CN111018437B

CN111018437B - 一种超高韧性废弃砖砼再生混合料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111018437B
Application number: CN201911257851.3A
Authority: CN
Inventors: 元成方; 程站起; 楚留声; 随志博; 赫约西; 郭稼祥; 顺天
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: CN111018437A

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种超高韧性废弃砖砼再生混合料及其制备方法和应用,一种超高韧性废弃砖砼再生混合料，由以下质量比的原料组成，胶凝材料︰废弃砖砼混合微粉︰PVA纤维︰减水剂︰增稠剂=1︰0.35︰0.01~0.02︰0.0005~0.002︰0.005~0.002,本发明将再生砖微粉和再生混凝土微粉混合取代细骨料（石英砂）重新应用到PVA‑ECC的制备中，不仅再利用了建筑垃圾，降低制备成本，同时满足高韧性和高延性，弥补混凝土材料的低韧性和低延性，并且本发明还可以作为水泥基材使用,本发明原料多数取自可再生资源，环保节能。

Description

一种超高韧性废弃砖砼再生混合料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种超高韧性废弃砖砼再生混合料及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国城市化进程的不断加快、新农村建设的不断深入及老城改造的相继铺开，建筑材料特别是混凝土用量剧增，产生了大量的建筑垃圾。据统计，每年我国产生约24亿吨的建筑垃圾。目前，这些废混凝土和废烧结砖大部分都是未经处理，直接运到郊外或乡村，采用堆放或者填埋的方式直接处理，这些建筑垃圾不仅占用了大量的土地，还污染了环境，同时在清运和堆放过程中的散落和扬尘等问题，引发了严重的环境问题。另外，由于人们不规范的开采利用，容易造成山体滑坡、河床改道等现象，严重影响自然环境平衡。因此，废弃烧结砖和废弃混凝土的资源化利用已成为亟待解决的问题。同时，由于传统混凝土材料的破坏特征多呈脆性破坏、韧性低、抗裂性差、抗拉强度低、新旧混凝土不易连接等缺陷，导致结构年限较短且增加了修补的困难。目前，关于超高韧性水泥基材的相关研究越来越多，其工程应用多用于桥梁修复、桥面板修复和加固工程，但关于再生砖微粉和再生混凝土微粉取代细骨料的研究尚处在研究初期，此发明为再生微粉的研究开辟新的方向，对指导工程实践意义重大。

用废混凝土制备超高韧性水泥基材的相关研究成果相对较为丰富，主要缺陷在以下几个方面：（1）我国可再生利用的固体建筑废弃物主要包括废弃混凝土和废砖。目前的研究主要集中于再生混凝土骨料，用废弃烧结砖制备再生超高韧性水泥基材的相关研究成果几乎没有；（2）关于再生超高韧性水泥基复合材料的研究集中在再生混凝土取代水泥及再生砖取代粗骨料，而关于再生砖微粉和再生混凝土微粉取代细骨料的研究还鲜有报道；（3）关于再生砖骨料的研究发现，再生砖骨料硬度低、吸水率大等缺陷，完全用废砖骨料制备的再生超高韧性水泥基材的物理力学性能较差。

一般土木建筑工程通常采用的水泥主要是指：GB175—2007规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥,取材于自然界中不可再生资源，PVA-ECC材料是一种以水泥、矿物掺合料、水、粒径小于5mm的细骨料与PVA纤维搅拌而成的水泥基复合材料，但在实际应用中，由于制备PVA-ECC材料所用的原材料磨细石英砂昂贵的价格，使得PVA-ECC材料整体的成本较高，限制了PVA-ECC材料的应用的，本发明将再生砖微粉和再生混凝土微粉混合取代细骨料（石英砂）重新应用到PVA-ECC的制备中，不仅再利用了建筑垃圾，降低制备成本，同时满足高韧性和高延性，弥补混凝土材料的低韧性和低延性，并且本发明还可以作为水泥基材使用，相较于现有的水泥基材，本发明原料多数取自可再生资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型绿色超高韧性废弃砖砼再生混合料，同时提供其制备方法及应用,通过该方法制备的材料具有高韧性、高延性和自愈合等特性，解决了传统混凝土材料低韧性、脆性破坏等缺点，可以应用于桥梁修复、桥面板修复和加固工程。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种超高韧性废弃砖砼再生混合料，由以下质量比的原料组成，胶凝材料︰废弃砖砼混合微粉︰PVA纤维︰减水剂︰增稠剂=1︰0.35︰0.01~0.02︰0.0005~0.002︰0.005~0.002。

