CN111704398A - 一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土及其制备方法，所述再生混凝土包含以下重量份数的原料：二灰碎石旧料再生粗骨料47.5～56.4份，二灰碎石旧料再生细骨料25.7～31.4份，二灰碎石旧料再生粉体8.25～9.75份，粉煤灰2.75～3.25份、氢氧化钠0.6～1.1份、硅酸钠2.1～3.2份，磷酸钠0.25～0.3份，水1～1.6份。所述制备方法包括以下步骤：称取氢氧化钠，加水搅拌得氢氧化钠溶液；筛分二灰碎石旧料再生粗骨料、细骨料；称取所需原料搅拌；磷酸钠溶解于氢氧化钠溶液，加入干混料和硅酸钠，搅拌；浇筑保湿养护。本发明采用二灰碎石再生粉体为地聚合物的主要硅铝相原料，大大降低地聚合物的生产成本，为废弃二灰碎石破碎筛分后再生粉体的再生利用提供了可行路径。

Description

一种基于二灰碎石基层旧料的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及其制法，具体为一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土及其制备方法。
背景技术
地聚合物是新发展起来的一种新型无机非金属胶凝材料，因其具有早强快硬、耐久性好、以工业固废为原料的特点，被认为是水泥的理想代替材料。地聚合物为在碱激发作用下，硅铝原材料中的硅氧键和铝氧键发生断裂--重组聚合，生成一种三维网状硅铝酸盐胶凝材料。在粉煤灰体系地聚合物中，一般认为低钙粉煤灰更适合于作为地聚合物原料。Ca2+的加入对地聚合物有如下影响：使得地聚合物生成其它物相；与硅酸铝反应形成硅酸钙水化物(CSH)，提高地聚合物的致密性；SO4 2-在Ca2+的作用下与溶解于液相的活性Al2O3反应生成水化硫铝酸钙AFt，即钙矾石，其反应式如下：
Al2O3+Ca2++OH-+SO4 2-→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
二灰碎石拆除旧料主要产生于公路改建及大修过程中，对于二灰碎石拆除旧料，传统的处理方法主要是将其直接废弃填埋，这种方法不仅需要填埋场地，而且对环境造成污染。目前，对于废弃二灰碎石再生利用方法尚处于低级利用层次，即将拆除旧料用于一般性回填工程等，还未对其再生骨料、粉体进行高级利用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种再生利用率高、耐久性良好的基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，本发明的另一目的是提供一种能够缓解资源紧张、对环境友好的基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土的制备方法。
技术方案：本发明所述的一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，包含以下重量份数的原料：二灰碎石旧料再生粗骨料47.5～56.4份，二灰碎石旧料再生细骨料25.7～31.4份，二灰碎石旧料再生粉体8.25～9.75份，粉煤灰2.75～3.25份、氢氧化钠0.6～1.1份、硅酸钠2.1～3.2份，磷酸钠0.25～0.3份，水1～1.6份。
其中，二灰碎石旧料再生粗骨料的粒径为4.75mm～26.5mm，优选为4.75mm筛孔累计筛余量为95％，9.5mm筛孔累计筛余量为87％，16mm筛孔累计筛余量为67％，19mm筛孔累计筛余量为37％，26.5mm筛孔累计筛余量为2％，质量指标满足《混凝土用再生粗骨料》(GBT25177-2010)中的相关要求。二灰碎石旧料再生粗骨料的吸水率为4.5％～5.5％，优选为4.66％。
二灰碎石旧料再生细骨料的粒径为0.075～4.75mm，细度模数为2.3～3.0。优选为150μm筛孔累计筛余量为95％，300μm筛孔累计筛余量为82％，600μm筛孔累计筛余量为53％，1.18mm筛孔累计筛余量为35％，2.36mm筛孔累计筛余量为15％，4.75mm筛孔累计筛余量为2％，质量指标满足《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GBT 25176-2010)中的相关要求。
二灰碎石旧料再生粉体的粒径为0～0.075mm，直接由二灰碎石路面基层拆除旧料破碎分选得到，符合RF级再生微粉的质量要求。粉煤灰为F类I级粉煤灰，细度为9.1％～10.3％，烧失量为1.40％～1.50％，其余质量指标满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596-2017)中的相关要求。
氢氧化钠的纯度大于99％。硅酸钠为无色透明粘稠液体，固含量为35％～36％，波美度为39°，比重为1.370～1.375，模数为3.1～3.4。磷酸钠的纯度大于98％，钠盐含量低于0.5％。
优选地，二灰碎石旧料再生粗骨料重量份数为32.5份。二灰碎石旧料再生细骨料重量份数优选为17.5份。二灰碎石旧料再生粉体重量份数优选为9.37份。二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料来源于公路基层铣刨料，采用反击式破碎设备对铣刨料破碎，采用筛分机对破碎料进行分选。粉煤灰重量份数为3.13份。固体氢氧化钠重量份数为1份。硅酸钠重量份数为3.75份。磷酸钠质量份数为0.27份。水重量份数为1.5份，来源没有特殊限制，使用普通自来水即可。
上述基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学计量比称取氢氧化钠，边加水边搅拌，搅拌2～3分钟，得浓度为14mol/L～16mol/L氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)筛分二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料，合成所需级配；
(3)按化学计量比称取二灰碎石旧料再生粉体、粉煤灰、二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌20～30s；
