CN103936318B

CN103936318B - 可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN103936318B
Application number: CN201410101273.5A
Authority: CN
Inventors: 周静海; 王凤池; 孟宪宏; 周阳雪; 郭凯
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: CN103936318A

Abstract

本发明涉及建筑混凝土材料领域，特别涉及一种可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土及其制备方法。在普通混凝土组成基础上，按占胶凝材料的重量比计，辅助组分占胶凝材料的0.5%-5%，专用外加剂占胶凝材料的0.01%-1%，再生混凝土骨料取代混凝土粗骨料30%-100%，废弃纤维占废弃纤维再生骨料混凝土体积的0.3%-1.0%。将再生骨料与辅助组分及专用外加剂充分混合，再加入水泥、砂、碎石，混合均匀后，投入废弃纤维，充分搅拌，再加入水，搅拌均匀，获得本发明废弃纤维再生骨料混凝土。本发明的废弃纤维再生骨料混凝土具有良好的力学性能，实现了工业废弃物的高附加值有效利用，可应用于建筑结构领域，有利于建筑产品的生态化，具有良好的应用前景。

Description

可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑混凝土材料领域，特别涉及一种可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土以其高强耐久、造价低廉等优点而成为用量最大的建筑材料。但建筑业也排出大量的废弃混凝土等建筑垃圾，占工业固体废弃物总量约40％。如此大量的混凝土建筑废弃物，会引起极大的环境问题，并且占用大量宝贵的场地。利用这些废弃物制作新建筑材料，实现混凝土材料的自己循环利用事非常可行的方法。

另一方面，近年来，我国优质的天然集料（河砂、卵石）已趋枯竭，许多地区合格的混凝土用砂石骨料已经供应十分紧张，所以，不得不开山采石、掘地淘砂，严重破坏生态环境。废弃混凝土用于回填或路基材料是极其有限的，而将废弃混凝土破碎作为再生集料既能解决天然集料资源紧张问题，利于集料产地环境保护，又能减少城市废弃物的堆放、占地和环境污染问题，实现混凝土生产的物质循环利用，保证建筑业的长久的可持续发展。

再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料（主要是粗集料），再加入水泥、水等配而成的新混凝土。再生混凝土按集料的组合形式可以有以下几种情况：集料全部为再生集料；粗集料为再生集料、细集料为天然砂；粗集料为天然碎石或卵石、细集料为再生集料；再生集料替代部分粗集料或细集料。

再生集料成分不仅有少量脱离砂浆的石子、部分包裹砂浆的石子，还有少量独立成块的水泥砂浆。因为水泥砂浆的表面粗糙、棱角多并且在混凝土构建破坏和集料生产过程中集料内部出现大量微细裂缝，从而导致再生集料孔隙率大，进而使得表观密度和堆积密度降低。研究认为，再生集料的表观密度为天然集料的85%以上，并且其离散性很大。

由于废旧混凝土在破碎过程中受到较大外力作用，在集料内部会出现大量微细裂缝，使得再生集料的吸水率和吸水速率都远高于天然集料。研究认为，再生集料的吸水率是天然集料的6-8倍。一般认为，再生细集料的吸水率超过10%，而混凝土再生粗骨料一般吸水率为5%左右。由于再生集料的孔隙率较大，在短时间内再生集料就可以吸水饱和。在再生混凝土配合比设计时需要考虑再生集料的高吸水率问题。由于再生集料在性能上较天然集料差，对再生混凝土的许多性能产生不利影响，因此可以通过改善再生集料性能来提高再生混凝土的性能。

