CN111747693B - 一种再生骨料混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

一种再生骨料混凝土及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑垃圾再生技术领域，具体来说是一种再生骨料混凝土及其制备方法和应用，由以下重量份数的原料组成：再生粗骨料973‑1135份，细骨料754‑868份、微硅粉53‑79份、聚丙烯腈纤维13.51‑22.6份，聚丙烯酰胺13.6‑30.1份，超高强水泥253‑327份，减水剂8.2‑10.5份，钢纤维8.51‑11.32份，水135‑216份，偶联剂13.6‑30.1份，粉煤灰53‑79份。本发明以废旧混凝土为原料，经粉碎筛选处理后得到再生粗骨料，并以再生粗骨料替代天然骨料进行二次利用，制备得到了再生骨料混凝土，并将再生骨料混凝土应用于道路和建筑工程。

Description

一种再生骨料混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑垃圾再生技术领域，具体来说是一种再生骨料混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
我国经济迅猛发展，建筑业也进入了高速发展阶段，建筑物不断地拆迁与建设，消耗了数量惊人的混凝土，同时也产生了数量惊人的建筑垃圾，其中废旧混凝土占就到建筑垃圾总量的50％到60％。而目前，我国旧有建筑物拆除产生的废弃混凝土绝大部分都是直接运往郊外堆放，而新建建筑物需要的混凝土又完全采用新鲜水泥、石子、河砂等材料配制而成。
由此产生的危害主要有：占用土地，降低土壤质量；过度开山采石破坏地表植被，造成水土流失和生态环境恶化。再生混凝土技术既能解诀废旧混凝土的处置问题，又能节省天然砂石，同时带来社会效益、经济效益和环保效益，被认为是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一。
但由于再生混凝土具有水灰比大、表观密度小、孔隙多、强度和弹性模量低、收缩和徐变大、流动性差、变异性大等缺点，大多应用于路基回填等非受力或受力较小的结构中，应用层次较低，阻碍了再生混凝土在实际结构中的广泛应用。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供了一种再生骨料混凝土及其制备方法和应用，本发明以废旧混凝土为原料，经粉碎筛选处理后得到再生粗骨料，并以再生粗骨料替代天然骨料进行二次利用，制备得到了再生骨料混凝土，并将再生骨料混凝土应用于道路和建筑工程。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种再生骨料混凝土，由以下重量份数的原料组成：再生粗骨料973-1135 份，细骨料754-868份、微硅粉53-79份、聚丙烯腈纤维13.51-22.6份，聚丙烯酰胺13.6-30.1份，超高强水泥253-327份，减水剂8.2-10.5份，钢纤维8.51-11.32 份，水135-216份，偶联剂13.6-30.1份。
优选的，由以下重量份数的原料组成：再生粗骨料998-1087份，细骨料 786-853份、微硅粉58-71份、聚丙烯腈纤维14.27-21.4份，聚丙烯酰胺15.3-28.2 份，超高强水泥267-313份，减水剂8.6-10.2份，钢纤维8.939-9.82份，水172-193 份，偶联剂15.3-28.2份。
优选的，由以下重量份数的原料组成：再生粗骨料1052份，细骨料827份、微硅粉64份、聚丙烯腈纤维18.79份，聚丙烯酰胺22.55份，超高强水泥298份，减水剂9.8份，钢纤维9.395份，水181份，偶联剂22.55份。
优选的，所述减水剂为脂肪族高效减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐高性能减水剂或聚羧酸高性能减水剂。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂中的KH-540、KH-550或KH-792。
