CN107954656A - 一种具有超高延性的再生微粉混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有超高延性的再生微粉混凝土及其制备方法，所述再生微粉混凝土通过以下方法制成：(1)按配方称取水泥、石英砂、粉煤灰、再生微粉及减水剂加入搅拌机中，干粉搅拌2‑3min，充分混合均匀；(2)再将水加入到搅拌机中，浆体搅拌均匀；(3)待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1‑2min成型，进行养护，脱模，即制得所述的具有超高延性的再生微粉混凝土。与现有技术相比，本发明混凝土的抗拉强度达到4‑7MPa，抗拉延伸率达到5‑9％，抗压强度达到18‑28MPa，具有良好的微裂缝分布性能和耗能性能，利用再生混凝土微粉为原材料，环保绿色，经济性好，应用前景好。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种具有超高延性的再生微粉混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土材料自问世以来，被广泛应用于道路、桥梁、工业及民用建筑以及水利港口建筑之中，对人类现代文明做出了巨大的贡献。高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composites-ECC)是近20年发展起来的一种新型纤维增强水泥基复合材料。ECC在受力过程中，由于开裂处纤维的桥联作用以及纤维与基体间传递应力时裂缝能够稳定扩展，使得ECC表现出明显的多缝开裂特性和应变硬化行为。因此，ECC相对于传统的纤维增强水泥基复合材料具有更好的力学性能和耐久性。新建建筑和大量老旧建筑的拆除产生数量庞大的建筑垃圾，而建筑垃圾的大量堆积不仅占用土地，影响环境面貌，更为重要的是造成了环境污染。为了妥善处理建筑垃圾，人们就开始寻找废弃混凝土循环再利用的途径。近年来，工业界将废弃混凝土进行破碎、筛分、去除杂物及必要的清洗，加工成一定粒度的骨料，并将其应用于混凝土拌合物，取代全部或部分的天然砂石骨料，这种混凝土称为再生骨料混凝土。废弃混凝土的除杂、破碎、筛分和机械强化将会不可避免地产生颗粒细小的粉末。这些粉末的粒径小于0.16mm、占原料质量15％左右，组份是硬化水泥石和砂石骨料碎屑，被称为再生微粉。再生微粉的堆积会造成环境污染，同时还会危害人体健康。为此，国内外学者开展了再生微粉的性能与资源化利用方面的研究工作。鉴于掺加矿物掺合料是改善混凝土力学性能和耐久性的一个重要手段，研究者尝试将再生微粉替代普通的矿物掺合料(粉煤灰和矿粉)，从而制备了再生微粉混凝土。由于再生微粉的密度小、粒形不规则、质地疏松，在较高的替代率下再生微粉混凝土的搅拌需水量明显高于普通混凝土。较高的水胶比导致再生微粉混凝土的工作性不足且力学性能偏低。
公开号CN106699045A的专利公开了一种高强度再生混凝土,其特征在于由下列重量份的原料组成：水泥200-330份、矿粉80-90份、再生沙640-950份、再生骨料350-400份、凝胶材料70-80份,泵送剂5-12份、水170-200份。该发明提出的再生混凝土制备过程不使用任何有毒有害原料，不会对人体和环境造成任何危害。最终生产出来的再生混凝土强度可以达到C50，该方法成本低廉、符合经济环保的要求，具有良好的经济效益和社会效益。但是此情况下只是利用再生混凝土的粗骨料，得到了抗压强度较高的混凝土，而混凝土的拉伸延性依然很小。
公开号CN101874004A的专利公开了一种延性超高性能混凝土，包括100份波特兰水泥；50至200份具有D10至D90为0.063至5毫米的单粒度的砂子，或者砂子混合物，其中最细的砂子的D10至D90为0.063至1毫米且最粗的砂子的D10至D90为1至5毫米；0至70份平均粒子尺寸为15微米以下的粒状火山灰或非火山灰材料或其混合物；0.1至10份减水超增塑剂；10至30份水；以及相对于硬化的组合物的体积为0.5至5体积％的长径比为6至120的玻璃纤维。该专利采用玻璃纤维与聚乙烯醇纤维配制了一种高延性UHPC，其弯拉强度最大为20MPa，跨中挠度/跨度比达到1/140，但该专利技术方案并未记载有单向拉伸试验。现已有研究表明，传统钢纤维UHPC混凝土，单向拉伸的延性均未能超过0.6％，使得该类材料在受拉区的使用受到较大限制。
