CN111763056A - 再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种再生混凝土及其制备方法，属于混凝土制备的领域，原料包括，建筑垃圾再生粗骨料、水泥、矿物掺合料、激发剂、土、植物秸秆颗粒、废弃橡胶颗粒、外加剂、超吸水树脂珠、水。制备方法包括以下步骤，步骤1：将第一矿物掺合料、水泥和激发剂混合均匀，加入总重量1/3‑1/2的水混合均匀，得第一中间产物；步骤2：将建筑垃圾再生粗骨料和第一中间产物混合，搅拌均匀得第二中间产物；步骤3：将植物秸秆、废弃橡胶颗粒、外加剂和超吸水树脂珠及余量的水加入第二中间产物中，混合均匀得再生混凝土。组分中通过加入矿物掺合料、植物秸秆颗粒和废弃橡胶颗粒，达到环保的效果，而且制备的混凝土透水性好，强度合适，适合植被生长。

Description

再生混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土制备的领域，更具体地说，它涉及一种再生混凝土及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，各类建筑物及建筑工程越来越多，但是随着城市的改造，造成城市中大量废弃建筑物形成建筑垃圾，这些建筑垃圾的处理不仅需要大面积的堆场，而且还花费大量的人力物力。随着建筑科学的发展，有效利用建筑垃圾成为一个新的课题。
在公告号为CN101538135B的中国专利中公开了一种植生型多孔混凝土及其制备方法，具有厚度的多孔混凝土，在多孔混凝土的表层覆盖有混合土壤，其中，混合土壤由土壤和浸泡后的草种按照重量比为1:2-3的比例混合均匀而成；多孔混凝土进一步包括有以下组分及其配比：石子 1500kg/m3-1800kg/m3、水泥200kg/m3-300kg/m3、土100kg/m3-200kg/m3、有机肥料5kg/m3-15kg/m3、聚羧酸减水剂2kg/m3-4.5kg/m3、聚合物乳液 50kg/m3-105kg/m3、混凝土碱性调节剂1kg/m3-4.5kg/m3、水灰比0.2-0.4，所述的石子的粒径为10mm-15mm。
上述植生型多孔混凝土的制备方法包括如下步骤：A、制备多孔混凝土：将石子、水泥、土、聚羧酸减水剂、聚合物乳液、有机肥料、混凝土碱性调节剂、以及水按照设定的配比加入到搅拌机中搅拌成型，得到多孔混凝土； B、制备混合土壤：将草种用自来水浸泡8-10小时后，和土壤按照重量比为 1∶2-3的比例混合均匀，得到混合土壤；C、制备植生型多孔混凝土：将步骤B得到的混合土壤覆盖在步骤A得到成型的多孔混凝土的表层，制得植生型多孔混凝土。
上述的植生型多孔混凝土解决了以往制备混凝土由于碱性太强导致植物长势不佳的技术难题，虽然该方法解决了植被混凝土表面的植物生长问题，但是组分中选用传统的石子进行配比，其成本就高，所以亟需开发新型的可替代的材料。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种再生混凝土，其具有降低成本的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种再生混凝土的制备方法，其具有制备简单的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种再生混凝土，原料包括如下重量份数的组分，建筑垃圾再生粗骨料1200-1600份、水泥130-150 份、矿物掺合料250-270份、激发剂2-3份、土50-80份、植物秸秆颗粒30-50 份、废弃橡胶颗粒20-25份、外加剂11-15份、超吸水树脂珠50-100份、水130-150 份。
