CN102584134B - 一种再生纤维复合活性矿物料增强再生混凝土的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种再生纤维复合活性矿物料增强再生混凝土的制备方法，采用采用破碎的废旧混凝土作为混凝土的部分再生粗骨料，添加废旧轮胎提取的子午线钢纤维、粉煤灰、硅粉和高效减水剂，改善再生混凝土的力学性能，以100份重量单位计，由以下物质组成：32.5R普通硅酸盐水泥：13-15份，细骨料(中粗砂)：20份，天然碎石：36份，再生粗骨料：15份，硅粉：1-2份，II级粉煤灰：4份～5份，高效减水剂：0.3份，子午线钢纤维：0.01份～0.04份，水：9份。该方法制备简单，再生混凝土力学性能可靠，为土木工程领域中倡导的绿色、环保以及可持续循环经济的混凝土材料的应用提供了一种新的制备方法，具有广阔的前途和商业前景。

Description

一种再生纤维复合活性矿物料增强再生混凝土的制备方法
技术领域
本发明属于的建筑材料技术领域，涉及一种复合增强再生混凝土的制备，特别是一种再生纤维复合活性矿物料增强再生混凝土的制备方法，该方法利用废旧轮胎分离提取的子午线钢纤维并掺入粉煤灰和硅粉，进一步添加适量高效减水剂来改善由废旧混凝土制备的再生混凝土的性能。
背景技术
长期以来，砂石骨料由于广泛易得、价格低廉而被人们认为是取之不尽用之不竭的原材料。而随着建筑业突飞猛进的发展，对砂石骨料的需求不断的增加，而由于长期无序随意的开采使得砂石骨料资源在不断枯竭，造成了建筑业迅猛发展而资源短缺的矛盾将越来越突出。然而与此同时，随着城市化进程的发展及建筑业的快速发展，建筑垃圾却堆积如山，传统粗放简易的填埋方法不仅浪费了大量可利用的资源，而且吞占了大量宝贵的耕地，带来了一系列的环境问题。所以，建筑垃圾的再生利用业已变成各国共同关注的问题。
汽车工业快速的发展带动了轮胎产量急速增加，与此同时，废旧轮胎的也越来越多，而被视为“黑色污染”的废旧轮胎却简单露天堆放，极难降解的高分子弹性材料不仅大量侵占土地资源而且带来更多的环境问题。众多学者业已关注废旧轮胎提取橡胶颗粒的循环利用，而废旧轮胎中纤维的再生利用更能充分的利用这些可再生资源，具有良好的经济效益和社会价值。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种再生纤维复合活性矿物料增强再生混凝土的制备方法，该方法利用废旧轮胎提取的子午线钢纤维良好的增强、增韧能力以及活性矿物超细粉强化混凝土界面效应，通过合理的配合比设计，制备由再生子午线钢丝纤维、再生骨料和活性矿物超细粉组成的再生混凝土。该方法简单、经济、实用，为实现可循环绿色混凝土的制备提供了一种新的方法。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种再生纤维复合活性矿物料增强再生混凝土的制备方法，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再生粗骨料，添加废旧轮胎提取的子午线钢纤维、粉煤灰、硅粉和高效减水剂，改善再生混凝土的力学性能，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：13-15份，细骨料(中粗砂)：20份，天然碎石：36份，再生粗骨料：15份，硅粉：1-2份，II级粉煤灰：4份～5份，高效减水剂：0.3份，子午线钢纤维：0.01份～0.04份，水：9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，制得再生粗骨料，在此基础上，对再生粗骨料依据《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压碎值指标试验，以保证再生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)要求，砂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，将细骨料和子午线钢纤维放入搅拌机，干混搅拌均匀，搅拌时间不少于2分钟；
步骤五，按照重量份数再将水泥、粉煤灰、硅粉及其高效减水剂放入搅拌机，干混拌合均匀，搅拌时间不少于2分钟；
步骤六，将天然粗碎石和再生粗骨料以总重量的百分比计，各先投入一半至搅拌机进行干混，并搅拌均匀，搅拌时间不少于3分钟；
步骤七，将余下的部分天然碎石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；
步骤八，将配方中总水量的30％加入搅拌机进行搅拌，混料3分钟后，将剩余的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作为再生钢纤维，利用其良好的增强、增韧及阻裂作用，改善再生混凝土的力学性能，并且为废弃轮胎循环再利用提供了一种解决的途径。
2、将子午线钢纤维特性与活性矿物超细粉料结合起来，利用钢纤维良好的增强、增韧特性和活性矿物超细粉的致密强化混凝土界面的作用，改善再生混凝土的力学性能。
3、制备的再生混凝土方法简单，可以普遍满足低标号混凝土强度的要求，并能够增强此混凝土的阻裂性能及抗韧性能。此外，由于使用的是建筑废弃物加工而成的粗骨料、废旧轮胎提取的子午线钢丝以及工业废料制备的活性超细粉，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。
附图说明
图1是再生混凝土粗骨料颗粒级配曲线；
图2是再生混凝土立方体、轴心抗压强度直方图；
图3是再生混凝土劈裂抗拉、抗折强度直方图；
图4是废旧轮胎提取的子午线钢丝纤维图片。
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
本发明的设计思路是，从废旧轮胎提取的子午线钢丝纤维利用其良好的增强、增韧能力并结合从工业废料中提取的具有活性矿物成分的粉煤灰和硅粉改善再生混凝土的力学性能，从而为制备性能良好的再生混凝土提供了一条新的途径。
本发明所制备的再生纤维复合活性矿物料增强再生混凝土，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：13-15份，细骨料(中粗砂)：20份，天然碎石：36份，再生粗骨料：15份，硅粉：1-2份，II级粉煤灰：4份～5份，高效减水剂：0.3份，子午线钢纤维：0.01份～0.04份，水：9份。
其中，高效减水剂采用兰州山河建材有限公司生产的SH-1高效减水剂。
在以下的实验中，申请人由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，还收集了实验室做完试验的废弃混凝土，分别将其破碎、清洗加工。
粗骨料分别有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；采用实验室破碎的混凝土骨料为RA-I；采用服役寿命15年的拆迁废弃混凝土制备的粗骨料表示为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、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
Figure BDA0000131632350000041
和曲率系数
Figure BDA0000131632350000042
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5mm～31.5mm以内的粗骨料，经计算，不均匀系数Ku的范围在(0.37，0.69)之间，而曲率系数Kc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.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，筛分析结果如表2所示，并经过对比，砂属II区砂，为制备混凝土优先选用砂。
表2：细骨料天然砂颗粒级配试验
Figure BDA0000131632350000051
3.对于粗骨料，除了颗粒级配以外，还有影响骨料强度的其他因素，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3所示。
表3：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/％    -   19.30   17.63   19.38   ＜20
由表3可知，粗骨料的骨料性能均满足JGJ52-2006对含泥量、压碎值指标和饱和面干压碎值指标要求。
4、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，以100份重量单位计，由以下物质组成：32.5R的普通硅酸盐水泥：350kg；细骨料(中粗砂)：485kg；天然粗骨料(天然碎石)：874kg；再生粗骨料RA-II：374kg；硅粉：36.4kg；II级粉煤灰：105kg；高效减水剂：7kg；子午线钢纤维：0.35-1.05kg；水：211kg。
制备过程是，首先按照配方量的重量份数将细骨料(中粗砂)及子午线钢纤维放入搅拌机，干混搅拌均匀，搅拌时间不少于120秒；然后再将32.5R的普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、硅粉及高效减水剂按照配方量的重量份数放入搅拌机，干混拌合均匀，搅拌时间不少于2分钟；随后，将天然粗骨料和再生粗骨料RA-II按照总重量的百分比先各投入50％进行干混，并搅拌均匀，搅拌时间不少于180秒；然后，将剩余的天然粗骨料和再生骨料RA-II按照总重量再次投入，并加入配方中总水量的60％进行搅拌，混料不少于5分钟；最后，将配方中总水量的30％加入搅拌机进行搅拌，混料约3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。
5、为研究废旧轮胎提取的子午线钢丝纤维和活性矿物超细粉复合作用对再生混凝土力学性能的影响，依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)，分别制备了五组对比试件，如表4所示。
表4：再生钢纤维与活性超细粉改性再生混凝土分组
Figure BDA0000131632350000061
分别对这五种不同类型的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，试验结果如图2、3所示。
再生混凝土的两种抗压强度即立方体抗压强度和轴心抗压强度的试验结果由图2可知，相比普通混凝土NC，仅掺加取代率为30％再生骨料的混凝土RAC-I立方体抗压强度高于普通混凝土NC9.61％，而添加粉煤灰、硅粉、高效减水剂及子午线钢丝纤维的RAC-II、RAC-III和RAC-IV相比立方体抗压强度均变化不大，说明低掺量子午线钢纤维复合活性矿物掺合料对立方体抗压强度影响不大。对于另一个抗压指标轴心抗压强度来说，低掺量钢纤维复合活性矿物掺合料对轴心抗压强度略有降低。对于劈裂抗拉强度，由图3可以明显看出，对于取代率为30％的再生混凝土RAC-I，其劈裂抗拉强度显著降低，降幅达到14.5％，当添加再生子午线钢纤维及活性矿物料后，随着子午线钢纤维体积率的增加，RAC-II、RAC-III和RAC-IV的劈裂强度在恢复递增，最小降幅仅为1.99％，可见已经达到普通混凝土对劈裂抗拉强度的要求。最后，对于抗折强度，由图3可知，普通混凝土NC和仅添加30％再生骨料的再生混凝土抗折强度几乎相当，但由于子午线钢纤维在混凝土开裂中的桥接作用以及活性矿物料界面强化作用使得RAC-II、RAC-III和RAC-IV抗折强度有明显改善，其中强度增幅在8-13％之间，其中钢纤维体积含量为0.1％的RAC-II，其最大增幅为13.3％，是普通混凝土抗折强度的1.15倍。

