CN107746228B

CN107746228B - 一种掺有橡胶粒的再生混凝土及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN107746228B
Application number: CN201711136491.2A
Authority: CN
Inventors: 刘文锋; 王召猛
Original assignee: Qingdao University of Technology
Current assignee: Qingdao University of Technology
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: CN107746228A

Abstract

本发明提供一种掺有橡胶粒的再生混凝土及其制备方法和应用。本发明通过将建筑废弃物经过消毒、破碎、除杂、筛分、强化处理等工艺制备再生骨料；利用废弃橡胶轮胎等经过消毒、磨碎、预处理、温变流体法处理、强化处理等工艺制备橡胶颗粒；得到的再生复合骨料与硅酸盐水泥、水、其它掺和料混合通过控制不同配比，经后续工艺制得不同混凝土制品，如掺有橡胶粒的再生混凝土预制墙板、砌块等，使用该方法制备的混凝土，具有环保、价格低廉、力学性能稳定、耐久性好等优点。

Description

一种掺有橡胶粒的再生混凝土及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于土木工程材料领域，具体涉及一种掺有橡胶粒的再生混凝土及其制备方法和应用。

背景技术

随着城镇化进程的不断推进，我国建筑废弃物排放量以较高的速度增长，而建筑废弃物中的可再生组分比例可达到60％-100％。而我国在建筑废弃物资源化再利用的研究和产业化方面起步较晚，虽然专家学者做了一些基础性工作以及部分地区开始尝试使用一些再生的建筑材料或制品，如再生骨料混凝土、蒸压制品、混凝土砌块等，但并没有得到广泛推广，绝大部分建筑废弃物还是被填埋或堆存。

目前技术方面存在以下几个方面的问题：(1)传统再生骨料颗粒棱角多、表面粗糙、组分中还含有硬化水泥浆，再加上混凝土块在破碎过程中因损伤积累在内部造成大量微裂纹，导致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、堆积空隙率大、压碎指标值高；这种再生骨料制备的再生混凝土用水量较大、硬化后的强度低、弹性模量低，而且抗渗性、抗冻性、抗碳化能力、收缩、徐变和抗氯离子渗透性等耐久性能均低于普通混凝土。(2)橡胶粒、再生骨料组合形成再生复合骨料，且橡胶粒与再生骨料作为不同材料，两者界面的粘结与弥合程度不高，需要进一步加强。(3)传统再生骨料再生产品产量不高、质量不稳定，高性能再生建筑产品制备存在技术瓶颈。

发明内容

针对上述现有技术的不足，发明人经长期的技术与实践探索，提供一种掺有橡胶粒的再生混凝土及其制备方法和应用。本发明通过将建筑废弃物经过消毒、破碎、除杂、筛分、强化处理等工艺制备再生骨料；利用废弃橡胶轮胎等经过消毒、磨碎、预处理、温变流体法处理、强化处理等工艺制备橡胶颗粒；得到的再生复合骨料与硅酸盐水泥、水、其它掺和料混合通过控制不同配比，经后续工艺制得不同混凝土制品，如掺有橡胶粒的再生混凝土预制墙板、砌块等，使用该方法制备的混凝土，具有环保、价格低廉、力学性能稳定、耐久性好等优点。

本发明的第一个方面，公开了一种再生橡胶粒在再生混凝土中的应用。

其中，所述再生橡胶粒是废弃橡胶制品依次经过预处理、温变流体处理及强化处理制备得到；

所述预处理具体方法为将橡胶粒浸渍于硅烷偶联剂预处理液中；通过硅烷偶联剂处理，从而使得橡胶粒的黏着性增强，从而增强橡胶粒与骨料材料的结合；同时还可以增强处理后的橡胶粒与高分子材料和粘结剂生物结合，从而在粘结界面形成较高的化学键，大大改善粘结强度；

所述温变流体处理方法具体为：将温变流体材料加热至熔融状态，将熔融状态的温变流体材料与橡胶粒搅拌均匀，从而使橡胶粒表面覆盖一层温变流体材料膜；采用该方法对橡胶粒进行处理，在后期对再生混凝土产品蒸汽养护时，当达到温变流体材料熔点后，其液体渗透进入其周遭混凝土中未能弥合的微小缝隙中，加强了再生复合骨料间粘结作用力，弥补了再生骨料形成混凝土时内部出现多而密缝隙的缺陷；

