CN102584136A

CN102584136A - 低弹模改性粗纤维及活性矿物料复合增强再生混凝土制备

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Publication number: CN102584136A
Application number: CN2012100140440A
Authority: CN
Inventors: 王社良; 张博; 何金胜; 丁怡洁; 李彬彬; 李涛
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-01-17
Also published as: CN102584136B

Abstract

本发明涉及一种低弹模改性粗纤维及活性矿物料复合增强再生混凝土的制备方法，采用破碎的废旧混凝土作为混凝土的部分再生粗骨料，添加改性聚丙烯TANK纤维、粉煤灰、硅粉和高效减水剂，以改善再生混凝土的力学性能，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：14份，细骨料(中粗砂)：20份，天然碎石(5-31.5mm)：36份；再生骨料(5-20mm)：15份；II级粉煤灰：4-5份，硅粉：1-2份，高效减水剂：0.3份，水：9份，改性聚丙烯TANK纤维：0.01-0.04份；该方法制备简单，性能可靠，为有效利用和推广再生混凝土提供了一种新的方法，提高了废旧混凝土的利用率，具有一定的经济和社会价值。

Description

低弹模改性粗纤维及活性矿物料复合增强再生混凝土制备

技术领域

本发明属于新型环保的绿色建筑材料领域，涉及一种采用废旧混凝土制备的再生混凝土，特别涉及一种采用低弹模改性聚丙烯粗TANK纤维活性胶凝材料复合增强再生混凝土的制备方法。

背景技术

自然资源的大量消耗和不合理利用造成了自然资源的日益短缺，废弃混凝土作为建筑施工和拆除的旧有建筑而产生的废料，若弃之不用则不仅会带来复杂的环境问题，而且又造成了巨大的资源浪费。因此，为符合循环经济战略的要求，实现混凝土产业的可持续发展，再生混凝土的研究和应用已势在必行。然而，再生混凝土制备中，采用的粗骨料为不同来源的废弃混凝土经过人工破碎、加工而成的骨料，相比天然骨料，由于再生骨料的初始缺陷以及制备出的再生混凝土中新砂浆和再生骨料的弱接触界面以及混凝土本身的离散性等诸多因素限制了再生混凝土制备技术的发展。而将改性的聚丙烯粗纤维材料和活性矿物料添加入再生混凝土中，纤维材料具有良好的阻裂增韧能力，活性矿物料中活性元素在混凝土中经过化学反应产生C-S-H凝胶，降低了混凝土中空隙率并改善了孔结构，从而使得混凝土界面过渡区致密而改善了混凝土内部结构。采用纤维复合活性矿物料是实现再生混凝土性能改善的有效途径，在绿色混凝土材料的制备方面具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低弹模改性粗纤维及活性矿物料复合增强再生混凝土的制备方法，该方法利用改性聚丙烯粗纤维良好的抗拉阻裂能力以及较好的握裹力，并结合活性矿物料中活性元素的化学作用改善了混凝土中的孔结构，通过合理的配合比设计，制备了一种通过添加聚丙烯粗TANK纤维和活性矿物料复合增强的再生混凝土。该方法经济、简单且实用，为改善再生混凝土的性能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：

一种低弹模改性粗纤维及活性矿物料复合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，添加改性聚丙烯TANK纤维、粉煤灰、硅粉和高效减水剂，以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：14份，细骨料(中粗砂)：20份，天然碎石(5-31.5mm)：36份；再生骨料(5-20mm)：15份；II级粉煤灰：4-5份，硅粉：1-2份，高效减水剂：0.3份，水：9份，改性聚丙烯TANK纤维：0.01-0.04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下压碎值指标等试验，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)，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、改性聚丙烯TANK纤维和硅粉放入搅拌机中干混搅拌均匀，搅拌时间30-60秒；

