CN110041028A - 一种利用建筑垃圾的再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用建筑垃圾的再生混凝土及其制备方法，属于建筑材料混凝土技术领域，由包含以下重量份的原料制成：240～260份的水泥、30～45份的再生微粉、55～70份的活性掺合料、65～90份的矿物掺合料、1010～1130份的粗骨料、730～770份的细骨料、8～15份的外加剂和160～170份的水。本发明具有实现了对建筑垃圾的资源化利用、有利于减少建筑垃圾对环境的污染，制得的再生混凝土有良好的力学性能的效果。

Description

一种利用建筑垃圾的再生混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种利用建筑垃圾的再生混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是现代工程结构中最大宗的建筑材料之一，随着我国经济建设的快速发展和基础设施建设的不断完善，对混凝土的消耗量也急剧增加。混凝土是由胶凝材料和骨料胶结成整体的工程复合材料，每年通过混凝土消耗的天然骨料超过20亿吨，对骨料资源的大量开采易引起耕地破坏、山林遭毁和资源匮乏等问题。目前，为了减少开采天然砂石料对环境的破坏以及开采耗能，对废弃混凝土等建筑垃圾进行再生利用是一种很好的方式，既能减少处理废弃混凝土的费用，又能节约有限的矿产资源。

对于废弃混凝土等建筑垃圾的再生利用，主要是将建筑固体废弃物分离后进行除杂和破碎加工，根据破碎后的材料粒径不同，将加工后的材料筛分为再生粗骨料、再生细骨料，在破碎加工和筛分过程中，利用吸尘设备等收集的粒径小于0.16mm的材料，可作为再生微粉部分替代水泥，同时可以减少对环境的污染。但与水泥相比，再生微粉质地疏松，内部孔隙较多，在用再生微粉替代水泥时，吸水量大，制备胶砂的抗压强度和抗折强度降低。

现有技术中，公告号为CN107954656A的专利申请公开了一种具有超高延性的再生微粉混凝土及其制备方法，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。该混凝土中采用了废弃混凝土制备的再生微粉，制备得到的混凝土具有良好的延性，但混凝土的抗压强度低，难以满足多数建筑工程对混凝土的强度需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种利用建筑垃圾的再生混凝土，其具有实现了对建筑垃圾的资源化利用、有利于减少建筑垃圾对环境的污染，制得的再生混凝土有良好的力学性能的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种利用建筑垃圾的再生混凝土的制备方法，其具有步骤简单、工艺条件易于控制、制得的再生混凝土质量稳定的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种利用建筑垃圾的再生混凝土，由包含以下重量份的原料制成：240～260份的水泥、30～45份的再生微粉、55～70份的活性掺合料、65～90份的矿物掺合料、1010～1130份的粗骨料、730～770份的细骨料、8～15份的外加剂和160～170份的水。

所述活性掺合料包括玻璃粉、纳米二氧化硅和凹凸棒土中的至少一种。

所述矿物掺合料包括粉煤灰、硅灰、高炉矿渣、钢渣粉中的至少一种。

所述外加剂包括聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠和硼砂中的至少两种。

通过采用上述技术方案，以水泥和再生微粉作为胶凝材料，以活性掺合料和矿物掺合料作为辅助胶凝材料，与粗集料、细集料、外加剂和水共同组成再生混凝土。再生微粉是利用拆除混凝土建筑得到的废弃混凝土，经过破碎、筛分和粉磨后得到的粒径小于0.16mm的粉料，其主要化学成分与普通硅酸盐水泥相近，但再生微粉中二氧化硅的含量较高，故再生微粉发生水化反应生产凝胶产物的能力比普通水泥要差。向再生混凝土配方中加入活性掺合料后，玻璃粉、纳米二氧化硅或凹凸棒土能够与再生微粉配合，以提高再生微粉的活性。再生微粉与活性掺合料、矿物掺合料复配，能够部分取代水泥，减少水泥的消耗量，并克服再生微粉取代水泥导致的混凝土强度降低、需水量增大等问题。本发明提供了利用再生微粉取代水泥制备再生混凝土的技术方案，有利于实现对建筑垃圾的充分利用，同时，有利于降低再生微粉这种较小粉尘颗粒漂浮于大气中造成严重的大气污染、加重城市的雾霾现象的几率。