其中，温变流体材料优选为环氧树脂，环氧树脂具有良好的粘结性、流动性、渗透性，且熔点固定；

所述强化处理方法为使用硅粉和硅烷偶联剂对橡胶进行二次处理；从而增强后期制备的再生混凝土的抗压强度；

本发明的第二个方面，公开了一种掺有橡胶粒的再生混凝土，所述再生混凝土由水泥、水、再生骨料、再生橡胶粒和外加掺合料制成，所述水泥、水、再生骨料、再生橡胶粒和外加掺合料的质量比为1：0.3～0.4：3：0.2～0.5：0.2～1；

其中，所述水泥为42.5号普通硅酸盐水泥；

所述再生骨料是建筑废弃物中的混凝土经过消毒、一次筛分、一次破碎、除杂、二次破碎、强化处理和二次筛分制备得到的再生粗骨料和再生细骨料，所述再生骨料中的再生粗骨料和再生细骨料的质量比为1～2：1～2；

其中，所述强化处理方式为利用高速(线速度≥100m/s)运动的再生骨料的反复冲击和摩擦作用，打掉再生骨料上较为突出的棱角和除去颗粒表面附着的砂浆和水泥基，从而得到级配良好、颗粒均匀、强度增强的再生骨料；

所述再生橡胶粒是废弃橡胶制品依次经过消毒、粉碎、预处理、温变流体处理及强化处理制备得到；

所述温变流体处理方法具体为：将温变流体材料加热至熔融状态，将熔融状态的温变流体材料与橡胶粒搅拌均匀，从而使橡胶粒表面覆盖一层温变流体材料膜；

所述外加掺合料为聚羧酸减水剂、粉煤灰掺和料和高活性超细矿粉的混合物，所述聚羧酸减水剂、粉煤灰掺和料和高活性超细矿粉的质量比为1～2:1.5～9:2～8；

本发明的第三个方面，公开了上述再生混凝土的制备方法，所述制备方法为：将上述水泥、水、再生骨料、再生橡胶粒和外加掺合料混合搅拌，得到再生混凝土浆料，将浆料浇筑到模具中，经固化、养护，得再生混凝土。

其中，所述混合搅拌采用机械搅拌，采用机械搅拌能够使料浆更为均匀，且具有良好的和易性；

所述养护为蒸汽养护，具体的，所述蒸汽养护具体方法为：待混凝土浆料固化成型4～6h且混凝土终凝后进行升温处理，升温速度≤10℃/h，待升温至温变流体材料熔点时保持恒温处理，保持恒温时间按脱模强度确定，然后降至常温，降温速度≤10℃/h，养护完成；本发明设计蒸汽养护一方面起到蒸汽养护传统有益作用；同时，由于温变流体材料具有良好的粘结性、流动性、渗透性，加之由再生骨料形成的混凝土内部缝隙多而密；在蒸汽养护升温至温变流体材料熔点时，其呈熔融状态，这样就可以很快渗透进入其周遭混凝土中未能弥合的微小缝隙中，即促进了再生骨料的粘结力度，也加强了再生骨料与橡胶粒间作用力。此外，在对橡胶粒进行强化处理时，所使用的硅粉、硅烷偶联剂也可大大改善硅酸盐水泥、温变流体材料的粘结强度，促进再生复合骨料间进一步结合；

本发明的有益效果：

(1)本发明制备的再生骨料、橡胶粒的原料均为建筑废弃物、工业废弃物，使其减量化和资源化，并促进其制备工艺的产品化、产业化发展；还可实现就地消化部分建筑、工业废弃物，变废为宝、保护环境；

(2)本发明创新性地提出采用温变流体法处理橡胶粒，其并在后期对产品蒸汽养护时，达到温变流体材料熔点后，其液体渗透进入其周遭混凝土中未能弥合的微小缝隙中，加强了再生复合骨料间粘结作用力，弥补了再生骨料形成混凝土时内部出现多而密缝隙的缺陷；同时，先后两次对橡胶粒进行预处理、强化处理，使得温变流体材料膜内外两面都可发挥作用，即能大大改善硅酸盐水泥、温变流体材料的粘结强度，又加强了骨料间结合程度，整体加强了掺有橡胶粒的再生混凝土的抗压强度；

