CN110436837A - 一种可再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可再生混凝土及其制备方法，涉及混凝土技术领域。其技术要点是：一种可再生混凝土，其原料的成分及配合比如下：水泥320‑340kg/m3；粉煤灰55‑65kg/m3；碎石600‑800kg/m3；河砂710‑730kg/m3；聚羧酸高性能减水剂5‑5.5kg/m3；改性再生骨料150‑250kg/m3；水170‑180kg/m3；所述改性再生骨料的改性方法包括以下步骤：机械活化、酸化处理、填充处理、包覆处理。本发明的可再生混凝土具有抗压强度高、抗渗性能好、节能环保的优点。

Description

一种可再生混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种可再生混凝土及其制备方法。
背景技术
要实现人类的可持续发展，建筑节能已经成为社会发展的重要环节，在增进人体健康、提高舒适性的条件下，有效利用能源，合理使用资源，减少温室气体排放，保护人类生存环境，已日益成为各国建筑界的共同行动准则。能源是关于人类前途命运攸关的全球性问题，21世纪全世界的建筑节能事业，肩负着重大的历史使命，必须全面推进建筑节能，从全方位、多学科、综合而又交叉地研究和解决这一系列经济、技术与社会问题。新型的水泥混凝土不断涌现，如智能混凝土、钢纤维混凝土、自密实免振捣混凝土、再生骨料混凝土、活性粉末混凝土以及透光混凝土等相继出现。
在公开号为CN107010896A的中国发明专利中公开了一种掺加短切玄武岩纤维和再生粗骨料的再生混凝土，由下述重量份的原料制成：水100～300份，普通硅酸盐水泥300～500份，中砂500～700份，天然碎石500～650份，再生粗骨料500～650份，粉煤灰30～50份，减水剂1～5份和短切玄武岩纤维1～6份。
上述专利中的再生粗骨料与天然骨料相比：再生粗骨料表面包裹有已硬化的水泥浆，故再生粗骨料与新旧砂浆之间存在的粘接较为薄弱，再生粗骨料吸水率大，其用水量有所增加，再生粗骨料的强度交底，压碎值较大，而且初始损伤还二次破坏损伤使得再生粗骨料内部存在大量微裂缝，因此其抗压强度比普通混凝土低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种可再生混凝土，其具有抗压强度高、节能环保的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种可再生混凝土，其原料的成分及配合比如下：
水泥320-340kg/m3；
粉煤灰55-65kg/m3；
碎石600-800kg/m3；
河砂710-730kg/m3；
聚羧酸高性能减水剂5-5.5kg/m3；
改性再生骨料150-250kg/m3；
水170-180kg/m3；
所述改性再生骨料的改性方法包括以下步骤：
机械活化，将废弃混凝土破碎为混凝土颗粒，投入到振动筛中振动处理，去除混凝土颗粒表面的旧砂浆和棱角，得到预处理混凝土颗粒；
酸化处理，将预处理混凝土颗粒投入酸的水溶液中浸泡，所述酸能与氢氧化钙反应生成难溶于水的钙盐沉淀，将水溶液和钙盐沉淀除去，混凝土颗粒用水清洗后风干，得到酸化混凝土颗粒；
填充处理，将纳米填料加入到混凝土冲洗泥浆中，再加入酸化混凝土颗粒，搅拌均匀，浸泡，捞出后晾干，得到填充混凝土颗粒；
包覆处理，将环氧树脂和热固性酚醛树脂混合得到混合树脂，将填充混凝土颗粒投入到混合树脂中浸泡，捞出后晾干固化，得到改性再生骨料。
通过采用上述技术方案，振动筛在振动时，一方面可以使混凝土颗粒相互碰撞，去除混凝土颗粒表面的旧砂浆和棱角，另一方面可以去除砂浆粉末和小颗粒；酸化处理中，混凝土颗粒表面的硬化水泥浆被溶解在溶液中，酸能与硬化水泥浆中的氢氧化钙反应生成难溶于水的钙盐沉淀，从而得到高品质改性再生骨料，降低了再生骨料的吸水率，对再生混凝土界面过度区进行强化，酸化处理消除了再生骨料的碱性，并吸附了大量氢离子，中和混凝土中水泥在水化过程中生成的氢氧根离子，降低碱骨料反应的影响。
填充处理中，混凝土冲洗泥浆是指冲洗混凝土搅拌机、泵车等产生的泥浆，纳米填料和混凝土冲洗泥浆中的水泥能够进入酸化混凝土颗粒的缝隙中，增强骨料的结构强度，减小再生骨料孔隙率。
热固性酚醛树脂中的羟甲基与环氧树脂中的羟基及环氧基反应，热固性酚醛树脂中的酚羟基与环氧基起开环醚化反应，因此，热固性酚醛树脂能把环氧树脂从线型变成体型，环氧树脂也能将热固性酚醛树脂从线型变成体型，从而形成网状立体聚合物，把再生骨料包络在网状体之中，提高骨料之间的粘接力，提高混凝土的抗压强度，还可以增强混凝土的抗渗性能。