本发明进一步设置为，所述玻璃粉为颗粒粒径小于0.15mm的粉末。

通过采用上述技术方案，玻璃的化学组成主要为二氧化硅、氧化钙、三氧化二铝和氧化钠，将废弃玻璃粉末粉磨至粒径小于0.15mm时，有利于避免后期发生碱-硅酸反应，也有利于提高水泥浆体微观结构的致密性。

本发明进一步设置为，所述玻璃粉的颗粒粒径分布在4～80μm之间的颗粒占玻璃粉总质量的70％以上。

通过采用上述技术方案，玻璃粉的粉末颗粒越细，其火山灰活性越高，采用大部分粒径分布在4～80μm之间的玻璃粉颗粒，有利于提高与再生微粉的配合效果。

本发明进一步设置为，所述活性掺合料为50～60份的玻璃粉和5～10份的凹凸棒土。

通过采用上述技术方案，凹凸棒土是以水合镁铝硅酸盐为主要组分的一种粘土矿物，凹凸棒土的掺入有利于促进水泥水化过程，改善其强度和抗渗性能，与玻璃粉、再生微粉配合，有利于提高再生微粉的活性，改善再生混凝土的强度。

本发明进一步设置为，所述外加剂为聚羧酸减水剂和硼砂，所述聚羧酸减水剂与硼砂的质量比为1:2。

通过采用上述技术方案，硼砂与聚羧酸减水剂配合，有利于抑制水泥与再生微粉的初期水化速率，延长凝结时间，进而有利于提高其工作性能。

本发明进一步设置为，所述矿物掺合料为50～70份的粉煤灰和15～20份的高炉矿渣。

通过采用上述技术方案，高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣，属于硅酸盐质材料，其自身具有较高的活性，有利于提高后期强度，且颗粒硬度很高，对其他胶凝材料起微球磨效应，与水泥、再生微粉等材料配合，有利于改善再生混凝土的力学性能。

本发明进一步设置为，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，所述粉煤灰的45μm筛余不大于30％。

通过采用上述技术方案，粉煤灰是煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，主要成分为多种氧化物，因其具有活性二氧化硅和活性三氧化二铝，能够在碱性环境下发生水化作用，作为矿物掺合料，能够与水泥配合辅助胶凝。

本发明进一步设置为，由包含以下重量份的原料制成：250～260份的水泥、30～40份的再生微粉、50～60份的玻璃粉、5～10份的凹凸棒土、50～70份的粉煤灰、15～20份的高炉矿渣、1050～1100份的粗骨料、740～760份的细骨料、3～5份的聚羧酸减水剂、5～10份的硼砂和160～170份的水。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种利用建筑垃圾的再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：

按照重量份配方称取各原料，将水泥、再生微粉、活性掺合料、矿物掺合料、粗骨料和细骨料混合，混合均匀后加入水和外加剂，搅拌50～80s后，即得。

通过采用上述技术方案，先将固体物料混合，有利于提高各物料混合的均匀度，然后将混合后的固体物料与水、外加剂混合，这样更易得到混合均匀的混凝土拌合物。

本发明进一步设置为，所述再生微粉由废弃混凝土经过破碎、筛分和球磨机研磨后得到，所述再生微粉在球磨机研磨前先与矿物掺和料中的高炉矿渣混合，研磨15～25min后，在680～720℃下煅烧0.5～1h，即得。

通过采用上述技术方案，再生微粉在制备过程中，先与高炉矿渣混合，再进行研磨，高炉矿渣可作为再生微粉的分散和助磨助剂，有利于提高再生微粉的均匀、一致性，改善再生微粉的颗粒级配和活性。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

一、通过利用建筑垃圾中的再生微粉部分取代水泥，有利于减少水泥的用量，同时减少细小粉末颗粒造成的大气污染，并通过在再生混凝土配方中添加活性掺合料及矿物掺合料，使再生混凝土在消耗较少水泥的情况下依然保持良好的力学性能。