本发明第二保护目的为一种再生骨料混凝土中再生粗骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)筛分：以废混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，从而制备成颗粒直径分别为
Figure GDA0003418719830000031
再生粗骨料；
(2)胶凝体的制备：
将步骤(1)的再生粗骨料与微硅粉和水I在250-300r/min的条件下混合均匀后，常温干燥至水分达到7-10％，得到胶凝体；
其中，水I的量占水总量的20-30％；
(4)再生粗骨料的制备：
将步骤(2)的胶凝体和偶联剂及聚丙烯酰胺I在混合均匀后，常温干燥至水分达到2-3％，得到再生粗骨料；
其中，聚丙烯酰胺I的量占聚丙烯酰胺总量的20-40％。
本发明第三保护目的为一种再生骨料混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将再生粗骨料和细骨料、聚丙烯酰胺Ⅱ、钢纤维、聚丙烯腈纤维、减水剂、水Ⅱ、水泥及粉煤灰混合均匀搅拌均匀后迅速摊铺至施工面，经养护后形成成型的再生混凝土；
其中，水Ⅱ的占水总量的70-80％；聚丙烯酰胺I的占聚丙烯酰胺总量的60-80％。
优选的，所述步骤(1)中在等级筛分过程中应用磁铁去除金属，以比重大小的方式去除木屑、塑料及杂物。
本发明第四保护目的为一种再生骨料混凝土在道路和建筑工程中的应用。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明以废旧混凝土为原料，经粉碎、烘干和等级筛选后，得到了不同粒径的粗骨料，粗骨料上还粘有水泥，通过加入微硅粉来降低水泥的空隙，微硅粉填充了粗骨料中的缝隙和孔洞，同时与水化产物生成胶凝体，然后通过偶联剂和聚丙烯酰胺来降低水泥的变异性；从而使得再生粗骨料在受荷时不易于开裂，再在胶凝体外粘接一层分子量为1600-1800万分子量的阴离子聚丙烯酰胺，胶凝体与阴离子聚丙烯酰胺通过偶联剂进行连接，偶联剂实现了有机物聚合物在无机材料的表面的附着，此时在偶联剂的作用下，阴离子聚丙烯酰胺将再生粗骨料进行了稳定包覆，增加了再生粗骨料的稳定性和抗压强度，从而将再生粗骨料替代天然骨料进行二次利用。
2、本发明再将处理后再生粗骨料和细骨料、聚丙烯酰胺Ⅱ、钢纤维、聚丙烯腈纤维、减水剂、水Ⅱ、超高强水泥混合均匀后迅速摊铺至施工面；混凝土一方面存在性能上各向异性明显，且抗拉强度远低于其抗压强度的缺陷；另一方面韧性不足，超过极限强度后很快失效，属于脆性破坏；在掺入钢纤维后一方面阻碍了混凝土中微裂缝的扩展以延缓宏观裂缝的形成与发展，进而显著提高其强度和韧度；另一方面，钢纤维在混凝土中近似均匀分布，一定程度上改变混凝土性能的各向异性，因此钢纤维在混凝土中提升了混凝土的韧性；
聚丙烯腈纤维用以做为混凝土的加筋材料，从而提高混凝土的韧性及抗冲击性能，并有效地阻止裂缝的产生和发展，提高混凝土的抗渗性、抗冻性等耐久性能；
超高强混凝土是一种新型建筑材料，通过去除粗骨料，掺入超细活性粉末，再掺入减水剂后有效降低了混凝土中的水胶比，掺加微细钢纤维和聚丙烯腈纤维提高材料韧性和抗压强度，同时提升了水泥颗粒的分散性，从而提高水泥基材料的致密性和硬度，增大其流动性，从而减小骨料粒径抑制了荷载作用下骨料与浆体界面裂缝。
最后通过聚丙烯酰胺Ⅱ来做为水泥混凝土的铺装层，用以提高抗折强度、粘结强度、弯曲韧性和抗磨性有显著作用，同时降低混凝土的渗透性和收缩性。
从而制备得到了一种韧性高、强度高、变异性小且孔隙率少的混凝土，同时实现了废混凝土的二次利用。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，用以较佳的实施例配合详细的说明。
实施例1
一种再生骨料混凝土中再生粗骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)筛分：以废混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，从而制备成颗粒直径分别为
Figure GDA0003418719830000051
(2)胶凝体的制备：
将步骤(1)的973kg的再生粗骨料与53kg微硅粉和28kg的水I在300r/min 的条件下混合均匀后，常温干燥至水分达到10％，得到胶凝体；
(3)再生粗骨料的制备：
将步骤(2)的胶凝体和13.6kg偶联剂及5.44kg的聚丙烯酰胺I在混合均匀后，常温干燥至水分达到2％，得到再生粗骨料；
