CN110342881A - 一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的制备方法，该再生混凝土是由原料水泥、再生粗骨料、细骨料、水、纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂、减水剂制备得到，所述的水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂：聚羧酸减水剂的质量比为1∶(2.46～2.86)∶(1.10～1.50)∶(0.45～0.65)∶(0.010～0.025)∶(0.02～0.06)∶(0.025～0.065)∶(0.009～0.012)，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶1.9～2.3。本发明改善了再生混凝土的力学性能和物理性能，显著提高了再生混凝土的延性和韧性，并一定程度提高了再生混凝土的抗压强度，得到一种新型建筑材料，从而使其能在建筑领域得到更广泛的应用。
Description
技术领域
本发明属于新型建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土及其制备方法。
背景技术
城市现代化建设的发展在给人们带来诸多便利的同时也带来了许多困扰。我国每年产生的建筑废弃物高达几十亿吨，但目前对建筑废弃物的处理方式主要以露天堆放或简单填埋为主，综合利用率不到5％，这不仅占用了许多土地资源，也对自然环境产生了严重的污染和威胁。将建筑废弃物转变为再生骨料可以节约土地资源并减少对环境的污染，同时也符合低碳经济发展的要求，具有较高的经济效益和社会效益。但是与普通混凝土相比，利用再生骨料制成的再生混凝土具有较大的孔隙比，较高的吸水率和收缩率，较差的抗冻性和耐久性，以及较低的强度，这在一定程度上限制了混凝土的推广和应用。
同时，随着橡胶工业的不断发展。废旧轮胎的数量日益剧增，由于橡胶难以自然降解，而露天堆放、填埋、焚烧等处理方式不仅会占用大量土地资源，还会破坏自然生态环境。为了科学合理地处理废旧橡胶，有学者将废橡胶掺入再生混凝土中，改善了再生混凝土的部分力学性能，使其具有轻质、减震、降噪、隔音等优点，目前已在道路铺设，减震隔震结构等方面得到应用。但是橡胶再生混凝土的强度较低，使其难以得到更广泛的应用。
纳米材料是指粒径介于1～100nm的粒子，纳米二氧化硅能与橡胶大分子发生键合作用，提高橡胶的拉伸强度，撕裂强度等性能，对橡胶具有补强作用。此外，纳米二氧化硅具有微粒性和高活性，能够对水泥硬化浆体中的微孔起到填充效应，有效改善孔隙率和孔隙结构，提高再生混凝土的强度和耐久性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土。
本发明的另一目的在于提供上述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的制备方法。该方法能够降低纳米二氧化硅的亲水性，减少纳米二氧化硅的团聚现象，使纳米二氧化硅能与橡胶大分子形成键合作用，提高橡胶的拉伸强度和撕裂强度，同时也能让纳米二氧化硅均匀地分布到再生混凝土之中，纳米二氧化硅能够填充再生混凝土中的微小裂缝和孔隙，提高再生混凝土的抗压强度，操作简单，实用性强。
本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：
一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土是由原料水泥、再生粗骨料、细骨料、水、纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂、减水剂制备得到，所述的水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶(2.46～2.86)∶(1.10～1.50)∶(0.45～0.65)∶(0.010～0.025)∶(0.02～0.06)∶(0.025～0.065)∶(0.009～0.012)，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶1.9～2.3。
优选地，所述水泥为42.5R硅酸盐水泥。
优选地，所述的细骨料为连续级配的普通河砂，所述的细骨料的粒径为1～5mm。
优选地，所述的再生骨料为连续级配的再生骨料，所述的再生骨料的粒径为1～20mm。
优选地，所述的纳米二氧化硅的粒径为15nm±5nm，所述纳米二氧化硅的含量≥99％。
优选地，所述的橡胶粉的粒径为420μm，密度为1.04kg/m3。
优选地，所述的硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰胺)丙基三甲氧基硅烷，密度为1.05kg/m3，所述硅烷偶联剂含量≥99％。
优选地，所述聚羧酸减水剂的减水率为25～40％。
上述的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的制备方法，包括如下具体步骤：
S1.将纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂、外加剂混合成混合液A，利用高速搅拌棒搅拌均匀后静置；
S2.将混合液A置于温度为125℃的烘箱内加热，使外加剂蒸发后得到混合物B；
S3.将水和聚羧酸减水剂混合后人工搅拌均匀，再加入上述混合物B，利用高速搅拌棒进行高速搅拌，使混合物B完全分散，得到混合液C；
S4.将混合液C和再生粗骨料一起倒入混凝土搅拌机中搅拌均匀，得到混合物D；
S5.将水泥和细骨料加入到混合物D中进行搅拌，搅拌均匀后，倒出成型后即为纳米二氧化硅橡胶再生混凝土。
优选地，步骤S1中所述高速搅拌的时间为120～180秒；所述静置的时间为1～1.5小时；所述的外加剂为水、无水乙醇和冰乙酸三者的混合液，其中水∶无水乙醇∶冰乙酸的体积比为1∶0.33∶0.04。
优选地，步骤S2中所述加热的时间为1.5～2.5小时。
优选地，步骤S3中所述人工搅拌的时间为60～120秒，高速搅拌的时间为120～180秒。
优选地，步骤S4中所述搅拌的时间为60～120秒。
优选地，步骤S5中所述搅拌的时间为120～180秒。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.与普通的再生混凝土相比，本发明的方法制备的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的抗压强度相当，但韧性和延性显著提高，使其能在建筑工程中得到更为广泛的应用，具有广泛的市场前景。
2.本发明根据纳米二氧化硅的亲水性特点，在现有的纳米二氧化硅改性基础上，利用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性，使其不易与水发生团聚，从而对纳米二氧化硅进行最大化利用。
