CN104446175A - 一种高性能再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高性能再生混凝土及其制备方法 Download PDF

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CN104446175A CN201410596699.2A CN201410596699A CN104446175A CN 104446175 A CN104446175 A CN 104446175A CN 201410596699 A CN201410596699 A CN 201410596699A CN 104446175 A CN104446175 A CN 104446175A
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雷斌
饶春华
晏育松
徐原威
易义武
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Abstract

本发明涉及一种高性能再生混凝土及其制备方法。它以建筑垃圾破碎而成的再生粗集料为主要原料,加入天然砂、水泥、粉煤灰、铝渣、外加剂、石墨烯和水搅拌而成。本发明利用石墨烯这种纳米材料,填充水泥基复合材料的微孔隙,达到增强增韧、减少收缩效果。本发明采用电解铝生产过程产生的铝渣为掺合料,铝渣中铝粉遇水会膨胀,可以起到补偿收缩的作用。该种混凝土除具有良好的工作性能、耐久性和较高的强度,其收缩很小,可广泛用于道路工程和结构工程等中。

Description

一种高性能再生混凝土及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于混凝土材料技术领域,具体涉及一种以建筑垃圾破碎而成的再生粗集料为主要原料的高性能再生混凝土及其制备方法。
技术背景
[0002] 据统计,我国每年产生的建筑垃圾,仅废混凝土总量(混凝土生产过程、建筑施工过程以及建筑拆除过程中的废混凝土之和)就达12000万吨以上。随着我国经济建设步伐的进一步加快,建筑垃圾的总量还将增加。将建筑垃圾破碎后作为再生集料不但能解决天然集料资源紧张问题,利于集料产地环境保护,而且可以减少城市废混凝土的堆放、占地以及由此带来的环境污染问题,实现混凝土生产的再生与循环利用,保证建筑业的可持续发展。
[0003]目前,提高再生混凝土性能的主要方法是在水泥砂浆中添加钢筋、钢纤维、碳纤维、聚合物纤维、矿物纤维、超细石灰岩粉末、纳米Si02、超细粉煤灰粉末等。这些增强材料虽然提高了砂浆的整体强度和韧性,但这种韧性来源于增强材料的自身,而水泥浆体的结构及韧性没有改变,砂浆的脆性及裂缝问题依然存在。而氧化石墨烯改变了水泥水化产物的微观结构,提高了水泥水化产物形成浆体的韧性,对于再生混凝土的韧性、减少脆性裂缝及延长使用寿命的具有积极意义。同时,利用电解铝生产过程产生的铝渣为掺合料,铝渣中铝粉遇水会膨胀,可以起到补偿收缩的作用。
[0004]
发明内容
[0005] 现有技术中已有采用再生粗集料制备混凝土的方法,但是因未达到低收缩、高工作性能和高耐久性能等要求,而未能实现高性能和大面积推广的目的。
[0006] 本发明的目的是提出一种具有低收缩、较高工作性能、耐久性能和强度的高性能再生混凝土及其制备方法,利用废料在单位体积混凝土质量的30%以上,且该种产品具有良好的工作性能和耐久性能,强度较高,适合搅拌车运输、泵送方式,可广泛用于道路工程和结构工程等中。
[0007] 本发明提出的高性能再生混凝土,它以建筑垃圾破碎而成的再生粗集料为主要原料,加入天然砂、水泥、粉煤灰、铝渣、外加剂、石墨烯和水搅拌而成。其按质量的配方如下:水泥 5.1 — 25.7% ;水 4.7 — 20.4% ;粉煤灰 2.6—10.2% ;铝渣 0.5-5.2% ;砂 11.6 —45.9% ;再生粗集料22.2 — 61.2% ;外加剂0.05 — 2.02%,氧化石墨烯0-0.1% ;百分比总和满足100%。
[0008] 上述高性能再生混凝土混合料,各组份较为优选的配方为:
水泥:9.5 - 15.3% ;水:8.1- 8.5% ;粉煤灰:2.6 — 3.7 % ;铝渣:0.8-1.2% ;黄砂:25.3 - 31.1 % ;再生粗集料:45.3 — 46.4% ;外加剂:0.3 — 0.6 % ;氧化石墨烯0.002-0.04%,以上材料按质量百分比计算其总和应满足100%。
[0009] 其中对各组成份材料的品质要求如下:
水泥:普通硅酸盐水泥,硅酸盐水泥,等级32.5或42.5为宜。
[0010] 再生粗集料:由建筑垃圾破碎得到,其性能指标应满足《混凝土用再生粗骨料》(GB/T25176-2010)。
[0011] 粉煤灰:质量指标满足按国家现行标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596-2005) C 类 II 级。
[0012] 铝渣:电解铝生产过程中的固体废弃物,铝渣中铝粉遇水会膨胀,可以起到补偿收缩的作用。
[0013] 石墨烯:氧化石墨烯粉末,厚度为〈lnm,大小〈1mm。
[0014] 外加剂:各类普通减水剂,其质量指标满足《混凝土外加剂》(GB8076-2008)。
[0015] 其中对搅拌机、泵车的要求如下:
搅拌设备:优先选用双卧轴强制式搅拌机。
[0016] 泵送设备:优先选用S阀混凝土汽车泵。
[0017] 本发明的混凝土混合料的制备步骤如下:
先在原材料堆场对再生粗集料喷水至饱和面干,然后待其表层的水分晾干后,再用计量设备按质量比依次称取天然砂,天然粗集料,再生粗集料和水泥、粉煤灰、铝渣各组份材料,并依次倒入搅拌机中搅拌,最后加水、石墨烯和外加剂(石墨烯和外加剂溶入水中),搅拌时间不少于2min。
[0018] 本发明利用建筑垃圾破碎成的再生粗集料为主要原料,该种混凝土具有工作性能和耐久性能好、强度较高等特点,可替代普通混凝土而广泛应用于道路工程、结构工程和其他工程中。
[0019] 本发明具有以下优点:
I)本发明利用建筑垃圾破碎成的再生粗集料为主要原料,可以大量回收和高效利用废混凝土,减少堆放建筑垃圾占用的土地面积和对天然砂石的开采量。