通过采用上述技术方案，加入的建筑垃圾再生粗骨料透水性好，遇水不冻涨不收缩，比表面积小，不具备塑性，且作为建筑垃圾，其在砖渣表面包裹有混凝土层，结构强度高，稳定性好。而且与上述组分配合，未加入有细骨料，制备出的混凝土具有孔隙，且具有优良的透水性，适于护坡使用，可用于种植植物，而且透气性能好，作为护坡使用，材料本身作为混凝土其具有一定的强度，而且具有透气性，能够改善常规混凝土护坡造成的地下水得不到补充影响生态环境的情况。而且还能够有效降低成本。
水泥和矿物掺合料的使用作为胶黏剂，增加建筑垃圾再生粗骨料之间的粘合性，形成稳定结构。
激发剂能够激发矿物掺合料的活性，激发剂能够使键能较低的Ca-O和 Mg-O首先发生断裂，富钙相发生溶解，当富钙相溶解后，富硅相逐渐暴露于碱性介质中，使整个体系的反应程度得到了较大的提高，反应产物增多，材料的强度得到改善。
我国秸秆资源丰富，但是当前对于秸秆的利用还较少，将植物秸秆颗粒加入混凝土组分中作为原料使用，一方面增加了植物秸秆的利用率，另一方面能够改善水泥水化形成的碱性环境对植物生长的影响，使得再生混凝土更适合植物生长。而且秸秆颗粒在使用过程中会逐渐腐解，起到肥料的作用效果。
进一步的植物秸秆颗粒腐解的过程中能够产生有机酸，进一步的对于维持混凝土的酸碱平衡产生有益效果，改善过碱环境对于植物生长的不利影响。
废弃橡胶颗粒的应用进一步的增加了废料的利用率，同时废弃橡胶的加入能够改善混凝土的孔隙率，还能够起到保温的作用效果，利于植物生长。
最后超吸水树脂珠的加入能够使得再生混凝土具有优良的保水性。
整体在上述组分的配比下，能够形成一种新的适合植物生长的再生混凝土，该混凝土能够改善混凝土碱性环境对植物生长的影响，同时原料中选用了建筑垃圾再生粗骨料、矿物掺合料、植物秸秆和废弃橡胶颗粒，减少了对自然资源的利用，而且还能够改善再生混凝土的性能。
进一步地，所述矿物掺合料均包括重量份数的组分：粉煤灰81-100份、矿粉81-100份、脱硫石膏25-54份和蒙脱土25-54份。
通过采用上述技术方案，粉煤灰作为火山灰质混合材料中的一种，其本身略有或不具有水硬性胶凝性能，由于其含有的可溶性二氧化硅、三氧化二铝等成分在有水的常温下，可与氢氧化钙等碱性氧化物发生化学反应，生成具有水硬性的胶体化合物，粉煤灰取代部分水泥后不仅降低了水泥的用量，而且可以降低水泥水化所产生的碱性。
矿渣的主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙，将其掺入水泥中，水化时能与混合胶凝体系中产生氢氧化钙反应，进一步形成水化硅酸钙化合物，填充于空隙中，增加了密实度，如此便既降低了碱性又提高了强度。
而且粉煤灰和矿粉颗粒普呈球状，表面光滑致密，故吸附水和外加剂较少，可以减少一部分用水量，从而使水泥更为致密，强度更高。
蒙脱土具有较好的吸水性、膨胀性、胶结性、阳离子交换性、分散性及润滑性能，能够作为胶结材料，且能够使得混凝土的各组分混合分散均匀。
脱硫石膏在混凝土中适量的掺加是脱硫石膏综合利用的一个途径，能够节约资源，保护环境，而且脱硫石膏的加入，使碱激发和硫酸盐激发并存，促进水泥和掺合料的水化，提高混凝土的强度和耐久性。
进一步地，所述外加剂包括如下重量份数的组分：减水剂8-9份、引气剂 0.5-1份、硫酸铁1-2份、硫酸钠0.5-1份和可再分散乳胶粉1-2份。
通过采用上述技术方案，引气剂在混凝土中引入大量的微小且独立的气泡，这些球状气泡如滚珠一样使混凝土和易性得到较大程度的改善。由于气泡增加了浆体体积和对拌合料的润滑作用，以及增加了浆体的粘度和屈服应力，因此引起混凝土的工作性、塑性和内聚性得到显著提高，明显比非引气混凝土的好，且引气剂的加入能够改善混凝土的抗冻性、抗盐冻性，抗渗性，抗碳化能力。
硫酸铁中Fe3+为高价阳离子，它对C2S2H胶体粒子的扩散双电层有压缩作用，可加速C2S2H胶体粒子的凝聚，因而可降低其在液相中的浓度，加速C3S 的水化，加快水泥的胶凝及硬化。
硫酸钠作为混凝土早强剂实用，提高混凝土硬化的速度和混凝土的耐压强度。
可再分散乳胶粉的加入能够改善混凝土的耐久性。