进一步，所述胶凝材料含水泥和粉煤灰，水泥和粉煤灰的质量比为0.50~0.70︰0.30~0.50，水胶比为0.300～0.390︰1。

进一步，所述废弃砖砼混合微粉的粒径≤300 μm。

进一步，所述废弃砖砼混合微粉粒径d的质量分布为：d≤75 μm为4%~4.5%，75 μm＜d≤125 μm为20%~21%，125 μm＜d≤150 μm为34%~36%，150 μm＜d≤200 μm为39%~40%，200 μm＜d≤300 μm为0.4%~0.5%。

进一步，所述废弃砖砼混合微粉包括废弃砖微粉和废弃混凝土微粉，所述废弃砖微粉和废弃混凝土微粉的质量比为0~0.175︰0.175~0.35。

进一步，所述废弃砖微粉与其附加水的质量比为1︰0.2~0.4，所述废弃混凝土微粉与其附加水的质量比为1︰0.1~0.3。

一种超高韧性废弃砖砼再生混合料的制备方法,包括以下步骤：

（1）将废弃烧结砖经破碎机破碎、球磨机研磨至粒径满足要求得到废弃砖微粉，将废弃混凝土试块经破碎机破碎、球磨机研磨至粒径满足要求得到废弃混凝土微粉，将废弃砖微粉和废弃混凝土微粉按配比混合得到废弃砖砼混合微粉；

（2）将水泥和粉煤灰按配比混合得到胶凝材料；

（3）将步骤（1）得到的废弃砖砼混合微粉与步骤（2）得到胶凝材料充分混合，然后加入掺有高效减水剂且拌匀的水低速搅拌2min；

（4）不停止搅拌均匀分散加入PVA纤维，之后加入增稠剂持续搅拌获得均匀流动的基材。

进一步，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂。

一种超高韧性废弃砖砼再生混合料的应用,将制得的基材作为水泥基材的应用。

进一步，将制得的基材作为PVA-ECC的应用。

有益效果

本发明的再生混凝土微粉和再生砖微粉以细骨料形式完全代替了石英砂，这是不同于石英砂制备超高韧性水泥基材的新的再生超高韧性水泥基材，但性能上可以满足甚至高于现有技术中对超高韧性水泥基材的需求。

本发明将再生砖微粉和再生混凝土微粉混合取代细骨料（石英砂）还可以重新应用到PVA-ECC的制备中，不仅再利用了建筑垃圾，降低制备成本，同时满足高韧性和高延性，弥补混凝土材料的低韧性和低延性，并且本发明还可以作为水泥基材使用，相较于现有的水泥基材，本发明原料多数取自可再生资源。

本发明由水泥、粉煤灰、废弃砖再生微粉、废弃混凝土再生微粉、水、纤维、减水剂、增稠剂配制而成，PVA纤维均匀的分散于骨料周围，水泥、粉煤灰与水形成的水泥砂浆包裹在骨料和PVA纤维的表面，填充骨料与骨料、骨料与纤维之间的缝隙，并起润滑作用，使水泥基拌合料具有一定的和易性，硬化后的水泥浆体将骨料、PVA纤维粘结成坚硬、密实的整体。本发明的再生超高韧性水泥基材性能可以基本满足土木建造中的使用需求，配方简单，具有广阔的应用价值。

本发明PVA纤维能够促使废砖细骨料和废混凝土细骨料的均匀分布，使骨料在振捣过程中不会因密度较低而上浮，使水泥基材受力骨架更加的完整，进而从根本上提高了水泥基材的抗压强度。同时，由于PVA纤维与水泥浆体具有良好的粘结性能，使得PVA纤维能够大幅度提高水泥基体的抗裂性能和延性，抑制裂缝的开展，提高废烧结砖和废混凝土细骨料所制备水泥基材的抗压强度、弯曲强度和拉伸强度等力学性能。

本发明完全采用建筑垃圾，原料废弃烧结砖再生细骨料来自于城镇建设拆除废弃的废弃烧结砖建筑垃圾，再生混凝土细骨料来自某建材实验室废弃混凝土试块，实现了资源的合理利用，解决了建筑垃圾的填埋、堆放造成的资源浪费和环境污染的问题，为建筑垃圾的有效利用提供了有力的技术支持。

本发明所得废弃砖砼混合微粉再生超高韧性水泥基材工作性能良好，抗压强度、抗折强度满足工程应用，抗弯强度、抗拉伸强度高，制备过程简单、环保，易于施工。

具体实施

以下结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的内容并不限于此。

以下实施例中水泥为GB175-2007的P. O 42.5级普通硅酸盐水泥；PVA纤维日本产，名称为REC 15×12，直径为40 μm，长度为12 mm，PVA纤维抗拉强度≥1560 N/mm²；废弃砖再生细骨料来自于城镇建设拆除废弃的废弃烧结砖建筑垃圾，经破碎机破碎、球磨机研磨后的粒径d1为d1≤300 μm，再生砖细骨料吸水率为23%~28%，所述的废弃混凝土再生细骨料来自于检测公司废弃混凝土块，经破碎机破碎、球磨机研磨后的粒径d2为d2≤300 μm，再生混凝土细骨料吸水率为15%~20%；粉煤灰为实验级粉煤灰；减水剂为聚羧酸高效减水剂。