公开号CN101665342A的专利公开了一种高韧性控裂防渗纤维混凝土，主要成分包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、纤维和水，活性矿物掺合料采用粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣、偏高岭土，纤维采用聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维，骨料的最大粒径不超过0.5mm，骨料的重量与水泥和活性矿物掺合料总重量之比为1％～70％，纤维的掺量为纤维混凝土总体积的1.5％～2.5％。该专利混凝土的抗压强度在40-60MPa之间，抗拉强度为4-10MPa，弯拉强度为10-20MPa，极限拉伸应变为1.8-7.5％，极限拉伸应变相对偏低，也具有进一步提升的空间。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有超高延性的再生微粉混凝土及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有超高延性的再生微粉混凝土，包括以下重量份数的组分：水泥500-700份，石英砂400-600份，粉煤灰0-800份，再生微粉200-800份，减水剂5-15份，水300-500份，聚乙烯纤维15-25份。
优选的，所述的水泥为复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，并且所述水泥的28天抗压强度≥52.5MPa，28天抗折强度≥7.0MPa，比表面积≥300m2/kg。
优选的，所述的石英砂的粒径为0.1-0.3mm，其SiO2的质量含量≥99％。粒径为0.1-0.3mm石英砂在体系中起到细骨料的作用，粒径过大将对纤维的分散造成影响。
优选的，所述的粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥700m2/kg，密度为2.6g/cm3。
优选的，所述的再生微粉比表面积≥600m2/kg，密度为2.6g/cm3。再生微粉的生产厂家是“上海德滨环保科技有限公司”，通过使用破碎机和锥腔球磨机对砖混建筑垃圾分别进行破碎和研磨所得到。
优选的，所述的聚乙烯纤维的直径为30-45μm，长度为9-18mm，长径比＞200，断裂延伸率为2-3％，抗拉强度为3000MPa。聚乙烯纤维在本发明中起到增韧混凝土基体的作用，使该混凝土能够产生连续细而密的裂缝。纤维直径、长径比、断裂强度以及断裂延伸率，一方面受到纤维生产厂家的技术工艺控制，另一方面由理论计算以及试验调配得到。纤维长径比过大，容易造成纤维拉断，长径比不足，容易造成纤维拔出，两者均不能使混凝土产生连续的细密裂缝。
优选的，所述的减水剂为通用型聚羧酸减水剂，其固体含量为40-50％，减水率≥40％。
具有超高延性的再生微粉混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取水泥、石英砂、粉煤灰、再生微粉及减水剂加入搅拌机中，干粉搅拌2-3min，充分混合均匀；
(2)再将水加入到搅拌机中，浆体搅拌均匀；
(3)待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1-2min成型，进行养护，脱模，即制得所述的具有超高延性的再生微粉混凝土。
优选的，步骤(3)中的养护为常温标准养护或高温水浴养护；其中，
所述的常温标准养护的条件为：控制温度为20-25℃，湿度为90％±5％，养护28天；
所述的高温水浴养护的条件为：控制温度为85-95℃，水浴养护48小时。
与天然粉料相比，再生微粉中含有大量的水泥水化产物、未水化的水泥颗粒，使得混合料的抗压强度及模量、劈裂强度及模量均有所增长，对混合料的力学性能的提升有明显的改善作用；适当比例的再生微粉复掺可以提高浆体的化学结合水含量以及粉煤灰反应程度；再生微粉对水泥水化也有促进作用；但由于再生微粉颗粒表面棱角多，孔隙多，吸水性强，再生微粉复掺掺量过大会抑制水泥水化，影响水化产物数量，因此应控制再生微粉掺量适当。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明混凝土具有超高的单向拉伸延性，单向拉伸延性能保持在5％-9％，接近钢材延性；
2)具有良好的微裂缝分布性能以及良好的耗能性能；
3)制备方法简单，利用废弃混凝土原料，绿色环保，经济成本低，适用于大规模工业建筑应用。
附图说明
图1为本发明混凝土的单向拉伸应力应变图；
图2为本发明混凝土的单向压缩应力应变图。
具体实施方式
