CN109516707A - 一种抑制碱-骨料反应的再生骨料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种抑制碱‑骨料反应的再生骨料的制备方法，按照以下步骤制成：（1）再生骨料的收集：将再生混凝土破碎过筛配制混凝土所需尺寸的再生骨料；（2）硅灰浆料制备：按照5:1到15：1的水固质量比将硅灰溶于水中,配制出硅灰浆料；（3）真空吸入硅灰浆料再生骨料的制备：将收集制备好的再生骨料和硅灰浆料一同置于负压的真空容器内6‑18小时，保证硅灰浆料充分吸入再生骨料附着浆体中；（4）吸入硅灰的再生骨料的干燥：将经过真空吸入硅灰浆料处理后的再生骨料进行干燥，从而得到有效抑制碱活性的再生骨料。本发明工艺简单，成本低，同时可实现对具有碱活性的再生骨料的高效利用，减缓环境压力。

Description

一种抑制碱-骨料反应的再生骨料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种抑制碱-骨料反应的硅灰浆料强化处理后的再生骨料，具体涉及一种再生骨料经真空吸入硅灰浆料处理后得到的抑制碱-骨料反应的再生骨料。
背景技术
混凝土是当今世界上使用最大宗的建筑材料，提高混凝土耐久性对混凝土材料的可持续发展和利用具有重要的经济和环保意义。混凝土的碱-骨料反应是限制其耐久性的主要问题之一，从本质上讲，碱骨料反应是水泥所析出的氢氧化钾或氢氧化钠等碱性物质与活性骨料中亚稳态的二氧化硅之间的反应，这种反应会在骨料周围生成一种高吸水率的硅酸盐凝胶，该凝胶吸水产生膨胀，对混凝土基体施加一个拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时便会产生裂缝，裂缝的发展使得更多的溶液进入体系，这将进一步造成凝胶的膨胀直至结构破坏。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。
随着城市化的发展，混凝土作为水、砂子、卵石和碎石等天然资源的最大消费者，正以每年约80亿吨的速度消耗天然骨料。与此同时，又有部分已建成的建筑物因结构损伤而不能满足其使用要求和使用期限的临近而被拆除，这些拆除的建筑物产生了大量的废弃混凝土，仅在上海一座城市每年产生的废弃混凝土就高达800万吨，在全球每年产生的废弃混凝土数量则更为庞大。由于土地资源使用的紧张，针对废弃混凝土的传统掩埋处理法已经很难再继续进行下去，因此，将废弃混凝土经过处理加工成再生混凝土骨料并加以资源化利用是解决城市废弃建筑垃圾堆放问题，实现建筑工业可持续发展的必由之路，并且可以有效解决天然骨料资源缺乏的问题。此举不仅可以为新拌混凝土提供原材料，而且还可以缓解建筑垃圾堆积所引起的环境问题。
再生混凝土骨料是将废弃的原生混凝土经过破碎、筛分、清洗、分级并按一定比例混合后得到的，与天然骨料相比，再生骨料周围包裹着来自原始混凝土浆体的附着砂浆，且该附着砂浆成分比较复杂，包含了水泥石中的天然砂、水泥石碎屑、天然粗骨料在破碎过程中产生的石屑和泥土以及各种杂质，附着砂浆的多孔性和高吸水率降低了再生骨料混凝土力学性能和耐久性，主要是由于再生骨料在破碎过程中存在微裂缝，颗粒中包含砂浆和水泥浆，与天然骨料相比，具有孔隙率高、吸水率大、强度等级低等缺点，加之再生骨料表面粗糙，多棱角，增加了与拌合物之间的摩擦阻力，使得用再生骨料制作的混凝土工作性较差。此外，再生骨料的使用使界面变得更加复杂，结构耐久性会更多地受到再生骨料本身性能的影响。针对再生骨料的使用，不少研究都指出再生骨料附着砂浆的存在是导致用其制造的混凝土耐久性降低的最主要因素，因此，去除再生骨料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，水玻璃及聚合物乳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，酸溶液浸泡处理又易对原生骨料造成损伤。如果再生骨料是碱活性的，制备的再生混凝土还会发生碱-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，提供一种可有效抑制再生骨料的碱-骨料反应、减少天然骨料用量、制备工艺简单、成本低的抑制碱-骨料反应的再生骨料的制备方法。
