CN106966668A - 一种陶粒再生混凝土浆料及其制备方法 - Google Patents

一种陶粒再生混凝土浆料及其制备方法 Download PDF

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刘俊峰
何建华
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孙明炜
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Abstract

本发明提供了一种陶粒再生混凝土浆料,包括水泥、再生细骨料、矿渣微粉、淤泥陶粒与水;所述再生细骨料、矿渣微粉与淤泥陶粒的质量比为(33~45):(20~23.5):(17~20)。与现有技术相比,本发明利用淤泥陶粒作为混凝土的粗骨料,由于淤泥陶粒具有较大的孔隙率,从而使得陶粒再生混凝土的自重大大降低;用矿渣微粉取代部分水泥,可加速水泥的水化过程,不仅可减少水泥的使用,降低生产成本,还可减少由于再生细骨料自身缺陷所带来的强度损失,提高混凝土的抗压强度;本发明通过特定比例的淤泥陶粒、再生细骨料与矿渣微粉的复配,从而在材料循环再利用的基础上,提高了再生混凝土的物理、力学性能。

Description

一种陶粒再生混凝土浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型建筑材料技术领域,尤其涉及一种陶粒再生混凝土浆料及其制备方法。
背景技术
陶粒是一种常见的建筑人造轻集料,以其自身轻质、保温、环保等优点备受关注,已成为黏土实心砖等非可持续发展材料的主导代替产品。然而,传统陶粒是以黏土和页岩烧制而成,需要开凿黏土和矿山,开采过程中对自然环境造成严重破坏,环境负担加重,背离了国家可持续发展的战略要求。因此,寻求一种环保新型陶粒来代替传统的黏土、页岩陶粒势在必行。近年来,采用淤泥这种固体废弃物生成淤泥陶粒,从而制作建筑材料是我国的热点科研热点。淤泥取材方便、来源广泛,采用淤泥作为生产陶粒的原材料既能提高混凝土的保温隔热性能,又能变废为宝保护环境,具有良好的社会环保效益和经济效益。
近年来,我国基础建设持续发展,每年消耗大量的混凝土。一方面,普通混凝土生产中使用的天然骨料,需要大量开山采石,破坏了自然环境。另一方面,随着城市化建设的飞速发展,原有的老城区被拆除,伴随着产生大量的混凝土废弃物,这些被遗弃的建筑垃圾占用了农田耕地,严重的破坏了自然环境。如果将建筑垃圾再生利用,替代混凝土的天然骨料,既能实现废弃资源的再利用,又可以节减天然材料,保护社会和自然环境,符合国家可持续发展的战略要求。目前,国内外对建筑垃圾再生混凝土已经开展了较多的研究,但缺少关于陶粒再生混凝土的研究。
另外,粒化高炉矿渣是冶金行业中产生数量最多的一种废渣,年排放量在3000万吨左右,这些露天铺占的废渣侵占大量的土地,对自然环境造成严重的破坏。高炉矿渣微粉是高炉矿渣添加适量的石膏后,经过粉磨得到的高细粉状产品;大量的试验研究表明,以矿渣微粉取代水泥能提高混凝土的密实性、抗压强度和降低导热系数。因此,将矿渣掺入再生混凝土可以减弱再生骨料对混凝土强度的不利影响,不仅降低环境污染,还能节约水泥,产生较好的经济效益和社会效益。然而,矿渣对于普通混凝土强度的增强作用会随着其掺量的增加而降低,当掺量较大时,混凝土早期强度会明显降低。另外,对于不同类型的混凝土,矿渣微粉的最优掺量仍需进一步探讨。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种物理力学性能较好的陶粒再生混凝土浆料及其制备方法。
本发明提供了一种陶粒再生混凝土浆料,包括水泥、再生细骨料、矿渣微粉、淤泥陶粒与水;所述再生细骨料、矿渣微粉与淤泥陶粒的质量比为(33~45):(20~23.5):(17~20)。
