CN110526610B - 一种高强度再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度再生混凝土及其制备方法,属于再生混凝土的技术领域,其技术方案要点是按重量份计,包括有以下组分:水泥360‑380份、掺合料200‑220份、天然细骨料560‑590份、再生粗骨料950‑980份、减水剂6‑10份、胶粘剂3‑5份、纤维10‑15份和水160‑190份;所述再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理;所述无机改性液包括1‑3wt%纳米硅溶胶和10‑20wt%矿渣微粉浆液;所述有机改性液包括8‑15wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂,达到了提高再生混凝土抗压强度高,降低孔隙率低和耐久性好的效果。

Description

一种高强度再生混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及再生混凝土的技术领域,特别涉及一种高强度再生混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是目前土木工程中最主要的建筑材料,随着城市建设的发展、城镇化进程的加快,以及大量老龄建筑的拆除重建、水泥混凝土路面的改造,产生了越来越巨量的废弃混凝土。而混凝土中的粗骨料占据了很大的比重,若废弃混凝土处理不当,将会造成严重的环境污染和粗骨料资源的巨大浪费。
将废弃混凝土经处理后制成再生粗骨料,再次用于制备新的混凝土,能有效解决废弃混凝土的处理和再生利用的问题。但废混凝土经破碎、筛分后得到再生粗骨料的过程中,再生粗骨料受到撞击和破碎力的作用,使再生粗骨料内部产生大量微裂纹,同时再生粗骨料表面附着老旧水泥砂浆,使其表面粗糙、孔隙较多且多棱角,直接用于制备混凝土会严重影响混凝土的强度,所以亟需对再生骨料进行改性处理,进而增强再生混凝土的强度。
发明内容
针对现有技术不足,本发明的目的一在于:提供一种高强度再生混凝土,以达到提高再生混凝土的抗压强度高的效果。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的:一种高强度再生混凝土,按重量份计,包括有以下组分:水泥360-380份、掺合料200-220份、天然细骨料560-590份、再生粗骨料950-980份、减水剂6-10份、胶粘剂3-5份、纤维10-15份和水160-190份;所述再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理;所述无机改性液包括1-3wt%纳米硅溶胶和10-20wt%矿渣微粉浆液;所述有机改性液包括8-15wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂。
纳米硅溶胶中的纳米级二氧化硅颗粒具有的小尺寸效应,可以填充再生粗骨料中的孔隙和微裂缝,减少孔隙的数量,改善再生粗骨料的密实程度,降低其吸水率。同时,再生粗骨料附着砂浆中的氢氧化钙晶体与纳米二氧化硅颗粒反应,在消耗砂浆表面的针状、片状氢氧化钙晶体同时生成团、絮状C-S-H凝胶,填补了再生粗骨料附着砂浆的疏松孔洞和微裂缝,改善其整体性能和密实度。矿渣微粉浆液包覆在再生粗骨料的微裂缝、孔隙内,发挥了微集料的效应,水化生产的水化产物对再生骨料起到了增加作用,提高了再生粗骨料的致密度和机械强度。纳米硅溶胶和矿渣微粉浆液的配合使用下,对再生骨料内部的微裂缝和孔隙进行填充,还有效改善再生骨料表面附着的老旧砂浆的性能,协同促进了再生粗骨料的改性。
聚乙烯醇溶液的水解产物能够与再生粗骨料表面附着的旧水泥石反应生成一种基质薄膜,由此使得再生粗骨料的吸水率、孔隙率明显降低。硅烷偶联剂改性后的再生骨料表面存在较多硅羟基,当再生骨料再掺入水泥中制备再生混凝土的过程中,水泥水化产物中的钙、铝等离子与硅羟基脱水成键,提高了再生骨料与水泥结合的界面层粘结强度,进而提高再生混凝土的强度。聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂的配合使用下,将经过无机改性处理后的再生粗骨料再对其表面进行改有机性,增强了再生粗骨料与新水泥的结合能力。
通过采用上述方案,以水泥、掺合料、天然细骨料和改性后的再生粗骨料为再生混凝土的基材,克服了普通的再生粗骨料中的孔隙率高、吸水率高的缺点,降低了再生混凝土的孔隙率和吸水率,使再生混凝土具有较高的抗压强度;使用减水剂能够降低再生混凝土的用水量,可减少由于自由水蒸发而产生的孔隙;配合使用胶粘剂可以有效混凝土内部由于水分散失过快造成的大孔孔隙,增强再生混凝土的机械强度;再配合使用纤维,有效地提高水泥基材料的抗裂性和韧性,增大混凝土的抗压强度和减少裂缝的产生。各组分的配合使用下,使本发明提供的再生混凝土具有抗压强度高、致密度高和孔隙率低等优点。