一种再生骨料混凝土的制备方法，包括如下步骤：
按照以下重量份数的原料组成称量：步骤(1)制备得到的再生粗骨料973 份，细骨料754份、聚丙烯腈纤维13.51份，聚丙烯酰胺Ⅱ8.16份，超高强水泥 253份，减水剂8.2份，钢纤维8.51份，水Ⅱ139份，粉煤灰53份，备用；
将再生粗骨料和细骨料、聚丙烯酰胺Ⅱ、钢纤维、聚丙烯腈纤维、减水剂、水Ⅱ、超高强水泥及粉煤灰混合均匀搅拌均匀后迅速摊铺至施工面，经养护后形成成型的再生混凝土。
实施例2
一种再生骨料混凝土中再生粗骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)筛分：以废混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，从而制备成颗粒直径分别为
Figure GDA0003418719830000061
Figure GDA0003418719830000071
(2)胶凝体的制备：
将步骤(1)的1052kg的再生粗骨料与64kg微硅粉和36kg的水I在300r/min 的条件下混合均匀后，常温干燥至水分达到10％，得到胶凝体；
(3)再生粗骨料的制备：
将步骤(2)的胶凝体和22.55kg偶联剂及6.76kg的聚丙烯酰胺I在混合均匀后，常温干燥至水分达到2％，得到再生粗骨料；
一种再生骨料混凝土的制备方法，包括如下步骤：
按照以下重量份数的原料组成称量：步骤(1)制备得到的再生粗骨料1052 份，细骨料827份、聚丙烯腈纤维18.79份，聚丙烯酰胺Ⅱ15.79份，超高强水泥 298份，减水剂9.8份，钢纤维9.395份，水Ⅱ145份，粉煤灰64份，备用；
将再生粗骨料和细骨料、聚丙烯酰胺Ⅱ、钢纤维、聚丙烯腈纤维、减水剂、水Ⅱ、超高强水泥及粉煤灰混合均匀搅拌均匀后迅速摊铺至施工面，经养护后形成成型的再生混凝土。
实施例3
一种再生骨料混凝土中再生粗骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)筛分：以废混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，从而制备成颗粒直径分别为
Figure GDA0003418719830000072
Figure GDA0003418719830000081
(2)胶凝体的制备：
将步骤(1)的1135kg的再生粗骨料与79kg微硅粉和64.8kg的水I在 250r/min的条件下混合均匀后，常温干燥至水分达到10％，得到胶凝体；
(3)再生粗骨料的制备：
将步骤(2)的胶凝体和30.1kg偶联剂及9.03kg的聚丙烯酰胺I在混合均匀后，常温干燥至水分达到2％，得到再生粗骨料；
一种再生骨料混凝土的制备方法，包括如下步骤：
按照以下重量份数的原料组成称量：步骤(1)制备得到的再生粗骨料1135 份，细骨料868份、聚丙烯腈纤维22.6份，聚丙烯酰胺Ⅱ21.07份，超高强水泥 327份，减水剂10.5份，钢纤维11.32份，水Ⅱ151份，粉煤灰79份，备用；
将再生粗骨料和细骨料、聚丙烯酰胺Ⅱ、钢纤维、聚丙烯腈纤维、减水剂、水Ⅱ、超高强水泥及粉煤灰混合均匀搅拌均匀后迅速摊铺至施工面，经养护后形成成型的再生混凝土。
本发明实施例1＝-实施例3均制备得到了具有优异性能的再生骨料混凝土，本发明以废混凝土为原料，并将再生粗骨料进行了处理，制备得到的再生粗骨料替代天然骨料进行二次利用，下面对实施例1-实施例3制备得到的5-31.5mm的再生粗骨料的性能进行研究，测试结果具体如下：
吸水率的测定：
表1测定吸水率所需的试样最小质量
Figure GDA0003418719830000091
将清洗烘干至质量不再发生变化，称取重量m1，然后将所有再生粗骨料在水中浸泡24h后，用毛巾吸走骨料外的自由水，称取重量m2
吸水率＝(m2-m1)/m1
压碎值采用石料压碎值试验仪的测定，标准依据JGJ52-2006；
针片状测试：目测挑出接近立方体形状的规则颗粒，将目测有可能属于针片状颗粒的集料按规定的粒级用规准仪逐粒对试样进行针片状颗粒鉴定；
表2实施例1-实施例3的再生粗骨料的性能测试
项目 吸水率(％) 压碎值(％) 针片状含量(％)
实施例1 1.5 7.6 10.3
