CN111116116B - 一种抗压抗碳化再生混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗压抗碳化再生混凝土及其制备方法，属于混凝土的技术领域。混凝土的原料包括水泥250‑290份、硅灰55‑70份、粉煤灰30‑45份、改性再生粗骨料1050‑1120份、砂700‑730份、可再分散乳胶粉10‑15份、减水剂3‑5份、水140‑160份。改性再生粗骨料的制备：将质量浓度为5%的水玻璃100份、硅藻土20‑30份、沸石粉10‑20份、胶体石墨粉8‑15份、硅烷偶联剂1‑3份混合均匀得骨料改性液，将再生粗骨料原料浸泡其中，沥干，180‑200℃下焙烧1‑2h。混凝土的制备：制备改性再生粗骨料；将水泥、砂、可再分散乳胶粉、水混合均匀，加入改性再生粗骨料混合均匀，加入减水剂、硅灰和粉煤灰混合均匀。本发明的混凝土全部采用改性再生粗骨料作为粗骨料，且最终配制的混凝土具有抗压抗碳化的特点。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土的技术领域，特别涉及一种抗压抗碳化再生混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土在建筑工程中具有广泛的需求和应用，而由于混凝土中骨料的体积占比在60-70％，故建筑工程中对于骨料的需求量巨大。
天然的骨料为天然砂石。然而，天然砂石资源的长期开采容易造成山体植被破坏、河道损坏等问题。再者，随着城市化建设的发展，伴随房屋等建筑物的翻新重建，产生大量的废弃混凝土建筑垃圾，废弃混凝土建筑垃圾的任意堆放也带来了环境恶化等生态问题。综合考虑，若将废弃混凝土建筑垃圾开发为再生骨料用于再生混凝土中，不仅能够减少对天然砂石的开采，保护生态环境，还能解决大量废弃混凝土建筑垃圾堆放造成的生态环境日益恶化等问题。
抗压强度是衡量混凝土力学性能的基本性能之一。混凝土碳化是空气中CO2气体渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低，失去对钢筋的保护作用，促使钢筋生锈的过程。采用再生骨料配制而成的混凝土存在抗压强度低、抗碳化能力低的缺陷。其原因在于，再生骨料包含原始骨料，原始骨料外部部分或全部包覆有老砂浆，原始骨料以及老砂浆的表面和内部具有大量相互连通的孔隙，这些孔隙不仅严重降低了混凝土的抗压强度，而且还作为CO2气体的渗透通道加重了混凝土的碳化。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种抗压抗碳化再生混凝土，以达到提高再生混凝土的抗压强度和抗碳化性能的效果。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种抗压抗碳化再生混凝土，按重量份数，包括有以下组分：水泥250-290份、硅灰55-70份、粉煤灰30-45份、改性再生粗骨料1050-1120份、砂700-730份、可再分散乳胶粉10-15份、减水剂3-5份、水140-160份；
所述改性再生粗骨料的制备包括有以下步骤：
a，按重量份数，将质量浓度为5％的水玻璃100份、硅藻土20-30份、沸石粉10-20份、胶体石墨粉8-15份、硅烷偶联剂1-3份混合均匀，得骨料改性液；
b，将再生粗骨料原料于骨料改性液中浸泡40-60min，取出沥干，于180-200℃下焙烧1-2h，得改性再生粗骨料。
通过采用上述方案，首先，本发明的粗骨料全部采用由再生粗骨料原料制备而成的改性再生粗骨料，一方面，能够有效减少对天然砂石的开采，保护生态环境，另一方面，也能解决大量废弃混凝土建筑垃圾堆放造成的生态环境日益恶化等问题。