一种具有超高延性的再生微粉混凝土，包括以下重量份数的组分：水泥500-700份，石英砂400-600份，粉煤灰0-800份，再生微粉200-800份，减水剂5-15份，水300-500份，聚乙烯纤维15-25份。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的水泥为复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，并且所述水泥的28天抗压强度≥52.5MPa，28天抗折强度≥7.0MPa，比表面积≥300m2/kg。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的石英砂的粒径为0.1-0.3mm，其SiO2的质量含量≥99％。粒径为0.1-0.3mm石英砂在体系中起到细骨料的作用，粒径过大将对纤维的分散造成影响。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥700m2/kg，密度为2.6g/cm3。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的再生微粉比表面积≥600m2/kg，密度为2.6g/cm3。再生微粉的生产厂家是“上海德滨环保科技有限公司”，通过使用破碎机和锥腔球磨机对砖混建筑垃圾分别进行破碎和研磨所得到。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的聚乙烯纤维的直径为30-45μm，长度为9-18mm，长径比＞200，断裂延伸率为2-3％，抗拉强度为3000MPa。聚乙烯纤维在本发明中起到增韧混凝土基体的作用，使该混凝土能够产生连续细而密的裂缝。纤维直径、长径比、断裂强度以及断裂延伸率，一方面受到纤维生产厂家的技术工艺控制，另一方面由理论计算以及试验调配得到。纤维长径比过大，容易造成纤维拉断，长径比不足，容易造成纤维拔出，两者均不能使混凝土产生连续的细密裂缝。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的减水剂为通用型聚羧酸减水剂，其固体含量为40-50％，减水率≥40％。
具有超高延性的再生微粉混凝土的制备方法，优选包括以下步骤：
(1)按配方称取水泥、石英砂、粉煤灰、再生微粉及减水剂加入搅拌机中，干粉搅拌2-3min，充分混合均匀；
(2)再将水加入到搅拌机中，浆体搅拌均匀；
(3)待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1-2min成型，进行养护，脱模，即制得所述的具有超高延性的再生微粉混凝土。
作为本发明的一种优选的实施方式，步骤(3)中的养护为常温标准养护或高温水浴养护；其中，
所述的常温标准养护的条件为：控制温度为20-25℃，湿度为90％±5％，养护28天；
所述的高温水浴养护的条件为：控制温度为85-95℃，水浴养护48小时。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例中所使用的原材料若非特指，均为公知的，市售化工原料。
实施例1：(本实例中含有五个产品，其编号分别记为1-1,1-2,1-3,1-4,1-5)
本实施例中具有超高延性的再生微粉混凝土，包括P.O.52.5普通硅酸盐水泥、石英砂、超细粉煤灰、再生微粉、减水剂、自来水以及聚乙烯纤维。各组分如下表1所示，表中各部分为重量份含量，其中，表1中聚乙烯纤维长度为18mm，长径比为700。
表1产品组分及重量份含量
| 标号 | 水泥 | 石英砂 | 粉煤灰 | 再生微粉 | 减水剂 | 水 | 聚乙烯纤维 |
| 1-1 | 593 | 474 | 356 | 356 | 8 | 366 | 19 |
| 1-2 | 593 | 474 | 356 | 356 | 8 | 366 | 19 |
| 1-3 | 593 | 474 | 356 | 356 | 8 | 366 | 19 |
| 1-4 | 593 | 474 | 356 | 356 | 8 | 366 | 19 |
| 1-5 | 593 | 474 | 356 | 356 | 8 | 366 | 19 |
本实施例具有超高延性的再生微粉混凝土的制备过程如下：
(1)将水泥、石英砂、超细粉煤灰、再生微粉及减水剂加入搅拌机，干粉搅拌2-3min，混合均匀；
(2)将水加入搅拌机中，搅拌2-3min，使干粉成浆；
(3)加入聚乙烯纤维，充分搅拌2-3min；