优选的,包括:
优选的,还包括0.3~0.4重量份的减水剂。
优选的,所述减水剂为聚羧酸减水剂。
优选的,所述再生细骨料的粒径小于等于5mm。
优选的,所述淤泥陶粒的粒径为5~10mm;淤泥陶粒的堆积密度小于500kg/m3
优选的,所述矿渣微粉为S95级矿渣,比表面积大于450m2/kg。
本发明还提供了一种陶粒再生混凝土浆料的制备方法,包括:
将水泥、再生细骨料、矿渣微粉、淤泥陶粒与水混合,得到陶粒再生混凝土浆料;所述再生细骨料、矿渣微粉与淤泥陶粒的质量比为(33~45):(20~23.5):(17~20)。
优选的,所述淤泥陶粒先进行浸水预处理,晾干至表面无积水后,再与水泥、再生细骨料、矿渣微粉与水混合,得到陶粒再生混凝土浆料。
优选的,所述淤泥陶粒先进行浸水预处理,晾干至表面无积水后,再与水泥、矿渣微粉与再生细骨料混合搅拌20~60s,最后加入水,搅拌,得到陶粒再生混凝土浆料。
本发明提供了一种陶粒再生混凝土浆料,包括水泥、再生细骨料、矿渣微粉、淤泥陶粒与水;所述再生细骨料、矿渣微粉与淤泥陶粒的质量比为(33~45):(20~23.5):(17~20)。与现有技术相比,本发明利用淤泥陶粒作为混凝土的粗骨料,由于淤泥陶粒具有较大的孔隙率,从而使得陶粒再生混凝土的自重大大降低,可被用于大跨度、抗震结构中;用矿渣微粉取代部分水泥,可加速水泥的水化过程,不仅可减少水泥的使用,降低生产成本,还可减少由于再生细骨料自身缺陷所带来的强度损失,提高混凝土的抗压强度;本发明通过特定比例的淤泥陶粒、再生细骨料与矿渣微粉的复配,从而在材料循环再利用的基础上,提高了再生混凝土的物理、力学性能,有利于促进再生细骨料合理、广泛地应用于实际的建设工程中,节约社会资源,减少环境污染。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种陶粒再生混凝土浆料,包括水泥、再生细骨料、矿渣微粉、淤泥陶粒与水;所述再生细骨料、矿渣微粉与淤泥陶粒的质量比为(33~45):(20~23.5):(17~20),优选为(35~45):(20~23.5):(17~20),更优选为(40~45):(20~23.5):(17~20),再优选为(42~45):(20~23.5):(17~20),再优选为(44~45):(22~23.5):(17~20),再优选为(44~45):(22~23.5):(18~19),最优选为44.36:22.5:18.7。
其中,本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制,为市售或自制均可。
按照本发明,所述陶粒再生混凝土浆料优选包括:
所述水泥的含量优选为8.5~10重量份,更优选为9~10重量份,再优选为9.5~9.8重量份,最优选为9.64重量份。
所述再生细骨料的含量优选为35~45重量份,更优选为38~45重量份,再优选为40~45重量份,再优选为44~45重量份,最优选为44.35重量份;所述水泥与再生细骨料的质量比优选为1:(2~6),更优选为1:(2.5~5.5),再优选为1:(3~5),再优选为1:(4~5),最优选为1:4.6;所述再生细骨料为本领域技术人员熟知的再生细骨料即可,并无特殊的限制,本发明中优选采用砖混结构废弃物经破碎、筛分与洗净后得到再生细骨料;所述再生细骨料的粒径优选小于等于5mm,更优选为0~5mm。本发明使用的再生细骨料由砖混结构建筑物破碎而成,来源广泛,探究再生细骨料对再生混凝土的抗压强度的影响,得到再生细骨料最适宜取代率,一方面能使得废弃资源得到再利用,另一方面扩大了再生细骨料的运用范围;本发明以再生细骨料以100%(体积取代率)取代天然骨粉作为混凝土的粗、细骨料。
