CN108285310B - 一种利用废弃混凝土再生细骨料制备的超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种利用废弃混凝土再生细骨料制备的超高性能混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用废弃混凝土再生细骨料制备的超高性能混凝土及其制备方法，该混凝土主要由以下重量份比例的原料制成：普通硅酸盐水泥570‑630份、粉煤灰270‑320份、硅灰85‑115份、膨胀剂25‑35份、再生细骨料300‑800份、河砂300‑800份、微丝钢纤维180‑220份、聚羧酸减水剂18‑22份、水150‑180份。相对于现有技术，本发明原料中包括了使用废弃混凝土制备的再生细骨料不同比例替代成本较高的天然细骨料，在提高力学性能的基础上有效的降低了生产成本，此外，本发明利用逆流原理或横向流原理，采用旋转式混合搅拌机，对于原料的混合，具有意想不到的优势，可以大大提高最终产品的性能。

Description

一种利用废弃混凝土再生细骨料制备的超高性能混凝土及其 制备方法
技术领域
本发明涉及一种再生细骨料替代天然细骨料制备的超高性能混凝土及其制备方法，属于超高强度混凝土技术领域。
背景技术
近几十年，基础建设的建筑物和结构逐步向着高层、超高层，大跨度和重型化方向发展,并且很多结构暴露在海盐地区、冰冻地区、侵蚀性等恶劣环境中，普通的水泥混凝土在以上条件下会过早发生地劣变导致损伤甚至失效，已经越来越难满足现代建筑体系的需求，并且越来越多的高海拔及海港岛建工程需要大量的水泥混凝土材料。这对水泥混凝土的强度，韧性，功能性以及耐久性需求越来越高，传统的水泥混凝土材料强度低、延性和耐久性差，显然已经不能满足要求，于是越来越多的国内外学者开始研究具有超高性能的混凝土。
随着我国经济建设高速发展和城市化进程的日益加快,自然资源的大量消耗和不合理利用造成了自然资源的日益短缺,混凝土的大量使用造成天然河砂，石英砂等原材料日益紧缺，价格直线上涨，废弃混凝土作为建筑施工和拆除废弃建筑而产生的废料,不仅会带来严重的环境问题,而且还会造成巨大的资源浪费。因此，为符合绿色节能可持续发展经济战略的要求,实现混凝土产业的可持续发展,在混凝土行业适当的利用废弃混凝土加工产物已势在必行。
然而废弃混凝土由于来源复杂、品质劣化，会造成混凝土工作性能、力学性能、耐久性的下降，影响了废弃混凝土作为再生混凝土原材料的的研究与推广。
发明内容
发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料制备的超高性能混凝土及其制备方法。
技术方案：为了实现上述目的，本发明公开了一种废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料的超高性能混凝土，其主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥570-630份、粉煤灰270-320份、硅灰85-115份、膨胀剂25-35份、再生细骨料300-800份、河砂300-800份、微丝钢纤维180-220份、
聚羧酸减水剂18-22份、水150-180份。
所述的超高强混凝土，是指等级达到140MPa及以上强度等级的混凝土。
所述的普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥。
所述的粉煤灰为I级类粉煤灰。
所述的硅灰中SiO2含量应大于等于95％，比表面积不宜小于15000m2/kg。
所述的膨胀剂为钙质膨胀剂，淡黄色粉末，比表面积大于等于200m2/Kg，1.18mm筛筛余小于等于0.5％，限制膨胀率水中7d大于等于0.06％，水中7d转空气中21d大于等于-0.01％。
所述的再生细骨料为废弃混凝土进行破碎、清洗和筛分，所制成的废弃混凝土再生细骨料，为细度模数为2.3-2.8的II区中砂，所述河砂为天然河砂，为细度模数为2.3-2.8的II区中砂。
所述的钢纤维为微丝钢纤维和微丝端勾型钢纤维，微丝钢纤维直径大于等于0.2mm，长度大于等于13mm，长径比为65，抗拉强度大于等于3000MPa。
所述的聚羧酸高效减水剂的固含量大于等于40％(质量含量)，减水率大于等于33.9％。
所述水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
本发明还提供了所述的废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料的超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、再生细骨料和河砂，利用旋转式混合搅拌机将其搅拌混合均匀，得到均匀混合料；
(2)将聚羧酸高效减水剂加入水中，搅拌得到均匀的水溶剂，缓慢加入到上述混合料中，然后调节旋转式混合搅拌机的工作参数进行混合，得到均匀混合浆体；
(3)向上述混合浆体中加入微丝钢纤维，然后再次调节旋转式混合搅拌机的工作参数进行混合，最后按国家标准成型养护，即可得到所述超高性能混凝土。
更具体地，上述再生细骨料替代天然细骨料制备超高性能混凝土的方法，包括以下步骤：
先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。
(1)依次将称量好的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、不同比例的河砂和废弃混凝土再生细骨料加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为130-170r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为100-140S，使其搅拌混合均匀得到混合料。