(4)待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1-2min成型，进行养护，养护至指定龄期脱模，得到产品。
制得的产品的力学性能试验结果如表2所示。
表2产品力学性能试验测试结果
实施例2：(本实例中含有五个产品，其编号分别记为2-1,2-2,2-3,2-4,2-5)
本实施例中具有超高延性的再生微粉混凝土，包括P.O.52.5普通硅酸盐水泥、石英砂、再生微粉、减水剂、自来水以及聚乙烯纤维。各组分如下表3所示，表中各部分为重量份含量，其中，表3中聚乙烯纤维长度为18mm，长径比为700。
表3产品组分及重量份含量
| 标号 | 水泥 | 石英砂 | 再生微粉 | 减水剂 | 水 | 聚乙烯纤维 |
| 2-1 | 593 | 474 | 712 | 8 | 366 | 19 |
| 2-2 | 593 | 474 | 712 | 8 | 366 | 19 |
| 2-3 | 593 | 474 | 712 | 8 | 366 | 19 |
| 2-4 | 593 | 474 | 712 | 8 | 366 | 19 |
| 2-5 | 593 | 474 | 712 | 8 | 366 | 19 |
本实施例具有超高延性的再生微粉混凝土的制备过程如下：
(1)将水泥、石英砂、再生微粉及减水剂加入搅拌机，干粉搅拌2-3min，混合均匀；
(2)将水加入搅拌机中，搅拌2-3min，使干粉成浆；
(3)加入聚乙烯纤维，充分搅拌2-3min；
(4)待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1-2min成型，进行养护，养护至指定龄期脱模，得到产品。
制得的产品的力学性能试验结果如表4所示。
表4产品力学性能试验测试结果
实施例3：(本实例中含有五个产品，其编号分别记为3-1,3-2,3-3,3-4,3-5)
本实施例中具有超高延性的再生微粉混凝土，包括P.O.52.5普通硅酸盐水泥、石英砂、再生微粉、减水剂、自来水以及聚乙烯纤维。各组分如下表3所示，表中各部分为重量份含量，其中，表5中中聚乙烯纤维长度为18mm，长径比为700。
表5产品组分及重量份含量
| 标号 | 水泥 | 石英砂 | 粉煤灰 | 再生微粉 | 减水剂 | 水 | 聚乙烯纤维 |
| 3-1 | 593 | 237 | 712 | 237 | 8 | 366 | 19 |
| 3-2 | 593 | 237 | 712 | 237 | 8 | 366 | 19 |
| 3-3 | 593 | 237 | 712 | 237 | 8 | 366 | 19 |
| 3-4 | 593 | 237 | 712 | 237 | 8 | 366 | 19 |
| 3-5 | 593 | 237 | 712 | 237 | 8 | 366 | 19 |
本实施例具有超高延性的再生微粉混凝土的制备过程如下：
(1)将水泥、石英砂、超细粉煤灰、再生微粉及减水剂加入搅拌机，干粉搅拌2-3min，混合均匀；
(2)将水加入搅拌机中，搅拌2-3min，使干粉成浆；
(3)加入聚乙烯纤维，充分搅拌2-3min；
(4)待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1-2min成型，进行养护，养护至指定龄期脱模，得到产品。
制得的产品的力学性能试验结果如表4所示。
表6产品力学性能试验测试结果
实施例4：(本实例中含有五个产品，其编号分别记为4-1,4-2,4-3,4-4,4-5)
本实施例中具有超高延性的再生微粉混凝土，包括P.O.52.5普通硅酸盐水泥、石英砂、再生微粉、减水剂、自来水以及聚乙烯纤维。各组分如下表3所示，表中各部分为重量份含量，其中，表7中聚乙烯纤维长度为18mm，长径比为700。
表7产品组分及重量份含量
| 标号 | 水泥 | 石英砂 | 粉煤灰 | 再生微粉 | 减水剂 | 水 | 聚乙烯纤维 |
| 4-1 | 593 | 237 | 712 | 474 | 8 | 366 | 19 |
| 4-2 | 593 | 237 | 712 | 474 | 8 | 366 | 19 |
| 4-3 | 593 | 237 | 712 | 474 | 8 | 366 | 19 |
| 4-4 | 593 | 237 | 712 | 474 | 8 | 366 | 19 |
| 4-5 | 593 | 237 | 712 | 474 | 8 | 366 | 19 |
本实施例具有超高延性的再生微粉混凝土的制备过程如下：