[0020] 2)本发明采用工业废渣加工制成的粉煤灰为主要原料,可以节约水泥用量,减少堆放工业废渣占用的土地面积。
[0021] 3)本发明利用石墨烯这种纳米材料,填充水泥基复合材料的微孔隙,达到增强增韧、减少收缩效果。
[0022] 4)本发明采用电解铝生产过程产生的铝渣为掺合料,铝渣中铝粉遇水会膨胀,可以起到补偿收缩的作用。
[0023] 5)具有工作性能好、耐久性能高、收缩低等特点可广泛应用于土木工程中。
[0024] 6)本发明的应用,是把城市建设成为资源节约型、环保型的重要途径之一,具有明显的环境、经济和社会综合效益。
具体实施方式
[0025] 实施例1:
混凝土的各组分配比如下:
水泥:380 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:212 kg 粉煤灰:65 kg 铝渣:30 kg 黄砂:630 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加剂:16 kg 石墨烯:0.08 kg
先在原材料堆场对再生粗集料喷水至饱和面干,然后待其表层的水分晾干后,再用计量设备按质量比依次称取天然砂,天然粗集料,再生粗集料和水泥、粉煤灰、铝渣各组份材料,并依次倒入搅拌机中搅拌,最后加水、石墨烯和外加剂(石墨烯和外加剂溶入水中),搅拌时间不少于2min。
[0026] 按搅拌好的拌合物按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)测试其性能,结果如下:
坍落度:220 m 半小时坍落度损失:20 mm 28d抗压强度:72.4 MPa 28d抗折强度:7.1 Mpa 收缩率:0.009%。
[0027] 抗渗等级:S12。
[0028] 实施例2:
混凝土的各组分配比如下:
水泥:360 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加剂:13 kg 石墨烯:0.08 kg
先在原材料堆场对再生粗集料喷水至饱和面干,然后待其表层的水分晾干后,再用计量设备按质量比依次称取天然砂,天然粗集料,再生粗集料和水泥、粉煤灰、铝渣各组份材料,并依次倒入搅拌机中搅拌,最后加水、石墨烯和外加剂(石墨烯和外加剂溶入水中),搅拌时间不少于2min。
[0029] 按上所述比例配置材料并按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)测试其性能,结果如下:
坍落度:230 mm 半小时坍落度损失:15 mm 28d抗压强度:69.7 MPa 28d抗折强度:6.8 MPa 收缩率:0.009%
抗渗等级:S12。
[0030] 实施例3:
混凝土的各组分配比如下:
水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:680 kg (中砂)
再生粗集料:1120 kg 外加剂:11 kg 石墨烯:0.07 kg
先在原材料堆场对再生粗集料喷水至饱和面干,然后待其表层的水分晾干后,再用计量设备按质量比依次称取天然砂,天然粗集料,再生粗集料和水泥、粉煤灰、铝渣各组份材料,并依次倒入搅拌机中搅拌,最后加水、石墨烯和外加剂(石墨烯和外加剂溶入水中),搅拌时间不少于2min。
[0031] 按上所述比例配置材料并按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)测试其性能,结果如下:
坍落度:225 mm 半小时坍落度损失:20 mm 28d抗压强度:62.8 MPa 28d抗折强度:6.3 Mpa 收缩率:0.008%
抗渗等级:S12。
[0032] 实施例4:
混凝土的各组分配比如下:
水泥:300 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:200 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:20 kg 黄砂:680 kg (中砂)
再生粗集料:1120 kg 外加剂:10 kg 石墨烯:0.06kg
先在原材料堆场对再生粗集料喷水至饱和面干,然后待其表层的水分晾干后,再用计量设备按质量比依次称取天然砂,天然粗集料,再生粗集料和水泥、粉煤灰、铝渣各组份材料,并依次倒入搅拌机中搅拌,最后加水、石墨烯和外加剂(石墨烯和外加剂溶入水中),搅拌时间不少于2min。
[0033] 按上所述比例配置材料并按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)测试其性能,结果如下:
坍落度:210 mm 半小时坍落度损失:20 mm 28d抗压强度:54.3 MPa 28d抗折强度:5.5 Mpa 收缩率:0.008%
抗渗等级:S12。
[0034] 实施例5:
混凝土的各组分配比如下:
水泥:230 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:195 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:20 kg 黄砂:750 kg 再生粗集料:1120 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.06kg
先在原材料堆场对再生粗集料喷水至饱和面干,然后待其表层的水分晾干后,再用计量设备按质量比依次称取天然砂,天然粗集料,再生粗集料和水泥、粉煤灰、铝渣各组份材料,并依次倒入搅拌机中搅拌,最后加水、石墨烯和外加剂(石墨烯和外加剂溶入水中),搅拌时间不少于2min。
[0035] 按上所述比例配置材料并按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)测试其性能,结果如下:
坍落度:180 mm 半小时坍落度损失:18 mm 28d抗压强度:48.3 MPa 28d抗折强度:5.2 Mpa 收缩率:0.008%
抗渗等级:S12。
[0036] 实施例6:
混凝土的各组分配比如下:水泥占总质量5%