(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为280-320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为300-420S，得到均匀混合浆体。
(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为280-320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为100-140S，即可得到再生细骨料替代天然细骨料制备的超高性能混凝土。
所述旋转式混合搅拌机是按照逆流原理或横向流原理进行设计，具有倾斜安装的旋转式的混合容器，将有待混合的物料送到一个偏心安装的高速旋转混工具部分，转子和混合容器可以实现相向或逆向相对转动，转速可根据个人需要实时调节，形成速度差很高的逆向性混合料物流，从而实现物料最大限度的均匀混合。
技术效果：相对于现有技术，本发明原料中包括了使用不同比例的废弃混凝土制备的连续级配再生细骨料与天然河砂进行不同比例的复配，两者协同作用，并使用微丝钢纤维有效控制混凝土的非结构性裂缝，增加其抗折抗弯性能，在提高强度性能的基础上有效的降低了超高强混凝土的制备成本。
本发明制备方法中采用旋转式混合搅拌机，将有待混合的物料送到一个偏心安装的高速旋转混工具部分，转子和混合容器可以实现相向或逆向相对转动，转速可根据个人需要实时调节，形成速度差很高的逆向性混合料物流，倾斜安装的旋转式混合容器与位置固定的多功能工具一起，保证使混合料物流形成强大的垂直分量，保证物料充分均匀混合，多功能工具能可靠地防止混合料附在混合容器的底部和壁上，并在混合时间结束时加速卸料。该混合方式对于原料的混合，尤其是对于钢纤维，具有意想不到的优势，可以大大提高最终产品的性能。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
以下实施例中所用原料均为以下要求：
超高性能混凝土，是指等级达到140MPa及以上强度等级的混凝土。
普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥。
粉煤灰为I级类粉煤灰。
硅灰中SiO2含量应大于等于95％，比表面积不宜小于15000m2/kg。
膨胀剂为钙质膨胀剂，淡黄色粉末，比表面积大于等于200m2/Kg，1.18mm筛筛余小于等于0.5％，限制膨胀率水中7d大于等于0.06％，水中7d转空气中21d大于等于-0.01％。
所述的再生细骨料为废弃混凝土进行破碎、清洗和筛分，所制成的废弃混凝土再生细骨料，为细度模数为2.3-2.8的II区中砂，所述河砂为天然河砂，为细度模数为2.3-2.8的II区中砂。
钢纤维为微丝钢纤维，微丝钢纤维直径大于等于0.2mm，长度大于等于13mm，长径比为65，抗拉强度大于等于3000MPa。
聚羧酸高效减水剂的固含量大于等于40％(质量含量)，减水率大于等于33.9％。
水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
使用的搅拌机为旋转式混合搅拌机(爱立许R型强力混合机)。
实施例1
一种废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料的超高性能混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：
普通硅酸盐水泥584.9份、粉煤灰292.5份、硅灰97.5份、膨胀剂29.2份、天然河砂750.7份、废弃混凝土再生细骨料321.7份、微丝钢纤维195.0份、聚羧酸减水剂19.5份、水175.5份。
制备方法：
先用与超高性能混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。
(1)依次将称量好的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、天然河砂、废弃混凝土再生细骨料加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为150r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为120S，使其搅拌混合均匀得到混合料。
(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为360S，得到均匀混合浆体。
(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为120S，即可得到再生细骨料替代天然细骨料制备的超高性能混凝土。
实施例2
一种废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料的超高性能混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：
普通硅酸盐水泥585.5份、粉煤灰292.8份、硅灰97.6份、膨胀剂29.3份、天然河砂536.7份、废弃混凝土再生细骨料536.7份、微丝钢纤维195.0份、聚羧酸减水剂19.5份、水175.7份。
制备方法：
先用与超高性能混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。
(1)依次将称量好的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、天然河砂、废弃混凝土再生细骨料加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为130r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为100S，使其搅拌混合均匀得到混合料。
(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为280r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为300S，得到均匀混合浆体。