（1）机械活化

其目的在于破坏弱的再生颗粒或去除黏附于再生颗粒表面的水泥砂浆，从而提高再生集料的强度。但该方法能耗较高，同时会产生大量难以处理的粉末。

（2）酸液活化

将集料置于酸液中，如冰醋酸、盐酸溶液中，利用酸液与再生集料中的水泥水化物Ca(OH)₂反应，起到改善再生集料颗粒表面的作用，从而改善再生集料的性能。

（3）化学浆液处理

用高强度水泥和水按照一定比例调成水泥浆。利用浆液对再生集料进行浸泡、干燥处理，以改善再生集料的空隙结构，从而提高再生集料质量。

（4）水玻璃溶液处理

用水玻璃溶液浸渍再生集料，利用水玻璃与再生集料表面的水泥水化物填充再生集料孔隙，从而改善再生集料的密度。

中国发明专利申请（公开号CN102924002A）提出一种废弃纤维再生混凝土及其制备方法，将混凝土、废弃的纤维与水泥、砂、碎石、水按照一定比例混合，用来解决废弃混凝土的环境污染问题。但是，由于再生骨料与天然骨料在性能上存在较大的差异，如何更好地改善混凝土再生粗骨料表面性能和表面缺陷，进而更好地提高废弃纤维再生骨料混凝土的力学性能，长期以来一直是人们需要深入研究和解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土及其制备方法，利用废弃纤维、以废弃混凝土为再生粗骨料制备再生混凝土，使废弃混凝土等建筑垃圾、废弃纤维等废弃物获得合理利用，实现扩大混凝土材料的原料来源的目的，解决工业固体废弃物、以及混凝土原料获得所带来的环境问题和社会问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，在普通混凝土组成配比基础上，按占胶凝材料的重量比计，加入0.5-5wt%的辅助组分，0.01-1.0wt%的专用外加剂，并用30-100wt%的混凝土再生粗骨料取代普通混凝土粗骨料，废弃纤维体积占废弃纤维再生骨料混凝土总体积的0.3-1.0%；

辅助组分选自磷酸钠、磷酸钙、磷酸钾、磷酸铝、硫酸钠、硫酸铝、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铝、氟化钠、氟化钾、硅酸钠、硅酸镁中的一种或两种以上；

专用外加剂为含硅表面活性剂、离子型表面活性剂、醇类聚合物的水溶液、酰胺或酰胺类聚合物、纤维素醚中的一种或两种以上。

所述的可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，含硅表面活性剂选自烷基改性硅油、苯基改性硅油、硅油、聚丙烯酸、聚醚改性硅油中的一种或两种以上；离子表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种；醇类聚合物的水溶液选自聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或两种；酰胺和酰胺类聚合物选自聚丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的一种或两种以上。

所述的可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，再生混凝土骨料为废弃混凝土经加工获得的粒径10-20mm的粗骨料。

所述的可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，按重量百分比计，辅助组分占胶凝材料的0.5-3.0wt%。

所述的可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，按重量百分比计，专用外加剂占胶凝材料的0.02-0.5wt%。

所述的可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土的制备方法，使用占混凝土再生粗骨料重量4-6wt%的水与专用外加剂混合，再与经加工分级处理后的混凝土再生粗骨料混合后，将辅助组分加入其中，混合均匀后，与普通混凝土除水外的其它组分干混，并加入经过预分散处理的废弃纤维充分混合，再加入设计的水量，搅拌均匀，获得废弃纤维再生骨料混凝土。

所述的废弃纤维再生骨料混凝土的制备方法，所制得的废弃纤维再生骨料混凝土的拉压比0.085-0.10。

本发明的优点和有益效果是：

1、本发明用选择的辅助组分及专用外加剂改善再生混凝土粗骨料的表面特性，改善胶凝材料水化产物与混凝土再生粗骨料表面结合性能，利用改性后的混凝土再生粗骨料取代普通混凝土粗骨料，并加入纤维改善再生骨料混凝土的力学性能，再经过先干混再湿混的制备工艺，制备废弃纤维再生骨料混凝土。本发明的废弃纤维再生骨料混凝土具有优良力学性能和耐久性能，实现建筑固体废弃物的有效利用，可广泛用作建筑结构材料，具有良好的应用前景。

