CN107857539A - 一种废弃混凝土再生利用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑垃圾处理技术领域，公开了一种废弃混凝土再生利用到水泥土的方法。将废弃混凝土进行破碎、分离、筛分处理，采用粒径小于4.75mm的废弃混凝土细集料作为水泥土的掺和料。将天然粉土经风干、碾碎，过筛5mm筛子。在粉土中掺入15％～20％的废弃混凝土细集料、15％～18％的普通硅酸盐水泥，与水拌合制成构件、养护90天，水泥土抗压强度约为6.5MPa。各材料的质量为：粉土2575—2381kg，水泥466—699kg，废弃混凝土细集料582—776kg，水1039—950kg。在水泥土中掺入15％～20％废弃混凝土细集料，比单掺水泥的水泥土的抗压强平均提高38.09％。

Description

一种废弃混凝土再生利用的方法

技术领域

本发明属于建筑垃圾处理技术领域，尤其涉及一种废弃混凝土再生利用到水泥土工程中的方法。

背景技术

废弃混凝土是社会进步和经济发展的产物。尤其近几年全国各地城镇化建设进程较快，各乡镇，市区建筑改造，市政工程的建设和城中村改造，产生了大量的废弃混凝土。废弃混凝土的再生利用是实现建筑资源环境可持续发展的一种有效手段。水泥土是由水泥、土及其它外加剂均匀混合后，经一系列物理化学反应而形成的多相复合材料。因其造价低、可就地取材、环境污染少等特点被广泛应用到边坡加固、软土地基加固、路面基层、防渗里衬等实际工程中。随着国民经济不断的发展，工程项目形式越来越多，地质条件情况越来越复杂，使得水泥土在应用过程中出现诸如强度不够高，复合地基的承载力不强，后期变形较大，耐久性不良等问题，要解决这些问题的主要措施就是针对不同土体掺入相应的外加剂和掺合料。目前，掺入到水泥土中的外加剂和掺和料有工业废料、化学试剂、硅粉、纤维材料、纳米材料等。这些材料有的掺入效果不明显，有的价格高、有的无形之中也污染了环境，因此，寻求廉价并且无污染的外掺料具有重要的意义。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前掺入到水泥土中的外加剂和掺和料有工业废料、化学试剂、硅粉、纤维材料、纳米材料掺入效果不明显，价格高、无形之中也污染了环境。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种废弃混凝土再生利用到水泥土中的方法。

本发明是这样实现的，一种废弃混凝土水泥土，所述废弃混凝土水泥土废弃混凝土的掺入比为15％～20％。

本发明的另一目的在于提供一种所述废弃混凝土水泥土的制备方法，所述废弃混凝土水泥土的制备方法包括：

步骤一，将废弃混凝土进行破碎、分离、筛分处理，采用粒径小于4.75mm的废弃混凝土细集料作为水泥土的掺和料；

步骤二，将天然粉土经风干、碾碎，过筛5mm筛子；

步骤三，在粉土中掺入15％～20％的废弃混凝土细集料、15％～18％的普通硅酸盐水泥，与水拌合制成构件、养护90天。

进一步，步骤三中粉土2575～2381kg，水泥466～699kg，废弃混凝土细集料582～776kg，水1039～950kg。

本发明能够有效将废弃混凝土加以利用，将废弃混凝土加工为细集料，在水泥掺入量不变的条件下，在土中掺入一定量的废弃混凝土，置换出一些土颗粒，从而减少了土颗粒的含量，间接提高了废弃混凝土水泥土中水泥的含量，节约了成本，废弃混凝土水泥土的无侧限抗压强度也能满足施工要求。废弃混凝土作为水泥土廉价并且无污染的外掺料，对水泥土在工程中的应用解决了难题，也为废弃混凝土的再生利用寻找了一个新的途径。

本发明的废弃混凝土的风干含水率为11.11％；风干土含水率为1.63％；水泥土抗压强度约为6.5MPa；在水泥土中掺入15％～20％废弃混凝土细集料，比单掺水泥的水泥土的抗压强平均提高38.09％；废弃混凝土对水泥土强度增长的影响体现为骨料效应和水化效应，在废弃混凝土水泥土构件中普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5MPa，水泥中掺入了6.5％的石灰石和10.7％的粉煤灰混合材料。

附图说明

图1是本发明实施例提供的废弃混凝土水泥土再生利用的方法流程图。

图2是本发明实施例提供的辅助试验分析图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的废弃混凝土水泥土再生利用的方法包括以下步骤：