(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为280r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为100S，即可得到再生细骨料替代天然细骨料制备的超高性能混凝土。
实施例3
一种废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料的超高性能混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：
普通硅酸盐水泥586.1份、粉煤灰293.0份、硅灰97.7份、膨胀剂29.3份、天然河砂322.3份、废弃混凝土再生细骨料752.1份、微丝钢纤维195.0份、聚羧酸减水剂19.5份、水175.8份。
制备方法：
先用与超高性能混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。
(1)依次将称量好的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、天然河砂、废弃混凝土再生细骨料加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为170r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为140S，使其搅拌混合均匀得到混合料。
(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为420S，得到均匀混合浆体。
(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为140S，即可得到再生细骨料替代天然细骨料制备的超高性能混凝土。
实施例4
一种废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料的超高性能混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：
普通硅酸盐水泥570份、粉煤灰270份、硅灰85份、膨胀剂25份、
再生细骨料300份、河砂300份、微丝钢纤维180份、
聚羧酸减水剂18份、水150份。
制备方法同实施例1。
实施例5
一种废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料的超高性能混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：
普通硅酸盐水泥630份、粉煤灰320份、硅灰115份、膨胀剂35份、
再生细骨料800份、河砂800份、微丝钢纤维220份、
聚羧酸减水剂22份、水180份。
制备方法同实施例2。
对比例1
一种废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料的超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥584.2份、粉煤灰292.1份、硅灰97.4份、膨胀剂29.2份、天然河砂1071.0份、微丝钢纤维195.0份、聚羧酸减水剂19.5份、水175.2份。
制备方法：
先用与超高性能混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。
(1)依次将称量好的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、天然河砂、加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为150r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为120S，使其搅拌混合均匀得到混合料。
(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为360S，得到均匀混合浆体。
(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为120S，即可得到再生细骨料替代天然细骨料制备的超高性能混凝土。
对比例2
一种废弃混凝土再生细骨料替代天然细骨料的超高性能混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：
普通硅酸盐水泥595.7份、粉煤灰297.9份、硅灰99.3份、膨胀剂29.8份、废弃混凝土再生细骨料1092.2份、微丝钢纤维195.0份、聚羧酸减水剂19.9份、水170.5份。
制备方法：
先用与超高性能混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。
(1)依次将称量好的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、废弃混凝土再生细骨料加入到搅拌机的混合容器中，盖好搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为170r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反。混合时间为140S，使其搅拌混合均匀得到混合料。
(2)将称量好聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂的缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为420S，得到均匀混合浆体。
(3)停止转子和混合容器，加入称量好的微丝钢纤维，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为140S，即可得到再生细骨料替代天然细骨料制备的超高性能混凝土。