2、本发明变废为宝，减少建筑垃圾及废弃纤维材料对环境的污染，生产的废弃纤维混凝土具有拉压强度比低的特点，具有重要的经济、社会和生态环保意义。

3、本发明利用废弃混凝土加工成混凝土粗骨料，来取代或部分取代普通混凝土中的粗骨料，并在混凝土中加入废弃丙纶地毯纤维、废弃服装纤维等废弃纺织品纤维，制备废弃纤维再生混凝土，利用纤维抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的特点，可改善再生混凝土性能，提高混凝土的抗拉强度，降低其脆性以及加大极限延伸率。从而，形成一种新型的混凝土建筑材料，可有效的解决废弃混凝土的环境污染问题，对提高废弃纺织纤维的利用率、建筑垃圾再生利用和固体废弃物治理具有重要意义。

具体实施方式

本发明可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，在普通混凝土组成配比基础上，按占胶凝材料的重量比计，加入0.5-5.0wt%的辅助组分，0.01-1.0wt%的专用外加剂，并用30-100wt%的混凝土再生粗骨料取代普通混凝土粗骨料，废弃纤维体积占废弃纤维再生骨料混凝土体积的0.3-1.0%。

所述的废弃纤维再生骨料混凝土，按重量百分比计，辅助组分优选占胶凝材料的0.5-3.0wt%，1.0-2.0wt%更优；专用外加剂优选占胶凝材料的0.02-0.5wt%，0.02-0.2wt%更优。

本发明中，各组成部分的作用和协同作用如下：

（1）辅助组分

辅助组分主要用来改善混凝土再生粗骨料表面性能，尤其是通过调整胶凝材料的水化产物特点，改善混凝土再生粗骨料表面的缺陷，进而提高废弃纤维再生骨料混凝土的力学性能；

（2）专用外加剂

专用外加剂主要用来配合胶凝材料、辅助组分发挥作用，提高辅助组分对混凝土再生粗骨料表面缺陷改善作用；

（3）废弃纤维、混凝土再生粗骨料、辅助组分、专用外加剂的协同作用

再生混凝土骨料的主要作用是作为粗骨料来代替普通混凝土中的碎石或卵石等粗骨料，起到混凝土“骨架”的作用，实现固体废弃物的再生利用。

废弃纤维可以改善混凝土的力学性能，如：提高混凝土的抗拉强度，降低其脆性以及加大极限延伸率等，尤其是劈裂强度，并与辅助组分、专用外加剂相互协调，即改善混凝土再生粗骨料与胶凝材料的结合性能，提高废弃纤维再生骨料混凝土整体抗冲击能力。

专用外加剂为含硅表面活性剂、离子型表面活性剂、醇类聚合物的水溶液、酰胺或酰胺类聚合物、纤维素醚中的一种或两种以上；

含硅表面活性剂选自烷基改性硅油、苯基改性硅油、硅油、聚丙烯酸、聚醚改性硅油中的一种或两种以上；

离子表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种；

醇类聚合物的水溶液选自聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或两种；

酰胺和酰胺类聚合物选自聚丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的一种或两种以上。

废弃纤维为废弃纤维选自废弃地毯、废弃服装、废弃纺织品的一种或两种以上，尺寸为6-20mm（优选为8-10mm）；

混凝土再生粗骨料为废弃混凝土经破碎、筛选、分级处理获得的10-20mm（优选为12-15mm）连续级配的混凝土再生骨料。

上述废弃纤维再生骨料混凝土的制备方法，使用占混凝土再生粗骨料重量4-6wt%的水与专用外加剂混合，再与经加工分级处理后的混凝土再生粗骨料混合后，将辅助组分加入其中，混合均匀后，与普通混凝土除水外的其它组分干混，并加入经过预分散处理的废弃纤维充分混合，再加入设计的水量，搅拌均匀，获得废弃纤维再生骨料混凝土。本发明中，所制得的废弃纤维再生骨料混凝土的拉压比0.085-0.10（抗拉强度和抗压强度的比值）。