Claims (1)

1.一种再生纤维复合活性矿物料增强再生混凝土的制备方法，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再生粗骨料，添加废旧轮胎提取的子午线钢纤维、粉煤灰、硅粉和高效减水剂，改善再生混凝土的力学性能，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：13-15份，细骨料：20份，天然碎石：36份，再生粗骨料：15份，硅粉：1-2份，II级粉煤灰：4份～5份，高效减水剂：0.3份，子午线钢纤维：0.01份～0.04份，水：9份，各组分含量之和为100重量份；
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，制得再生粗骨料，在此基础上，对再生粗骨料依据《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压碎值指标试验，以保证再生粗骨料级配满足连续级配、含泥量及压碎值指标要求；
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）要求，砂颗粒级配选用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，将细骨料和子午线钢纤维放入搅拌机，干混搅拌均匀，搅拌时间不少于2分钟；
步骤五，按照重量份数再将32.5R普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、硅粉及其高效减水剂放入搅拌机，干混拌合均匀，搅拌时间不少于2分钟；
步骤六，将天然碎石和再生粗骨料以总重量的百分比计，各先投入一半至搅拌机进行干混，并搅拌均匀，搅拌时间不少于3分钟；
步骤七，将余下的部分天然碎石和再生粗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；
步骤八，将配方中总水量的30%加入搅拌机进行搅拌，混料3分钟后，再将剩余的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。
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