本发明之抑制碱-骨料反应的再生骨料的制备方法包括以下步骤：
（1）再生骨料的收集：将再生混凝土破碎过筛，得再生骨料，再生骨料的粒径小于30mm；
（2）硅灰浆料制备：按照5-15：1的水固质量比将硅灰溶于水中，配制出硅灰浆料；
（3）硅灰浆料真空吸入再生骨料：将步骤（1）所得再生骨料和步骤（2）所得硅灰浆料一同置于负压的真空容器内6-18小时，保证硅灰浆料充分吸入再生骨料的附着浆体中，得吸入硅灰的再生骨料；
步骤（3）中，真空容器负压保持在0.08-0.1MPa之间；
（4）吸入硅灰的再生骨料的过滤和干燥：将步骤（3）所得吸入硅灰的再生骨料过滤、干燥，得抑制碱-骨料反应的再生骨料。
碱-骨料反应的抑制测试：用所得抑制碱-骨料反应的再生骨料100% 取代天然碱活性骨料，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。
本发明制备方法的原理为：硅灰颗粒具有较高的火山灰活性，真空吸入硅灰能与附着浆体中的水化产物中的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，对再生骨料表面的附着砂浆起到了强化作用，进而降低体系中的碱含量，同时少量硅灰附着在再生骨料表面，与新水泥浆中水化产物中氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，双重作用下将对混凝土碱-骨料反应有更佳的改善效果。
研究表明，掺加硅灰可以有效抑制或减少碱-骨料反应。
硅灰是一种具有高火山灰活性的工业副产品，主要由非晶态的二氧化硅组成，通过硅灰处理再生骨料，可以既不降低再生骨料混凝土早期强度又能改善其抗碱-骨料反应膨胀方面的性能。虽然外掺硅灰的方法对于碱骨料反应有一定的改善效果，但是在使用时有困难，除非使用高效减水剂，否则需增加混凝土用水量。然而将硅灰按一定水固比配制成浆料，再真空吸入再生骨料，可使硅灰更充分地包裹于再生骨料周围，对附着砂浆的强化作用更加显著，从而抑制再生骨料碱-骨料反应的效果更佳。相较于直接外掺硅灰的做法，真空吸入硅灰浆体对混凝土流动性的干扰更弱且吸入效果明显，与常压下硅灰浆料浸泡处理再生骨料的方法相比，能大大缩短处理时间。
本发明的优点
本发明使用简易的真空装置及硅灰浆体真空吸入处理再生骨料，该真空装置可以提供最大至0.1MPa的负压，相较于常压处理条件，真空吸入可以提高再生骨料硅灰浆料吸入量，缩短处理时间。吸入的硅灰能降低再生骨料的孔隙率和吸水率，同时，硅灰能与再生骨料附着中的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，降体系的碱度，为碱骨料反应的抑制提供可行性，同时少量硅灰附着在再生骨料表面，与新水泥浆中水化产物中氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，双重作用下将对混凝土碱-骨料反应有更佳的改善效果。处理后剩余的硅灰浆料可重复利用，更节省原料。此外，相较于直接外掺硅灰的方法，形成浆料后真空吸入于再生骨料的硅灰在体系中的分散性更好，且该真空装置结构简单，安装维护方便，通用性强，可替代硅灰浆料常压浸泡处理再生骨料的方法，本发明再生骨料处理工艺简单，可有效处理和利用再生骨料。
附图说明
图1是实施例1中未处理的再生骨料和硅灰浆料真空吸入处理后的再生骨料的碱-骨料反应膨胀值图。
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
本实施例再生骨料来源于抗压强度为30MPa的浇筑养护28d后的再生混凝土。所用碱活性骨料为经多次实验验证为碱活性骨料的湘江卵石，按照ASTM C1567标准将进行破碎筛分至规定的级配。