以下实施例均按照以下步骤制得试件，各实施例通过控制组分的配比不同测试其强度、弯曲跨中挠度与极限拉应变。包括以下步骤：

（2）将水泥和粉煤灰按配比混合得到胶凝材料；

进一步，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；

（5）所有试件分两层浇注装模，首先浇入一半，然后振动1~2min以确保材料振动密实，然后以同样的方式浇入剩余一半，最后将表面抹平并覆盖一张聚乙烯膜以防止水分蒸发。

实施例1

水泥︰粉煤灰︰废弃砖再生细骨料︰废弃混凝土再生细骨料︰水︰PVA纤维︰减水剂︰增稠剂=0.65︰0.35︰0.0175︰0.0175︰0.350︰0.0189︰0.0005︰0.0015。

其中，废弃砖再生细骨料吸水率24.2%，粒径d1质量分布为：d1≤75 μm为4.25%，75μm＜d1≤125 μm为20.67%，125 μm＜d1≤150 μm为34.92%，150 μm＜d1≤200 μm为39.72%，200 μm＜d1≤300 μm为0.44%。

废弃混凝土再生细骨料吸水率16%，粒径d2范围为：d2≤300 μm，粒径分布为：d2≤75 μm为4.15%，75 μm＜d2≤125 μm为20.75%，125 μm＜d2≤150 μm为34.77%，150 μm＜d2≤200 μm为39.87%，200 μm＜d2≤300 μm为0.46%。

按JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》中的自密实混凝土坍落扩展度试验方法进行工作性能的测试，所得试件的坍落度为270 mm，扩展度为49 cm。

实施例2

水泥︰粉煤灰︰废弃砖再生细骨料︰废弃混凝土再生细骨料︰水︰PVA纤维︰减水剂︰增稠剂=0.70︰0.30︰0.0175︰0.0175︰0.350︰0.01︰0.0005︰0.0015。

其中，废弃烧结砖再生细骨料吸水率24.5%，粒径d1质量分布为：d1≤75 μm为4.4%，75 μm＜d1≤125 μm为20.3%，125 μm＜d1≤150 μm为35.2%，150 μm＜d1≤200 μm为39.64%，200 μm＜d1≤300 μm为0.46%。

所述的废弃混凝土再生细骨料吸水率17%，粒径d2范围为：d2≤300 μm，粒径分布为：d2≤75 μm为4.23%，75 μm＜d2≤125 μm为20%，125 μm＜d2≤150 μm为35.55%，150 μm＜d2≤200 μm为39.8%，200 μm＜d2≤300 μm为0.42%。

按JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》中的自密实混凝土坍落扩展度试验方法进行工作性能的测试，所得试件的坍落度为265 mm，扩展度为44.5 cm。

实施例3

水泥︰粉煤灰︰废弃砖再生细骨料︰废弃混凝土再生细骨料︰水︰PVA纤维︰减水剂︰增稠剂=0.50︰0.50︰0.0175︰0.0175︰0.350︰0.02︰0.0005︰0.0015。

其中，废弃砖再生细骨料吸水率25%，粒径d1质量分布为：d1≤75 μm为4.36%，75 μm＜d1≤125 μm为20.7%，125 μm＜d1≤150 μm为35%，150 μm＜d1≤200 μm为39.52%，200 μm＜d1≤300 μm为0.42%。

废弃混凝土再生细骨料吸水率16.8%，粒径d2范围为：d2≤300 μm，粒径分布为：d2≤75 μm为4.5%，75 μm＜d2≤125 μm为20.8%，125 μm＜d2≤150 μm为34.8%，150 μm＜d2≤200 μm为39.5%，200 μm＜d2≤300 μm为0.4%。

按JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》中的自密实混凝土坍落扩展度试验方法进行工作性能的测试，所得试件的坍落度为280 mm，扩展度为54 cm。

实施例4

水泥︰粉煤灰︰废弃砖再生细骨料︰废弃混凝土再生细骨料︰水︰PVA纤维︰减水剂︰增稠剂=0.65︰0.35︰0.0175︰0.0175︰0.300︰0.0189︰0.0005︰0.0015。