所述淤泥陶粒的含量优选为17~19重量份,更优选为17~18重量份,再优选为17.2~17.6重量份,最优选为17.26重量份;所述再生细骨料与淤泥陶粒的质量比优选为(2~4):1,更优选为(2~3):1,再优选为(2~2.5):1,最优选为2.37:1;所述淤泥陶粒为本领域技术人员熟知的淤泥陶粒即可,并无特殊的限制,本领域技术人员优选采用河底淤泥为淤泥陶粒的原料;所述原料中淤泥所占的质量比例优选为40%~55%;所述淤泥陶粒的形状优选为圆球形;所述淤泥陶粒的粒径优选为5~10mm;所述淤泥陶粒的粒型系数优选为1.32~1.4;所述淤泥陶粒的堆积密度优选小于500kg/m3,属于超轻骨料。本发明利用淤泥陶粒作为混凝土的粗骨料,由于淤泥陶粒具有较大的孔隙率,从而使得淤泥陶粒再生混凝土的自重大大降低,淤泥陶粒混凝土能被运用于大跨度、抗震结构当中。
所述矿渣微粉的含量优选为20~23重量份,更优选为20~22重量份,再优选为20~21重量份,最优选为20.75重量份;所述水泥、矿渣微粉与水的质量比优选为1:(2~3):(1~2),更优选为1:(2.2~2.8):(1~2),再优选为1:(2.3~2.6):(1.2~1.8),再优选为1:(2.3~2.4):(1.3~1.4),最优选为1:2.33:1.33;本发明优选将矿渣微粉以60%~80%(质量取代率),更优选为65%~75%,再优选70%取代水泥作为胶凝材料;所述矿渣微粉为本领域技术人员熟知的矿渣微粉即可,并无特殊的限制,本发明中优选为S95级矿渣;所述矿渣微粉的比表面积优选大于450m2/kg。本发明使用的矿渣微粉为冶金行业产生的废料,来源广泛,具有较强的活性,用矿渣微粉取代一定量的水泥能加速水泥的水化过程,不仅能减少水泥的使用,降低生产成本,还能减小由于再生细骨料的自身缺陷所带来的强度损失,提高混凝土的抗压强度;并且以矿渣微粉取代水泥可提高混凝土的密实性降低导热系数。
按照本发明,所述陶粒再生混凝土浆料中优选还包括0.3~0.4重量份的减水剂;所述减水剂为本领域技术人员熟知的减水剂即可,并无特殊的限制,本发明中优选为聚羧酸减水剂,更优选为液体聚羧酸减水剂;所述液体聚羧酸减水剂的浓度优选为20wt%;所述减水剂的用量优选为胶凝材料(所述胶凝材料指矿渣微粉与水泥)总质量的1.2%。
本发明利用淤泥陶粒作为混凝土的粗骨料,由于淤泥陶粒具有较大的孔隙率,从而使得陶粒再生混凝土的自重大大降低,可被用于大跨度、抗震结构中;用矿渣微粉取代部分水泥,可加速水泥的水化过程,不仅可减少水泥的使用,降低生产成本,还可减少由于再生细骨料自身缺陷所带来的强度损失,提高混凝土的抗压强度;本发明通过特定比例的淤泥陶粒、再生细骨料与矿渣微粉的复配,从而在材料循环再利用的基础上,提高了再生混凝土的物理、力学性能,有利于促进再生细骨料合理、广泛地应用于实际的建设工程中,节约社会资源,减少环境污染。
本发明还提供了一种上述陶粒再生混凝土浆料的制备方法,包括:将水泥、再生细骨料、矿渣微粉、淤泥陶粒与水混合,得到陶粒再生混凝土浆料;所述再生细骨料、矿渣微粉与淤泥陶粒的质量比为(33~45):(20~23.5):(17~20)。
其中,所述水泥、再生细骨料、矿渣微粉、淤泥陶粒与水均同上所述,在此不再赘述。
按照本发明,优选将淤泥陶粒先进行浸水预处理,晾干至表面无积水后,再与水泥、再生细骨料、矿渣微粉与水混合,得到陶粒再生混凝土浆料。
在本发明中更优选按照以下步骤进行:淤泥陶粒先进行浸水预处理,晾干至表面无积水后,再与水泥、矿渣微粉与再生细骨料混合搅拌20~60s,最后加入水,搅拌,得到陶粒再生混凝土浆料;与水泥、矿渣微粉与再生细骨料混合后优选搅拌30~50s,更优选搅拌30~40s,再优选搅拌30s;最后加入水,还优选加入减水剂,搅拌,得到陶粒再生混凝土浆料;所述减水剂同上所述,在此不再赘述;所述搅拌的时间优选为100~300s,更优选为150~250s,再优选为150~200s,最优选为150s。在此步骤中,浸水预处理所用的水为附加水,其具体用量根据淤泥陶粒的吸水量计算。