3.本发明根据橡胶再生混凝土强度低的特点，在现有橡胶再生混凝土制造方法的基础上，利用纳米二氧化硅与橡胶大分子形成键合作用来改善橡胶再生混凝土的力学性能和物理性能。
4.本发明根据再生骨料孔隙率高的特点，在现有再生混凝土制造方法的基础上，利用纳米二氧化硅来改善再生混凝土的力学性能和物理性能。
5.本发明提出的制备方法具有操作简单，实用性强，纳米二氧化硅以及橡胶颗粒分散均匀，混凝土流动性好的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
本发明在实施例中采用从广州水泥厂采购水泥的石井牌42.5R硅酸盐水泥；再生粗骨料为连续级配的再生粗骨料，粒径为1-20mm，采用连续级配的普通河砂，最大粒径为5mm；纳米二氧化硅为亲水型，采购于上海麦克林生化科技有限公司，粒径为15nm±5nm；硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰胺)丙基三甲氧基硅烷，采购于东莞市康锦新材料科技有限公司；减水剂为聚羧酸高效减水剂，采购于广州中正力恒新材料有限公司。
实施例1
1.制备：
(1)按比例称出各组分的质量，各组分质量比是水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶2.46∶1.10∶0.45∶0.010∶0.02∶0.025∶0.009，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶2.22。
(2)将纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂、外加剂混合，利用高速搅拌棒搅拌120秒后静置1.5小时，得到四者的混合液。
(3)将(2)中混合液置于温度为125℃的烘箱内加热2小时，得到纳米二氧化硅、橡胶粉和硅烷偶联剂三者的混合物。
(4)将大部分水(70％-80％)和全部聚羧酸减水剂混合后人工搅拌60秒，再加入(3)中的混合物，利用高速搅拌棒进行高速搅拌120秒，使混合物完全分散，得到三者的混合液；
(5)将再生粗骨料倒入混凝土搅拌机内，并将(4)中的混合液以及剩余的水冲洗装混合液的容器后全部一起加入到搅拌机中，搅拌60秒后加入水泥和细骨料继续搅拌180秒，搅拌均匀得到再生混凝土混合物，倒出成型后即为纳米二氧化硅橡胶再生混凝土。
2.性能测试：经测试本实施例制备的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的坍落度为128mm，28天的强度达到56.2Mpa，工作性良好。
实施例2
1.制备：
(1)按比例称出各组分的质量，各组分质量比是水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶2.46∶1.10∶0.45∶0.015∶0.02∶0.025∶0.009，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶2.22。
(2)将纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂、外加剂混合，利用高速搅拌棒搅拌120秒后静置1.5小时，得到四者的混合液。
(3)将(2)中混合液置于温度为125℃的烘箱内加热2小时，得到纳米二氧化硅、橡胶粉和硅烷偶联剂三者的混合物。
(4)将大部分水(70％-80％)和全部聚羧酸减水剂混合后人工搅拌60秒，再加入(3)中的混合物，利用高速搅拌棒进行高速搅拌120秒，使混合物完全分散，得到三者的混合液；
(5)将再生粗骨料倒入混凝土搅拌机内，并将(4)中的混合液以及剩余的水冲洗装混合液的容器后全部一起加入到搅拌机中，搅拌60秒后加入水泥和细骨料继续搅拌180秒，搅拌均匀得到再生混凝土混合物，倒出成型后即为纳米二氧化硅橡胶再生混凝土。
2.性能测试：经测试本实施例制备的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的坍落度为75mm，28天的强度达到58.1Mpa，工作性良好。
实施例3
1.制备：
(1)按比例称出各组分的质量，各组分质量比是水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶2.46∶1.10∶0.45∶0.020∶0.02∶0.025∶0.009，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶2.22。
(2)将纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂、外加剂混合，利用高速搅拌棒搅拌120秒后静置1.5小时，得到四者的混合液。
(3)将(2)中混合液置于温度为125℃的烘箱内加热2小时，得到纳米二氧化硅、橡胶粉和硅烷偶联剂三者的混合物。
(4)将大部分水(70％-80％)和全部聚羧酸减水剂混合后人工搅拌60秒，再加入(3)中的混合物，利用高速搅拌棒进行高速搅拌120秒，使混合物完全分散，得到三者的混合液；
(5)将再生粗骨料倒入混凝土搅拌机内，并将(4)中的混合液以及剩余的水冲洗装混合液的容器后全部一起加入到搅拌机中，搅拌60秒后加入水泥和细骨料继续搅拌180秒，搅拌均匀得到再生混凝土混合物，倒出成型后即为纳米二氧化硅橡胶再生混凝土。
2.性能测试：经测试本实施例制备的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的坍落度为55mm，28天的强度达到58.8Mpa，工作性良好。
实施例4
一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土，是由原料水泥、再生粗骨料、细骨料、水、纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂和减水剂制备得到。其中各组分质量比是水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶2.46∶1.10∶0.45∶0.025∶0.02∶0.025∶0.009，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶2.22。经测试本实施例制备的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的坍落度为30mm，28天的强度达到57.4Mpa，工作性良好。
实施例5