水泥:125 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:115 kg 粉煤灰:160 kg 铝渣:30 kg 黄砂:850 kg 再生粗集料:1165 kg 外加剂:5 kg 石墨烯:0.05kg。
[0037] 实施例7:
混凝土的各组分配比如下:水泥占总质量15% 水泥:375 kg (42.5硅酸盐水泥)
水:340 kg 粉煤灰:130 kg 铝渣:20 kg 黄砂:800 kg 再生粗集料:770 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0038] 实施例8:
混凝土的各组分配比如下:水泥占总质量20% 水泥:500 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:450 kg 粉煤灰:130 kg 铝渣:20 kg 黄砂:800 kg 再生粗集料:545 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0039] 实施例9:
混凝土的各组分配比如下:粉煤灰占总质量5% 水泥:500 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:450 kg 粉煤灰:125 kg 铝渣:20 kg 黄砂:800 kg 再生粗集料:550 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0040] 实施例10:
混凝土的各组分配比如下:粉煤灰占总质量10% 水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:250 kg 铝渣:20 kg 黄砂:800 kg 再生粗集料:840 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0041] 实施例11:
混凝土的各组分配比如下:粉煤灰占总质量20% 水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:500 kg 铝渣:20 kg 黄砂:820 kg 再生粗集料:550 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0042] 实施例12:
混凝土的各组分配比如下:水占总质量5%
水泥:205 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:125 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:860 kg 再生粗集料:1140 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0043] 实施例13:
混凝土的各组分配比如下:水占总质量15%
水泥:460 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:375 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:700 kg 再生粗集料:800 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0044] 实施例14:
混凝土的各组分配比如下:水占总质量20%
水泥:630 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:500 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:500 kg 再生粗集料:700 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0045] 实施例15:
混凝土的各组分配比如下:黄砂占总质量25%
水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:625 kg 再生粗集料:1160 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0046] 实施例16:
混凝土的各组分配比如下:黄砂占总质量40%
水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:1000 kg 再生粗集料:785 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0047] 实施例17:
混凝土的各组分配比如下:黄砂占总质量45%
水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:1125 kg 再生粗集料:660 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0048] 实施例18:
混凝土的各组分配比如下:再生粗集料占总质量30% 水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:1035 kg 再生粗集料:750 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0049] 实施例19:
混凝土的各组分配比如下:再生粗集料占总质量45% 水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:660 kg 再生粗集料:1125 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0050] 实施例20:
混凝土的各组分配比如下:再生粗集料占总质量60% 水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:285 kg 再生粗集料:1500 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0051] 实施例21:
混凝土的各组分配比如下:石墨烯占总质量0%