本发明需对陶粒再生混凝土浆料振捣成型后再进行性能测试,所述振捣成型的方法优选为:(1)将陶粒再生混凝土浆料份两次入模,第一次入模装至模具三分之二处;采用人工插捣的方式进行混凝土的密实;第二次装至高出模具处,采用表面振动器进行10~15s的振捣;(2)对振捣后的陶粒再生混凝土进行来回的抹压,使陶粒被水泥砂浆包裹在试模内而不起浮,此时防止试模的振动,以免淤泥陶粒迅速上浮;在混凝土初凝时间段内,每隔2~3h对混凝土试件进行来回的抹压。
成型后,用薄膜覆盖并进行喷水养护,优选采用自然养护环境,湿养护时间为7天,所有试件用塑料薄膜覆盖养护,全部表面覆盖严密,保持膜内有凝结水。
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种陶粒再生混凝土浆料及其制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例1
陶粒再生混凝土浆料的制备方法为:在进行实验前对淤泥陶粒进行24h预湿处理(为防止陶粒上浮,应采取一定的措施),再与再生细骨料、矿渣微粉混合放入搅拌机、加入水泥搅拌30秒使得各材料均匀混合,再将减水剂与水混合加入搅拌机搅拌150秒,得到再生混凝土浆料。
比较例1~3
混凝土:将天然粗骨料、天然细骨料、加入水泥搅拌30秒使得各材料均匀混合,再将减水剂与水混合加入搅拌机搅拌150秒,得到对比的天然混凝土浆料。
实施例1中淤泥陶粒、矿渣微粉、再生细骨料、水泥、水及减水剂的用量及比较例1~3中天然粗骨料、天然细骨料、水泥、水及减水剂的用量参见表1,表中数据为单位体积混凝土的材料用量(单位:kg/m3)。
比较例1实施例1及比较例1单位体积中各材料用量
注:附加水的计算:由于在实验前对淤泥陶例进行24h预湿处理,因此单位混凝土中附加水的用量为淤泥陶粒的用量乘上淤泥陶粒24h的吸水率18.08%,故附加水的用量为285.2×18.08%=51.56。
实施例1及比较例1~3使用的各种材料的参数指标如下:
(1)水泥:采用石井牌42.5R等级的普通硅酸盐水泥;
(2)天然细骨料:采用粒径大小为0~5mm的中粗河砂;
(3)天然粗骨料:采用粒径大小为5~10mm的天然碎石;
(4)再生细骨料:深圳市绿发鹏程环保科技有限公司生产,粒径大小为0~5mm的再生粗骨料,除去杂物如玻璃、木屑、砖块等,用清水清洗后,自然晾干待用;
(5)淤泥陶粒:淤泥陶粒由江门市炜盛陶粒生产厂家生产,淤泥的来源:河底淤泥,原材料中淤泥占比例约为40%~55%;淤泥陶粒的颗粒形状为圆球形,粒径大小为5~10mm,粒型系数为1.32<1.4,属于一等品,淤泥陶粒的堆积密度小于500kg/m3,从而属于超轻骨料;
(6)减水剂:江门市强力公司生产的20%浓度液体聚羧酸减水剂。
试件的成型:
由于淤泥陶粒本身的表观密度很低,所以采用普通的入模方式和振动台振动成型极易导致淤泥陶粒的上浮,为了有效的减缓淤泥陶粒的上浮,使配制得到的混凝土具有较好的匀质性,试件的成型可采用下述方法:
用平板振动器进行振捣;
试件不能一次装模,分两次装模,第一次装至2/3处,人工振捣密实;第二次装至高出试模高,用平板振动器进行10~15s的振捣;
对振动后的陶粒再生混凝土进行来回的抹压,使陶粒被水泥砂浆包裹在试模内而不起浮,此时防止试模的振动,以免陶粒迅速上浮;
每隔2~3h,进行一次抹面可以达到较好的防止陶粒上浮的效果。
试件的养护:
陶粒再生混凝土浇筑成型后及时用薄膜覆盖并进行喷水养护,本实验采用的是自然养护环境,湿养护时间是7d,所有试件用塑料薄膜覆盖养护,全部表面覆盖严密,保持膜内有凝结水。