(1)将水泥、石英砂、超细粉煤灰、再生微粉及减水剂加入搅拌机，干粉搅拌2-3min，混合均匀；
(2)将水加入搅拌机中，搅拌2-3min，使干粉成浆；
(3)加入聚乙烯纤维，充分搅拌2-3min；
(4)待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1-2min成型，进行养护，养护至指定龄期脱模，得到产品。
制得的产品的力学性能试验结果如表4所示。
表8产品力学性能试验测试结果
将上述实施例1-4所制成的再生微粉混凝土试件进行测试，所得拉伸应力应变和压缩应力应变分别如图1和图2所示，其中，图1a、1b、1c、1d分别对应实施例1-4的拉伸应力应变图，图2a、2b、2c和2d分别对应实施例1-4的压缩应力应变图。
对比例1
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本对比例中再生微粉添加量为0。
对比例2
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本对比例中，再生微粉添加量为100份。
对比例3
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本对比例中，再生微粉添加量为1200份。
将对比例1-3所得混凝土试件进行性能测试，所得结果如下表9。
表9产品力学性能试验测试结果
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有超高延性的再生微粉混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的组分：水泥500-700份，石英砂400-600份，粉煤灰0-800份，再生微粉200-800份，减水剂5-15份，水300-500份，聚乙烯纤维15-25份。
2.根据权利要求1所述的一种具有超高延性的再生微粉混凝土，其特征在于，所述的水泥为复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，并且所述水泥的28天抗压强度≥52.5MPa，28天抗折强度≥7.0MPa，比表面积≥300m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种具有超高延性的再生微粉混凝土，其特征在于，所述的石英砂的粒径为0.1-0.3mm，其SiO2的质量含量≥99％。
4.根据权利要求1所述的一种具有超高延性的再生微粉混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥700m2/kg，密度为2.6g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种具有超高延性的再生微粉混凝土，其特征在于，所述的再生微粉比表面积≥600m2/kg，密度为2.6g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种具有超高延性的再生微粉混凝土，其特征在于，所述的聚乙烯纤维的直径为30-45μm，长度为9-18mm，长径比＞200，断裂延伸率为2-3％，抗拉强度为3000MPa。
7.根据权利要求1所述的一种具有超高延性的再生微粉混凝土，其特征在于，所述的减水剂为通用型聚羧酸减水剂，其固体含量为40-50％，减水率≥40％。
8.如权利要求1-7任一所述的具有超高延性的再生微粉混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配方称取水泥、石英砂、粉煤灰、再生微粉及减水剂加入搅拌机中，干粉搅拌2-3min，充分混合均匀；
(2)再将水加入到搅拌机中，浆体搅拌均匀；
(3)待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1-2min成型，进行养护，脱模，即制得所述的具有超高延性的再生微粉混凝土。
9.根据权利要求8所述的一种具有超高延性的再生微粉混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的常温标准养护或高温水浴养护；其中，
所述的常温标准养护的条件为：控制温度为20-25℃，湿度为90％±5％，养护28天；
所述的高温水浴养护的条件为：控制温度为85-95℃，水浴养护48小时。
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