CN111847920A - 一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料及其制备方法，该方法为：通过筛分选取粒径小于1.18mm再生砖混粉体颗粒；再将粉体颗粒置于球磨机中并加入以纳米SiO2分散液、纤维、消泡剂和聚羧酸减水剂为主要成分的复合纳米改性剂，充分研磨后取出密封处理，即得基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料。本发明充分考虑再生砖混粉体粒径、机械研磨时间和复合纳米改性剂掺量三者之间的相互作用关系，协同强化再生砖混粉体并得到高活性的再生辅助胶凝材料。本发明方法原料易得，成本低廉，改性方法简便，制得的再生辅助胶凝材料性能符合实际工程应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种辅助胶凝材料，具体涉及一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料及其制备方法。
背景技术
我国每年产生建筑废弃物超过30亿吨，历年存量超过200亿吨，而利用率却不足10％。同时，对建筑废弃物的循环利用多是集中在再生骨料方面，对于砖混粉料循环利用的研究和应用均很少。实际上，再生骨料在生产制备过程中表面会附着大量粉体，其质量约占再生骨料质量的5％～25％。这些粉体既影响了再生骨料的性能和高等级利用，也会对环境造成二次污染。如何正确处理和利用这些粉体，进一步提高建筑废弃物的利用率也成为建筑废弃物处置和资源化利用过程中面临的一个技术难题。
砖混粉体为再生砖混骨料通过机械筛分后得到的粉体，因其含有SiO2、Al2O3、CaO等活性成分和部分未水化的水泥颗粒从而具有火山灰活性和潜在水硬性，但是这些活性如若不能被有效激发，将会极大降低粉体的利用率。有研究表明，再生砖混粉体颗粒形状不规则，表面粗糙且边缘存在锐利的尖角、凹槽和缺口等，会对其黏聚性能产生不利影响。要提升再生砖混粉体的可利用性，必须针对活化性能和表面形态进行改性处理。
当前再生材料的改性多集中于再生骨料方面，如CN 201811551269.3公开一种了用水玻璃、硅烷偶联剂和有机硅树脂混合改性再生骨料方法，可以降低再生骨料的孔隙率和吸水率，改善再生混凝土中浆体的黏聚性；CN 201910707200.3公开了一种用微生物矿化沉积改性再生骨料方法，可以充分提升再生混凝土的抗压强度；CN 201910553299.6公开了一种碳化增强再生骨料的方法，可以使再生骨料更加轻质高强。
目前来看，明显缺乏针对砖混粉体的改性研究。本发明通过球磨机物理研磨和纳米复合浆液协同作用，从砖混再生粉体颗粒粒径和表面特征两个角度对其进行有效改性。经过两种方式协同强化后的再生砖混粉体，具备良好的活性，能作为辅助胶凝材料用于制备混凝土和砂浆，显著提升了砖混粉料的利用水平，拓宽了砖混粉体的利用面。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对砖混粉料活性低的缺陷，提供一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料及其制备方法，将砖混粉料制备成高活性再生辅助胶凝材料，显著提升砖混粉料的利用水平并拓宽其利用面。
本发明采用以下技术方案实现：
一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料，其组分及其重量分数如下：
上述技术方案中，进一步地，所述的砖混粉料为再生砖混骨料筛分后得到的粉料，且粒径在1.18mm以下
进一步地，所述的纳米SiO2分散液为工业级产品，纳米SiO2分散液中纳米SiO2的粒径为30-50nm。
进一步地，所述的纤维为工业级产品，为长度为3-6mm的聚乙烯醇纤维。
进一步地，所述的消泡剂为工业级产品，为有机硅聚醚复合消泡剂。
进一步地，所述的聚羧酸减水剂为工业级产品，其含固量达40％以上，减水率不低于28％。
本发明还提供一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料的制备方法，首先筛选出1.18mm以下的砖混粉料；然后将纳米SiO2分散液、纤维、消泡剂和聚羧酸减水剂按比例溶解到水中，制备成复合纳米改性剂；最后在对砖混粉料进行物理研磨的过程中加入复合纳米改性剂，研磨完成后取出密封处理；具体包括以下步骤；
(1)将砖混粉料放入风干室自然风干3～4天后取出并作筛分处理；