(4)称取磷酸钠溶解于步骤(1)得到的氢氧化钠溶液，加入步骤(2)得到的干混料中，并加入按化学计量比称取的硅酸钠，搅拌140～150s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(5)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、保湿养护，得到基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土。
优选的，所述步骤(4)中养护条件为试件表面保湿养护。
制备原理：二灰碎石再生粉体的主要化学成分为SiO2、CaO、Al2O3等，主要由硅、钙、铝成分组成，还有少量的铁、镁氧化物。Si4+、Al3+离子在碱性溶液中溶解、聚合，形成具有胶凝作用的聚合物，再生粉体中富含的Ca2+促进了CSH、Aft等产物的生成，提高了地聚合物的强度。二灰碎石路面基层拆除旧料表面包裹的砂浆中石灰、粉煤灰含量较高，二灰在搅拌过程中在碱液中溶解，相当于提高了地聚合物中Si4+、Al3+和Ca2+含量，有助于地聚合物再生混凝土强度的增长。在配合比设计中考虑了骨料级配因素，使得骨料间接触良好，空隙率小，节省胶凝材料，改善混凝土工作性能。使用磷酸钠作为缓凝剂，硅铝化合物在碱容易中溶解Ca2+，优先与PO4 3-结合，生成Cax(PO4)y(OH)z，消耗了溶液中的Ca2+，阻碍了CSH的形成，延长了初凝时间。试件表面覆盖保鲜膜的湿养养护方式，有助于生成物中结构水形成，有利于控制微裂缝发展和保持结构完整，对地聚合物再生混凝土强度的提高起到了正向作用。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、采用二灰碎石再生粉体为地聚合物的主要硅铝相原料，大大降低地聚合物的生产成本，同时为废弃二灰碎石破碎筛分后再生粉体的再生利用提供了可行的路径；
2、采用二灰碎石路面基层拆除旧料破碎分级之后的再生粗、细骨料及再生粉体，实现了对二灰碎石路面基层拆除旧料的完全利用，有效解决了拆除旧料的再生利用问题，节约了自然资源，避免了拆除旧料随意堆放对环境造成的污染，具有较大经济、社会价值；
3、在地聚合物再生混凝土制备中，添加了磷酸钠，有助于改善地聚合物再生混凝土的流动性和施工性，延缓混凝土的凝结时间，方便施工；
4、采用湿养的方式对地聚合物再生混凝土进行养护，有助于提高其强度，弥补了使用再生骨料带来的强度损失，得到的基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土可以广泛应用于道路、桥梁、基础工程中。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下列实例中，所用原料均为购买使用。二灰碎石路面基层拆除旧料再生料来源于公路基层铣刨料，采用反击式破碎设备对铣刨料破碎，采用筛分机对破碎料进行分选。
实施例1
如图1，按照以下步骤对原材料进行拌和：
(1)称取0.6份氢氧化钠固体，加入1份水，边加边搅拌，搅拌2分钟，得氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)筛分二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料，合成所需级配；
(3)称取5.5份二灰碎石旧料再生粉体、5.5份粉煤灰、47.5份二灰碎石旧料再生粗骨料、25.7份二灰碎石旧料再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌20s；
(4)称取0.25份磷酸钠溶解于步骤(1)得到的氢氧化钠溶液，加入步骤(2)得到的干混料中，并加入2.1份硅酸钠，搅拌140s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(5)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、室温下覆盖保鲜膜养护，得到基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土。
制备得到的基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土试件，测得初凝时间为2h25min，终凝时间为3h10min，3天抗压强度达到了32.9MPa，28天抗压强度为45.7MPa。
实施例2
按照以下步骤对原材料进行拌和：
(1)称取0.8份氢氧化钠固体，加入1.3份水，边加边搅拌，搅拌2.5分钟，得氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)筛分二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料，合成所需级配；
(3)称取6.0份二灰碎石旧料再生粉体、6.0份粉煤灰、50.5份二灰碎石旧料再生粗骨料、28.5份二灰碎石旧料再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌25s；
(4)称取0.27份磷酸钠溶解于步骤(1)得到的氢氧化钠溶液，加入步骤(2)得到的干混料中，并加入2.6份硅酸钠，搅拌145s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(5)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、室温下覆盖保鲜膜养护，得到基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土。
制备得到的基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土试件，测得初凝时间为2h50min，终凝时间为3h30min，3天抗压强度达到了31.6MPa，28天抗压强度为48.4MPa。
实施例3
按照以下步骤对原材料进行拌和：
(1)称取1.1份氢氧化钠固体，加入1.6份水，边加边搅拌，搅拌3分钟，得氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)筛分二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料，合成所需级配；