本发明可以回收利用废弃混凝土以及混凝土冲洗泥浆，节能环保。
进一步优选为，所述的酸选自草酸、碳酸、磷酸中的任意一种。
通过采用上述技术方案，草酸钙、碳酸钙、磷酸钙均不溶于水，成本低且容易获得。
进一步优选为，所述酸的水溶液中酸的质量浓度为30-50g/L，预处理混凝土颗粒与酸的水溶液的体积比为1：(3-5)。
通过采用上述技术方案，使得酸能够与混凝土颗粒表面的硬化水泥浆充分接触并反应。
进一步优选为，所述填充处理步骤中的纳米填料为纳米陶瓷粉、纳米云母粉、纳米蒙脱土中的任意一种。
通过采用上述技术方案，上述纳米填料不会与混凝土的其他成分反应，容易进入再生骨料的缝隙中，起到补强的作用，增强骨料的结构强度，减小再生骨料孔隙率。
进一步优选为，所述填充处理步骤中原始的混凝土冲洗泥浆的固含量为20-30％，混凝土冲洗泥浆中添加的纳米填料的固含量为5-10％。
通过采用上述技术方案，固含量太高，纳米填料和泥浆不能充分利用，造成浪费，固含量太低，再生骨料的缝隙难以填充完全。
进一步优选为，所述环氧树脂和热固性酚醛树脂的质量比为10：(1-3)。
通过采用上述技术方案，有利于热固性酚醛树脂和环氧树脂反应固化，彼此相辅相成，最终形成相互交联的体型大分子。
进一步优选为，所述碎石的粒径为5-25mm，所述改性再生骨料的粒径为16-31.5mm。
通过采用上述技术方案，碎石、改性再生骨料和河砂的粒径不同，可以相互配合，降低混凝土的空隙，增强混凝土抗压强度。
本发明的目的二在于提供一种再生混凝土的制备方法，制备的再生混凝土具有抗压强度高、节能环保的优点为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种如目的一中所述的可再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将碎石、河砂、改性再生骨料混合并搅拌均匀，得到第一混合物；
步骤二，将水、水泥、粉煤灰、聚羧酸高性能减水剂混合并搅拌均匀，得到第二混合物；
步骤三，将第一混合物加入第二混合物中，搅拌均匀，得到可再生混凝土。
通过采用上述技术方案，再生骨料依次经过机械活化、酸化处理和填充处理，增强了抗压强度，并降低了孔隙率，热固性酚醛树脂和环氧树脂把再生骨料包络在网状体之中，提高骨料之间的粘接力，提高混凝土的抗压强度，还可以增强混凝土的抗渗性能。本发明可以回收利用废弃混凝土以及混凝土冲洗泥浆，节能环保。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过对再生骨料进行机械活化、酸化处理、填充处理和包覆处理，增强了其抗压强度，并降低了孔隙率，配合其他组分得到的混凝土抗压强度和抗渗性能显著提升；
(2)本发明在对再生骨料改性时，可以回收利用废弃混凝土以及混凝土冲洗泥浆，节能环保。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种可再生混凝土，其原料的成分及配合比如表1所示，其中，改性再生骨料的改性方法包括以下步骤：
机械活化，将废弃混凝土破碎为混凝土颗粒，投入到振动筛中振动处理，去除混凝土颗粒表面的旧砂浆和棱角，得到预处理混凝土颗粒；
酸化处理，将预处理混凝土颗粒投入酸的水溶液中浸泡，所述的酸是草酸，草酸的质量浓度为30g/L，预处理混凝土颗粒与酸的水溶液的体积比为1：3，所述酸能与氢氧化钙反应生成难溶于水的钙盐沉淀，将水溶液和钙盐沉淀除去，混凝土颗粒用水清洗后风干，得到酸化混凝土颗粒；
填充处理，将纳米填料加入到混凝土冲洗泥浆中，纳米填料是纳米陶瓷粉，原始的混凝土冲洗泥浆的固含量为20％，混凝土冲洗泥浆中添加的纳米填料的固含量为10％，再加入酸化混凝土颗粒，搅拌均匀，浸泡，捞出后晾干，得到填充混凝土颗粒；
包覆处理，将环氧树脂和热固性酚醛树脂混合得到混合树脂，环氧树脂和热固性酚醛树脂的质量比为10：1，将填充混凝土颗粒投入到混合树脂中浸泡，填充混凝土颗粒与混合树脂的体积比为1：2，浸泡过程中需要搅拌使混凝土颗粒包覆完全，捞出后晾干固化，得到改性再生骨料。
碎石的粒径为5-25mm，改性再生骨料的粒径为16-31.5mm。
可再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将碎石、河砂、改性再生骨料混合并搅拌均匀，搅拌时间2min，得到第一混合物；
步骤二，将水、水泥、粉煤灰、聚羧酸高性能减水剂混合并搅拌均匀，搅拌时间5min，得到第二混合物；
步骤三，将第一混合物加入第二混合物中，搅拌均匀，搅拌时间3min，得到可再生混凝土。
实施例2-5：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，其原料的成分及配合比如表1所示。