水泥:360 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加剂:13 kg 石墨烯:O kg。
[0052] 实施例22:
混凝土的各组分配比如下:石墨烯占总质量0.0001% 水泥:360 kg (42.5娃酸盐水泥) 水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加剂:13 kg 石墨烯:0.0025kg。
[0053] 实施例23:
混凝土的各组分配比如下:石墨烯占总质量0.05% 水泥:360 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加剂:13 kg 石墨烯:1.25kg。
[0054] 实施例24:
混凝土的各组分配比如下:石墨烯占总质量0.1% 水泥:360 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加剂:13 kg 石墨烯:2.5kg。
[0055] 实施例25:
混凝土的各组分配比如下:外加剂占总质量0.05% 水泥:360 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加剂:1.25 kg 石墨烯:0.06kg。
[0056] 实施例26:
混凝土的各组分配比如下:外加剂占总质量0.1% 水泥:360 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加剂:2.5 kg 石墨烯:0.06kg。
[0057] 实施例27:
混凝土的各组分配比如下:外加剂占总质量1.0 % 水泥:360 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:625 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加剂:25 kg 石墨烯:0.06kg。
[0058] 实施例28:
混凝土的各组分配比如下:外加剂占总质量2.0 % 水泥:360 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 铝渣:25 kg 黄砂:625 kg (中砂)
再生粗集料:1125 kg 外加剂:50 kg 石墨烯:0.06kg。
[0059] 实施例29:
混凝土的各组分配比如下:铝渣占总质量0.5% 水泥:340 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:100kg 铝渣:12.5 kg 黄砂:820 kg 再生粗集料:950 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0060] 实施例3O: 混凝土的各组分配比如下:铝渣占总质量1.0% 水泥:320 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:100 kg 铝渣:25 kg 黄砂:820 kg 再生粗集料:950 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0061] 实施例31:
混凝土的各组分配比如下:铝渣占总质量3.0% 水泥:300 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:100 kg 铝渣:75 kg 黄砂:790 kg 再生粗集料:950 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0062] 实施例32:
混凝土的各组分配比如下:铝渣占总质量5.0% 水泥:300 kg (42.5娃酸盐水泥)
水:205 kg 粉煤灰:100 kg 铝渣:125 kg 黄砂:790 kg 再生粗集料:900 kg 外加剂:7 kg 石墨烯:0.05kg。

Claims (8)

1.一种高性能再生混凝土,其特征在于包括再生粗集料、砂、水泥、粉煤灰,并加石墨烯、外加剂和水搅拌而成,水泥5.1 — 25.7% ;7jc 4.7 - 20.4% ;粉煤灰2.6—10.2% ;招渣0.5-5.2% ;砂 11.6 — 45.9%;再生粗集料 22.2 — 61.2% ;外加剂 0.05 — 2.02%,氧化石墨烯0-0.1% ;百分比总和满足100%O
2.根据权利要求1所述的高性能再生混凝土,其特征在于各组分质量比配方如下:水泥:9.5 - 15.3% ;水:8.1- 8.5% ;粉煤灰:2.6 — 3.7% ;铝渣:0.8-1.2% ;黄砂:25.3 —31.1 再生粗集料:45.3 — 46.4% ;外加剂:0.3 - 0.6% ;氧化石墨烯0.002-0.04%,百分比总和满足100%O
3.根据权利要求1所述的高性能再生混凝土,其特征在于水泥采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥,等级为32.5或42.5。
4.根据权利要求1所述的高性能再生混凝土,其特征在铝渣为电解铝生产过程中的固体废弃物。
5.根据权利要求1所述的高性能再生混凝土,其特征在于所述石墨烯为氧化石墨烯粉末,厚度为〈lnm,大小〈1mm。
6.根据权利要求1所述的高性能再生混凝土,其特征在于外加剂为各类普通减水剂,其质量指标满足《混凝土外加剂》(GB8076-2008)。
7.根据权利要求1所述的高性能再生混凝土,其特征在于再生粗集料由建筑垃圾得至丨J,其质量指标满足《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177-2010)。
8.制备如权利要求1所述的高性能再生混凝土的方法,其特征在于具体步骤如下:先在原材料堆场对再生粗集料喷水至饱和面干,再用计量设备按质量比依次称取天然砂、再生粗集料、水泥、粉煤灰和铝渣各组份材料,并依次倒入搅拌机中搅拌,最后加水、石墨烯和外加剂,搅拌时间不少于2min。
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