(3)称取6.5份二灰碎石旧料再生粉体、6.5份粉煤灰、56.4份二灰碎石旧料再生粗骨料、31.4份二灰碎石旧料再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌30s；
(4)称取0.3份磷酸钠溶解于步骤(1)得到的氢氧化钠溶液，加入步骤(2)得到的干混料中，并加入3.2份硅酸钠，搅拌150s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(5)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、室温下覆盖保鲜膜养护，得到基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土。
制备得到的基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土试件，测得初凝时间为2h30min，终凝时间为3h20min，3天抗压强度达到了33.5MPa，28天抗压强度为53.2MPa。
实施例4
按照以下步骤对原材料进行拌和：
(1)称取1.0份氢氧化钠固体，加入1.5份水，边加边搅拌，搅拌3分钟，得氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)筛分二灰碎石旧料再生粗骨料、细骨料，合成所需级配；
(3)称取9.37份二灰碎石旧料再生粉体、3.13份粉煤灰、32.5份二灰碎石旧料再生粗骨料、17.5份二灰碎石旧料再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌30s；
(4)称取0.37份磷酸钠溶解于步骤(1)得到的氢氧化钠溶液，加入步骤(2)得到的干混料中，并加入3.75份硅酸钠，搅拌150s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(5)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、室温下覆盖保鲜膜养护，得到基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土。
制备得到的基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土试件，测得初凝时间为3h05min，终凝时间为3h35min，3天抗压强度达到了36.6MPa，28天抗压强度为55.3MPa。
对比例1
按照以下步骤对原材料进行拌和：
(1)称取0.6份氢氧化钠固体，加入1份水，边加边搅拌，搅拌2～3分钟，得氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)筛分二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料，合成所需级配；
(3)称取5.5份废弃水泥混凝土再生粉体、5.5份粉煤灰、47.5份二灰碎石旧料再生粗骨料、25.7份二灰碎石旧料再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌20s；
(4)称取0.25份磷酸钠溶解于步骤(1)得到的氢氧化钠溶液，加入步骤(2)得到的干混料中，并加入2.1份硅酸钠，搅拌140s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(5)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、室温下覆盖保鲜膜养护，得到基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土。
制备得到的地聚合物再生混凝土试件，测得初凝时间为2h30min，终凝时间为3h15min，3天抗压强度为24.4MPa，28天抗压强度为32.5MPa。将对比例1与实施例1分别制得的地聚合物再生混凝土抗压强度进行对比，可以得出，使用富含粉煤灰及石灰的二灰碎石再生粉体制备地聚合物胶凝材料，能够明显提高地聚合物再生混凝土强度。
对比例2
按照以下步骤对原材料进行拌和：
(1)称取0.8份氢氧化钠固体，加入1.3份水，边加边搅拌，搅拌2.5分钟，得氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)筛分废弃水泥混凝土再生粗、细骨料，合成所需级配；
(3)称取6.0份二灰碎石旧料再生粉体、6.0份粉煤灰、50.5份废弃水泥混凝土再生粗骨料、28.5份废弃水泥混凝土再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌25s；
(4)称取0.27份磷酸钠溶解于步骤(1)得到的氢氧化钠溶液，加入步骤(2)得到的干混料中，并加入2.6份硅酸钠，搅拌145s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(5)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、室温下覆盖保鲜膜养护，得到基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土。
制备得到的地聚合物再生混凝土试件，测得初凝时间为2h50min，终凝时间为3h35min，3天抗压强度为25.3MPa，28天抗压强度为40.8MPa。将对比例2与实施例2分别制得的地聚合物再生混凝土抗压强度进行对比，可以得出，使用表面包裹砂浆中粉煤灰、石灰含量较高的二灰碎石路面基层拆除旧料再生骨料，能够明显提高地聚合物再生混凝土强度。
对比例3
按照以下步骤对原材料进行拌和：
(1)称取1.1份氢氧化钠固体，加入1.6份水，边加边搅拌，搅拌3分钟，得氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)筛分二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料，合成所需级配；
(3)称取6.5份二灰碎石旧料再生粉体、6.5份粉煤灰、56.4份二灰碎石旧料再生粉体、31.4份二灰碎石旧料再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌30s；
