CN108863214A - 一种适用于特性材料拦阻系统的泡沫再生混凝土的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于特性材料拦阻系统的泡沫再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：1）取泡沫剂水溶液进行搅拌后制成泡沫；2）取胶凝材料搅拌混合均匀，获得干料；3）将步骤1）中获得的泡沫加入步骤2）的干料中进行搅拌均匀，同时加入溶剂，得到均匀浆体；4）依次将纤维、再生细骨料加入步骤3）中获得的均匀浆体中进行搅拌后，即得所需泡沫再生混凝土。本发明提供的一种适用于特性材料拦阻系统的泡沫再生混凝土的制备方法，有效解决了EMAS混凝土重建时间长，资源浪费以及环境污染问题，非常值得在实际工作中推广应用。

Description

一种适用于特性材料拦阻系统的泡沫再生混凝土的制备方法

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，涉及一种再生混凝土的制备方法，涉及一种适用于特性材料拦阻系统(EMAS)的泡沫再生混凝土的制备方法。

背景技术

特性材料拦阻系统(Engineered Material Arresting System，EMAS)应用在机场跑道安全区(Runway End Safety Area,RESA)中，用于阻止飞机冲出跑道造成人员伤亡和经济损失。其工作原理是，将具有特定力学性能的混凝土铺设在正常飞机跑道的延长线上，形成拦阻床。事故飞机冲出正常跑道，进入拦阻床，在机轮的碾压下，通过混凝土的不断破碎吸收飞机的动能，在保证飞机和机上人员安全的前提下，让飞机逐渐减速并停止在拦阻床内。

目前EMAS中的普通泡沫混凝土在发挥作用并破坏后很难做到短时间内重建恢复，并且产生了大量废弃混凝土，处理不当，将会造成资源浪费及严重的环境污染。将这类废弃混凝土加工成再生原料用于制备再生混凝土，是一种有效的资源化利用方式，同时其低强度特性也与EMAS对特性材料的需求相吻合，有必要进行进一步深入的研究与探讨。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于特性材料拦阻系统的泡沫再生混凝土的制备方法，利用建筑固废再生原料(再生细骨料、再生粉体)制备符合EMAS 特性材料要求的泡沫再生混凝土，用于解决现有技术中EMAS混凝土重建时间长、资源浪费以及环境污染的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种适用于特性材料拦阻系统的泡沫再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)取泡沫剂水溶液进行搅拌后制成泡沫；

2)取胶凝材料搅拌混合均匀，获得干料；

3)将步骤1)中获得的泡沫加入步骤2)的干料中进行搅拌均匀，同时加入溶剂，得到均匀浆体；

4)依次将纤维、再生细骨料加入步骤3)中获得的均匀浆体中进行搅拌后，即得所需泡沫再生混凝土。

优选地，步骤1)中，所述泡沫剂水溶液按重量份计，包括以下组分：

拌合水 100份；

发泡剂 1-3份；

稳泡剂 0.5-1.5份。

更优选地，步骤1)中，所述泡沫剂水溶液按重量份计，包括以下组分：

拌合水 100份；

发泡剂 2份；

稳泡剂 1份。

更优选地，所述发泡剂为植物蛋白发泡剂。所述发泡剂能够降低液体表面张力，产生大量气泡，且在混凝土浆体中保持较高稳定性，是用于生产轻质多孔材料的混凝土外加剂。

进一步优选地，所述植物蛋白发泡剂为GS-1复合植物蛋白阴离子表面活性剂。所述GS-1 复合植物蛋白阴离子表面活性剂的密度为1.01kg/L，稀释倍数为50倍，发泡倍数为20倍。

更优选地，所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素(HPMC)。所述羟丙基甲基纤维素(HPMC) 的CAS号为9004-65-3。所述稳泡剂能提高泡沫稳定性且延长泡沫半衰期。

优选地，步骤1)中，所述搅拌的时间为100-400s。更优选地，所述搅拌的时间为120-300s。

优选地，步骤1)中，所述搅拌的速度为1000-1400r/min。更优选地，所述搅拌的速度为 1200r/min。

优选地，步骤1)中，所述搅拌后制成泡沫的发泡时间为110-130s。更优选地，所述搅拌后制成泡沫的发泡时间为120s。所述泡沫在制成时，应注意避免出现过大的泡沫，并且发泡要足够充分，否则容易出现泌水等问题。