为了削弱再生骨料对混凝土的抗压强度和抗碳化性能的影响，本发明对再生粗骨料原料进行了改性处理。改性处理期间，先采用水玻璃、硅藻土、沸石粉、胶体石墨粉和硅烷偶联剂组成的骨料改性液对再生粗骨料原料进行浸泡处理，然后，再对其进行焙烧处理。采用该种改性再生粗骨料配制混凝土具有抗压抗碳化的特点。其原因可能在于：
(1)水玻璃、硅藻土和沸石粉能够相互配合，填充封闭再生粗骨料原料表面的大小孔隙，由此提高改性再生粗骨料的抗压强度，阻隔了CO2气体的渗透通道；
(2)结合实验数据发现，硅藻土和沸石粉的复配具有协同提高混凝土的抗碳化性能的优势，这为混凝土抗碳化性能的研究提供了新方向；
(3)可再分散乳胶粉能够有效提高改性再生粗骨料表面界面处的结合性能，由此有效改善混凝土的抗压性能。而再生粗骨料原料浸泡以及焙烧过程中，适量胶体石墨粉附着在改性再生粗骨料的表面，能够有效提高改性再生粗骨料表面界面处的可再分散乳胶粉的耐碱性，由此强化了可再分散乳胶粉的界面联结性能，进一步提高了混凝土的抗压性能；
(4)结合实验数据发现，采用适宜配比的硅灰和粉煤灰替换部分水泥，具有改善混凝土的抗碳化性能的优势。这可能也与硅灰和粉煤灰填充了混凝土内部孔隙，改善了改性再生粗骨料的界面有关，这同样为混凝土抗碳化性能的研究提供了新方向。
本发明进一步设置为：所述水泥、硅灰和粉煤灰的重量比为1:(0.21-0.25)：(0.14-0.17)。
通过采用上述方案，将水泥、硅灰和粉煤灰三者之间的重量比控制在上述范围内，能够进一步发挥其对混凝土抗碳化性能的增强作用。
本发明进一步设置为：改性再生粗骨料的制备步骤a中，所述硅藻土和沸石粉的重量比为1:(0.4-0.7)。
通过采用上述方案，将硅藻土和沸石粉之间的重量比控制在上述范围内，能够进一步强化二者对混凝土抗碳化性能的协同增效作用。
本发明进一步设置为：改性再生粗骨料的制备步骤b中，焙烧温度为190-195℃。
通过采用上述方案，进一步限定焙烧温度，能够同时提高混凝土的抗压性能和抗碳化性能，其原因可能在于，焙烧改善了附着在改性再生粗骨料表面的硅藻土和沸石粉的表面基团有关，由此改善了改性再生粗骨料表面界面联结关系。
本发明进一步设置为：所述再生粗骨料原料的粒径为5-20mm连续级、空隙率为45-48％、吸水率为12-15％、含泥量为6-8wt％、表观密度为2320-2360kg/m3、压碎值均值35％。
本发明进一步设置为：所述砂的细度模数为1.6-2.2、含泥量为4-5wt％。
混凝土中的骨料，不管是粗骨料还是细骨料，其含泥量都对混凝土的抗压性能和抗碳化性能具有不良影响，为此，混凝土中的骨料的含泥量通常控制在4wt％以下。而本发明通过采用上述方案，采用的再生粗骨料原料的含泥量为6-8wt％，砂的含泥量为4-5wt％，均超过普通混凝土中常用的骨料的含泥量，但由此配制的混凝土仍然具有优异的抗压性能和抗碳化性能，即本发明提供的混凝土对骨料含泥量不敏感，这与对再生粗骨料原料的改性有关，这在实际应用中具有重要意义。
本发明进一步设置为：所述减水剂选用聚羧酸减水剂。
本发明进一步设置为：所述硅烷偶联剂选用硅烷偶联剂KH-570。
本发明的目的二在于：提供一种上述抗压抗碳化再生混凝土的制备方法，包括有以下步骤：
a，制备改性再生粗骨料；b，将水泥、砂、可再分散乳胶粉、水混合均匀，再加入改性再生粗骨料混合均匀，再加入减水剂、硅灰和粉煤灰混合均匀，得抗压抗碳化再生混凝土。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的混凝土的粗骨料全部采用改性再生粗骨料，能够有效避免对天然砂石的开采，保护生态环境，也能解决大量废弃混凝土建筑垃圾堆放造成的生态环境日益恶化等问题，与此同时，本发明的混凝土具有优异的抗压抗碳化性能；
2、本发明探索到，骨料改性液中硅藻土和沸石粉的复配具有协同提高混凝土的抗碳化性能的优势，焙烧温度的恰当选取能够同时提高混凝土的抗压性能和抗碳化性能，水泥、硅灰和粉煤灰三者之间的重量比对混凝土抗碳化性能具有重要影响，这为抗压抗碳化再生混凝土的研究提供了新方向；
