阻裂及增韧性能。此外，由于使用的是建筑废弃物加工而成的粗骨料和废旧轮胎分离物，从循环再利用、节约成本以及环保节能方面有较好的经济和社会效益。

综上所述，本发明利用了两种废弃物各自的特点，将废弃轮胎中提取的子午线钢丝和废弃混凝土加工制备的再生粗骨料相互结合，改善了再生混凝土的性能，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是再生混凝土粗骨料颗粒级配曲线；

图2是取代率30％的子午线钢纤维再生混凝土力学性能归一化对比；

图3是取代率50％的子午线钢纤维再生混凝土力学性能归一化对比；

图4是废旧轮胎加工的提取子午线钢丝纤维的图片；

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

在以下的实验中，申请人从不同的拆迁工地收集了不同来源的废旧混凝土，经调查其原结构本身的服役时间分别为15年和40年，此外，还收集了实验室存放的做完各试验的废弃混凝土，分别将其破碎、筛分、清洗加工。

所述的废弃轮胎中提取的子午线钢丝纤维如图4所示，先将废弃轮胎切割成片状，然后抽取其中的子午线钢丝纤维。

粗骨料分别分为天然碎石和三种不同来源的再生混凝土骨料。其中天然碎石骨料表示为NA；采用实验室破碎的再生骨料为RA-I；采用服役寿命15年的拆迁废弃混凝土制备的再生骨料表示为RA-II，服役寿命40年的表示为RA-III。

以下是发明人给出的实施例：

实施例1：

1、对废旧混凝土进行机械破碎、筛分、清洗等，制备的粗骨料颗粒级配应满足《普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准》(JGJ52-2006)第3.2.1条中表3.2.1-2(碎石或卵石的颗粒级配范围)对骨料的要求。由图1可知，天然粗骨料NA、再生粗骨料RA-I、RA-II、RA-III均满足JGJ52-2006对粗骨料连续级配的要求。

由颗粒级配累计曲线图1确定出颗粒的相关粒径d₁₀、d₃₀和d₆₀，并求出不均匀系数Ku＝d₆₀/d₁₀和曲率系数其中d₁₀为小于某颗粒粒径的颗粒质量累计百分数为10％时对应的粒径；d₃₀为小于某颗粒粒径的颗粒质量累计百分数为30％时对应的粒径；d₆₀为小于某颗粒粒径的颗粒质量累计百分数为60％时对应的粒径。

由JGJ52-2006中第3.2.1条中表3.2.1-2可知，对于5-31.5mm以内的粗骨料，经计算，不均匀系数K_u的范围在(0.37，0.69)之间，而曲率系数K_c范围应在(0.80，1.53)之间。由表1可知各不同骨料的不均匀系数和曲率系数，均满足JGJ52-2006对颗粒级配的要求，说明骨料级配良好。

表1：粗骨料不均匀系数及曲率系数

颗粒级配系数	NA	RA-I	RA-II	RA-III
					d₁₀	21.89	23.74	23.83	24.18
d₃₀	17.36	17.94	18.38	18.87
					d₆₀	12.73	13.94	15.63	17.03
Ku	0.58	0.59	0.66	0.70
					Kc	1.08	0.97	0.91	0.86

2、粗骨料除颗粒连续级配的要求，还有影响骨料性能的其他因素，如针、片状颗粒含量，含泥量、压碎值指标及坚固性指标等，可针对各个指标进行试验。本实施例主要测定了骨料的含泥量、压碎值指标及其饱和面干状态下压碎值指标。其试验结果如表2所示。

表2：粗骨料含泥量和压碎值指标

颗粒级配系数	NA	RA-I	RA-II	RA-III	JGJ52-2006限值
						含泥量/％	0.83	0.67	0.75	0.85	＜1.0
压碎值指标/％	6.39	15.78	13.61	17.39	＜20
						饱和面干状态压碎值指标/％	6.42	19.30	17.63	19.38	＜20