进一步地，所述激发剂包括重量份数为1.4-2.1份的氢氧化钠和0.6-0.9份硅灰。
通过采用上述技术方案，氢氧化钠与硅灰一起使用时，矿渣粉和粉煤灰迅速解离成硅氧四面体和铝氧四面体，再缩聚成三维网络结构，混凝土固化所需时间短，形成的混凝土具有良好的耐久性和力学性能，快凝早强，结构致密。
进一步地，原料组分中还包括有重量份数为5-20份的聚丙烯纤维。
通过采用上述技术方案，聚丙烯纤维能有效地控制混凝土/砂浆塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂纹，防止及抑制混凝土原生裂缝的形成和发展，大大改善混凝土/砂浆的防裂抗渗性能、抗冲磨性能，增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的使用寿命。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将第一矿物掺合料、水泥和激发剂混合均匀，加入总重量1/3-1/2 的水混合均匀，得第一中间产物；
步骤2：将建筑垃圾再生粗骨料和第一中间产物混合，搅拌均匀得第二中间产物；
步骤3：将植物秸秆、废弃橡胶颗粒、外加剂和超吸水树脂珠及余量的水加入第二中间产物中，混合均匀得再生混凝土。
通过采用上述技术方案，步骤1中将掺合料和激发剂混合能够预先对掺合料进行激发，激发后在进行下一步骤的工序，操作简便；步骤2中在将建筑垃圾再生骨料与第一中间产物混合，能够在建筑垃圾再生骨料的表面包裹一层浆料，增加了建筑垃圾再生骨料的结构强度；步骤3中加入植物秸秆、废弃橡胶颗粒、外加剂和超吸水树脂珠和水，能够配合第二混合物最终制备成再生混凝土，植物秸秆、废弃橡胶颗粒和外加剂的加入改善了混凝土的性能。
进一步地，步骤2中所述建筑垃圾再生粗骨料再加入第一中间产物前经混合浆料浸泡至饱和状态。
通过采用上述技术方案，建筑垃圾再生骨料经混合浆料浸泡，能够使得建筑垃圾再生骨料吸水饱和，改善建筑垃圾吸水率过大，造成混凝土和易性降低，容易离析。
进一步地，所述混合浆料包括缓释肥1-2份、缓释型保水剂0.5-1份、水 40-50份和水泥30-50份。
通过采用上述技术方案，缓释肥的加入能够吸附在再生骨料内，能够储存起来，用以提供给植物生长所需的废料；
缓释型保水剂具有相对的长期饱水、持续供肥的特性，不会对环境造成污染；
水泥的加入能够增加混合浆料对再生骨料的包裹性。
进一步地，步骤3中还加入有聚丙烯纤维。
通过采用上述技术方案，聚丙烯纤维的加入改善了混凝土的开裂性能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明采用加入的建筑垃圾再生粗骨料透水性好，遇水不冻涨不收缩，比表面积小，不具备塑性，且作为建筑垃圾，其在砖渣表面包裹有混凝土层，结构强度高，稳定性好。而且与上述组分配合，未加入有细骨料，制备出的混凝土具有孔隙，且具有优良的透水性，良好的透水性且适于护坡植物种植使用，可用于种植植物，而且透气性能好，作为护坡使用，材料本身作为混凝土其具有一定的强度，而且具有透气性，能够改善常规混凝土造成的地下水得不到补充影响生态环境的情况。
第二、本发明中优选采用废弃橡胶颗粒的应用进一步的增加了废料的利用率，同时废弃橡胶的加入能够改善混凝土的孔隙率，还能够起到保温的作用效果，利于植物生长。
第三、本发明中优选采用植物秸秆颗粒加入混凝土组分中作为原料使用，一方面增加了植物秸秆的利用率，另一方面能够改善水泥水化形成的碱性环境对植物生长的影响，使得再生混凝土更适合植物生长。而且秸秆颗粒在使用过程中会逐渐腐解，起到肥料的作用效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例及对比例中
建筑垃圾再生骨料的粒径为5-20mm；
粉煤灰选择I级粉煤灰；
矿粉选用S95级矿渣粉；
植物秸秆颗粒粒径为5-10mm；