一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土，是由原料水泥、再生粗骨料、细骨料、水、纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂和减水剂制备得到。其中各组分质量比是水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶2.46∶1.10∶0.45∶0.020∶0.04∶0.025∶0.009，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶2.22。经测试本实施例制备的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的坍落度为43mm，28天的强度达到57.3Mpa，工作性良好。
实施例6
一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土，是由原料水泥、再生粗骨料、细骨料、水、纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂和减水剂制备得到。其中各组分质量比是水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶2.46∶1.10∶0.45∶0.020∶0.06∶0.025∶0.009，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶2.22。经测试本实施例制备的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的坍落度为20mm，28天的强度达到54.4Mpa，工作性良好。
实施例7
一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土，是由原料水泥、再生粗骨料、细骨料、水、纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂和减水剂制备得到。其中各组分质量比是水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶2.46∶1.10∶0.45∶0.015∶0.04∶0.025∶0.009，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶2.22。
实施例8
一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土，是由原料水泥、再生粗骨料、细骨料、水、纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂和减水剂制备得到。其中各组分质量比是水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶2.46∶1.10∶0.45∶0.015∶0.06∶0.025∶0.009，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶2.22。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米二氧化硅橡胶再生混凝土，其特征在于，该再生混凝土是由原料水泥、再生粗骨料、细骨料、水、纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂、减水剂制备得到，所述的水泥∶再生粗骨料∶细骨料∶水∶纳米二氧化硅∶橡胶粉∶硅烷偶联剂∶聚羧酸减水剂的质量比为1∶(2.46～2.86)∶(1.10～1.50)∶(0.45～0.65)∶(0.010～0.025)∶(0.02～0.06)∶(0.025～0.065)∶(0.009～0.012)，所述纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的水灰比为1∶1.9～2.3。
2.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土，其特征在于，所述水泥为42.5R硅酸盐水泥；所述的细骨料为连续级配的普通河砂，所述的细骨料的粒径为1～5mm；所述的再生骨料为连续级配的再生骨料，所述的再生骨料的粒径为1～20mm。
3.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土，其特征在于，所述的纳米二氧化硅的粒径为15nm±5nm，所述纳米二氧化硅的含量≥99％；所述的橡胶粉的粒径为420μm，密度为1.04kg/m3。
4.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰胺)丙基三甲氧基硅烷，密度为1.05kg/m3，所述硅烷偶联剂含量≥99％；所述聚羧酸减水剂的减水率为25～40％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的纳米二氧化硅橡胶再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1.将纳米二氧化硅、橡胶粉、硅烷偶联剂、外加剂混合成混合液A，利用高速搅拌棒搅拌均匀后静置；
S2.将混合液A置于温度为125℃的烘箱内加热，使外加剂蒸发后得到混合物B；
S3.将水和聚羧酸减水剂混合后人工搅拌均匀，再加入上述混合物B，利用高速搅拌棒进行高速搅拌，使混合物B完全分散，得到混合液C；
S4.将混合液C和再生粗骨料一起倒入混凝土搅拌机中搅拌均匀，得到混合物D；
S5.将水泥和细骨料加入到混合物D中进行搅拌，搅拌均匀后，倒出成型后即为纳米二氧化硅橡胶再生混凝土。
6.根据权利要求5所述的纳米二氧化硅再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述高速搅拌的时间为120～180秒；所述静置的时间为1～1.5小时；所述的外加剂为水、无水乙醇和冰乙酸三者的混合液，其中水∶无水乙醇∶冰乙酸的体积比为1∶0.33∶0.04。
7.根据权利要求5所述的纳米二氧化硅再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述加热的时间为1.5～2.5小时。
8.根据权利要求5所述的纳米二氧化硅再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述人工搅拌的时间为60～120秒，高速搅拌的时间为120～180秒。
9.根据权利要求5所述的纳米二氧化硅再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述搅拌的时间为60～120秒。
10.根据权利要求5所述的纳米二氧化硅再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述搅拌的时间为120～180秒。
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