本发明进一步设置为:所述硅溶胶和矿渣微粉浆液的体积比为1:2-3。
通过采用上述方案,优选无机改性液中的硅溶胶和矿渣微粉浆液的体积比,可以进一步优化无机改性液的配比,进而增强硅溶胶和矿渣微粉浆液的配合使用的效果,进一步增强了再生粗骨料的密实度,使得再生粗骨料的吸水率、孔隙率进一步明显降低。
本发明进一步设置为:所述聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂的体积比为1:0.1-0.2。
通过采用上述方案,优选有机改性液中聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂的体积比,可以进一步优化有机改性液的配比,进而增强聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂的配合使用的效果,进一步提高了再生骨料与水泥结合的界面层粘结强度,以及再生粗骨料与新水泥的结合能力。
本发明进一步设置为:所述水泥包括复合硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥或硅酸盐水泥中的一种或几种。
通过采用上述方案,水泥性能的好坏,对再生混凝土的质量和性能有较大影响。优选水泥的种类,使水泥与掺合料、骨料混合形成的混凝土的基材的性能更好,使水泥与减水剂、胶黏剂和纤维的配合作用更强,进一步提升再生混凝土的抗压强度。
本发明进一步设置为:所述掺合料包括矿粉110-120份和粉煤灰80-100份。
通过采用上述方案,矿粉和粉煤灰掺入再生混凝土中,可与水泥水化产物之一的氢氧化钙反应形成水化硅酸钙产物,硅酸钙产物填充于混凝土的孔隙中,使再生混凝土的结构变得更为致密,减少再生混凝土孔隙率。优选矿粉和粉煤灰的配合比例,可以进步增强掺合料的作用,进一步提高再生混凝土的强度,降低其孔隙率低。
本发明进一步设置为:所述减水剂包括聚羧酸系减水剂、萘系减水剂或密胺系减水剂中的一种或几种。
通过采用上述方案,减水剂作为再生混凝土的一个组分,虽然比重较小,但对混凝土的机械性能却是影响很大。优选减水剂的种类,可以进一步减少再生混凝土的用水量,提高再生混凝土的抗压强度和耐久性。
本发明进一步设置为:所述胶粘剂包括VAE乳液。
混凝土中的水泥胶体在凝固过程中,水分的蒸发在混凝土内部形成许多毛细孔,使得混凝土内部的水分加速流失。通过采用上述方案,加入胶粘剂VAE乳液,使混凝土内部的毛细孔被聚合物形成的膜封闭,聚合物的封闭效应减缓了水分蒸发速度,从而减少了混凝土内部由于水分散失过快造成的大孔孔隙,提高再生混凝的机械强度。
本发明进一步设置为:所述纤维包括聚乙烯醇纤维、钢纤维或玄武岩纤维中。
通过采用上述方案,细小的纤维在混凝土内部呈三维乱向分布,一方面通过密集分布限制混凝土中自由水挥发产生气泡的大小,另一方面有效跨越混凝土内部的微裂缝和再生粗骨料内部的微裂缝。选用的聚乙烯醇纤维、钢纤维或玄武岩纤维具有更高的弹性模量,在达到相同应变的情况下可以承受更大的应力,从而更加有利于再生混凝土的抗压,抗裂,延缓混凝土中微裂缝的形成和开展。
本发明的目的二在于:提供一种上述高强度再生混凝土的方法,包括有以下制备步骤:S1,再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理;
S2,按配方量,称取水泥、步骤S1处理后的再生粗骨料、天然细骨料、纤维和50%水混合5~10min,得到混合物M;
S3,按配方量,称取掺合料、减水剂、胶粘剂和剩余的50%水,加入混合物M中混合5~8min,得到高强度再生混凝土。
通过采用上述方案,先将再生粗骨料进行有机和无机复合改性处理后备用,再将改性后的再生粗骨料先与水泥、天然细骨料、纤维和加入一半的拌和水进行混合,使再生骨料与水泥水化后的颗粒充分接触,增强水泥浆和经改性处理后的再生粗骨料之间的黏结强度。再加入掺合料、减水剂、胶粘剂和剩余的一半的水加入,使减水剂和掺合料共同混合均匀地分散到再生骨料的表面微裂缝以及孔隙中,提高再生混凝土的界面性能,同时加入的胶黏剂避免混凝土中的水分快速蒸发。采用两次加水的二次搅拌工艺,可以进一步提高再生混凝土的总体的抗压强度。
本发明进一步设置为:步骤S1中,再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理包括以下步骤:
(a)将再生粗骨料在无机改性液中浸泡3-6h,无机改性液为1-3wt%纳米硅溶胶和10-20wt%矿渣浆液按体积比1:2-3配制而成;
(b)取出步骤(a)中经无机改性液浸泡处理后的再生粗骨料,风干;
(c)将步骤(b)风干后的再生粗骨料浸泡入有机改性液中2-5h,有机改性液为8-15wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂按体积比为1:0.1-0.2配置而成;取出后风干,得到经无机改性液和有机改性液复合改性处理的再生粗骨料。
通过采用上述方案,将再生粗骨料先进行无机改性处理,通过简单的无机改性液的浸泡即可以达到对再生粗骨料改性的目的。无机改性后的再生粗骨料先风干,风干后的再生粗骨料再进行有机改性处理,也是浸泡处理的工艺。再生粗骨料的有机改性和无机改性复合的改性处理方式操作简单,强化改性再生粗骨料的效果好。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、本发明中的高强度再生混凝土,利用有机改性处理和无机改性处理相结合的复合改性处理方式对再生粗骨料进行改性,克服了普通的再生粗骨料中的孔隙率高、吸水率高的缺点,还能填补再生粗骨料附着老旧砂浆的疏松孔洞和微裂缝,改善其整体性能和密实度,进而使采用上述改性再生骨料的再生混凝土具有抗压强度高、孔隙率低和耐久性好等优点;
2、本发明中的高强度再生混凝土的制备方法,采用两次加水的二次搅拌工艺,工艺操作简单,还能提高再生混凝土的总体的抗压强度。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
以下实施例1-7采用的未改性的再生粗骨料的基本性能参数,测试结果见表1:
表1-未改性的再生粗骨料的基本性能参数
实施例1
一种再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理的方法,包括以下步骤:
(a)将再生粗骨料在无机改性液中浸泡3h,无机改性液为1wt%纳米硅溶胶和20wt%矿渣浆液按体积比1:2配制而成;
(b)取出步骤(a)中经无机改性液浸泡处理后的再生粗骨料,风干;
(c)将步骤(b)风干后的再生粗骨料浸泡入有机改性液中5h,有机改性液为8wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂按体积比为1:0.1配制而成;取出后风干,得到经无机改性液和有机改性液复合改性处理的再生骨料。
实施例2
一种再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理的方法,包括以下步骤:
(a)将再生粗骨料在无机改性液中浸泡6h,无机改性液为3wt%纳米硅溶胶和10wt%矿渣浆液按体积比1:2配制而成;
(b)取出步骤(a)中经无机改性液浸泡处理后的再生粗骨料,风干;
(c)将步骤(b)风干后的再生粗骨料浸泡入有机改性液中2h,有机改性液为15wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂按体积比为1:0.2配制而成;取出后风干,得到经无机改性液和有机改性液复合改性处理的再生骨料。
实施例3
一种再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理的方法,包括以下步骤:
(a)将再生粗骨料在无机改性液中浸泡4h,无机改性液为2wt%纳米硅溶胶和15wt%矿渣浆液按体积比1:2配制而成;
(b)取出步骤(a)中经无机改性液浸泡处理后的再生粗骨料,风干;
(c)将步骤(b)风干后的再生粗骨料浸泡入有机改性液中4h,有机改性液为12wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂按体积比为1:0.2配制而成;取出后风干,得到经无机改性液和有机改性液复合改性处理的再生骨料。
实施例4
一种再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理的方法,与实施例3的区别在于,步骤(a)中无机改性液为1wt%纳米硅溶胶和10wt%矿渣浆液按体积比1:2配制而成。
实施例5
一种再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理的方法,与实施例3的区别在于,步骤(b)中有机改性液为15wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂按体积比为1:0.2配制而成。
实施例6
