CN105084834A - 以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土及其制备方法，其中，所述以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土包括以下重量比的配料：水：水泥：沙：碎石：废弃砖块=1：（2.1-2.5）：（2.9-3.2）:（4.7-5.3）：（0.6-1.1）。所述制备方法包括：配比的计算；准备材料，制备废弃砖块，采用颚式破碎机进行破碎，控制破碎粒径为20～50mm，破碎后对骨料进行筛分，先采用50mm孔径筛分，对筛中剩余物继续进行破碎，对筛底剩余物进行20mm孔径筛分，保留筛中剩余物；以及投料搅拌。本发明具有替代率最优，强度高，材料力学性能优良，以及环保低碳、制备简单和取材方便等优点。

Description

以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，尤其是一种再生混凝土。

背景技术

全球每年有一大批老旧建筑被拆除，从而不可避免地产生了大量建筑垃圾，给环境和土地资源带来了巨大的压力，如废弃混凝土和废弃砖块体等砌体。这些建筑垃圾的回收利用是我国实现绿色建筑与可持续发展社会的必然要求。

再生混凝土是指将废弃的混凝土块、废弃砖块体破碎后，按一定的比例和级配混合，部分或者全部代替碎石等天然集料，再加入水泥、水等配成的新型混凝土。

当前，现有的再生混凝土配比及制备方法多属于初步试验阶段，在应用时存在改性过程复杂、实施成本高、效果不理想等问题。

发明内容

发明目的：一个目的是提供一种以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土，以解决现有技术存在的上述问题。进一步的目的是提供上述以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土的制备方法。

技术方案：一种以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土，包括以下重量比的配料：水：水泥：沙：碎石：废弃砖块＝1：(2.1-2.5)：(2.9-3.2):(4.7-5.3)：(0.6-1.1)。

进一步的，一种以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土，包括以下重量比的配料：水：水泥：沙：碎石：废弃砖块＝1:2.28:3.03:4.89:0.89。

进一步的，所述沙为中砂或细砂，细度模数不超过3.0，所述水泥为硅酸盐水泥。所述碎石控制为二级级配，最大粒径不超过50mm。所述废弃混凝土砖块的直径为20-50mm。

制备上述以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土的方法，包括以下步骤：

步骤1.配比的计算：

步骤11.确定配制强度f_cu，0，f_cu，0＝f_cu，k+1.645σ，f_cu，k为立方体抗压强度标准值，σ为经验值；

步骤12.确定水灰比W/C，式中，A＝0.46，B＝0.07，f_ce为水泥的实际强度，

步骤13.计算单位用水量m_w；

步骤14.计算水泥用量，式中，m_w为水的质量，m_c为水泥的质量；

步骤15.计算沙、碎石用量m_S、m_G，

$\frac{m_W}{{\mathrm{\ρ}}_W}+\frac{m_C}{{\mathrm{\ρ}}_C}+\frac{m_S}{{\mathrm{\ρ}}_S}+\frac{m_G}{{\mathrm{\ρ}}_G}+10\mathrm{\α}=1,{\mathrm{\β}}_S=\frac{m_S}{m_S+m_G}\×100\%,$ 式中，m_W，m_C，m_S，m_G分别为水、水泥、沙和碎石的质量，ρ_w，ρ_c，ρ_S，ρ_G分别为水、水泥、沙和碎石的密度，α为1；

步骤16.计算废弃砖块的质量，式中m_N，ρ_N分别为废弃砖块的质量和密度，n为废弃砖块的体积替代率；

步骤2.根据步骤1的结算结果准备材料，制备废弃砖块，采用颚式破碎机进行破碎，控制破碎粒径为20～50mm，破碎后对骨料进行筛分，先采用50mm孔径筛分，对筛中剩余物继续进行破碎，对筛底剩余物进行20mm孔径筛分，保留筛中剩余物；

步骤3.投料：将水泥、水、沙按配合比例投入到强制式搅拌机中，搅拌1.5-3min，使其成为水泥砂浆，停止搅拌；再将碎石、废弃砖块体投入到搅拌机中，搅拌2-4min，完成制备。

有益效果：本发明的替代率经过优选，质量轻，强度高，材料力学性能优良；制备方法环保低碳，过程简单，取材方便。

附图说明

图1是本发明的各龄期阶段混凝土的立方体抗压强度。

具体实施方式

实施例1

以C40等级混凝土为例，水泥的表观密度ρ_c＝3.1g/cm³，水的密度ρ_w＝1.0g/cm³。

1、确定配制强度f_cu，0

f_cu，0＝f_cu，k+1.645σ

当混凝土的强度等级为C40时，σ＝5.0MPa，则

f_cu，0＝48.2MPa

2、初步确定水灰比W:C

因水泥28d实测强度f_ce预期可达到48.0MPa。粗骨料为碎石，A＝0.46，B＝0.07

$\frac{W}{C}=\frac{{\mathrm{Af}}_{ce}}{f_{cu,0}+{\mathrm{ABf}}_{ce}}=\frac{0.46\×48.0}{48.2+0.46\×0.07\×48.0}=0.44$