优选地，步骤2)中，所述凝胶材料包括有水泥和再生粉体。

更优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥。所述普通硅酸盐水泥是在硅酸盐水泥熟料中加入6～20％的混合材料、适量石膏磨细制成的水泥。所述普通硅酸盐水泥因为所掺入混合材料较少，其成分与硅酸盐水泥比较接近，所以两者的性能也比较接近，在一定的条件下可以替换，普通硅酸盐水泥的适用范围更广泛。

更优选地，所述水泥的强度等级为42.5级。

更优选地，所述再生粉体为废弃混凝土破碎筛分所得粉体。所述废弃混凝土为制造EMAS 的泡沫混凝土破坏后产生的废弃混凝土，所述泡沫混凝土为普通泡沫混凝土或由废弃混凝土制备获得的泡沫再生混凝土。

更优选地，所述再生粉体的粒径＜160μm。

更优选地，所述凝胶材料中，所述水泥与再生粉体加入的质量之比为80:20-90:10。

进一步优选地，所述凝胶材料中，所述水泥与再生粉体加入的质量之比为90:10。

优选地，步骤1)、2)、3)或4)中，所述搅拌使用的搅拌设备为常规使用的搅拌机，可从市场上购买获得。具体来说，所述搅拌使用的搅拌设备为JJ-5水泥胶砂搅拌机。

优选地，步骤2)、3)或4)中，所述搅拌的速度为140±5r/min。

优选地，步骤2)中，所述搅拌的时间为55-65s。更优选地，所述搅拌的时间为60s。

优选地，步骤3)中，所述搅拌的时间为160-200s。更优选地，所述搅拌的时间为180s。

优选地，步骤3)中，所述溶剂选自水或稳泡剂中的一种或两种混合。

更优选地，所述溶剂为水和稳泡剂的混合物，所述水与稳泡剂加入的质量之比为50:1-60:1。进一步优选地，所述水与稳泡剂加入的质量之比为54:1。

更优选地，所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素(HPMC)。

优选地，步骤3)中，所述泡沫与干料加入的质量之比为1:2.6-1:2.8。

更优选地，所述泡沫与干料加入的质量之比为1:2.7。

优选地，步骤3)中，所述溶剂与干料加入的质量之比为1:4-1:6。更优选地，所述溶剂与干料加入的质量之比为1:5。

优选地，步骤4)中，所述纤维为聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol Fiber，PVA)。

优选地，步骤4)中，所述纤维要提前分散。所述提前分散为徒手将纤维撕成絮状，至无明显团聚为止。

优选地，步骤4)中，所述再生细骨料为废弃混凝土经破碎筛分所得砂。所述废弃混凝土为制造EMAS的泡沫混凝土破坏后产生的废弃混凝土，所述泡沫混凝土为普通泡沫混凝土或由废弃混凝土制备获得的泡沫再生混凝土。

优选地，步骤4)中，所述再生细骨料的粒径为0.16-1.70mm。

优选地，步骤4)中，所述再生细骨料的规格为中粒径砂，细度模数控制在2.3-3.0。

优选地，步骤4)中，所述搅拌的时间为160-200s。更优选地，所述搅拌的时间为180s。

优选地，步骤4)中，所述纤维与均匀浆体加入的质量之比为1:400-1:600。

优选地，步骤4)中，所述再生细骨料与均匀浆体加入的质量之比为1:2.5-1:2.7。

优选地，本发明中的用水为自来水。

本发明第二方面提供一种泡沫再生混凝土，由上述制备方法制备获得。

优选地，所述泡沫再生混凝土的强度为0.42～0.55MPa。所述泡沫再生混凝土为低强度再生混凝土材料。所述泡沫再生混凝土的力学性能符合《特性材料拦阻系统》(MH/T5111-2015) 的规定。

本发明第三方面提供一种泡沫再生混凝土在特性材料拦阻系统(EMAS)中的用途。

如上所述，本发明提供的一种适用于特性材料拦阻系统的泡沫再生混凝土的制备方法，给出了适宜的配合比以及发泡剂、稳泡剂、再生粉体、再生细骨料的掺量，还提出了合理的发泡时间、搅拌速度以及成型方式，从而使制备的再生混凝土的力学性能符合行业标准《特性材料拦阻系统》(MH/T 5111-2015)对于特性材料的要求。本发明提供的一种适用于特性材料拦阻系统的泡沫再生混凝土的制备方法，利用泡沫再生混凝土强度低的特点，将这些废弃混凝土加工为再生细骨料及再生粉体，制备适用于EMAS中的低强度泡沫再生混凝土，既能资源化利用建筑固废，又能更快恢复跑道正常功能的效果，实现循环利用，达到降低成本、节约资源、保护环境的目的，有利于EMAS的推广和使用，并有效缓解了建筑固废的污染，是建筑固废资源化的一种创新举措，非常值得在实际工作中推广应用。