步骤五，按照配方量的重量份数将水泥、II级粉煤灰、30％重量份数的天然碎石和30％的重量份数的再生骨料投入搅拌机中干混均匀，时间不少于120秒；

步骤六，将剩余的天然碎石和再生骨料再投入搅拌机，并加入配方中总水量的60％进行搅拌，混料时间不低于5分钟；

步骤七，将配方中总水量的30％再加入搅拌机中均匀搅拌，时间不低于2分钟，最后，将其余10％的水加入搅拌，直至混凝土搅拌均匀，工作性能满足混凝土的浇筑要求。

本发明的优点：

1、选用表面为波浪形低弹模改性聚丙烯粗TANK纤维，利用聚丙烯粗纤维微筋材作用抑制混凝土中宏观裂缝开展，而又因其与水泥浆体间较好的摩擦力，增强了纤维与混凝土的握裹力使得混凝土的韧性增加。

2、掺入了活性矿物超细粉(II级粉煤灰和硅粉)，利用其中活性矿物成分的化学反应形成C-S-H凝胶，而再生混凝土中普遍存在两种界面即再生粗骨料中老砂浆与新砂浆之间的界面、粗骨料和新砂浆之间的界面，C-S-H凝胶能有效填充混凝土中孔隙而改变混凝土中孔结构从而起到改善界面过渡区的作用。

3、将阻裂增韧的改性聚丙烯粗TANK纤维与改善混凝土孔结构增加界面致密性的活性矿物料相结合，制备了一种复合增强的再生混凝土。该方法简单易行，在适当配比情况下，不仅可以普遍满足常用的普通中、低标号混凝土的要求，而且由于使用的是建筑废弃物加工而成的粗骨料，从循环再利用、节约成本以及环保节能方面还有较好的经济和社会效益。

附图说明

图1是改性聚丙烯粗TANK纤维图片；

图2是再生混凝土粗骨料颗粒级配曲线；

图3是混凝土立方体与轴心抗压强度变化趋势直方图；

图4是混凝土劈裂抗拉强度与抗折强度变化趋势直方图；

图5是改性聚丙烯粗TANK纤维和活性矿物料复合增强再生混凝土力学性能归一化对比图；

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

本实施例制备的低弹模改性粗纤维及活性矿物料复合增强再生混凝土，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：14份，细骨料(中粗砂)：20份，天然碎石(5-31.5mm)：36份；再生骨料(5-20mm)：15份；II级粉煤灰：4-5份，硅粉：1-2份，高效减水剂：0.3份，水：9份，改性聚丙烯TANK纤维：0.01-0.04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。低弹模聚丙烯粗TANK纤维选择陕西万达工程材料有限公司生产的产品(图1)。

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、筛分、清洗加工。粗骨料分别包括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，40年寿命的表示为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2可知，天然粗骨料NA-I、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2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/％	-	19.30	17.63	19.38	＜20

由表2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，筛分析结果如表3所示，并经过对比，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普通硅酸盐水泥：350kg；细骨料(中粗砂)：485kg；粒度为5mm～31.5mm的天然碎石：874kg；粒度为5mm～20mm再生骨料：374kg；II级粉煤灰：105kg；硅粉：36.4Kg；高效减水剂：7kg；水：211kg；改性聚丙烯TANK纤维：0.35kg-1.05kg。

制备过程是，首先按照重量份数将细骨料、32.5R普通硅酸盐纤维和硅粉放入搅拌机干混搅拌均匀，搅拌时间0.5-1分钟左右，其次将水泥、粉煤灰、高效减水剂及占总重量30％的各粗骨料(天然碎石和再生粗骨料)投入搅拌机干混均匀，时间不少于2分钟；再次，将剩余的天然碎石和再生粗骨料再投入搅拌机，并加入配方中总水量的60％进行搅拌，混料时间不低于5分钟；其次，将配方中总水量的30％再加入搅拌机中均匀搅拌，时间不低于120秒；最后，将剩余10％的水加入搅拌，直至混凝土搅拌均匀，工作性能满足混凝土的浇筑要求。

5、为研究改性聚丙烯粗TANK纤维和活性矿物料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，其中改性聚丙烯TANK纤维性能如表4所示，分组如表5所示。

表4：改性聚丙烯粗TANK纤维材料性能

比重/kg/cm3	0.91	长度/mm	15-19	直径/mm	2-10
						抗拉强度/MPa	＞500	拉伸延伸率/％	20-40	弹性模量/MPa	＞3850
熔点/℃	160	抗碱强度	≥94.4	/	/