3、初步估计单位用水量

最大粒径为碎石粒径。由于废弃砖块体在破碎过程中受到较大外力作用，且废弃砖块体在烧制过程中会产生大量裂缝，使得再生集料的吸水率与吸水速率都远高于天然集料。一般认为，再生粗集料吸水率超过天然集料的5％左右。因此，需要在初步设定的用水量基础上加以调整。

(1)当最大粒径小于等于30mm时，m_W0＝184kg/m³，经调整，m_W＝193kg/m³。

(2)当最大粒径小于等于50mm时，m_W0＝175kg/m³，经调整，m_W＝184kg/m³。

4、计算水泥用量

$\left(1\right)---m_c=\frac{m_W}{W/C}=\frac{193}{0.44}=439kg$

$\left(2\right)---m_C=\frac{m_W}{W/C}=\frac{184}{0.44}=418kg$

5、初步选取砂率β_s

(1)混凝土所用粗骨料的最大粒径小于等于30mm，水灰比为0.44，线性查表β_s＝33.2％。

(2)混凝土所用粗骨料的最大粒径小于等于50mm，水灰比为0.44，线性查表β_s＝30.7％。

6、计算砂、碎石用量m_S、m_G

$\frac{m_W}{{\mathrm{\ρ}}_W}+\frac{m_C}{{\mathrm{\ρ}}_C}+\frac{m_S}{{\mathrm{\ρ}}_S}+\frac{m_G}{{\mathrm{\ρ}}_G}+10\mathrm{\α}=1,$

${\mathrm{\β}}_S=\frac{m_S}{m_S+m_G}\×100\%,$

联立上述两公式，求解出所需的m_S、m_G，

7、求出所需替代的废弃砖块体的量m_N

此发明中所涉及的替代率为体积替代率，用排液置换法求出废弃砖块体块的密度ρ_N＝1.97g/cm³，求出所需的废弃砖块体块的质量

根据上述计算求得混凝土配合比为：m_W：m_C：m_S：m_G：m_N＝1:2.28:3.03:4.89:0.89。

废弃砖块制备：筛选建筑垃圾中的红砖进行破碎，建议采用颚式破碎机进行破碎，控制破碎粒径为20～50mm。进行破碎后对骨料进行筛分，先采用50mm孔径筛分，对筛中剩余物继续进行破碎，对筛底剩余物进行20mm孔径筛分，保留筛中剩余物，筛底剩余物丢弃。

第一次投料：将水泥、水、沙(烘干后)按配合比计算比例投入到强制式搅拌机中，进行搅拌1.5min，使其成为水泥砂浆，停止搅拌。

第二次投料：将碎石、废弃砖块体投入到搅拌机中，进行2min搅拌，完成制备。混凝土配合比为：m_W：m_C：m_S：m_G：m_N＝1:2.28:3.03:4.89:0.89。

实施例2～5制备过程参考实施例1，调整相关参数，获得配比如下：

实施例2水：水泥：沙：碎石：废弃砖块＝1:2.32:2.95:4.92:0.62。

实施例3水：水泥：沙：碎石：废弃砖块＝1:2.12:3.13:5.13:0.75。

实施例4水：水泥：沙：碎石：废弃砖块＝1:2.42:3.18:4.75:1.08。

实施例5水：水泥：沙：碎石：废弃砖块＝1:2.48:3.2:5.29:0.92。

对照组的制备过程参考实施例1，采用天然粗骨料，废弃砖块的替代率为0。

采用行业规定的方法测量试块的强度，实施例1～5及对照组的28d强度(MPa)分别为：42.5、41.3、43.0、44.2、40.5和45。强度损失小，效果优于现有的再生混凝土。

实施例6-8

其他过程参考实施例1，在该组实施例中，

废弃砖块的处理过程进一步为：除去再生骨料(废弃砖块)中的玻璃、塑料和钢筋等杂质，用颚式破碎机破碎；采用50mm孔径筛分，对筛中剩余物继续进行破碎，对筛底剩余物进行20mm孔径筛分，保留筛中剩余物，筛底剩余物丢弃；用水冲洗再生骨料，晾干。在计算出水、水泥、沙、碎石和废弃砖块的配比后，加入再生骨料改性材料。

所述再生骨料改性材料包括：减水剂、补强剂和膨胀剂。减水剂的用量为配料总量的0.1-0.5wt％，补强剂的用量为配料总量的3-5wt％，膨胀剂为配料总量的1-3wt％。

所述减水剂的结构式如下：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅均选自H或CH₃，n为35～55，m为25～45，a、b、c和d为正整数，M为一价阳离子。