其中，废弃砖再生细骨料吸水率24.8%，粒径d1质量分布为：d1≤75 μm为4.17%，75μm＜d1≤125 μm为20.34%，125 μm＜d1≤150 μm为35.02%，150 μm＜d1≤200 μm为40%，200μm＜d1≤300 μm为0.47%。

废弃混凝土再生细骨料吸水率17.2%，粒径d2范围为：d2≤300 μm，粒径分布为：d2≤75 μm为4.5%，75 μm＜d2≤125 μm为20.86%，125 μm＜d2≤150 μm为34.99%，150 μm＜d2≤200 μm为39.2%，200 μm＜d2≤300 μm为0.45%。

按JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》中的自密实混凝土坍落扩展度试验方法进行工作性能的测试，所得试件的坍落度为255 mm，扩展度为36 cm。

实施例5

水泥︰粉煤灰︰废弃砖再生细骨料︰废弃混凝土再生细骨料︰水︰PVA纤维︰减水剂︰增稠剂=0.70︰0.30︰0.0175︰0.0175︰0.370︰0.02︰0.0005︰0.0015。

其中，废弃砖再生细骨料吸水率25.2%，粒径d1质量分布为：d1≤75 μm为4.32%，75μm＜d1≤125 μm为20.92%，125 μm＜d1≤150 μm为35%，150 μm＜d1≤200 μm为39.32%，200μm＜d1≤300 μm为0.44%。

废弃混凝土再生细骨料吸水率16.4%，粒径d2范围为：d2≤300 μm，粒径分布为：d2≤75 μm为4.2%，75 μm＜d2≤125 μm为20.34%，125 μm＜d2≤150 μm为35.4%，150 μm＜d2≤200 μm为39.59%，200 μm＜d2≤300 μm为0.47%。

按JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》中的自密实混凝土坍落扩展度试验方法进行工作性能的测试，所得试件的坍落度为280 mm，扩展度为59 cm。

强度测试

测试步骤：将本发明实施例1～5所得试件在室温下养护24h，然后拆模放入恒温恒湿标准养护箱进行养护（温度20±1℃，湿度≥95%），养护28d后取出。

根据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》的规定方法、四点弯曲试验及单轴拉伸试验方法，对废弃砖砼混合微粉再生超高韧性水泥基材试块进行强度、弯曲跨中挠度与极限拉应变检测，测试结果见表1。

当前判断ECC的判定依据是：单轴拉伸极限拉应变达2%以上；采用的测试方法多为单轴拉伸试验，本发明测试方法同样采用单轴拉伸试验。

结果分析：

抗压强度：满足建筑基本要求，可达C35混凝土强度；

四点弯曲试验：跨中挠度可达50mm+；

单轴拉伸试验：加载速度为0.1mm/min的极限拉应变达3%以上，甚至可达4%以上。

Claims

1.一种超高韧性废弃砖砼再生混合料，其特征在于，由以下质量比的原料组成，胶凝材料︰废弃砖砼混合微粉︰PVA纤维︰减水剂︰增稠剂=1︰0.35︰0.01～0.02︰0.0005～0.002︰0.005～0.002；

所述胶凝材料含水泥和粉煤灰，水泥和粉煤灰的质量比为0.50～0.70︰0.30～0.50；

所述废弃砖砼混合微粉的粒径≤300μm；

所述废弃砖砼混合微粉粒径d的质量分布为：d≤75μm为4%～4.5%，75μm＜d≤125μm为20%～21%，125μm＜d≤150μm为34%～36%，150μm＜d≤200μm为39%～40%，200μm＜d≤300μm为0.4%～0.5%；

所述废弃砖砼混合微粉为废弃砖微粉和废弃混凝土微粉的混合物，所述废弃砖微粉和废弃混凝土微粉的质量比为0～0.175︰0.175～0.35；

所述超高韧性废弃砖砼再生混合料的制备方法,包括以下步骤：

（2）将水泥和粉煤灰按配比混合得到胶凝材料；

（3）将步骤（1）得到的废弃砖砼混合微粉与步骤（2）得到胶凝材料充分混合，然后加入掺有高效减水剂且拌匀的水低速搅拌2min；所述的水胶比为0.300～0.390︰1；

2.如权利要求1所述的一种超高韧性废弃砖砼再生混合料，其特征在于，所述废弃砖微粉与其附加水的质量比为1︰0.2～0.4，所述废弃混凝土微粉与其附加水的质量比为1︰0.1～0.3。

3.如权利要求1所述的一种超高韧性废弃砖砼再生混合料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂。

4.如权利要求1所述的一种超高韧性废弃砖砼再生混合料的应用,其特征在于，将制得的基材作为水泥基材的应用。

5.如权利要求4所述的一种超高韧性废弃砖砼再生混合料的应用,其特征在于，将制得的基材作为PVA-ECC的应用。