表1 实施例1-5中原料的成分及其配合比
实施例6：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，所述的酸是碳酸。
实施例7：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，所述的酸是磷酸。
实施例8：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，草酸的质量浓度为40g/L，预处理混凝土颗粒与酸的水溶液的体积比为1：4。
实施例9：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，草酸的质量浓度为50g/L，预处理混凝土颗粒与酸的水溶液的体积比为1：5。
实施例10：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，纳米填料是纳米云母粉。
实施例11：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，纳米填料是纳米蒙脱土。
实施例12：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，原始的混凝土冲洗泥浆的固含量为25％，混凝土冲洗泥浆中添加的纳米填料的固含量为8％。
实施例13：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，原始的混凝土冲洗泥浆的固含量为30％，混凝土冲洗泥浆中添加的纳米填料的固含量为5％。
实施例14：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，环氧树脂和热固性酚醛树脂的质量比为10：2。
实施例15：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，环氧树脂和热固性酚醛树脂的质量比为10：3。
对比例1：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法包括以下步骤：机械活化，将废弃混凝土破碎为混凝土颗粒，投入到振动筛中振动处理，去除混凝土颗粒表面的旧砂浆和棱角，得到改性再生骨料。
对比例2：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法包括以下步骤：酸化处理，将破碎的混凝土颗粒投入酸的水溶液中浸泡，所述的酸是草酸，草酸的质量浓度为30g/L，混凝土颗粒与酸的水溶液的体积比为1：3，所述酸能与氢氧化钙反应生成难溶于水的钙盐沉淀，将水溶液和钙盐沉淀除去，混凝土颗粒用水清洗后风干，得到改性再生骨料。
对比例3：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法包括以下步骤：填充处理，将纳米填料加入到混凝土冲洗泥浆中，纳米填料是纳米陶瓷粉，原始的混凝土冲洗泥浆的固含量为20％，混凝土冲洗泥浆中添加的纳米填料的固含量为10％，再加入破碎的混凝土颗粒，搅拌均匀，浸泡，捞出后晾干，得到改性再生骨料。
对比例4：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法包括以下步骤：包覆处理，将环氧树脂和热固性酚醛树脂混合得到混合树脂，环氧树脂和热固性酚醛树脂的质量比为10：1，将破碎的混凝土颗粒投入到混合树脂中浸泡，混凝土颗粒与混合树脂的体积比为1：2，浸泡过程中需要搅拌使混凝土颗粒包覆完全，捞出后晾干固化，得到改性再生骨料。
对比例5：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括机械活化和酸化处理步骤。
对比例6：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括机械活化和填充处理步骤。
对比例7：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括机械活化和包覆处理步骤。
对比例8：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括酸化处理和填充处理步骤。
对比例9：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括酸化处理和包覆处理步骤。
对比例10：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括填充处理和包覆处理步骤。