(4)称取0.37份磷酸钠溶解于步骤(1)得到的氢氧化钠溶液，加入步骤(2)得到的干混料中，并加入3.2份硅酸钠，搅拌150s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(5)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、室温下暴露于空气中养护，得到基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土。
制备得到的地聚合物再生混凝土试件，测得初凝时间为2h30min，终凝时间为3h20min，3天抗压强度达到了21.8MPa，28天抗压强度为43.6MPa。将对比例3与实施例3分别制得的地聚合物再生混凝土抗压强度进行对比，可以得出，使用覆盖保鲜膜湿养的方式对地聚合物再生混凝土进行养护，能够明显提高地聚合物再生混凝土强度。
对比例4
按照以下步骤对原材料进行拌和：
(1)称取1.0份氢氧化钠固体，加入1.5份水，边加边搅拌，搅拌3分钟，得氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)称取9.37份二灰碎石旧料再生粉体、3.13份粉煤灰、32.5份二二灰碎石旧料再生粗骨料、17.5份二灰碎石旧料再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌30s；
(3)将步骤(1)得到的氢氧化钠溶液倒入步骤(2)得到的干混料中，并加入3.75份硅酸钠，搅拌150s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(4)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、室温下覆盖保鲜膜养护，得到基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土。
制备得到的基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土试件，测得初凝时间为55min，终凝时间为1h30min，3天抗压强度达到了31.7MPa，28天抗压强度为56.2MPa。将对比例4与实施例4分别制得的地聚合物再生混凝土凝结时间与抗压强度进行对比，可以得出，使用本发明所用的缓凝剂，可以大大延长制得的地聚合物再生混凝土的凝结时间。同时，使用适量磷酸钠作为缓凝剂，会对地聚合物再生混凝土早期强度降低，但对于28d强度增长反而会起一定的积极作用。
通过实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1、对比例2、对比例3、对比例4的比较可知，本发明使用的二灰碎石再生粉体使得地聚合物再生混凝土强度提高了40.6％；使用的二灰碎石路面基层拆除旧料再生骨料使得地聚合物再生混凝土强度提高了18.6％；使用的养护方式使得再生混凝土强度提高了22.3％；使用的缓凝剂使得地聚合物再生混凝土的凝结时间延长了2.36倍。本发明得到的基于二灰碎石路面基层拆除旧料的地聚合物再生混凝土具有强度较高、原料易得的优点，有利于推广使用。

Claims (9)

1.一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，其特征在于包含以下重量份数的原料：二灰碎石旧料再生粗骨料47.5～56.4份，二灰碎石旧料再生细骨料25.7～31.4份，二灰碎石旧料再生粉体8.25～9.75份，粉煤灰2.75～3.25份、氢氧化钠0.6～1.1份、硅酸钠2.1～3.2份，磷酸钠0.25～0.3份，水1～1.6份。
2.根据权利要求1所述的一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，其特征在于：所述二灰碎石旧料再生粗骨料的粒径为4.75mm～26.5mm，吸水率为4.5％～5.5％。
3.根据权利要求1所述的一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，其特征在于：所述二灰碎石旧料再生细骨料的粒径为0.075～4.75mm，细度模数为2.3～3.0。
4.根据权利要求1所述的一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，其特征在于：所述二灰碎石旧料再生粉体的粒径为0～0.075mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为F类I级粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，其特征在于：所述氢氧化钠的纯度大于99％。
7.根据权利要求1所述的一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，其特征在于：所述硅酸钠的固含量为35％～36％，波美度为39°，比重为1.370～1.375，模数为3.1～3.4。
8.根据权利要求1所述的一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土，其特征在于：所述磷酸钠的纯度大于98％。
9.根据权利要求1所述的一种基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按化学计量比称取氢氧化钠，边加水边搅拌，搅拌2～3分钟，得氢氧化钠溶液，冷却，备用；
(2)筛分二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料，合成所需级配；
(3)按化学计量比称取二灰碎石旧料再生粉体、粉煤灰、二灰碎石旧料再生粗骨料、二灰碎石旧料再生细骨料，依次投入搅拌容器中，搅拌20～30s；
(4)称取磷酸钠溶解于步骤(1)得到的氢氧化钠溶液，加入步骤(2)得到的干混料中，并加入按化学计量比称取的硅酸钠，搅拌140～150s，得到新拌地聚合物再生混凝土混合料；
(5)将得到的新拌地聚合物再生混凝土混合料浇筑、保湿养护，得到基于二灰碎石基层旧料的再生混凝土。
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