由表3可知，实施例中粗骨料均满足JGJ52-2006对含泥量、压碎值指标和饱和面干压碎值指标要求。

3、细骨料级配依据JGJ52-2006中第3.1.2条中表3.1.2-3对细骨料颗粒级配的要求，对砂进行筛分析，分析结果如表3所示，砂属II区砂，为制备混凝土优先选用砂。

表3：细骨料天然砂颗粒级配试验

4、以收集的再生骨料RA-II为再生混凝土制备的原材料，在取代率为30％的情况下，按照如下配比对再生混凝土进行试配。每立方混凝土中：

32.5R的普通硅酸盐水泥：500kg，

天然砂：471kg

天然碎石：864kg

再生骨料RA-II：360kg

水：185kg

废弃轮胎提取的子午线钢纤维：0.9kg。

首先将干物料32.5R的普通硅酸盐水泥、砂子(天然砂)及废弃轮胎提取的子午线钢纤维放入搅拌机，搅拌均匀，时间不低于3分钟；其次，将天然骨料和再生骨料按照总重量的50％投入搅拌机中干混搅拌，搅拌时间不低于180秒；再次，将天然粗骨料和再生粗骨料总重量的剩余50％投入搅拌机，边搅拌边加水，其中加入水的重量约为配比中总重量的60％，混料搅拌均匀，时间不少于5分钟；再次，按照配方中水量的30％再次加入搅拌机进行搅拌，混料时间不低于180秒；最后将剩余10％的水加入搅拌机直至混凝土拌合均匀。

5、为研究再生混凝土加入子午线钢纤维对其力学性能的影响，依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)，分别制备了多组对比试件。

第一组，不含再生骨料和纤维的普通混凝土试件，记为NC；

第二组，不含再生骨料但含纤维的试件NFC；

第三组，含再生骨料30％但不含纤维的试件RAC-I；

第四组，既含再生骨料30％又含纤维的试件RAC-1F。

分别对四种混凝土进行立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度试验，试验结果如表4所示。

表4：取代率30％的子午线钢纤维再生混凝土力学性能指标对比

以普通混凝土NC为对比试件，将上述混凝土各项力学指标归一化处理，结果如图2所示。为研究废旧轮胎提取的子午线钢纤维对再生混凝土力学性能的影响，考虑制备了三种不同混凝土进行对比试验。

首先，考虑了在不添加再生骨料的情况下，研究废弃轮胎提取的子午线钢纤维对普通混凝土的影响。在添加了废旧轮胎提取的子午线钢纤维后，混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度以及劈裂抗拉强度均有所降低，其中立方体抗压强度和轴心抗压强度稍微降低，分别达到普通混凝土的99.4％和98.9％，劈裂强度减少了15.8％。而反应混凝土韧性的抗折强度却增幅较大，由图2所示，抗折强度到达普通混凝土强度的1.3倍。

其次，考虑了在不添加纤维而掺入30％取代率的再生粗骨料的情况。当添加取代率为30％的低掺量再生骨料时，RAC-I的立方体强度和抗折强度均有一定提高，分别增幅为9.6％和12.7％，而轴心抗压强度降低了约5.9％，达到普通混凝土强度的94.1％，而劈裂强度降幅最大，达到普通混凝土强度的87.3％。

最后，同时考虑添加纤维及30％再生粗骨料的工况。如图2所示，RAC-厅抗折强度和立方体抗压强度相比普通混凝土有明显增加，两项力学指标均提高了12％左右。而轴心抗压强度略低于普通混凝土4.6％，劈裂抗拉强度在加入纤维后达到普通混凝土强度的90％。所以在少量添加废旧轮胎制备的子午线钢纤维情况下再生混凝土的力学性能能到达效果。