步骤（3）中，按照ASTM C1567碱-骨料反应膨胀测试方法用制备出的再生骨料成型试件，未经处理和真空吸入硅灰浆料的再生骨料的粒径分布均是4.75-2.36 mm、2.36-1.18mm、1.18-0.6mm、0.6-0.3 mm和0.3-0.15mm，其质量占比分别为10%、25%、25%、25%和15%。以下实施例同。
用硅灰浆料真空吸入处理后的再生混凝土骨料制成的可有效抑制混凝土碱-骨料反应的辅助性胶凝材料，按照以下步骤制成：
（1）再生骨料的收集：将抗压强度为30MPa的浇筑养护28d后的再生混凝土破碎过筛，得粒径≤4.75mm的再生骨料；
（2）硅灰浆料制备：按照10：1的水固质量比将硅灰溶于水中，配制出硅灰浆料；
（3）硅灰浆料真空吸入再生骨料：将步骤（1）所得再生骨料和步骤（2）所得硅灰浆料一同置于负压的真空容器内6小时，保证硅灰浆料充分吸附于再生骨料的附着浆体中，得吸入硅灰的再生骨料；
（4）吸入硅灰的再生骨料的过滤和干燥：将步骤（3）所得吸入硅灰的再生骨料过滤、干燥，得抑制碱-骨料反应的再生骨料。
碱-骨料反应的抑制测试：按照ASTM C1567进行碱-骨料反应试验，骨料分别是未处理的再生骨料和本发明硅灰浆料真空吸入处理后的再生骨料。其相应的编号分别为RCA和SF-RCA。测得的碱-骨料反应膨胀值如图1所示。图中试验结果显示，未处理的再生骨料14天的碱-骨料反应膨胀值超出了0.1%的限值规定，而硅灰浆料真空吸入处理后的再生骨料则大大降低碱-骨料反应的膨胀值，其28天的碱-骨料反应膨胀值都没有超出0.1%的限值规定。
实施例2
本实施例再生骨料来源于抗压强度为30MPa的浇筑养护28d后的再生混凝土。所用碱活性骨料为经多次实验验证为碱活性骨料的湘江卵石，按照ASTM C1567标准将进行破碎筛分至规定的级配。
用硅灰浆料真空吸入处理后的再生混凝土骨料制成的可有效抑制混凝土碱-骨料反应的辅助性胶凝材料，按照以下步骤制成：
（1）再生骨料的收集：将抗压强度为30MPa的浇筑养护28d后的再生混凝土破碎过筛，得粒径≤4.75mm的再生骨料；
（2）硅灰浆料制备：按照10：1的水固质量比将硅灰溶于水中，配制出硅灰浆料；
（3）硅灰浆料真空吸入再生骨料：将步骤（1）所得再生骨料和步骤（2）所得硅灰浆料一同置于负压的真空容器内18小时，保证硅灰浆料充分吸附于再生骨料的附着浆体中，得吸入硅灰的再生骨料；
步骤（3）中，真空容器负压为0.09MPa；
（4）吸入硅灰的再生骨料的过滤和干燥：将步骤（3）所得吸入硅灰的再生骨料过滤，于烘箱中干燥12小时，得抑制碱-骨料反应的再生骨料。
碱-骨料反应的抑制测试：按照ASTM C1567进行碱-骨料反应试验，骨料分别是未处理的再生骨料和本发明硅灰浆料真空吸入处理后的再生骨料。测得的碱-骨料反应膨胀值，未处理的再生骨料14天的碱-骨料反应膨胀值超出了0.1%的限值规定，而硅灰浆料真空吸入处理后的再生骨料则大大降低碱-骨料反应的膨胀值，其28天的碱-骨料反应膨胀值都没有超出0.1%的限值规定。

Claims (2)

1.一种抑制碱-骨料反应的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：将再生混凝土破碎过筛，得再生骨料，再生骨料的粒径小于30mm；
（2）硅灰浆料制备：按照5:1-15:1的水固质量比将硅灰溶于水中，配制出硅灰浆料；
（3）硅灰浆料真空吸入再生骨料：将步骤（1）所得再生骨料和步骤（2）所得硅灰浆料一同置于负压的真空容器内6-18小时，保证硅灰浆料充分吸入再生骨料的附着浆体中，得吸入硅灰的再生骨料；
（4）吸入硅灰的再生骨料的过滤和干燥：将步骤（3）所得吸入硅灰的再生骨料过滤、干燥，得抑制碱-骨料反应的再生骨料。
2.根据权利要求1所述的抑制碱-骨料反应的再生骨料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，真空容器负压保持在0.08-0.1MPa之间。
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