本发明中，胶凝材料为水泥，如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥等；普通混凝土粗骨料为碎石或卵石，混凝土再生粗骨料参见《GB/T25177-2010混凝土用再生粗骨料》。

下面通过实施例对本发明进一步详细描述。

实施例1

普通混凝土设计为强度等级C40，配合比为：水泥390Kg/m³（PO42.5），砂709Kg/m³（中砂平均粒径为0.3-0.5mm），碎石1150Kg/m³（平均粒径为10-20mm），水195Kg/m³。按重量比计，辅助组分由10wt%氟化钠和90wt%硫酸钠组成，辅助组分为胶凝材料的2wt%；专用外加剂由50wt%纤维素醚、10wt%硅油和40wt%聚乙二醇组成，专用外加剂为胶凝材料的0.02wt%。本实施例中，混凝土再生粗骨料由强度等级为C40的废弃混凝土加工、分级获得，尺寸12-15mm，连续级配，取代普通混凝土粗骨料50wt%。纤维选择废弃丙纶地毯纤维，长度8mm，按体积比，废弃纤维占废弃纤维再生骨料混凝土总体积的0.5%。

使用占混凝土再生粗骨料重量5wt%的水与专用外加剂混合，再与经加工分级处理后的混凝土再生粗骨料混合后，将辅助组分加入其中，混合均匀后，与普通混凝土除水外的其它组分干混，并加入经过预分散处理的废弃纤维充分混合，再加入设计的水量，搅拌均匀，获得废弃纤维再生骨料混凝土。

本实施例中，废弃纤维再生骨料混凝土的28天抗压强度46.8MPa，拉压比为0.10，抗氯离子渗透性能良好。

实施例2

普通混凝土设计为强度等级C30，配合比为：水泥290Kg/m³（PO42.5），粉煤灰100Kg/m³（GB1596-91），砂780Kg/m³（中砂平均粒径为0.3-0.5mm），碎石1050Kg/m³（平均粒径为10-20mm），水168Kg/m³，减水剂占胶凝材料的2wt%，减水剂为常用木质素类减水剂。按重量比计，辅助组分由30wt%磷酸钠和70wt%硅酸钠组成，辅助组分为胶凝材料的1wt%；专用外加剂由10wt%聚丙烯酰胺、5wt%十二烷基硫酸钠和85wt%聚乙二醇组成，专用外加剂为胶凝材料的0.05wt%。本实施例中，混凝土再生粗骨料由强度等级为C30的废弃混凝土加工、分级获得，尺寸12-15mm，连续级配，取代普通混凝土粗骨料100wt%。纤维选择废弃丙纶地毯纤维，长度10mm，按体积比，废弃纤维占废弃纤维再生骨料混凝土总体积的0.3%。

使用占混凝土再生粗骨料重量4wt%的水与专用外加剂混合，再与经加工分级处理后的混凝土再生粗骨料混合后，将辅助组分加入其中，混合均匀后，与普通混凝土除水外的其它组分干混，并加入经过预分散处理的废弃纤维充分混合，再加入设计的水量，搅拌均匀，获得废弃纤维再生骨料混凝土。