(3)创造性提出对再生骨料进行强化处理，具体的，通过对再生骨料进行颗粒的整形、分级、均化处理，得到级配良好、颗粒均匀、强度增强的再生骨料；

(4)旧混凝土块在破碎过程中因损伤积累在内部造成大量微裂纹，掺加聚羧酸减水剂、粉煤灰掺和料、高活性超细矿粉等掺和料，一定程度上能够提高再生混凝土的力学性能和耐久性；

(5)再生骨料与再生橡胶粒共同组成再生复合骨料，所制备的再生橡胶粒水泥混凝土性能介于普通混凝土和沥青混凝土之间，并集合了橡胶和水泥混凝土的特点；此外，掺加本发明制备的再生橡胶粒的有益之处还有：a橡胶粒在混凝土中可增大混凝土内部各质点的摩擦和能量耗散，明显提高混凝土的阻尼性能和抗冲击性能；b能减少体系的各种应力和约束微观裂纹，从而减少裂纹产生及阻止或减缓裂纹发展而导致混凝土的断裂；c掺加橡胶粒可以明显降低水泥混凝土的干燥收缩；d抗冻性、抗疲劳性、抗渗性、耐磨性、抗爆裂性、隔热性、隔声性较普通混凝土有较大提高；

(6)本发明通过调整再生橡胶粒水泥混凝土中组分的配比，可用于不同用途或加工不同制品，如混凝土预制墙板、砌块、预制梁、柱等，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明掺有橡胶粒的再生混凝土制备流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如前所述，目前建筑废弃物的再利用仍存在诸多问题。

有鉴于此，本发明的一种典型实施方式中，提供一种再生橡胶粒在再生混凝土中的应用；

所述预处理具体方法为将橡胶粒浸渍于硅烷偶联剂预处理液中；

本发明的又一典型实施方式中，温变流体材料优选为环氧树脂，环氧树脂具有良好的粘结性、流动性、渗透性，且熔点固定；

本发明的又一典型实施方式中，提供了一种掺有橡胶粒的再生混凝土，所述再生混凝土由水泥、水、再生骨料、再生橡胶粒和外加掺合料制成，所述水泥、水、再生骨料、再生橡胶粒和外加掺合料的质量比为1：0.3～0.4：3：0.2～0.5：0.2～1；

本发明的又一典型实施方式中，所述水泥为42.5号普通硅酸盐水泥；

本发明的又一典型实施方式中，所述再生骨料是建筑废弃物中的混凝土经过消毒、一次筛分、一次破碎、除杂、二次破碎、强化处理和二次筛分制备得到的再生粗骨料和再生细骨料，所述再生骨料中的再生粗骨料和再生细骨料的质量比为1～2：1～2；

本发明的又一典型实施方式中，提供了上述再生混凝土的制备方法，所述制备方法为：将上述水泥、水、再生骨料、再生橡胶粒和外加掺合料混合搅拌，得到再生混凝土浆料，将浆料浇筑到模具中，经固化、养护，得再生混凝土；

所述养护为蒸汽养护，具体的，所述蒸汽养护具体方法为：待混凝土浆料固化成型4～6h且混凝土终凝后进行升温处理，升温速度≤10℃/h，待升温至温变流体材料熔点时保持恒温处理，保持恒温时间按脱模强度确定，然后降至常温，降温速度≤10℃/h，养护完成；

下面通过实施例，对本发明的操作，作进一步具体的说明。

实施例

1、原料制备与选取

1.1再生骨料制备

在建筑物拆除和新建建筑产生的建筑废弃物中，组分非常复杂，组成变化较大，所以若有其它杂质混在废混凝土中，会影响后期再生橡胶粒水泥混凝土及制品的各项性能；又考虑到在制备掺有橡胶粒的再生混凝土时所需要不同粒径的骨料以及还需弥补再生骨料内部细小裂纹、清除附着在再生骨料表面强度低的硬化水泥砂浆。由此，再生骨料的制备流程如下：消毒→一次筛分→一级破碎→除杂→二级破碎→强化处理→二次筛分→(再生骨料)储存。