混凝土干表观密度的测定:
得到1-3#混凝土试件并对其养护7d天后的150×150mm2的标准立方块件进行干表观密度的测定,测定方法如下:
本实验基于《轻骨料混凝土技术规程JG151-2002》干表观密度的测定可采用整体试件烘干法或破碎试件烘干法测定:由于整体试件烘干法简单且便于操作,因此本实验采用整体试件烘干法进行表观密度的测量,具体步骤如下:
当采用整体试件烘干法测定干表观密度时,可将试件置于105~110℃的烘干箱中烘至恒重,称重,并测定试件的体积,混凝土干表观密度的测定结果见表2。
表2陶粒再生混凝土干表观密度的测定
混凝土抗压强度的测定:
本试验所有试件均采用MATEST抗压(液压)试验机实施单轴压缩加载,所得混凝土的立方体抗压强度如表3所示。
表3混凝土抗压强度值(MPa)
*注:实施例1中M2轴压试验失败。
从表3可以看出:实施例1具备保温隔热和轻质优点的同时,还具备良好的抗压性能。与采用天然骨料制备的混凝土(比较例1)相比,实施例1混凝土的抗压强度下降,但其自重却相应的减轻了37.2%,实现了利废、保温和轻质等目的。与无矿渣的陶粒再生混凝土(比较例2)相比,实施例1混凝土的干表观密度相当,但其抗压强度提高了8.94%。与陶粒混凝土(比较例3)相比,实施例1混凝土的抗压强度相当,但其干表观密度减少了6.31%
综合表2和表3的数据可知:本发明配制的矿渣陶粒再生混凝土的干表观密度ρ=1466.67kg/m3,其轴心抗压强度fcuk=14.14MPa。
与普通混凝土相比,本发明配制的混凝土具有明显的社会环保效益,还有突出的工作性能:(1)能大幅减轻结构的自重;(2)由于淤泥陶粒内部具有发达的孔隙,能提高混凝土的保温隔热功能。与普通陶粒轻质混凝土相比,本发明配制的混凝土除了资源化建筑垃圾,具备良好抗压性能的同时,还进一步降低自重。因此,本发明在建筑结构中的非承重构件和保温隔热要求较高的轻质墙体上具有广阔的运用前景。

Claims (10)

1.一种陶粒再生混凝土浆料,其特征在于,包括水泥、再生细骨料、矿渣微粉、淤泥陶粒与水;所述再生细骨料、矿渣微粉与淤泥陶粒的质量比为(33~45):(20~23.5):(17~20)。
2.根据权利要求1所述的陶粒再生混凝土浆料,其特征在于,包括:
3.根据权利要求1所述的陶粒再生混凝土浆料,其特征在于,还包括0.3~0.4重量份的减水剂。
4.根据权利要求3所述的陶粒再生混凝土浆料,其特征在于,所述减水剂为聚羧酸减水剂。
5.根据权利要求1所述的陶粒再生混凝土浆料,其特征在于,所述再生细骨料的粒径小于等于5mm。
6.根据权利要求1所述的陶粒再生混凝土浆料,其特征在于,所述淤泥陶粒的粒径为5~10mm;淤泥陶粒的堆积密度小于500kg/m3
7.根据权利要求1所述的陶粒再生混凝土浆料,其特征在于,所述矿渣微粉为S95级矿渣,比表面积大于450m2/kg。
8.一种陶粒再生混凝土浆料的制备方法,其特征在于,包括:
将水泥、再生细骨料、矿渣微粉、淤泥陶粒与水混合,得到陶粒再生混凝土浆料;所述再生细骨料、矿渣微粉与淤泥陶粒的质量比为(33~45):(20~23.5):(17~20)。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述淤泥陶粒先进行浸水预处理,晾干至表面无积水后,再与水泥、再生细骨料、矿渣微粉与水混合,得到陶粒再生混凝土浆料。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述淤泥陶粒先进行浸水预处理,晾干至表面无积水后,再与水泥、矿渣微粉与再生细骨料混合搅拌20~60s,最后加入水,搅拌,得到陶粒再生混凝土浆料。
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