二、通过水泥、再生微粉与玻璃粉、凹凸棒土以及粉煤灰、高炉矿渣多种成分配合，有利于改善胶凝材料的活性以及再生混凝土的力学性能。

三、在制备再生微粉时，先将再生微粉与高炉矿渣混合，利用高炉矿渣提高再生微粉的活性和颗粒均匀性，有利于提高再生微粉与其他胶凝材料、辅助胶凝材料的配合效果。

具体实施方式

下面对本发明实施例的技术方案进行描述，实施例中未注明具体者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明实施例中采用的水泥为P.O45.5R，粗骨料为5～31.5mm连续粒级级配的骨料，细骨料为2区机制砂，高炉矿渣采用S95级矿渣，没有特别说明的情况下，粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰，且粉煤灰的45μm筛余不大于30％，玻璃粉采用通过0.15mm筛的玻璃粉末，且玻璃粉中超过70％的颗粒粒径分布在4～80μm之间。

实施例

实施例1

本实施例提供一种利用建筑垃圾的再生混凝土，再生混凝土中的组分配方如表1所示，其制备方法包括以下步骤：按照表1中的组分用量称取各原料，将水泥、再生微粉及高炉矿渣、玻璃粉、凹凸棒土、粉煤灰、粗骨料和细骨料混合，搅拌10s后加入水、聚羧酸减水剂和硼砂，搅拌80s后，即得。

其中，再生微粉由废弃混凝土经过破碎、筛分和球磨机研磨后得到，在制备再生微粉时，向筛分后的粉末颗粒中加入高炉矿渣，将粉末颗粒与高炉矿渣共同用球磨机粉磨15min，然后将粉磨后的产物置于682±2℃的温度下煅烧1h，得到再生微粉及高炉矿渣。

实施例2

本实施例与实施例1的区别主要在于：本实施例的再生混凝土组分配方如表1所示，其制备过程中，按照表1中的组分用量称取各原料后，将水泥、再生微粉、玻璃粉、凹凸棒土、粉煤灰、高炉矿渣、粗骨料和细骨料混合，搅拌20s后加入水、聚羧酸减水剂和硼砂，搅拌50s后，即得。

其中，再生微粉由废弃混凝土直接经过破碎、筛分和球磨机研磨后得到。

实施例3

本实施例与实施例1的区别主要在于：本实施例的再生混凝土组分配方如表1所示，其制备过程中，按照表1中的组分用量称取各原料，将水泥、再生微粉及高炉矿渣、玻璃粉、凹凸棒土、粉煤灰、粗骨料和细骨料混合，搅拌15s后加入水、聚羧酸减水剂和硼砂，搅拌60s后，即得。

实施例4-5

实施例4-5与实施例3的区别主要在于：实施例4-5的再生混凝土组分配方如表1所示(表1中各成分的用量单位为kg)。

表1实施例1-5的再生混凝土组分配方

成分	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四	实施例五
						水泥	48	50	51	52	49
再生微粉	6	8	7.2	9	7
						玻璃粉	12	10	11	/	11.2
凹凸棒土	2	1	1.4	/	1.6
						纳米二氧化硅	/	/	/	5	/
粉煤灰	10	12	10	14	/
						高炉矿渣	4	3	3.6	3.8	3.2
硅灰	/	/	/	/	10
						粗骨料	202	210	214	220	226
细骨料	148	146	150	152	154
						聚羧酸减水剂	1	0.6	0.8	1	0.8
硼砂	2	1	1.6	1	1.4
						水	32	34	32.8	33	33.6

实施例6

本实施例与实施例3的区别主要在于：本实施例采用的矿物掺合料中，用3kg的钢渣粉代替3.6kg的高炉矿渣。

实施例7

本实施例与实施例3的区别主要在于：本实施例采用的外加剂中，用0.8kg的柠檬酸钠代替1.6kg的硼砂。

实施例8

本实施例与实施例3的区别主要在于：本实施例采用的外加剂中，用1kg的葡萄糖酸钠代替1.6kg的硼砂，且聚羧酸减水剂的用量为1kg。

对比例

对比例1

本对比例与实施例1的区别主要在于：本对比例的再生混凝土原料配方中不包括玻璃粉和凹凸棒土，再生混凝土中不添加活性掺合料。

对比例2

本对比例与实施例1的区别主要在于：本对比例的再生混凝土原料配方中的外加剂，仅采用聚羧酸减水剂，不添加葡萄糖酸钠、柠檬酸钠和硼砂中的任意一种。

性能检测试验

根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)的国家标准对各实施例和对比例制得的再生混凝土拌合物进行检测，检测其坍落度和扩展度，检测结果如表2所示。