消毒：利用84消毒液对建筑废弃物进行消毒。

一次筛分：在组分复杂的建筑废弃物中分离筛选出可用废混凝土。

一次破碎：为清除废混凝土中的钢筋，适当破碎使钢筋与混凝土分离。

除杂：除去分离出来的钢筋及其它金属物，利用水流法冲洗带走混在其中的土颗粒、木屑、塑料等杂物，必要时可采用灼烧法、磁力法、重力法除杂。

二级破碎：将除杂后的废混凝土粉碎成粒度为25mm以下的颗粒。

强化处理：二级破碎后的再生骨料颗粒棱角多、表面粗糙、组分中还有硬化水泥砂浆等，此外这些再生骨料的级配、均匀性也差。为改善这些不良条件，利用高速(线速度≥100m/s)运动的再生骨料的反复冲击和摩擦作用，打掉再生骨料上较为突出的棱角和除去颗粒表面附着的砂浆和水泥基，从而得到级配良好、颗粒均匀、强度增强的再生骨料。

二次筛分：筛分出细度模数小于2.3的再生细骨料，后按粗、细骨料筛选分类。

储存：对制备的再生粗骨料、再生细骨料储存，备用。

1.2再生橡胶粒制备

所选制备材料是来自于废弃橡胶轮胎及建筑废弃橡胶等，传统处理这些废弃橡胶制品的做法一般是要进行脱硫制备再生橡胶，但其存在利润低、生产流程长和能源消耗大及污染环境等问题。在本专利技术中，废弃橡胶制备再生橡胶粒方法简单且无污染，其主要流程如下：消毒→磨碎→预处理→温变流体法处理→强化处理→储存(再生橡胶粒)。

消毒：利用84消毒液对废弃橡胶轮胎或建筑废弃橡胶等进行消毒。

磨碎：利用颗粒研磨机将废弃橡胶磨碎所需粒度的橡胶粒。

预处理：利用硅烷偶联剂预处理橡胶粒。

温变流体法处理：选取温变流体材料(环氧树脂)，该材料具有具有良好的粘结性、流动性、渗透性，其固定熔点(60℃)，将温变流体材料加热至熔融状态；并通过着染、搅拌、分离、降温等工艺，使橡胶粒表面覆盖一层温变流体材料膜，最终制得再生橡胶粒。

强化处理：利用硅粉和硅烷偶联剂再处理橡胶粒，可增强后期制备的再生混凝土抗压强度。

储存：对制备的再生橡胶粒储存，备用。

1.3其它材料选取

其它材料有水、硅酸盐水泥。此外考虑到旧混凝土块在破碎过程中因损伤积累在内部造成大量微裂纹，造成一些不利条件，由此还需聚羧酸减水剂、粉煤灰掺和料、高活性超细矿粉等外加掺和料，这些多元外加掺和料复合作用一定程度上能够提高再生混凝土的力学性能和耐久性。

2、再生橡胶粒水泥混凝土制备及应用

由上述制备、选取的材料有再生粗骨料、再生细骨料、再生橡胶粒(温变流体材料、硅烷偶联剂、硅粉)、硅酸盐水泥、水、聚羧酸减水剂、粉煤灰掺和料、高活性超细矿粉等。掺有橡胶粒的再生混凝土的制备是通过上述材料混合搅拌制成，并通过控制组分的配比，将掺有橡胶粒的再生混凝土加工制成不同产品。主要流程如下：组分配比→机械搅拌→产品成型→蒸汽养护→产品。

组分配比：制备不同产品，因性能差异，所需材料组分配比不一，具体如表1所示。

机械搅拌：材料配比后，机械搅拌使其均匀，且具有良好的和易性。

产品成型：制备的预制墙板、砌块等进行压力成型。

蒸汽养护：预制产品成型静停4-6h且混凝土终凝后方可升温，升温速度不宜大于10℃/h，最终升温至60℃，并保持恒温，保持恒温时间按脱模强度设定，之后进行降温操作。