实施例2 1.6 7.3 10.9
实施例3 1.8 7.8 11.2
本发明实施例1-实施例3的再生粗骨料的吸水率均小于2％，压碎值均小于 8％，针片状含量小于12％，说明制备得到的再生粗骨料能够替代现有技术的粗骨料的。
本发明实施例2的再生骨料混凝土的理论配合比为：(水泥+粉煤灰+微硅粉)：细骨料：粗骨料：水：减水剂＝(0.7+0.15+0.15):1.94:2.47:0.34:0.023，本发明还对实施例1-实施例3制备得到的再生骨料混凝土进行了研究，具体研究结果如下：
表3实施例1-实施例3的再生骨料混凝土的性能测试
Figure GDA0003418719830000101
通过上述数据显示，本发明实施例1-实施例3制备得到的混凝土具有优异的抗压强度和劈拉强度，能够在道路或建筑工程中应用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种再生骨料混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：再生粗骨料973-1135份，细骨料754-868份、微硅粉53-79份、聚丙烯腈纤维13.51-22.6份，聚丙烯酰胺13.6-30.1份，超高强水泥253-327份，减水剂8.2-10.5份，钢纤维8.51-11.32份，水135-216份，偶联剂13.6-30.1份，粉煤灰53-79份；
再生粗骨料按照以下方法制备：
(1)筛分：以废混凝土为原料，粉碎并烘干至水分小于等于2-3％后进行等级筛分，从而制备成颗粒直径分别为
Figure FDA0003418719820000011
(2)胶凝体的制备：
将步骤(1)的预处理再生粗骨料与微硅粉和水I在250-300r/min的条件下混合均匀后，常温干燥至水分达到7-10％，得到胶凝体；
其中，水I的量占水总量的20-30％；
(3)再生粗骨料的制备：
将步骤(2)的胶凝体和偶联剂及聚丙烯酰胺I混合均匀后，常温干燥至水分达到2-3％，得到再生粗骨料；
其中，聚丙烯酰胺I的量占聚丙烯酰胺总量的20-40％。
2.根据权利要求1所述的一种再生骨料混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：再生粗骨料998-1087份，细骨料786-853份、微硅粉58-71份、聚丙烯腈纤维14.27-21.4份，聚丙烯酰胺15.3-28.2份，超高强水泥267-313份，减水剂8.6-10.2份，钢纤维8.939-9.82份，水172-193份，偶联剂15.3-28.2份，粉煤灰58-71份。
3.根据权利要求1所述的一种再生骨料混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：再生粗骨料1052份，细骨料827份、微硅粉64份、聚丙烯腈纤维18.79份，聚丙烯酰胺22.55份，超高强水泥298份，减水剂9.8份，钢纤维9.395份，水181份，偶联剂22.55份，粉煤灰64份。
4.根据权利要求1所述的一种再生骨料混凝土，其特征在于，所述减水剂为脂肪族高效减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐高性能减水剂或聚羧酸高性能减水剂。
5.根据权利要求1所述的一种再生骨料混凝土，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂中的KH-540、KH-550或KH-792。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将再生粗骨料和细骨料、聚丙烯酰胺Ⅱ、钢纤维、聚丙烯腈纤维、减水剂、水Ⅱ、水泥及粉煤灰混合均匀搅拌均匀后迅速摊铺至施工面，经养护后形成成型的再生混凝土；
其中，水Ⅱ的占水总量的70-80％；聚丙烯酰胺Ⅱ的占聚丙烯酰胺总量的60-80％。
7.根据权利要求6所述的一种再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中在等级筛分过程中应用磁铁去除金属，以比重大小的方式去除木屑、塑料及杂物。
8.根据权利要求1所述的一种再生骨料混凝土在道路和建筑工程中的应用。
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