S101：将废弃混凝土进行破碎、分离、筛分处理，采用粒径小于4.75mm的废弃混凝土细集料作为水泥土的掺和料；测定废弃混凝土的风干含水率为11.11％；

S102：将天然粉土经风干、碾碎，过筛5mm筛子，测定风干土含水率为1.63％；

S103：在粉土中掺入15％～20％的废弃混凝土细集料、15％～18％的普通硅酸盐水泥，与水拌合制成构件、养护90天，水泥土抗压强度约为6.5MPa。

各材料的质量为：粉土2575—2381kg，水泥466—699kg，废弃混凝土细集料582—776kg，水1039—950kg。在水泥土中掺入15％～20％废弃混凝土细集料，比单掺水泥的水泥土的抗压强平均提高38.09％。废弃混凝土对水泥土强度增长的影响体现为骨料效应和水化效应。在废弃混凝土水泥土构件中普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5MPa，水泥中掺入了6.5％的石灰石和10.7％的粉煤灰混合材料。

下面结合试验对本发明的应用效果作详细的是。

1、试验材料选择

1.1试验所用土样取自昆明市西山区城中村改造某地块地表以下15～17m处的土。其主要物理力学指标见表1

表1土料的主要物理力学性质指标

表2土样八大离子的测定

1.2试验采用的废弃混凝土为昆明市东郊某建筑工地楼房拆迁后的废弃混凝土，将废弃混凝土经过鄂式破碎机进行破碎，再把破碎的颗粒放入筛内进行筛分，其结果见表3。其中废弃混凝土的SiO2的含量占55.28％，CaCO3的含量占32.32％。

表3废弃混凝土筛分试验分析

筛孔径(mm)	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075	筛底
										分计筛余百分率	0.2	12.4	22	11.8	18	23.2	9.6	1.8	0.2
累计筛余百分率	0.2	12.6	34.6	46.4	64.4	87.6	97.2	99	99.2

细度模数：

相当于粗砂，颗粒级配接近于机制砂的Ⅰ区。

1.3水泥采用拉法基水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5MPa。水泥中掺入了6.5％的石灰石和10.7％的粉煤灰混合材料。

2、试验方案

采用正交试验设计方案。本方案设计为三因素三水平正交试验L9(3⁴)。影响水泥土无侧限抗压强度的主要因素有：水泥掺入比，废弃混凝土掺入比、龄期。为了找出上述主要因素的对水泥土无侧限抗压强度的影响程度和最优配合进行的正交试验。每个因素分别取3个水平，得因素与水平表见表4，正交试验设计见表5

表4因素与水平表

表5用L₉(3⁴)正交试验设计

3、试验方法

参照《水泥土配合比设计规程(JGJ/T233～2011)》进行试验。试样制备时，先将试验用土经风干、碾碎，过筛5mm筛子。测定风干土含水率为1.63％。测定废弃混凝土的风干含水率为11.11％。设计水泥掺入比分别为12％、15％、18％，废弃混凝土细集料掺入比分别为15％、20％、25％。水泥浆水灰比选取0.5。风干土、水泥、水的质量参照《水泥土配合比设计规(JGJ/T233～2011)》5.0.4条取量。废弃混凝土细集料的取量方法与水泥的取量方法一致。

应试验条件所限，该试验采用人工搅拌，先把称量好的水泥、粉土、废弃混凝土细集料进行拌合均匀，再把称量好的水加以拌合均匀，之后将混合浆液分两层装入70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体模具，分两层插捣之后放置在振动台上振动2min。振动密实后，停止振动，刮平表面，自然放置24～36小时后拆模，进行编号放于标准养护室(湿度20±2℃，相对湿度90％以上)进行养护，每个配合比做6个试块，试件养护到指定龄期后进行无侧限抗压强度试验。

4、试验数据及成果分析

4.1试验结果

表6正交试验表及结果

4.2试验结果分析

正交试验结果分析有两种方法。一种为直观分析(极差分析)，另一种为方差分析(统计分析)。直观分析具有实用性强、简单易懂、应用广泛的优点。根据实际情况采用直观分析(极差分析)的方法对废弃混凝土水泥土的无侧限抗压强度的各因素进行分析，直观分析的结果见表7。

表7正交试验表及结果

在正交试验的分析中，极差大的因素通常是主要因素，而极差小的因素，往往是次要因素。通过表7废弃混凝土水泥土的无侧限抗压强度试验的直观分析可以看出：在试验各个因素水平条件下，龄期极差较大，说明龄期对废弃混凝土水泥土的无侧限抗压强度影响最大，其次为水泥掺量，废弃混凝土掺量，即龄期＞水泥的掺入比＞废弃混凝土的掺入比，最优组合是A3B2C3。