本实施例中，废弃纤维再生骨料混凝土的28天抗压强度40.2MPa，拉压比为0.088，抗氯离子渗透性能良好。

实施例3

普通混凝土设计为强度等级C40，配合比为：水泥290Kg/m³（PO42.5），粉煤灰90Kg/m³（GB1596-91），矿渣60Kg/m³（GB/T18046-2008），砂760Kg/m³（中砂平均粒径为0.3-0.5mm），碎石1085Kg/m³（平均粒径为10-20mm），水160Kg/m³，减水剂占胶凝材料的2wt%，减水剂为常用木质素类减水剂。按重量比计，辅助组分由20wt%硝酸钠和70wt%氟硅酸镁组成，辅助组分为胶凝材料的3wt%；专用外加剂由10wt%聚丙烯酸、10wt%十二烷基硫酸钠和80wt%纤维素醚组成，专用外加剂为胶凝材料的0.1wt%。本实施例中，混凝土再生粗骨料由强度等级为C30的废弃混凝土加工、分级获得，尺寸12-15mm，连续级配，取代普通混凝土粗骨料30wt%。纤维选择废弃丙纶地毯纤维，长度6mm，按体积比，废弃纤维占废弃纤维再生骨料混凝土总体积的0.8%。

使用占混凝土再生粗骨料重量6wt%的水与专用外加剂混合，再与经加工分级处理后的混凝土再生粗骨料混合后，将辅助组分加入其中，混合均匀后，与普通混凝土除水外的其它组分干混，并加入经过预分散处理的废弃纤维充分混合，再加入设计的水量，搅拌均匀，获得废弃纤维再生骨料混凝土。

本实施例中，废弃纤维再生骨料混凝土的28天抗压强度43.5MPa，拉压比为0.085，抗氯离子渗透性能良好。

实施例结果表明，本发明利用废旧丙纶地毯、废旧服装、纺织品等废弃纤维制备以废弃混凝土为全部或部分粗骨料的再生骨料混凝土。本发明废弃纤维再生骨料混凝土通过在普通混凝土组成基础上，加入废弃纤维、辅助组分、专用外加剂，并用一定比例的再生混凝土骨料制备获得。将再生骨料与辅助组分及专用外加剂充分混合，再加入水泥、砂、碎石，混合均匀后，投入废弃纤维，充分搅拌，再加入水，搅拌均匀，获得本发明废弃纤维再生骨料混凝土。本发明的废弃纤维再生骨料混凝土具有良好的力学性能，实现了工业废弃物的高附加值有效利用，可应用于建筑结构领域，有利于建筑产品的生态化，具有良好的应用前景。

Claims

1.一种可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，其特征在于，在普通混凝土组成配比基础上，按占胶凝材料的重量比计，加入0.5-5wt%的辅助组分，0.01-1.0wt%的专用外加剂，并用30-100wt%的混凝土再生粗骨料取代普通混凝土粗骨料，废弃纤维体积占废弃纤维再生骨料混凝土总体积的0.3-1.0%；

按重量比计，辅助组分由氟化钠和硫酸钠组成，专用外加剂由纤维素醚、硅油和聚乙二醇组成；

或者，按重量比计，辅助组分由磷酸钠和硅酸钠组成，专用外加剂由聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠和聚乙二醇组成；

或者，按重量比计，辅助组分由硝酸钠和硅酸镁组成，专用外加剂由聚丙烯酸、十二烷基硫酸钠和纤维素醚组成。

2.按照权利要求1所述的可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，其特征在于，混凝土再生粗骨料为废弃混凝土经加工获得的粒径10-20mm的粗骨料。

3.按照权利要求1所述的可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，其特征在于，按重量百分比计，辅助组分占胶凝材料的0.5-3.0wt%。

4.按照权利要求1所述的可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土，其特征在于，按重量百分比计，专用外加剂占胶凝材料的0.02-0.5wt%。

5.一种权利要求1所述的可改善骨料性能的废弃纤维再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，使用占混凝土再生粗骨料重量4-6wt%的水与专用外加剂混合，再与经加工分级处理后的混凝土再生粗骨料混合后，将辅助组分加入其中，混合均匀后，与普通混凝土除水外的其它组分干混，并加入经过预分散处理的废弃纤维充分混合，再加入设计的水量，搅拌均匀，获得废弃纤维再生骨料混凝土。

6.按照权利要求5所述的废弃纤维再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，所制得的废弃纤维再生骨料混凝土的拉压比0.085-0.10。