3、本发明的混凝土对再生粗骨料原料中的含泥量不敏感，这在实际应用中具有重要意义。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
原料介绍
水泥：强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥；
硅灰：超细粉，货号1250，购自灵寿县百益矿产品加工厂；
粉煤灰：货号20190412，购自灵寿县达业矿产品加工厂；
再生粗骨料原料：粒径为5-20mm连续级、空隙率为45-48％、吸水率为12-15％、含泥量为6-8wt％、表观密度为2320-2360kg/m3、压碎值均值35％；
砂：细度模数为1.6-2.2、含泥量为4-5wt％；
可再分散乳胶粉：型号py-7050，购自任丘市鹏宇化工有限公司；
减水剂：聚羧酸减水剂，型号20190622，购自青岛汇德新科建材有限公司；
水玻璃：工业级，济南斌海商贸有限公司；
胶体石墨粉：2000目，购自青岛金涛石墨有限公司；
硅烷偶联剂：KH-570，购自南京经天纬化工有限公司；
硅藻土：HY-GZ07，400目，购自河南海韵环保科技有限公司；
沸石粉：200目，购自石家庄韵石新型建材有限公司。
实施例1
一种抗压抗碳化再生混凝土，按重量份数，包括有以下组分：水泥250份、硅灰70份、粉煤灰30份、改性再生粗骨料1120份、砂700份、可再分散乳胶粉15份、减水剂3份、水160份；
抗压抗碳化再生混凝土的制备包括有以下步骤：
a，按重量份数，将质量浓度为5％的水玻璃100份、硅藻土20份、沸石粉20份、胶体石墨粉8份、硅烷偶联剂3份混合均匀，得骨料改性液；b，将再生粗骨料原料于骨料改性液中浸泡40min，取出沥干，于180℃下焙烧1h，得改性再生粗骨料；c、将水泥、砂、可再分散乳胶粉、水混合均匀，再加入改性再生粗骨料混合均匀，再加入减水剂、硅灰和粉煤灰混合均匀，得抗压抗碳化再生混凝土。
实施例2
一种抗压抗碳化再生混凝土，按重量份数，包括有以下组分：水泥270份、硅灰62份、粉煤灰40份、改性再生粗骨料1100份、砂720份、可再分散乳胶粉12份、减水剂4份、水150份，其中，水泥、硅灰和粉煤灰的重量比为1:0.23:0.15；
抗压抗碳化再生混凝土的制备包括有以下步骤：
a，按重量份数，将质量浓度为5％的水玻璃100份、硅藻土25份、沸石粉15份、胶体石墨粉12份、硅烷偶联剂2份混合均匀，得骨料改性液，其中，硅藻土和沸石粉的重量比为1:0.6；
b，将再生粗骨料原料于骨料改性液中浸泡50min，取出沥干，于192℃下焙烧1.5h，得改性再生粗骨料；c、将水泥、砂、可再分散乳胶粉、水混合均匀，再加入改性再生粗骨料混合均匀，再加入减水剂、硅灰和粉煤灰混合均匀，得抗压抗碳化再生混凝土。
实施例3
一种抗压抗碳化再生混凝土，按重量份数，包括有以下组分：水泥290份、硅灰55份、粉煤灰45份、改性再生粗骨料1050份、砂730份、可再分散乳胶粉10份、减水剂5份、水140份；
抗压抗碳化再生混凝土的制备包括有以下步骤：
a，按重量份数，将质量浓度为5％的水玻璃100份、硅藻土30份、沸石粉10份、胶体石墨粉15份、硅烷偶联剂1份混合均匀，得骨料改性液；b，将再生粗骨料原料于骨料改性液中浸泡60min，取出沥干，于200℃下焙烧2h，得改性再生粗骨料；c、将水泥、砂、可再分散乳胶粉、水混合均匀，再加入改性再生粗骨料混合均匀，再加入减水剂、硅灰和粉煤灰混合均匀，得抗压抗碳化再生混凝土。
实施例4
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的原料组分中，水泥270份、硅灰58份、粉煤灰45份，即，水泥、硅灰和粉煤灰的重量比为1:0.21:0.17。
实施例5
