CN108793797A - 一种抑制碱-骨料反应的碳化再生骨料的制备方法 - Google Patents

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史才军
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石振国
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/026—Comminuting, e.g. by grinding or breaking; Defibrillating fibres other than asbestos

Abstract

一种抑制碱‑骨料反应的碳化再生骨料的制备方法，包括以下步骤：（1）再生骨料的收集：将具有碱活性骨料的再生混凝土破碎、过筛，得到粒径≤4.75微米的再生骨料；（2）碳化处理：将步骤（1）所得再生骨料置于CO2质量浓度＞10%，相对湿度为50‑70%的碳化箱中进行碳化处理，至再生骨料完全碳化为止，得到碳化再生骨料。本发明再生骨料经碳化处理后得到碳化再生骨料，用碳化再生骨料100%取代天然的碱活性骨料，可有效抑制碱‑骨料反应进行。本发明在实现再生骨料有效利用的基础上，进一步提升了再生骨料的利用价值，对实现混凝土的可持续发展具有重要意义。

Description

一种抑制碱-骨料反应的碳化再生骨料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种抑制碱-骨料反应的碳化再生骨料的制备方法，具体涉及一种再生骨料经碳化处理后得到的抑制碱-骨料反应的碳化再生骨料。
背景技术
再生混凝土是以破碎的废弃混凝土作为再生骨料，部分或者全部取代天然骨料而形成的一种绿色混凝土。再生骨料的使用不仅能够避免废弃混凝土随意堆放和天然骨料过度开采所带来的生态破坏，还能有效地回收和利用废弃资源，因而具有非常重要的生态、经济和社会意义。然而再生骨料表面附着旧水泥浆体的多孔性和高吸水率降低了再生骨料混凝土的力学性能和耐久性能。当掺入高于40%的再生骨料时，再生混凝土的力学性能和耐久性能显著降低。去除表面附着浆体和强化表面附着浆体是改善再生骨料物理性能，提高再生骨料混凝土力学性能和耐久性能的有效措施。但机械粉磨和高温去除再生骨料表面附着浆体能耗较大，聚合物乳液和火山灰浆液强化再生骨料附着浆体对溶液浓度和浸泡时间要求较高。二氧化碳处理改善再生骨料物理性能是基于二氧化碳可与附着浆体中水化产物氢氧化钙和C-S-H凝胶反应形成碳酸钙和硅胶填充于浆体孔隙中，能提高再生混凝土力学性能和耐久性能。因此二氧化碳强化再生骨料被认为是一种最经济有效的强化处理方法。
碱-骨料反应是限制其耐久性的主要问题之一，它是指当水泥中的碱性氧化物含量较高时，会与骨料中活性二氧化硅发生反应，在骨料表面生成碱-硅酸凝胶，碱-硅酸凝胶吸水后会肿胀，进而引起混凝土的膨胀和开裂，严重时可引起混凝土结构的溃散。因此碱-骨料反应被视为混凝土的“癌症”，其引起的工程问题引起业界的广泛重视。再生混凝土因其表附着浆体中主要含有氢氧化钙，加大了再生混凝土中碱含量，从而加剧了再生混凝土碱-骨料反应。再生骨料表面附着浆体数量随粒径降低而增大，因此再生细骨料碱-骨料反应高于再生粗骨料。现有技术中，掺加粉煤灰和矿粉等辅助性胶凝材料可有效降低碱-骨料反应，这是基于这些辅助性胶凝材料中活性二氧化硅能与氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶，能有效改善碱-骨料反应。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种不同于现有技术的制备工艺简单、成本低的抑制碱-骨料反应的碳化再生骨料的制备方法，所得碳化再生骨料可有效降低碱-骨料反应、减少天然骨料用量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种抑制碱-骨料反应的碳化再生骨料的制备方法，包括以下步骤：
（1）再生骨料的收集：将具有碱活性骨料的再生混凝土破碎、过筛，得到粒径≤4.75微米（μm）的再生骨料；
（2）碳化处理：将步骤（1）所得再生骨料置于CO2质量浓度＞10%，相对湿度为50-70%的碳化箱中进行碳化处理，至再生骨料完全碳化为止，得到碳化再生骨料。
碱-骨料反应的抑制：将得到的碳化再生骨料100% 取代天然的碱活性骨料，按照碱-骨料反应膨胀测试方法成型试件，测量其碱-骨料反应的膨胀值，表明本发明得到的是有效降低碱-骨料反应的再生骨料。