产品：所产出的预制墙板、砌块，具有良好的耐磨、抗冻、隔热、隔声等性能；所产出的预制梁、柱具有良好的阻尼性能、抗冲击性且具有能量耗散作用。

表1再生橡胶粒水泥混凝土不同应用最优配合比

注：上述配合比是以硅酸盐水泥1为基量，其它材料用量与水泥用量的比例。

实验例

制备方法同实施例，再生骨料均来自于原强度为C30的废混凝土，区别点仅在于不再对再生橡胶粒进行过预处理、温变流体处理及强化处理；分别制备5#掺有橡胶粒的预制柱，6#掺有橡胶粒的预制梁，7#掺有橡胶粒的预制墙板，8#掺有橡胶粒的预制砌块；

其中，1#掺有橡胶粒的预制柱的抗压强度为34.9Mpa，弹性模量为33.22KN/mm²；5#掺有橡胶粒的预制柱的抗压强度为28.6Mpa，弹性模量为27.43KN/mm²。

2#掺有橡胶粒的预制梁抗压强度为33.5Mpa，弹性模量为34.43KN/mm²；6#掺有橡胶粒的预制梁抗压强度为29.4Mpa，弹性模量为28.39KN/mm²。

3#掺有橡胶粒的预制预制墙板抗压强度为35.8Mpa，弹性模量为32.69KN/mm²；7#掺有橡胶粒的预制墙板抗压强度为30.2Mpa，弹性模量为29.58KN/mm²。

4#掺有橡胶粒的预制砌块抗压强度为32.8Mpa，弹性模量为30.84KN/mm²；8#掺有橡胶粒的预制砌块抗压强度为27.5Mpa，弹性模量为28.74KN/mm²。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种掺有橡胶粒的再生混凝土，其特征在于，所述再生混凝土由水泥、水、再生骨料、再生橡胶粒和外加掺合料制成，所述水泥、水、再生骨料、再生橡胶粒和外加掺合料的质量比为1：0.3～0.4：3：0.2～0.5：0.2～1；

所述预处理的具体方法为将橡胶粒浸渍于硅烷偶联剂预处理液中；

所述温变流体处理的方法具体为：将温变流体材料加热至熔融状态，将熔融状态的温变流体材料与橡胶粒搅拌均匀，从而使橡胶粒表面覆盖一层温变流体材料膜；

所述强化处理的方法为使用硅粉和硅烷偶联剂对橡胶进行二次处理。

2.如权利要求1所述的一种掺有橡胶粒的再生混凝土，其特征在于，所述水泥为42.5号普通硅酸盐水泥。

3.如权利要求1所述的一种掺有橡胶粒的再生混凝土，其特征在于，所述再生骨料是建筑废弃物中的混凝土经过消毒、一次筛分、一次破碎、除杂、二次破碎、强化处理和二次筛分制备得到的再生粗骨料和再生细骨料，所述再生骨料中的再生粗骨料和再生细骨料的质量比为1～2：1～2。

4.如权利要求3所述的一种掺有橡胶粒的再生混凝土，其特征在于，所述强化处理方式为对建筑废弃物中的混凝土的强化处理，利用高速运动的再生骨料的反复冲击和摩擦作用，打掉再生骨料上较为突出的棱角和除去颗粒表面附着的砂浆和水泥基。

5.如权利要求1所述的一种掺有橡胶粒的再生混凝土，其特征在于，所述外加掺合料为聚羧酸减水剂、粉煤灰掺和料和高活性超细矿粉的混合物，所述聚羧酸减水剂、粉煤灰掺和料和高活性超细矿粉的质量比为1～2:1.5～9:2～8。

6.如权利要求1所述的一种掺有橡胶粒的再生混凝土，其特征在于，所述温变流体材料为环氧树脂。

7.权利要求1-6任一项所述再生混凝土的制备方法，其特征在于，将所述水泥、水、再生骨料、再生橡胶粒和外加掺合料混合搅拌，得到再生混凝土浆料，将浆料浇筑到模具中，经固化、养护，得再生混凝土。

8.如权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述养护为蒸汽养护，所述蒸汽养护具体方法为：待混凝土浆料固化成型4～6h且混凝土终凝后进行升温处理，升温速度≤10℃/h，待升温至温变流体材料熔点时保持恒温处理，保持恒温时间按脱模强度确定，然后降至常温，降温速度≤10℃/h，养护完成。