实施例2

1、对再生骨料的制备、筛分以及细骨料的级配要求与实施例1中第1、2、3条相同，即依据《普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准》(JGJ52-2006)第3.2.1条和第3.1.2条中的要求分别对再生骨料和细骨料进行筛分析及含泥量压碎值指标等试验，使得粗细骨料的级配、含泥量、压碎值指标符合其要求。

2、以收集的再生骨料RA-II为再生混凝土制备的原材料，对取代率为50％的情况下，按照如下配比对再生混凝土进行试配。每立方混凝土中：

32.5R的普通硅酸盐水泥：500kg，

天然砂：471kg

天然碎石：618kg

再生骨料RA-II：600kg

水：192kg

废弃轮胎提取的子午线钢纤维：0.9kg。

拌合混凝土过程中，首先将干物料32.5R的普通硅酸盐水泥、砂子(天然砂)及废弃轮胎提取的子午线钢纤维放入搅拌机，搅拌均匀，时间不低于3分钟；其次，将天然骨料和再生骨料按照总重量的50％投入搅拌机中干混搅拌，搅拌时间不低于180秒；随后将天然粗骨料和再生粗骨料总重量的剩余50％投入搅拌机，边搅拌边加水，其中加入水的重量约为配比中总重量的60％，混料搅拌均匀，时间不少于5分钟；再次，按照配方中水量的30％再次加入搅拌机进行搅拌，混料时间不低于180秒；最后将剩余10％的水加入搅拌机直至混凝土拌合均匀。

3、为研究再生混凝土加入子午线钢纤维对其力学性能的影响，依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)，分别制备了多组对比试件。

第一组，不含再生骨料和纤维的普通混凝土试件，记为NC；

第二组，不含再生骨料但含纤维的试件NFC；

第三组，含再生骨料50％但不含纤维的试件RAC-II；

第四组，既含再生骨料50％又含纤维的试件RAC-IIF。

分别对四种混凝土进行立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度试验，试验结果如表5所示。

表5：取代率50％的子午线钢纤维再生混凝土力学性能指标对比

以普通混凝土NC为对比试件，将上述混凝土各项力学指标归一化处理，结果如图3所示。为研究废旧轮胎提取的子午线钢纤维对再生混凝土力学性能的影响，考虑制备了三种不同混凝土进行对比试验。

首先，考虑了在不添加再生骨料的情况下，研究废弃轮胎提取的子午线钢纤维对普通混凝土的影响。在添加了废旧轮胎提取的子午线钢纤维后，混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度以及劈裂抗拉强度均有所降低，其中立方体抗压强度和轴心抗压强度稍微降低，分别达到普通混凝土的99.4％和98.9％，劈裂强度减少了15.8％。而其抗折强度却由图2所示增幅较大，增加了21.7％。

其次，考虑了在不添加纤维而掺入50％取代率的再生粗骨料的情况。当添加取代率为50％的再生骨料时，RAC-II的立方体强度、轴心抗压强度和抗折强度均与普通混凝土相当，变化在0.3％-3％范围。而劈裂强度达到普通混凝土强度的89.2％。

最后，同时考虑添加纤维及50％再生粗骨料的工况。如图2所示，RAC-IIF的立方体抗压强度略低于普通混凝土，到达普通混凝土强度的98.5％，轴心抗压强度则高于普通混凝土相应强度6.8％。劈裂强度相比普通混凝土有所降低，达到普通混凝土强度的80％。而添加纤维后取代率为50％的再生混凝土抗折强度却到达普通混凝土的1.27倍，增幅最大。

所以在少量添加废旧轮胎制备的子午线钢纤维情况下，对于中、低取代率的再生混凝土的力学性能尤其是反映抗韧性能的抗折强度增韧效果较好。

Claims

1.一种利用废旧子午线高弹模钢纤维制备增强再生混凝土的方法，其特征在于，该方法采用破碎的废旧混凝土作为混凝土的部分粗骨料，将废弃轮胎中分离的子午线钢丝纤维加入再生混凝土中改善再生混凝土的性能，具体制备按下列步骤进行：