本发明制备方法的原理为：CO2与硬化水泥浆体细粉中的主要水化产物氢氧化钙[Ca(OH) 2]和水化硅酸钙（C-S-H）发生反应，生成硅胶和碳酸钙，生成的硅胶特性与硅灰相似，有效降低了骨料中活性二氧化硅含量，从而有效降低碱骨料反应。
本发明的优点：
再生混凝土骨料表面的附着水泥浆体在空气中很容易被碳化，具体来说是空气中的CO2很容易与附着水泥浆体中的主要水化产物Ca(OH) 2和C-S-H发生如下反应：
Ca(OH)2+CO2→ CaCO3+H2O (1)
C-S-H + CO2→ CaCO3+ SiO2•H2O (2)
本发明中，二氧化碳强化再生骨料形成的硅胶可以与氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶，二氧化碳强化处理再生骨料可以有效抑制再生混凝土的碱-骨料反应。
而采用温室气体CO2处理再生骨料正是利用了这些碳化反应，实现了工业废气的有效利用和有效地抑制再生混凝土中的碱-骨料反应。本发明再生骨料制备工艺简单，可有效替代天然骨料。
本发明再生骨料经碳化处理后得到碳化再生骨料，用碳化再生骨料100% 取代天然的碱活性骨料，可有效抑制碱-骨料反应进行。本发明在实现再生骨料有效利用的基础上，进一步提升了再生骨料的利用价值，对实现混凝土的可持续发展具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例1步骤（1）所得干燥再生骨料和步骤（2）所得碳化再生骨料的红外光谱图；
图2是本发明实施例1步骤（1）所得干燥再生骨料和步骤（2）所得碳化再生骨料的热重分析图；
图3是本发明实施例1中天然碱活性骨料、步骤（1）所得未碳化再生骨料和步骤（2）所得碳化再生骨料的砂浆试件的膨胀曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的原料具有碱活性骨料的再生混凝土为抗压强度30MPa的浇筑养护28d后的混凝土。所用天然碱活性骨料为经多次实验验证的碱活性骨料-湘江卵石，按照ASTM C1260标准进行破碎筛分至ASTM C1260规定的级配。
本实施例之抑制碱-骨料反应的碳化再生骨料的制备方法，包括以下步骤：
（1）再生骨料的收集：将具有碱活性骨料的再生混凝土破碎、过筛，得到粒径≤4.75微米的再生骨料；取少许样品进行红外光谱分析和热重分析（所得结果如图1和图2所示）。
（2）碳化处理：将步骤（1）所得再生骨料置于CO2浓度为20%、相对湿度60±5%的碳化箱中进行碳化处理。在再生骨料碳化7天后，取少量再生骨料，然后在上面喷洒质量浓度1%的酚酞溶液，这时再生骨料过一会就变成红色。碳化14天后，再次取少量再生骨料，然后在上面喷洒质量浓度1%的酚酞溶液，此时再生骨料基本上不变色，这说明再生骨料基本碳化完全，得碳化再生骨料。取少许完全碳化的再生骨料进行红外光谱分析和热重分析（所得结果如图1和图2所示）。对比图1和图2中碳化前后再生骨料的红外光谱图和热重数据，结果显示碳化再生骨料里主要含有硅胶和碳酸钙。碳化前的再生骨料主要含C-S-H凝胶和氢氧化钙。
碱-骨料反应的抑制：按照ASTM C1260进行碱-骨料反应试验，骨料分别是天然碱活性骨料、步骤（1）所得未碳化再生骨料和步骤（2）所得碳化再生骨料。其相应的编号分别为NAC、RAC和CRAC。测得的碱-骨料反应膨胀值如图3所示。图3中试验结果显示，与天然碱活性骨料相比，掺入未碳化的再生骨料加剧了碱-骨料反应的膨胀值，而掺入碳化再生骨料则有效降低了碱-骨料反应的膨胀值。

Claims (3)

1.一种抑制碱-骨料反应的碳化再生骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）再生骨料的收集：将具有碱活性骨料的再生混凝土破碎、过筛，得到粒径≤4.75微米的再生骨料；
（2）碳化处理：将步骤（1）所得再生骨料置于CO2质量浓度＞10%，相对湿度为50-70%的碳化箱中进行碳化处理，至再生骨料完全碳化为止，得到碳化再生骨料。
2.根据权利要求1所述的碳化再生骨料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，CO2质量浓度为20%。
3.根据权利要求1或2所述的碳化再生骨料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，相对湿度为60±5%。
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