废弃橡胶颗粒粒径为5-10mm；
减水剂择聚羧酸型高效减水剂；聚羧酸型高效减水剂采购自陕西渤海化工有限公司；
引气剂购自陕西精诚建材有限责任公司；
可再分散乳胶粉购自山东特耐斯纤维素有限公司；
超吸水树脂珠在用于混凝土生产时预先浸泡于水中，吸水饱和后取出，所述超吸水树脂珠为聚丙烯酸盐类超吸水树脂珠形颗粒，其原始粒径为2～5mm，饱和吸附状态粒径膨胀为5～12mm。
实施例1
再生混凝土原料包括建筑垃圾再生骨料1200kg，水泥130kg，粉煤灰81kg，矿粉81kg，脱硫石膏51kg，蒙脱土54kg，氢氧化钠1.4kg，硅灰0.6kg，土80kg，植物秸秆颗粒30kg，废弃橡胶颗粒20kg，减水剂8kg，引气剂0.5kg，硫酸铁 1kg，硫酸钠0.5kg，可再分散乳胶粉1kg、超吸水树脂珠50kg，水140kg。
在生混凝土在制备时，包括以下的步骤：
步骤1：将粉煤灰、矿粉、脱硫石膏、蒙脱土、水泥和激发剂混合均匀，加入46.7kg的水混合搅拌30s，得第一中间产物；
步骤2：将建筑垃圾再生粗骨料和第一中间产物混合，搅拌混合30s得第二中间产物；在将建筑垃圾再生骨料加入第一中间产物之前，经过缓释肥10kg、缓释型保水剂5kg、水400kg、水泥300kg的混合浆料浸泡至饱和。其中缓释肥购自陕西咸阳宝丰生物肥料厂；缓释型保水剂购自河南路腾化工产品商贸有限公司。
步骤3：将植物秸秆、废弃橡胶颗粒、外加剂和超吸水树脂珠及余量的水加入第二中间产物中，搅拌混合30s得再生混凝土。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于组分含量的不同。且在制备过程中步骤2 中在将建筑垃圾再生骨料加入第一中间产物之前，经过缓释肥15kg、缓释型保水剂7kg、水450kg、水泥400kg的混合浆料浸泡至饱和。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于组分含量的不同。且在制备过程中步骤2 中在将建筑垃圾再生骨料加入第一中间产物之前，经过缓释肥20kg、缓释型保水剂10kg、水500kg、水泥500kg的混合浆料浸泡至饱和。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于组分含量的不同。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于组分含量的不同。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于组分含量的不同。
表1实施例1-6的组分含量
Figure RE-GDA0002620006840000071
Figure RE-GDA0002620006840000081
实施例7
实施例7与实施例6的区别在于组分中粉煤灰、矿粉、脱硫石膏、蒙脱土和水含量的不同。
实施例8
实施例8与实施例6的区别在于组分中粉煤灰、矿粉、脱硫石膏、蒙脱土和水含量的不同。
实施例9
实施例9与实施例6的区别在于组分中氢氧化钠和硅灰含量的不同。
实施例10
实施例10与实施例6的区别在于组分中氢氧化钠和硅灰含量的不同。
实施例11
实施例11与实施例6的区别在于组分中植物秸秆颗粒含量的不同。
实施例12
实施例12与实施例6的区别在于组分中植物秸秆颗粒含量的不同。
表2实施例7-12的组分含量
Figure RE-GDA0002620006840000082
Figure RE-GDA0002620006840000091
实施例13
实施例13与实施例6的区别在于组分中还加入有聚丙烯纤维。
实施例14
实施例14与实施例13的区别在于聚丙烯纤维加量的不同。
实施例15
实施例15与实施例13和实施例14的区别在于聚丙烯纤维加量的不同。
表3实施例12-15的组分含量
Figure RE-GDA0002620006840000092