性能检测：
对上述实施例1-5混凝土拌合物及硬化混凝土性能进行试验，结果如表一。
表一测试结果
编号 流动度mm 抗压强度/MPa 三点抗折强度/MPa 四点抗折强度/MPa
实施例1 615 170.0 59.1 25.5
实施例2 530 167.6 57.5 26.6
实施例3 520 163.0 54.4 27.7
对比例1 785 155.5 50.8 23.7
对比例2 560 149.1 47.4 22.5
由上表一结果可得，和对比例1全部使用天然河砂相比，实施例1-3是利用废弃混凝土再生细骨料分别替代天然河砂30％、50％和70％。结果表明本发明替代不同比例的废弃混凝土再生细骨料以后，因为再生细骨料的吸水性较强流动度略有下降，但仍能满足超高强混凝土的工程要求，而抗压强度和抗折强度均出现了明显提高而对比例2全部使用废弃混凝土再生细骨料，虽然流动性也能满足要求，但是抗压强度和抗折强度均出现显著的下降。以上结果表明，本发明采用废弃混凝土再生骨料替代部分天然河砂，两者可以协同作用，相互配合，不但能够满足流动性的要求，而且还能显著提高抗压强度和抗折强度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案。若本领域普通技术人员对本发明的技术例进行修改或等同替换，而不脱离本发明的宗旨，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种利用废弃混凝土再生细骨料制备的超高性能混凝土，其特征在于，其主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥 570-630 份、粉煤灰270-320 份、硅灰85-115 份、膨胀剂25-35 份、
再生细骨料 300-800 份、河砂300-800 份、微丝钢纤维180-220 份、
聚羧酸减水剂 18-22 份、水150-180 份；
所述的再生细骨料为废弃混凝土进行破碎、清洗和筛分，所制成的废弃混凝土再生细骨料，为细度模数为2.3-2.8 的II 区中砂，所述河砂为天然河砂，为细度模数为2.3-2.8的II 区中砂；
所述的超高性能混凝土的制备方法包括以下步骤：
（1）取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、再生细骨料和河砂，利用旋转式混合搅拌机将其搅拌混合均匀，得到均匀混合料；
（2）将聚羧酸高效减水剂加入水中，搅拌得到均匀的水溶剂，缓慢加入到上述混合料中，然后调节旋转式混合搅拌机的工作参数进行混合，得到均匀混合浆体；
（3）向上述混合浆体中加入微丝钢纤维，然后再次调节旋转式混合搅拌机的工作参数进行混合，最后按国家标准成型养护，即可得到所述超高性能混凝土。
2.根据权利要求1 所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的普通硅酸盐水泥为PII·52.5 级普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1 所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰为I 级类粉煤灰。
4.根据权利要求1 所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的硅灰中SiO2 含量大于等于95%，比表面积不小于15000m2/kg。
5.根据权利要求1 所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的膨胀剂为钙质膨胀剂，淡黄色粉末，比表面积大于等于200m2/Kg，1.18mm 筛筛余小于等于0.5%，水中7d限制膨胀率大于等于0.06%，水中7d 转空气中21d 限制膨胀率大于等于-0.01%。
6.根据权利要求1 所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的钢纤维为微丝钢纤维，微丝钢纤维直径大于等于 0.2mm，长度大于等于13mm，长径比为65，抗拉强度大于等于3000Mpa。
7.根据权利要求1 所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的聚羧酸高效减水剂的固含量大于等于40%，减水率大于等于33.9%。
8.权利要求1-7 任一项所述的超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、再生细骨料和河砂，利用旋转式混合搅拌机将其搅拌混合均匀，得到均匀混合料；
（2）将聚羧酸高效减水剂加入水中，搅拌得到均匀的水溶剂，缓慢加入到上述混合料中，然后调节旋转式混合搅拌机的工作参数进行混合，得到均匀混合浆体；
（3）向上述混合浆体中加入微丝钢纤维，然后再次调节旋转式混合搅拌机的工作参数进行混合，最后按国家标准成型养护，即可得到所述超高性能混凝土。
9.根据权利要求8 所述的超高性能混凝土的制备方法，其特征在于：
步骤（1）中旋转式混合搅拌机的工作参数为：转子逆时针旋转速度为130-170r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为100-140s；
步骤（2）中旋转式混合搅拌机的工作参数为：转子逆时针旋转速度为280-320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间300-420s；
步骤（3）中旋转式混合搅拌机的工作参数为：转子逆时针旋转速度为280-320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，混合时间为100-140s。
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