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的原料组分中，水泥270份、硅灰68份、粉煤灰38份，即，水泥、硅灰和粉煤灰的重量比为1:0.25:0.14。
实施例6
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的制备步骤a中，硅藻土28份、沸石粉12份，即，硅藻土和沸石粉的重量比为1:0.4。
实施例7
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的制备步骤a中，硅藻土23份、沸石粉17份，即，硅藻土和沸石粉的重量比为1:0.7。
实施例8
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的制备步骤b中，焙烧温度为190℃。
实施例9
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的制备步骤b中，焙烧温度为195℃。
对比例1
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的原料组分中，水泥270份、硅灰46份、粉煤灰55份，即，水泥、硅灰和粉煤灰的重量比为1:0.17:0.2。
对比例2
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的原料组分中，水泥270份、硅灰75份、粉煤灰30份，即，水泥、硅灰和粉煤灰的重量比为1:0.28:0.11。
对比例3
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的制备步骤a中，硅藻土33份、沸石粉7份，即，硅藻土和沸石粉的重量比为1:0.2。
对比例4
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的制备步骤a中，硅藻土20份、沸石粉20份，即，硅藻土和沸石粉的重量比为1:1。
对比例5
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的制备步骤b中，焙烧温度为170℃。
对比例6
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：抗压抗碳化再生混凝土的制备步骤b中，焙烧温度为210℃。
对比例7
一种抗压抗碳化再生混凝土，与实施例2的不同之处在于：采用未进行改性处理的再生粗骨料原料代替改性再生粗骨料用于混凝土的配制。
混凝土性能检测
根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的规定，检测实施例1-9和对比例1-7制备的混凝土标准养护3天、28天的抗压强度。
根据GB/T 50082-2009《普通混凝上长期性能和耐久性能试验方法标准》的规定，对实施例1-9和对比例1-7制备的混凝土进行加速碳化试验。碳化试验条件：CO2质量分数为20％，温度为20±2℃，湿度为70±5％。
混凝土的抗压强度和抗碳化性能检测结果均列于表1。
表1混凝土性能检测结果
由表1可以看出，与对比例7相比，实施例1-3制备的混凝土具有优异的抗压抗碳化能力。这是因为：
(1)本发明对再生粗骨料原料进行了改性处理，改性期间，水玻璃、硅藻土和沸石粉能够相互配合，填充封闭再生粗骨料原料表面的大小孔隙，由此提高改性再生粗骨料的抗压强度，阻隔了CO2气体的渗透通道，提高混凝土的抗碳化能力；
(2)可再分散乳胶粉能够有效提高改性再生粗骨料表面界面处的结合性能，由此有效改善混凝土的抗压性能，而且，再生粗骨料原料在改性过程中，适量胶体石墨粉附着在改性再生粗骨料的表面，能够有效提高改性再生粗骨料表面界面处的可再分散乳胶粉的耐碱性，由此强化了可再分散乳胶粉的界面联结性能，进一步提高了混凝土的抗压性能。