所述补强剂为硅灰，膨胀剂为硫铝酸盐。

上述新型聚羧酸减水剂的制备方法，步骤如下：

步骤1：制备或购买大分子单体，按照预定的配比称取原料；

步骤2：将烷基聚醚、丙烯酸单体、阻聚剂、催化剂和协水剂加入到反应釜中升温至160℃，回流状态进行酯化反应5小时，得到中间产物；催化剂选自硫酸、甲苯磺酸、固体酸ZrO₂的一种或几种，所说阻聚剂选自羟基苯甲醚、苯二酚、硫化二苯胺中的一种的或几种，所述协水剂选自乙酸乙酯、异戊醇中的一种或两种。

步骤3：分离出中间产物并加热至90℃进行溶解，同时滴加其他单体和引发剂溶液，滴加时间为1.2小时，滴加完毕后保温6小时，反应完成后，冷却至40℃，用氢氧化钠溶液调节pH为7，即获得目标产物。

实施例6中，水、水泥、沙、碎石和废弃砖块的配比与实施例1相同，加入0.25wt％的减水剂，4.2wt％的补强剂和1.8wt％的膨胀剂。

实施例7中，水、水泥、沙、碎石和废弃砖块的配比与实施例2相同，加入0.12wt％的减水剂，3.1wt％的补强剂，以及2.8wt％的膨胀剂。

实施例8中，水泥、沙、碎石和废弃砖块的配比与实施例3相同，加入0.45wt％的减水剂，4.8wt％的补强剂，以及1.1wt％的膨胀剂。

采用相同的测试方法，得到的28d强度的数据如下：44.8、45.2和50.5。

在该组实施例中，清洗再生骨料，可除去其上附着的粉尘，同时硅灰能够少混凝土内部的空隙率和空隙尺寸，改善骨料界面上的水泥浆体结构，硅灰的火山灰效应和微粒填充效应，浆体与骨料的粘结性好。高效减水剂，不仅能降低水灰比，更为重要的是使拌合料中的水泥更加分散，使硬化后的空隙率及孔隙分布情况得到进一步的改善。膨胀剂能够抵消再生骨料产生的收缩，解决了现有技术再生骨料混凝土收缩率大的问题。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土，其特征在于，包括以下重量比的配料：水：水泥：沙：碎石：废弃砖块＝1：(2.1-2.5)：(2.9-3.2):(4.7-5.3)：(0.6-1.1)。

2.如权利要求1所述的以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土，其特征在于，包括以下重量比的配料：水：水泥：沙：碎石：废弃砖块＝1:2.28:3.03:4.89:0.89。

3.如权利要求1所述的以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土，其特征在于，所述沙为中砂或细砂，细度模数不超过3.0，所述水泥为硅酸盐水泥。

4.如权利要求1所述的以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土，其特征在于，所述碎石控制为二级级配，最大粒径不超过50mm。

5.如权利要求1至4任一项所述的以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土，其特征在于，所述废弃混凝土砖块的直径为20-50mm。

6.制备权利要求1至5任一项所述的以废弃粘土砖为替代粗骨料的再生混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.配比的计算：

步骤11.确定配制强度f_cu，0，f_cu，0＝f_cu，k+1.645σ，f_cu，k为立方体抗压强度标准值，σ为经验值；

步骤12.确定水灰比W/C，式中，A＝0.46，B＝0.07，f_ce为水泥的实际强度，

步骤13.计算单位用水量m_w；

步骤14.计算水泥用量，式中，m_w为水的质量，m_c为水泥的质量；

步骤15.计算沙、碎石用量m_S、m_G，

$\frac{m_W}{{\mathrm{\ρ}}_W}+\frac{m_C}{{\mathrm{\ρ}}_C}+\frac{m_S}{{\mathrm{\ρ}}_S}+\frac{m_G}{{\mathrm{\ρ}}_G}+10\mathrm{\α}=1,{\mathrm{\β}}_S=\frac{m_S}{m_S+m_G}\×100\%,$ 式中，m_W，m_C，m_S，m_G分别为水、水泥、沙和碎石的质量，ρ_w，ρ_c，ρ_S，ρ_G分别为水、水泥、沙和碎石的密度，α为1；

步骤16.计算废弃砖块的质量，式中m_N，ρ_N分别为废弃砖块的质量和密度，n为废弃砖块的体积替代率；

步骤2.根据步骤1的结算结果准备材料，制备废弃砖块，采用颚式破碎机进行破碎，控制破碎粒径为20～50mm，破碎后对骨料进行筛分，先采用50mm孔径筛分，对筛中剩余物继续进行破碎，对筛底剩余物进行20mm孔径筛分，保留筛中剩余物；

步骤3.投料：将水泥、水、沙按配合比例投入到强制式搅拌机中，搅拌1.5-3min，使其成为水泥砂浆，停止搅拌；再将碎石、废弃砖块体投入到搅拌机中，搅拌2-4min，完成制备。