CN105152597B - 采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土及其制备方法，其中，所述采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土包括以下重量比的配料：水：水泥：沙：废弃砖块：废弃混凝土块＝1:（2~2.5）:（2~2.5）:（1~1.2）:（4.8~5.5）。本发明的强度高，材料力学性能优良，而且制备简单、取材方便，环保低碳。

Description

采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土及其制备 方法

技术领域

本发明涉及建筑材料，尤其是一种采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土及其制备方法。

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粘土砖等砌体。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、废弃粘土砖破碎后，按一定的比例和级配混合，部分或者全部代替砂石等天然集料(石灰岩石子)，再加入水泥、水等配成的新型混凝土。

但是，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采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土，以解决现有技术存在的上述问题。进一步的目的是提供一种制备上述再生骨料混凝土的方法。

技术方案：一种采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土，包括以下重量比的配料：水：水泥：沙：废弃砖块：废弃混凝土块＝1:2.27:2.27:1.04:5.21。

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。

进一步的，所述碎石控制为二级级配，最大粒径不超过50mm。

进一步的，所述废弃混凝土砖块的直径为20-50mm。

制备上述采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土的方法，包括如下步骤：

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.初步计算砂率β_s；

步骤16.计算沙、碎石用量m_S、m_G，

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17.计算废弃砖块和废弃混凝土块的质量，

用排液置换法求出废弃砖体块的密度ρ_RB和废弃混凝土块体的密度ρ_RC，求出所需的废弃砖块体和废弃混凝土块体块的质量： 式中，m_RB，ρ_RB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，m为废弃混凝土块的替代率，m+n＝1，m_RC，ρ_RC分别为废弃混凝土块的质量和密度；

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。

优选的，所述废弃砖块的替代率为20％，所述废弃混凝土块的替代率为80％。

有益效果：本发明的强度高，材料力学性能优良，而且制备简单、取材方便，环保低碳。

附图说明

图1为本发明实施例一各龄期混凝土的立方体抗压强度示意图。

具体实施方式

本发明的采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土，包括以下重量比的配料：水：水泥：沙：废弃砖块：废弃混凝土块＝1:2.27:2.27:1.04:5.21。其中，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。碎石控制为二级级配，最大粒径不超过50mm。废弃混凝土砖块的直径为20-50mm。

制备上述采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土的方法，包括如下步骤：

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.初步计算砂率β_s；

步骤16.计算沙、碎石用量m_S、m_G，

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17.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。所述废弃砖块的替代率为20％，所述废弃混凝土块的替代率为80％。

实施例1

本发明根据以下公式按照C35等级混凝土进行配合比计算

按上述公式计算α＝1，水泥的表观密度ρ_c＝3.1g/cm³，水的密度ρ_w＝1g/cm³，由于砂、废弃砖块体、废弃混凝土块体块的表观密度都未知，需先用排液置换法对其密度进行测量和计算。

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C35时，σ＝5.0MPa，则

f_cu,0＝48.2MPa

2、初步确定水灰比W:C

因该实验所用的水泥28d实测强度f_ce未知，现预期水泥28d实测强度可达到

48.0MPa。粗骨料为碎石，A＝0.46，B＝0.07

3、初步估计单位用水量

最大粒径为40mm。由于废弃混凝土块体在破碎过程中受到较大外力作用，且废弃混凝土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。

当最大粒径为40mm时，m_W0＝175kg/m³，经调整，m_W＝184kg/m³

4、计算水泥用量

5、初步选取砂率β_S

(1)混凝土所用碎石的最大粒径30mm，水灰比为0.44，线性查表β_S＝33.2％

(2)混凝土所用碎石的最大粒径40mm，水灰比为0.44，线性查表β_S＝30.7％

6、计算砂、等效石子用量m_S、m_G

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混凝土块体的量m_N

此实验指体积替代率(预期的替代率废弃粘土砖20％，废弃混凝土块体80％)，用排液置换法求出废弃砖体块的密度ρ_RB和废弃混凝土块体的密度ρ_RC，求出所需的废弃砖块体和废弃混凝土块体块的质量：

根据上述计算求得混凝土配合比为：m_W：m_C：m_S：m_RB：m_RC＝1:2.27:2.77:1.04:5.21。

以强度等级为C35的混凝土为例，其他步骤参考实施例1，调整相关参数，获得配比如下：

实施例2各组分的重量比为，水：水泥：砂：废弃砖块：废弃混凝土块＝1:2.11::2.48：1.15:5.25。采用标准方法进行检测，实验数据如下：塌落度160，和易性优异，7天抗压强度22.5MPa，28天抗压强度45MPa。

实施例3各组分的重量比为，水：水泥：砂：废弃砖块：废弃混凝土块＝1:2.45:2.18:1.18:1.89。采用标准方法进行检测，实验数据如下：塌落度175，和易性良好，7天抗压强度24.5MPa，28天抗压强度47.5MPa。

实施例4各组分的重量比为，水：水泥：砂：废弃砖块：废弃混凝土块＝1:2.36:2.39:1.09:5.05。采用标准方法进行检测，实验数据如下：塌落度155，和易性优异，7天抗压强度20.5MPa，28天抗压强度48.5MPa。

实施例5各组分的重量比为，水：水泥：砂：废弃砖块：废弃混凝土块＝1:2.40:2.06:1.12:5.15。采用标准方法进行检测，实验数据如下：塌落度185，和易性良好，7天抗压强度21.5MPa，28天抗压强度46.5MPa。

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(废弃砖块和废弃混凝土块)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。

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0.26wt％的减水剂，4.1wt％的补强剂和1.9wt％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0.11wt％的减水剂，3.2wt％的补强剂，以及2.7wt％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，4.9wt％的补强剂，以及1.2wt％的膨胀剂。

采用相同的测试方法，得到的28d强度的数据如下：48.8、53.4和55.5。

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。

本发明所涉及的混凝土在制备过程中采用二次投料法进行搅拌：先将水泥、砂、和水加入搅拌筒内进行充分搅拌，成为均匀的水泥砂浆后，再加入废弃混凝土块体和废弃粘土砖搅拌成均匀的混凝土。

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。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。

Claims (1)

1.一种采用废弃粘土砖和废弃混凝土的再生骨料混凝土，其特征在于，包括以下重量比的配料：水∶水泥∶砂∶废弃砖块∶废弃混凝土块＝1∶2.27∶2.77∶1.04∶5.21；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；所述废弃混凝土块和废弃砖块的直径为20-50mm；

还包括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0.26wt％，补强剂的用量为配料总量的4.1wt％，膨胀剂为配料总量的1.9wt％；所述再生骨料指废弃砖块和废弃混凝土块；

在制备过程中采用二次投料法进行搅拌：先将水泥、砂、和水加入搅拌筒内进行充分搅拌，成为均匀的水泥砂浆后，再加入废弃混凝土块体和废弃砖块搅拌成均匀的混凝土；

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，所述阻聚剂选自羟基苯甲醚、苯二酚、硫化二苯胺中的一种或几种，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。