4.3辅助试验成果

为了验证废弃混凝土的效果，做了三组辅助试验，每组试验分别测定了水泥土7d，28d，90d的无侧限抗压强度，试验结果见表8。

表8辅助试验

从图2可看出，水泥土的抗压强度随养护龄期的增加而增长。水泥土强度前28天增长较快，曲线比较陡立；第28天～第90天水泥土强度增长缓慢，曲线趋于平缓。单掺水泥水泥土较素土的抗压强度提高很大，在水泥掺量为15％时，掺入20％废弃混凝土水泥土的抗压强度比单掺水泥的水泥土的抗压强平均提高了38.09％，水泥土强度明显增加，表明掺加一定量的废弃混凝土可以提高水泥土的抗压强度。当水泥掺量为15％时，废弃混凝土掺入比为25％时，28d时水泥土的强度增加很少，28天以后水泥土的强度还会减少，说明废弃混凝土的掺入比最佳值为15％～20％，掺入比大于20％，废弃混凝土对于水泥土的强度增长作用不明显。

5、废弃混凝土水泥土固化机理分析

废弃混凝土水泥土固化机理主要是3方面产生。一是水泥的水解和水化反应。二是水泥土的化学作用。三是废弃混凝土对于废弃混凝土水泥土的增强作用。从筛分析试验可看出，废弃混凝土相当于粗砂，颗粒级配接近于机制砂的Ⅰ区。在水泥土中掺入一定量的废弃混凝土后，可以把水泥作为胶结料，废弃混凝土作为骨料，形成以废弃混凝土料为中心，通过水泥水化、硬化形成的凝胶物，将土颗粒联结包裹在外而形成稳定结构。废弃混凝土对于水泥土的固化作用主要体现为：

废弃混凝土的填充效应：在水泥土中掺入一定量的废弃混凝土，相当于一定量的砂。废弃混凝土中非活性的颗粒与土、水泥，组成大小颗粒不一的混合体，土的颗粒粒径小，废弃混凝土的颗粒粒径大，随着不同颗粒大小的废弃混凝土的加入，改变了原土料的级配，达到物理填充的效果，从而提高了水泥土的强度。但由于水泥土主要强度的来源是水泥石骨架以及他们之间的粘结力，当废弃混凝土掺量超过一定量时，水泥土中的土和水泥的量相应减少，这样使得强度整体上处于下降趋势。

废弃混凝土的水化效应：废弃混凝土粉末中含有大量潜在活性的化学成分，这些活性的化学成分与溶液中的Ca²⁺进行反应，生成硅酸钙和铝酸钙系列矿物，从而增加了凝胶微粒的数量，水泥水化产生的凝胶微粒与土颗粒紧紧地联结在形成土团粒结构，土团粒结构包裹在废弃混凝土颗粒表面，填充了水泥土中的孔隙。水泥水化产生的凝胶微粒不仅增强了土颗粒之间的黏结力，也增加了废弃混凝土与混合土体之间的机械咬合力，使得掺废弃混凝土水泥土的整体性和密实性增大。

同时，在水泥掺入量不变的条件下，在土中掺入一定量的废弃混凝土，置换出一些土颗粒，从而减少了土颗粒的含量，间接提高了废弃混凝土水泥土中水泥的含量。由此说明，在水泥土中加入适量的废弃混凝土可提高废弃混凝土水泥土的无侧限抗压强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种废弃混凝土水泥土，其特征在于，所述废弃混凝土水泥土废弃混凝土的掺入比为15％～20％。

2.一种如权利要求1所述废弃混凝土水泥土的制备方法，其特征在于，所述废弃混凝土水泥土的制备方法包括：

步骤一，将废弃混凝土进行破碎、分离、筛分处理，采用粒径小于4.75mm的废弃混凝土细集料作为水泥土的掺和料；

步骤二，将天然粉土经风干、碾碎，过筛5mm筛子；

步骤三，在粉土中掺入15％～20％的废弃混凝土细集料、15％～18％的普通硅酸盐水泥，与水拌合制成构件、养护90天。

3.如权利要求2所述的所述废弃混凝土水泥土的制备方法，其特征在于，步骤三中粉土2575～2381kg，水泥466～699kg，废弃混凝土细集料582～776kg，水1039～950kg。