一种再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理的方法,与实施例3的区别在于,步骤(a)中无机改性液为2wt%纳米硅溶胶和15wt%矿渣浆液按体积比1:3配制而成。
实施例7
一种再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理的方法,与实施例3的区别在于,步骤(b)中有机改性液为12wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂按体积比为1:0.1配制而成。
对比例1
一种再生粗骨料的改性处理方法,与实施例3的区别在于省略步骤(b),只进行无机改性处理。
对比例2
一种再生粗骨料的改性处理方法,与实施例3的区别在于省略步骤(a),只进行有机改性处理。
将实施例1-7和对比例1-2改性后的再生粗骨料的基本性能参数进行测试,测试结果见表2。
表2-改性后的再生粗骨料的基本性能参数
实验组 表观密度kg/m<sup>3</sup> 吸水率% 压碎值%
实施例1 2583 3.7 8.5
实施例2 2579 3.9 8.7
实施例3 2615 3.2 8.4
实施例4 2592 3.5 8.7
实施例5 2574 3.6 8.6
实施例6 2586 3.8 8.9
实施例7 2591 3.4 8.7
对比例1 2435 4.7 10.6
对比例2 2429 4.9 10.9
由表2的数据可以看出,实施例3中改性的粗骨料的表观密度、吸水率和压碎值都比实施例1-2和实施例4-7的性能参数好,而且明显好于未改性处理的再生粗骨料的性能参数。实施例4和实施例5与实施例3相比,分别调整了有机改性液和无机改性液的浓度;实施例6和实施例7相比,分别调整了有机改性液和无机改性液的中的体积配比,说明有机改性液和无机改性液的浓度和体积配比都会影响有机无机复合改性后的再生粗骨料的性能参数。
对比例1和对比例2中改性的再生粗骨料的表观密度、吸水率和压碎值都明显不如实施例1-7的好。可见有机无机复合改性的处理方式相对于单一的有机改性和单一的无机改性的效果更好。
实施例8
一种高强度再生混凝土,按重量份计,包括有以下组分:复合硅酸盐水泥360份、矿粉110份、粉煤灰100份、天然细骨料560份、再生粗骨料980份、聚羧酸系减水剂6份、VAE乳液5份、聚乙烯醇纤维10份和水190份;
其制备方法包括以下步骤:
S1,再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理;
S2,按配方量,称取复合硅酸盐水泥、实施例3改性处理后的再生粗骨料、聚乙烯醇纤维和50%水混合5min,得到混合物M;
S3,按配方量,称取矿粉、粉煤灰、聚羧酸系减水剂、VAE乳液和剩余的50%水,加入混合物M中混合8min,得到高强度再生混凝土。
实施例9
一种高强度再生混凝土,按重量份计,包括有以下组分:复合硅酸盐水泥380份、矿粉120份、粉煤灰80份、天然细骨料590份、再生粗骨料950份、聚羧酸系减水剂10份、VAE乳液3份、聚乙烯醇纤维15份和水160份;
其制备方法包括以下步骤:
S1,再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理;
S2,按配方量,称取复合硅酸盐水泥、实施例3改性处理后的再生粗骨料、聚乙烯醇纤维和50%水混合10min,得到混合物M;
S3,按配方量,称取矿粉、粉煤灰、聚羧酸系减水剂、VAE乳液和剩余的50%水,加入混合物M中混合5min,得到高强度再生混凝土。
实施例10
一种高强度再生混凝土,按重量份计,包括有以下组分:复合硅酸盐水泥371份、矿粉117份、粉煤灰90份、天然细骨料577份、再生粗骨料966份、聚羧酸系减水剂6份、VAE乳液3.5份、聚乙烯醇纤维13份和水170份;
其制备方法包括以下步骤:
S1,再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理;
S2,按配方量,称取复合硅酸盐水泥、实施例3改性处理后的再生粗骨料、聚乙烯醇纤维和50%水混合8min,得到混合物M;
S3,按配方量,称取矿粉、粉煤灰、聚羧酸系减水剂、VAE乳液和剩余的50%水,加入混合物M中混合7min,得到高强度再生混凝土。
实施例11
一种高强度再生混凝土,与实施例10的区别在于,等量的玄武岩纤维替代聚乙烯醇纤维。
实施例12
一种高强度再生混凝土,与实施例10的区别在于,等量的火山灰硅酸盐水泥替代复合硅酸盐水泥。
对比例3
一种再生混凝土,与实施例10的区别在于,步骤S2中采用对比例1改性处理后的再生粗骨料。
对比例4
一种再生混凝土,与实施例10的区别在于,步骤S2中采用对比例2改性处理后的再生粗骨料。