附图说明

图1显示为本发明中泡沫再生混凝土应用于EMAS中的耗能模型的结构示意图。

图2显示为本发明中泡沫再生混凝土应力-压溃度及能量吸收效率曲线图。

图3显示为标准MH5111-2015中的混凝土应力-压溃度及能量吸收效率曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指相对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下实施例中使用的原材料如下：

1、原材料

1.1水泥：P.O42.5普通硅酸盐水泥。

1.2再生粉体：废弃混凝土破碎筛分所得产物，粒径＜160μm。

1.3再生细骨料：废弃混凝土破碎筛分所得砂，规格为中粒径砂，细度模数控制在2.3-3.0，粒径为0.16-1.70mm。

1.4拌合水：自来水。

1.5发泡剂：复合植物蛋白阴离子表面活性剂GS-1。

1.6稳泡剂：羟丙基甲基纤维素(HPMC)

1.7纤维：聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol Fiber，PVA)

实施例1

取泡沫剂水溶液，泡沫剂水溶液中拌合水100.0g、GS-1复合植物蛋白阴离子表面活性剂 2.0g、羟丙基甲基纤维素1.0g，通过拌合水使植物蛋白发泡剂稀释50倍，采用JJ-5水泥胶砂搅拌机进行搅拌300s，搅拌速度为1200r/min，充分发泡120s，制成泡沫样品1#。在制成泡沫样品1#时，应注意避免出现过大的泡沫，并且发泡要足够充分，否则容易出现泌水等问题。

分别取水泥247.5g、再生粉体27.5g，加入JJ-5水泥胶砂搅拌机中搅拌混合均匀，获得干料样品1#。其中，水泥为普通硅酸盐水泥，再生粉体为废弃混凝土破碎筛分所得粉体，再生粉体的粒径＜160μm。搅拌时间为60s，搅拌速率为140±5r/min。

将102g泡沫样品1#加入到275g干料样品1#中进行搅拌均匀，同时另取水54g、稳泡剂 1.0g配成溶剂加入，得到均匀浆体样品1#。其中，稳泡剂为羟丙基甲基纤维素。搅拌时间为 180s，搅拌速率为140±5r/min。

依次将提前分散的聚乙烯醇纤维1.0g和再生细骨料165g加入到432g均匀浆体样品1# 中，慢搅至均匀混合，体系稳定，即得所需泡沫再生混凝土样品1#。在慢搅过程中，用勺子不时取出少量浆体，检验浆体混合情况，并用量杯大致测量密度；当混合均匀、流动性适宜、密度合适时，停止搅拌，浇模。其中，再生细骨料为废弃混凝土破碎筛分所得砂，规格为中粒径砂，细度模数控制在2.3-3.0，粒径为0.16-1.70mm。搅拌时间为180s，搅拌速率为140 ±5r/min。

制备获得的泡沫再生混凝土样品1#，用于制备在机场跑道安全区上的特性材料拦阻系统，其具体结构见图1。

实施例2

采用实施例1中泡沫再生混凝土样品1#制备的特性材料拦阻系统被破坏后产生的废弃混凝土，作为原料待用。

取泡沫剂水溶液，泡沫剂水溶液中拌合水100.0g、GS-1复合植物蛋白阴离子表面活性剂 2.0g、羟丙基甲基纤维素1.0g，通过拌合水使植物蛋白发泡剂稀释50倍，采用JJ-5水泥胶砂搅拌机进行搅拌120s，搅拌速度为1200r/min，充分发泡120s，制成泡沫样品2#。在制成泡沫样品2#时，应注意避免出现过大的泡沫，并且发泡要足够充分，否则容易出现泌水等问题。

分别取水泥247.5g、再生粉体27.5g，加入JJ-5水泥胶砂搅拌机中搅拌混合均匀，获得干料样品2#。其中，水泥为普通硅酸盐水泥。再生粉体为实施例1中制备获得泡沫再生混凝土样品1#破碎筛分后获得粉体，再生粉体的粒径＜160μm。搅拌时间为60s，搅拌速率为140 ±5r/min。

将102g泡沫样品2#加入到275g干料样品2#中进行搅拌均匀，同时另取水54g、稳泡剂 1.0g配成溶剂加入，得到均匀浆体样品2#。其中，稳泡剂为羟丙基甲基纤维素。搅拌时间为 180s，搅拌速率为140±5r/min。