表2各实施例和对比例再生混凝土拌合物的检测结果

组别	坍落度/mm	扩展度/mm
			实施例1	205	480
实施例2	200	470
			实施例3	205	490
实施例4	175	420
			实施例5	200	460
实施例6	195	450
			实施例7	160	380
实施例8	170	400
			对比例1	145	360
对比例2	150	370

由表2可见，各实施例制得的再生混凝土拌合物的坍落度和扩展度均大于各对比例制得的再生混凝土拌合物，证明各实施例制得的再生混凝土拌合物流动性优于各对比例，即实施例中添加活性掺合料的技术方案有利于改善再生混凝土拌合物的流动性，添加外加剂时，聚羧酸减水剂与硼砂、葡萄糖酸钠或柠檬酸钠复配的效果也优于聚羧酸减水剂单用的效果。

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)对各实施例和对比例制得的再生混凝土(混凝土拌合物经脱模、养护后的成品)进行检测，检测其抗压强度，检测结果如表3所示。

表3各实施例和对比例的再生混凝土力学性能检测结果

由表3可见，各实施例制得的的再生混凝土的力学性能明显优于各对比例的再生混凝土，进一步验证了活性掺合料与其他成分的复配效果以及聚羧酸减水剂与其他外加剂的复配效果。同时，实施例1和实施例3的力学性能优于其他实施例，证明外加剂采用聚羧酸减水剂和硼砂，且聚羧酸减水剂与硼砂的质量比为1:2时，具有更好的复配效果。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用建筑垃圾的再生混凝土，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成：240～260份的水泥、30～45份的再生微粉、55～70份的活性掺合料、65～90份的矿物掺合料、1010～1130份的粗骨料、730～770份的细骨料、8～15份的外加剂和160～170份的水；

所述活性掺合料包括玻璃粉、纳米二氧化硅和凹凸棒土中的至少一种；

所述矿物掺合料包括粉煤灰、硅灰、高炉矿渣、钢渣粉中的至少一种；

所述外加剂包括聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠和硼砂中的至少两种。

2.根据权利要求1所述的一种利用建筑垃圾的再生混凝土，其特征在于，所述玻璃粉为颗粒粒径小于0.15mm的粉末。

3.根据权利要求2所述的一种利用建筑垃圾的再生混凝土，其特征在于，所述玻璃粉的颗粒粒径分布在4～80μm之间的颗粒占玻璃粉总质量的70%以上。

4.根据权利要求3所述的一种利用建筑垃圾的再生混凝土，其特征在于，所述活性掺合料为50～60份的玻璃粉和5～10份的凹凸棒土。

5.根据权利要求1所述的一种利用建筑垃圾的再生混凝土，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸减水剂和硼砂，所述聚羧酸减水剂与硼砂的质量比为1:2。

6.根据权利要求1所述的一种利用建筑垃圾的再生混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料为50～70份的粉煤灰和15～20份的高炉矿渣。

7.根据权利要求6所述的一种利用建筑垃圾的再生混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，所述粉煤灰的45μm筛余不大于30%。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种利用建筑垃圾的再生混凝土，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成：250～260份的水泥、30～40份的再生微粉、50～60份的玻璃粉、5～10份的凹凸棒土、50～70份的粉煤灰、15～20份的高炉矿渣、1050～1100份的粗骨料、740～760份的细骨料、3～5份的聚羧酸减水剂、5～10份的硼砂和160～170份的水。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的一种利用建筑垃圾的再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照重量份配方称取各原料，将水泥、再生微粉、活性掺合料、矿物掺合料、粗骨料和细骨料混合，混合均匀后加入水和外加剂，搅拌50～80s后，即得。

10.根据权利要求9所述的一种利用建筑垃圾的再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述再生微粉由废弃混凝土经过破碎、筛分和球磨机研磨后得到，所述再生微粉在球磨机研磨前先与矿物掺和料中的高炉矿渣混合，研磨15～25min后，在680～720℃下煅烧0.5～1h，即得。