对比例5
一种再生混凝土,与实施例10的区别在于,步骤S2中采用未经改性处理的再生粗骨料。
实验例
参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T50080-2016》、《普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002》和《普通混凝土长期性能和耐久性性能试验方法标准GB/T50082-2009》对实施例8-12和对比例3-5提供的再生混凝土的拌合物的表观密度、抗压强度和28d电通量进行检测,检测结果见表3。
表3-再生混凝土性能测试结果
由表3的数据可以看出,实施例10中的再生混凝土的表观密度、抗压强度和28d电通量都比实施例8-9和实施例11-12的性能参数好。实施例8和实施例9与实施例3相比,主要区别在于再生混凝土中各组分的含量不同;实施例11与实施例10相比,主要区别在于纤维的种类不同;实施例12与实施例10相比,主要区别在于水泥的种类不同。表明再生混凝土中的组分、组分种类均会影响再生混凝土的致密程度、抗压强度和耐久性。
对比例3-5的再生混凝土的表观密度、抗压强度和28d电通量都明显不如实施例10好。对比例3和对比例4与实施例10的区别在于再生粗骨料的处理方式不同,对比例5与实施例10的区别在于再生骨料未经改性处理,表明再生骨料的改性处理方式会影响再生混凝土的致密程度、抗压强度和耐久性。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高强度再生混凝土,其特征在于:按重量份计,包括有以下组分:水泥360-380份、掺合料200-220份、天然细骨料560-590份、再生粗骨料950-980份、减水剂6-10份、胶粘剂3-5份、纤维10-15份和水160-190份;所述再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理;
所述无机改性液包括1-3wt%纳米硅溶胶和10-20wt%矿渣微粉浆液;所述纳米硅溶胶和矿渣微粉浆液的体积比为1:2-3;
所述有机改性液包括8-15wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂,所述聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂的体积比为1:0.1-0.2。
2.根据权利要求1所述的高强度再生混凝土,其特征在于:所述水泥包括复合硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥或硅酸盐水泥中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的高强度再生混凝土,其特征在于:所述掺合料包括矿粉110-120份和粉煤灰80-100份。
4.根据权利要求1所述的高强度再生混凝土,其特征在于:所述减水剂包括聚羧酸系减水剂、萘系减水剂或密胺系减水剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高强度再生混凝土,其特征在于:所述胶粘剂包括VAE乳液。
6.根据权利要求1所述的高强度再生混凝土,其特征在于:所述纤维包括聚乙烯醇纤维、钢纤维或玄武岩纤维中的一种或几种。
7.一种权利要求1-6任一所述的高强度再生混凝土的方法,其特征在于,包括有以下制备步骤:
S1,再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理;
S2,按配方量,称取水泥、步骤S1处理后的再生粗骨料、天然细骨料、纤维和50%水混合5~10min,得到混合物M;
S3,按配方量,称取掺合料、减水剂、胶粘剂和剩余的50%水,加入混合物M中混合5~8min,得到高强度再生混凝土。
8.根据权利要求7所述的高强度再生混凝土的方法,其特征在于:步骤S1中,再生粗骨料经无机改性液和有机改性液复合改性处理包括以下步骤:
(a)将再生粗骨料在无机改性液中浸泡3-6h,无机改性液为1-3wt%纳米硅溶胶和10-20wt%矿渣浆液按体积比1:2-3配制而成;
(b)取出步骤(a)中经无机改性液浸泡处理后的再生粗骨料,风干;
(c)将步骤(b)风干后的再生粗骨料浸泡入有机改性液中2-5h,有机改性液为8-15wt%聚乙烯醇溶液和硅烷偶联剂按体积比为1:0.1-0.2配置而成;取出后风干,得到经无机改性液和有机改性液复合改性处理的再生粗骨料。
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