依次将提前分散的聚乙烯醇纤维1.0g和再生细骨料165g加入到432g均匀浆体样品2# 中，慢搅至均匀混合，体系稳定，即得所需泡沫再生混凝土样品2#。在慢搅过程中，用勺子不时取出少量浆体，检验浆体混合情况，并用量杯大致测量密度；当混合均匀、流动性适宜、密度合适时，停止搅拌，浇模。其中，再生细骨料为实施例1中制备获得泡沫再生混凝土样品1#破碎筛分后获得砂，规格为中粒径砂，细度模数控制在2.3-3.0，粒径为0.16-1.70mm。混凝土搅拌机的搅拌时间为180s，搅拌速率为140±5r/min。

制备获得的泡沫再生混凝土样品2#，用于制备在机场跑道安全区上的特性材料拦阻系统，其具体结构见图1。

实施例3

将实施例1中获得泡沫再生混凝土样品1#、实施例2中获得泡沫再生混凝土样品2#，分别用于在机场跑道安全区上的特性材料拦阻系统的重建，得到性能十分接近且符合规范要求的特性材料，其性能数据见图2。按照行业标准《特性材料拦阻系统》(MH/T 5111-2015)所获得的特性材料的规范要求见图3。由图2、3可知，本发明中制备的泡沫再生混凝土作为特性材料，能够满足行业标准中规定的各项要求，其性能十分接近且符合规范要求。

而且通过实施例2可知，本发明利用的EMAS被破坏后的废料，是可重复使用的再生废料，其经破碎筛分研磨的资源化过程能够重复获得再生粉体与再生细骨料，可多次再生、循环利用，避免了额外的材料采购和运输，降低制备成本，同时可以缩短EMAS系统的重建时间，减少环境污染以及机场的资源浪费问题。

综上所述，本发明提供的一种适用于特性材料拦阻系统的低强度再生混凝土的制备方法，有效解决了EMAS混凝土重建时间长，资源浪费以及环境污染问题，非常值得在实际工作中推广应用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种泡沫再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)取泡沫剂水溶液进行搅拌后制成泡沫；

2)取胶凝材料搅拌混合均匀，获得干料；

3)将步骤1)中获得的泡沫加入步骤2)的干料中进行搅拌均匀，同时加入溶剂，得到均匀浆体；

4)依次将纤维、再生细骨料加入步骤3)中获得的均匀浆体中进行搅拌后，即得所需泡沫再生混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述泡沫剂水溶液按重量份计，包括以下组分：

拌合水 100份；

发泡剂 1-3份；

稳泡剂 0.5-1.5份。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中包括以下条件中任一项或多项：

A1)所述发泡剂为植物蛋白发泡剂；

A2)所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素；

A3)所述搅拌的时间为100-400s；

A4)所述搅拌的速度为1000-1400r/min；

A5)所述搅拌后制成泡沫的发泡时间为110-130s。

4.根据权利要求1所述的一种泡沫再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述凝胶材料包括有水泥和再生粉体。

5.根据权利要求4所述的一种泡沫再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述凝胶材料包括以下条件中任一项或多项：

B1)所述水泥为普通硅酸盐水泥；

B2)所述再生粉体为废弃混凝土破碎筛分所得粉体；

B3)所述凝胶材料中，所述水泥与再生粉体加入的质量之比为80:20-90:10。

6.根据权利要求1所述的一种泡沫再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述搅拌的时间为55-65s。

7.根据权利要求1所述的一种泡沫再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中包括以下条件中任一项或多项：

C1)所述搅拌的时间为160-200s；

C2)所述溶剂选自水或稳泡剂中的一种或两种混合；

C3)所述泡沫与干料加入的质量之比为1:2.6-1:2.8；

C4)所述溶剂与干料加入的质量之比为1:4-1:6。

8.根据权利要求1所述的一种泡沫再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中包括以下条件中任一项或多项：

D1)所述纤维为聚乙烯醇纤维；

D2)所述再生细骨料为废弃混凝土经破碎筛分所得砂；

D3)所述搅拌的时间为160-200s；

D4)所述纤维与均匀浆体加入的质量之比为1:400-1:600；

D5)所述再生细骨料与均匀浆体加入的质量之比为1:2.5-1:2.7。

9.一种泡沫再生混凝土，根据权利要求1-8任一所述的制备方法制备获得。

10.根据权利要求9所述的一种泡沫再生混凝土在特性材料拦阻系统中的用途。