对比例11：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括机械活化、酸化处理和填充处理步骤。
对比例12：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括机械活化、酸化处理和包覆处理步骤。
对比例13：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括机械活化、填充处理和包覆处理步骤。
对比例14：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料的改性方法仅包括酸化处理、填充处理和包覆处理步骤。
对比例15：一种可再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性再生骨料替换为普通的未经改性处理的废弃混凝土颗粒。
性能测试试验样品：采用实施例1-15中获得的可再生混凝土作为试验样品1-15，采用对比例1-15中获得的可再生混凝土作为对照样品1-15。
试验方法：依据GB/T17671测试试验样品1-15和对照样品1-15的28天抗压强度，依据GB/T50082-2009按抗渗透高度法测试试验样品1-15和对照样品1-15的渗透高度。
试验结果：试验样品1-15和对照样品1-15的测试结果如表2所示。由表2可知，对照样品1-4与对照样品15相比，在分别进行机械活化、酸化处理、填充处理、包覆处理后，可再生混凝土的抗压强度分别提高了1.3MPa、1.5MPa、1.8MPa、2.0MPa，抗渗高度分别降低了2mm、2mm、3mm、3mm，说明机械活化一方面可以去除混凝土颗粒表面的旧砂浆和棱角，另一方面可以去除砂浆粉末和小颗粒，从而增强混凝土的抗压强度和抗渗性能；酸化处理的酸能与硬化水泥浆中的氢氧化钙反应生成难溶于水的钙盐沉淀，降低了再生骨料的吸水率，从而增强混凝土的抗压强度和抗渗性能；填充处理中的纳米填料和混凝土冲洗泥浆中的水泥能够进入酸化混凝土颗粒的缝隙中，增强骨料的结构强度，减小再生骨料孔隙率，从而增强混凝土的抗压强度和抗渗性能；热固性酚醛树脂与环氧树脂反应形成网状立体聚合物，把再生骨料包络在网状体之中，提高骨料之间的粘接力，提高混凝土的抗压强度和抗渗性能。
对照样品5-10与对照样品1-4、15相比，增幅和减幅是指相对于对照样品15的增加值和减少值，对比例5与对比例1和2的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加0.2MPa，渗透高度降低了1mm；对比例6与对比例1和3的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加0.3MPa，渗透高度降低了1mm；对比例7与对比例1和4的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加0.2MPa，渗透高度降低了1mm；对比例8与对比例2和3的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加0.3MPa，渗透高度降低了2mm；对比例9与对比例2和4的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加0.3MPa，渗透高度降低了2mm；对比例10与对比例3和4的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加0.2MPa，渗透高度降低了2mm；说明改性再生骨料的改性方法中的机械活化、酸化处理、填充处理、包覆处理中的任意两种改性步骤相配合，均可以协同增效。
对比例11与对比例1-3的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加1.1MPa，渗透高度降低了4mm，同理，对比例11与对比例5和6相比，抗压强度增加，渗透高度降低；
对比例12与对比例1-2、4的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加1.1MPa，渗透高度降低了5mm，同理，对比例12与对比例5和7相比，抗压强度增加，渗透高度降低；
对比例13与对比例1、3-4的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加1.2MPa，渗透高度降低了5mm，同理，对比例11与对比例6和7相比，抗压强度增加，渗透高度降低，