第1组为普通混凝土对比试件，记为NC；

第2组，含再生骨料但不含纤维和活性矿物料的试件，记为RAC-I；

第3组，取代率为30％再生骨料，II级粉煤灰含量20％，微硅粉含量8％、高效减水剂2％，且体积率为0.1％的改性聚丙烯粗TANK纤维的试件RAC-II；

第4组，取代率为30％再生骨料，II级粉煤灰含量20％，微硅粉含量8％、高效减水剂2％，且体积率为0.2％的改性聚丙烯粗TANK纤维的试件RAC-III；

第5组，取代率为30％再生骨料，II级粉煤灰含量20％，微硅粉含量8％、高效减水剂2％，且体积率为0.2％的改性聚丙烯粗TANK纤维的试件RAC-IV。

表5 改性聚丙烯粗TANK纤维与活性矿物料复合增强再生混凝土分组试验

分别对五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6及图3、4、5所示。

表6 改性聚丙烯粗TANK纤维和活性矿物料复合增强再生混凝土物理力学性能

如前所述，以普通混凝土NC为对比试件，由图3和图5可知，再生混凝土中掺加活性矿物料后随着改性聚丙烯纤维体积率含量的增加，立方体抗压强度的变化与NC的强度相当，最大增加幅度约2.58％，而最小减少幅度仅为0.5％，但不掺加纤维和活性矿物料的情况下，RAC-I的立方体抗压强度却增加了9.61％。对于轴心抗压强度，除RAC-III以外，其余均略低于NC的强度，但RAC-I、RAC-II和RAC-IV强度降低幅度分别为5.86％、5.49％和3.98％，可以认为与普通混凝土轴心抗压强度相当。

对于劈裂抗拉强度和抗折强度，如图4、5所示。再生混凝土中由于再生骨料的存在，其劈裂抗拉强度均有不同程度的降低，其中对比不添加任何掺合料和纤维的RAC-I，其余三种再生混凝土降幅稍有降低，其中RAC-II的劈裂强度较低幅度最小，降低幅度小于5％。但是，对于反应增韧效果的抗折强度，由图5可以明显看出，相比不添加任何掺合料和纤维的RAC-I，其余三种添加纤维和活性矿物料的再生混凝土RAC-II、RAC-III和RAC-IV的抗折强度均有较大程度的增长，其中最大增幅为纤维含量为0.1％的RAC-II，增幅达到普通混凝土NC的19.4％，而RAC-III和RAC-IV分别增加12.5％和8.25％。

综上所述，通过对再生混凝土中添加改性聚丙烯粗TANK纤维和活性矿物料，虽然对于混凝土的抗压强度的影响并不明显，再生混凝土在添加纤维和活性矿物料前后劈裂强度的对比表明了纤维和活性矿物料对于劈裂强度有一定的改善使得再生混凝土劈裂抗拉强度降低的程度减缓。而对于抗折强度，再生混凝土中添加纤维和活性矿物料后使得该强度指标明显增加，甚至高于普通混凝土达到其抗折强度1.24倍，说明纤维和活性矿物料复合增强再生混凝土抗折强度效果较为明显。

Claims

1.一种低弹模改性粗纤维及活性矿物料复合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，添加改性聚丙烯TANK纤维、粉煤灰、硅粉和高效减水剂，以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：14份，细骨料：20份，天然碎石：36份；再生骨料：15份；II级粉煤灰：4份～5份，硅粉：1份～2份，高效减水剂：0.3份，水：9份，改性聚丙烯TANK纤维：0.01-0.04份；

步骤五，按照配方量的重量份数，将水泥、II级粉煤灰、30％重量份数的天然碎石和30％的重量份数的再生骨料投入搅拌机中干混均匀，时间不少于120秒；

步骤七，将配方中总水量的30％再加入搅拌机中均匀搅拌，时间不低于2分钟，最后，将剩余的10％的水加入搅拌，直至混凝土搅拌均匀，工作性能满足混凝土的浇筑要求。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的天然碎石的粒度范围为5mm～31.5mm，所述的再生骨料的粒度范围为5mm～20mm。