对比例
对比例1
对比例1与实施例14的区别在于组分中激发剂选择2.4kg氢氧化钠，且不含有硅灰。
对比例2
对比例2与实施例14的区别在于组分中激发剂选择2.4kg硅灰，且不含有氢氧化钠。
对比例3
对比例3与实施例14的区别在于组分中不含有激发剂。
对比例4
对比例4与实施例14的区别在于组分中不含有植物秸秆颗粒。
对比例5
对比例5与实施例14的区别在于组分中不含有废弃橡胶颗粒。
对比例6
对比例6与实施例14的区别在于建筑垃圾再生骨料在加入第一中间产物之前未经混合浆料浸泡至饱和状态。
对比例7
对比例7与实施例14的区别在于组分中的建筑垃圾再生粗骨料选用石子，石子的粒径为5-25mm。
表4对比例1-6的组分
Figure RE-GDA0002620006840000101
Figure RE-GDA0002620006840000111
性能检测试验
1、抗压强度检测：在实验室制作尺寸为150mm×150mm×150mm的再生混凝土试块，待试块成型脱模后放入标准养护室养护28d后，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002，测定其抗压强度，试验仪器型号为 YES-2000数显压力试验机。
2、孔隙率：将生态混凝土试件置于烤箱烘烤24h后，用电子天平测量该试件的质量m2，将试件置于水中，并用浸水天平称取试件在水中的质量m1，计算得到孔隙率。
3、透水系数：保持水压大小不变，均匀稳定的透过试件并测定该时间段内透过试件的水量，计算得出透水系数。
4、pH：依照《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T135-2009)，检测透水混凝土的pH。
5、植被覆盖率：将含有草种的浆体灌入透水型生态混凝土中，养护一个月，计算植物覆盖率。
表5实施例1-15的试验检测结果
Figure RE-GDA0002620006840000112
Figure RE-GDA0002620006840000121
表6对比例1-6的试验检测结果
Figure RE-GDA0002620006840000122
从表5可以看出，本申请实施例1-15的组分制备的再生混凝土在用于边坡防护中使用时能够满足要求，而且制备生长的覆盖率优良。
对比实施例6-8，在组分中的矿物掺合料的用量发生变化时，用量越多混凝土的强度越大，但是随着用量越多，混凝土的孔隙率和透水系数均降低，所以优选实施例6的矿物掺合料的用量。
在进一步的对比实施例6与实施例9-10，对混凝土组分中的激发剂进行调整，随着激发剂用量的增加，发现激发剂用量越多，混凝土的强度也就越大，所以本申请中加入的激发剂能够起到激发矿物掺合料活性的作用效果以增加混凝土的强度，但是随着激发剂用量越大，混凝土的碱性也就越大，不利于植被生长，所以优选实施例6的激发剂的用量。
再对比实施例6与实施例11-12，在组分中其他组分含量保持不变，调整植物秸秆颗粒的用量，能够得出随着植物秸秆颗粒用量的变化，混凝土的强度影响不大，但是对混凝土的酸碱度及透水系数和孔隙率产生影响，并且随着植物秸秆颗粒的加量的增加，混凝土的透水系数和孔隙率也在增加，且酸碱度也能够降低。考虑成本和组分的增加带来的效果，优选实施例6的植物秸秆颗粒用量范围。
在进一步的对比实施例13-15，在组分中加入聚丙烯纤维时，混凝土的酸碱度和植被覆盖率不受影响，但是混凝土的抗压强度有所增加，且孔隙率有所降低，但是对植被生长影响不大。
从表6可以看出，再生混凝土中激发剂的选择、加量、植物秸秆颗粒的加量、废弃橡胶颗粒的加量和再生混凝土的制备工艺，均会对混凝土的性能产生影响。
首先对比对比例1-3与实施例14的结果，组分中的碱激发剂全部选择氢氧化钠或者全部选择硅灰时，混凝土的强度会降低，且对比对比例3与实施例14，在同时不加氢氧化钠和硅灰时，混凝土的强度降低更多，所以将两者结合加入混凝土组分中能够起到更好的改善矿物掺合料的活性的作用，进而达到增强混凝土活性的目的。