对比例14与对比例2-4的增幅或减幅的加和相比，抗压强度增加1.5MPa，渗透高度降低了7mm，同理，对比例11与对比例8和9相比，抗压强度增加，渗透高度降低；说明改性再生骨料的改性方法中的机械活化、酸化处理、填充处理、包覆处理中的任意三种改性步骤相配合，均可以协同增效。
同理，试验样品1与对照样品1-15相比，试验样品1抗压强度的增幅远大于对照样品1-4的增幅的加和，试验样品1渗透高度的减幅远大于对照样品1-4的减幅的加和，进一步说明了改性再生骨料的改性方法中的机械活化、酸化处理、填充处理、包覆处理中四个步骤相互配合，协同增效，显著提升可再生混凝土抗压强度和抗渗性能。
表2 试验样品1-15和对照样品1-15的测试结果
样品编号 抗压强度/MPa 渗透高度/mm
试验样品1 40.0 15.0
试验样品2 40.2 14.0
试验样品3 40.5 15.0
试验样品4 39.8 16.0
试验样品5 40.4 14.0
试验样品6 40.5 15.0
试验样品7 40.6 16.0
试验样品8 39.9 14.0
试验样品9 40.1 15.0
试验样品10 40.0 14.0
试验样品11 40.0 15.0
试验样品12 40.2 15.0
试验样品13 40.6 15.0
试验样品14 40.7 14.0
试验样品15 40.9 14.0
对照样品1 29.3 33.0
对照样品2 29.5 32.5
对照样品3 29.8 32.5
对照样品4 30.0 32.0
对照样品5 31.0 30.0
对照样品6 31.5 29.0
对照样品7 31.5 29.0
对照样品8 31.6 28.0
对照样品9 31.8 28.0
对照样品10 32.0 27.0
对照样品11 33.7 24.0
对照样品12 33.9 23.0
对照样品13 34.3 22.0
对照样品14 34.8 20.0
对照样品15 28.0 35.0
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可再生混凝土，其特征在于，其原料的成分及配合比如下：
水泥320-340kg/m3；
粉煤灰55-65kg/m3；
碎石600-800kg/m3；
河砂710-730kg/m3；
聚羧酸高性能减水剂5-5.5kg/m3；
改性再生骨料150-250kg/m3；
水170-180kg/m3；
所述改性再生骨料的改性方法包括以下步骤：
机械活化，将废弃混凝土破碎为混凝土颗粒，投入到振动筛中振动处理，去除混凝土颗粒表面的旧砂浆和棱角，得到预处理混凝土颗粒；
酸化处理，将预处理混凝土颗粒投入酸的水溶液中浸泡，所述酸能与氢氧化钙反应生成难溶于水的钙盐沉淀，将水溶液和钙盐沉淀除去，混凝土颗粒用水清洗后风干，得到酸化混凝土颗粒；
填充处理，将纳米填料加入到混凝土冲洗泥浆中，再加入酸化混凝土颗粒，搅拌均匀，浸泡，捞出后晾干，得到填充混凝土颗粒；
包覆处理，将环氧树脂和热固性酚醛树脂混合得到混合树脂，将填充混凝土颗粒投入到混合树脂中浸泡，捞出后晾干固化，得到改性再生骨料。
2.根据权利要求1所述的一种可再生混凝土，其特征在于，所述的酸选自草酸、碳酸、磷酸中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种可再生混凝土，其特征在于，所述酸的水溶液中酸的质量浓度为30-50g/L，预处理混凝土颗粒与酸的水溶液的体积比为1：（3-5）。
4.根据权利要求1所述的一种可再生混凝土，其特征在于，所述填充处理步骤中的纳米填料为纳米陶瓷粉、纳米云母粉、纳米蒙脱土中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种可再生混凝土，其特征在于，所述填充处理步骤中原始的混凝土冲洗泥浆的固含量为20-30%，混凝土冲洗泥浆中添加的纳米填料的固含量为5-10%。
6.根据权利要求1所述的一种可再生混凝土，其特征在于，所述环氧树脂和热固性酚醛树脂的质量比为10：（1-3）。
7.根据权利要求1所述的一种可再生混凝土，其特征在于，所述碎石的粒径为5-25mm，所述改性再生骨料的粒径为16-31.5mm。
8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的可再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将碎石、河砂、改性再生骨料混合并搅拌均匀，得到第一混合物；
步骤二，将水、水泥、粉煤灰、聚羧酸高性能减水剂混合并搅拌均匀，得到第二混合物；
步骤三，将第一混合物加入第二混合物中，搅拌均匀，得到可再生混凝土。
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