结合实施例2、4、5和对比例1、2可以看出，针对本发明的混凝土配方，水泥、硅灰和粉煤灰的重量比对混凝土的抗压性能影响不大，但对混凝土的抗碳化性能具有重要影响。当水泥、硅灰和粉煤灰的重量比为1:(0.21-0.25):(0.14-0.17)时，混凝土的抗碳化性能更佳。本发明在给出水泥、硅灰和粉煤灰的较佳重量比的同时，也为抗压抗碳化再生混凝土的研究提供了新方向。
结合实施例2、6、7和对比例3、4可以看出，针对本发明的混凝土配方，在改性再生粗骨料的制备过程中，硅藻土和沸石粉的重量比对混凝土的抗压性能影响不大，但对混凝土的抗碳化性能具有重要影响。当硅藻土和沸石粉的重量比为1:(0.4-0.7)时，混凝土的抗碳化性能更佳。本发明在给出硅藻土和沸石粉的较佳重量比的同时，同样为抗压抗碳化再生混凝土的研究提供了新方向。
结合实施例2、8、9和对比例5、6可以看出，针对本发明的混凝土配方，在改性再生粗骨料的制备过程中，焙烧温度同时对混凝土的抗压性能和抗碳化性能具有重要影响。当焙烧温度为190-195℃时。这可能与焙烧改善了附着在改性再生粗骨料表面的硅藻土和沸石粉的表面基团、由此改善了改性再生粗骨料表面界面联结关系有关。同样的，本发明在给出上述焙烧温度的同时，也为抗压抗碳化再生混凝土的研究提供了新方向。
再者，混凝土中的骨料，不管是粗骨料还是细骨料，其含泥量都对混凝土的抗压性能和抗碳化性能具有不良影响，为此，混凝土中的骨料的含泥量通常控制在4wt％以下。而本发明中，采用的再生粗骨料原料的含泥量为6-8wt％，砂的含泥量为4-5wt％，均超过普通混凝土中常用的骨料的含泥量，但由此配制的混凝土仍然具有优异的抗压性能和抗碳化性能，即本发明提供的混凝土对骨料含泥量不敏感，这在实际应用中具有重要意义。
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 (6)
1.一种抗压抗碳化再生混凝土，其特征在于，按重量份数，包括有以下组分：水泥250-290份、硅灰55-70份、粉煤灰30-45份、改性再生粗骨料1050-1120份、砂700-730份、可再分散乳胶粉10-15份、减水剂3-5份、水140-160份；
所述改性再生粗骨料的制备包括有以下步骤：
a，按重量份数，将质量浓度为5%的水玻璃100份、硅藻土20-30份、沸石粉10-20份、胶体石墨粉8-15份、硅烷偶联剂1-3份混合均匀，得骨料改性液；
b，将再生粗骨料原料于骨料改性液中浸泡40-60min，取出沥干，于180-200℃下焙烧1-2h，得改性再生粗骨料；
所述再生粗骨料原料的粒径为5-20mm连续级、空隙率为45-48%、吸水率为12-15%、含泥量为6-8wt%、表观密度为2320-2360kg/m3、压碎值均值35%；
所述砂的细度模数为1.6-2.2、含泥量为4-5wt%；
改性再生粗骨料的制备步骤a中，所述硅藻土和沸石粉的重量比为1:（0.4-0.7）。
2.根据权利要求1所述的一种抗压抗碳化再生混凝土，其特征在于：所述水泥、硅灰和粉煤灰的重量比为1:（0.21-0.25）:（0.14-0.17）。
3.根据权利要求1所述的一种抗压抗碳化再生混凝土，其特征在于：改性再生粗骨料的制备步骤b中，焙烧温度为190-195℃。
4.根据权利要求1所述的一种抗压抗碳化再生混凝土，其特征在于：所述减水剂选用聚羧酸减水剂。
5.根据权利要求1所述的一种抗压抗碳化再生混凝土，其特征在于：所述硅烷偶联剂选用硅烷偶联剂KH-570。
6.一种权利要求1-5任一所述的抗压抗碳化再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：
a，制备改性再生粗骨料；
b，将水泥、砂、可再分散乳胶粉、水混合均匀，再加入改性再生粗骨料混合均匀，再加入减水剂、硅灰和粉煤灰混合均匀，得抗压抗碳化再生混凝土。
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