继续对比对比例4与实施例14的数据结果，在组分中不加入有植物秸秆颗粒时，混凝土的孔隙率、透水系数及pH都受到影响，所以能够得出，混凝土在增加孔隙率和透水系数方便均有优良的效果，而且还能够起到降低碱度，更适宜植物生长。
对比对比例5与实施例14的数据结果，在组分中不加入有废弃橡胶颗粒时，混凝土的透水性也受到影响，因此组分中加入的废弃橡胶颗粒能够促进植物生长。一方面影响混凝土的孔隙，另一方面从保温方便都会对混凝土性能产生影响。
对比对比例6与实施例14的数据结果，在组分用量不变，但是建筑垃圾再生骨料不经混合浆料浸泡处理，混凝土的强度明显降低，而且透水率更大，植物的覆盖率也降低，其主要原因是建筑垃圾再生粗骨料吸水率较大，不经浸泡处理，其会吸附大量的水，造成混凝土和易性降低，则强度也就降低，不利于最为边坡植生混凝土使用。
最后对比对比例7与实施例14的数据结果，将组分中的建筑垃圾再生粗骨料替换为石子时，最终混凝土性能方面差距并不明显，所以选用本申请中的建筑再生粗骨料替换为石子其仍然可以适用。
本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 (9)

1.一种再生混凝土，其特征在于，原料包括如下重量份数的组分：建筑垃圾再生粗骨料1200-1600份、水泥130-150份、矿物掺合料250-270份、激发剂2-3份、土50-80份、植物秸秆颗粒30-50份、废弃橡胶颗粒20-25份、外加剂11-15份、超吸水树脂珠50-100份、水130-150份。
2.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料均包括重量份数的组分：粉煤灰81-100份、矿粉81-100份、脱硫石膏25-54份和蒙脱土25-54份。
3.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于，所述外加剂包括如下重量份数的组分：减水剂8-9份、引气剂0.5-1份、硫酸铁1-2份、硫酸钠0.5-1份和可再分散乳胶粉1-2份。
4.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于，所述激发剂包括重量份数为1.4-2.1份的氢氧化钠和0.6-0.9份硅灰。
5.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于，原料组分中还包括有重量份数为5-20份的聚丙烯纤维。
6.一种如权利要求1-5任一所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将第一矿物掺合料、水泥和激发剂混合均匀，加入总重量1/3-1/2的水混合均匀，得第一中间产物；
步骤2：将建筑垃圾再生粗骨料和第一中间产物混合，搅拌均匀得第二中间产物；
步骤3：将植物秸秆、废弃橡胶颗粒、外加剂和超吸水树脂珠及余量的水加入第二中间产物中，混合均匀得再生混凝土。
7.根据权利要求6所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤2中所述建筑垃圾再生粗骨料再加入第一中间产物前经混合浆料浸泡至饱和状态。
8.根据权利要求7所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述混合浆料包括缓释肥1-2份、缓释型保水剂0.5-1份、水40-50份和水泥30-50份。
9.根据权利要求8所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤3中还加入有聚丙烯纤维。
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