(2)称取一定重量的纳米SiO2分散液、纤维、消泡剂和聚羧酸减水剂，按比例溶解到水中制成复合纳米改性剂；
(3)将筛分后的砖混粉体置于球磨机中，按比例加入复合纳米改性剂，充分研磨后取出并密封处理，即得到高活性再生辅助胶凝材料。
进一步地，步骤(1)中所述的筛分处理是指通过机械筛分或人工筛分方法，从再生砖混骨料中筛选出粒径小于1.18mm的砖混粉料。
进一步地，步骤(3)中所述的充分研磨的研磨时间为15-30min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用物理球磨和纳米改性的方式进行协同强化处理，一方面物理球磨可以使得砖混粉料颗粒边缘变得平缓，减少表面裂缝并增加比表面积，另一方面复合纳米改性剂作用利用了纳米材料颗粒细、活性高、渗透性强的特点改善砖混粉料表面活性以及微裂缝和开口孔隙等表面特征，激发潜在活性组分，优化颗粒级配和形态，从而显著提高砖混粉料的活性，使其能作为辅助胶凝材料用于制备混凝土和砂浆，显著提升了砖混粉料的利用水平，拓宽了砖混粉体的利用面，还改善了再生骨料的技术性能，增加了建筑废弃物循环利用的价值。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明并不仅仅局限于下述实施例。
下述实施例中，水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥，密度为3100kg/m3；砖混粉料经筛分后粒径小于1.18mm；聚羧酸减水剂型号为HSC，减水率30％，比重1.07，含固量40％。
下述实施例1-4中复合纳米改性剂的配制方法为：按比例称量纳米SiO2分散液、纤维、消泡剂和聚羧酸减水剂，按比例在水中混合溶解制成复合纳米改性剂，搅拌混合均匀后备用。按该配置方法得到复合纳米改性剂，其原料配比(以重量比计)如下：
下述实施例5-6中复合纳米改性剂的配制方法为：按比例称量纳米SiO2分散液、纤维、消泡剂和聚羧酸减水剂，按比例在水中混合溶解制成复合纳米改性剂，搅拌混合均匀后备用。按该配置方法得到复合纳米改性剂，其原料配比(以重量比计)如下：
用未强化的砖混粉料代替30％水泥拌合成型20×20×20mm标准稠度水泥净浆试件，1天后拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得3天、7天、28天抗压强度分别为19.8MPa、34.8MPa、59.0MPa。
实施例1
1)按重量百分比取各组分：砖混粉料9900份，复合纳米改性剂420份；
2)将砖混粉料和复合纳米改性剂放入球磨机15分钟，取出并密封处理。
通过上述方法得到再生辅助胶凝材料，替代30％水泥拌合成型20×20×20mm标准稠度水泥净浆试件，1天后拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得3天、7天、28天抗压强度分别为25.6MPa、39.3MPa和70.5MPa，相对于掺入30％未强化的砖混粉体的水泥净浆强度提高了29.3％、12.9％和19.5％。
实施例2
1)按重量百分比取各组分：砖混粉料9800份，复合纳米改性剂530份；
2)将砖混粉料和复合纳米改性剂放入球磨机20分钟，取出并密封处理。
通过上述方法得到再生辅助胶凝材料，替代30％水泥拌合成型20×20×20mm标准稠度水泥净浆试件，1天后拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得3天、7天、28天抗压强度分别为26.3MPa、40.8MPa和71.0MPa，相对于掺入30％未强化的砖混粉体的水泥净浆强度提高了32.8％、17.2％和20.3％。
实施例3
1)按重量百分比取各组分：砖混粉料9700份，复合纳米改性剂640份；
2)将砖混粉料和复合纳米改性剂放入球磨机20分钟，取出并密封处理。
通过上述方法得到再生辅助胶凝材料，替代30％水泥拌合成型20×20×20mm标准稠度水泥净浆试件，1天后拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得3天、7天、28天抗压强度分别为26.9MPa、41.1MPa和71.5MPa，相对于掺入30％未强化的砖混粉体的水泥净浆强度提高了35.9％、18.1％和21.2％。
实施例4
1)按重量百分比取各组分：砖混粉料9600份，复合纳米改性剂740份；
2)将砖混粉料和复合纳米改性剂放入球磨机25分钟，取出并密封处理。
通过上述方法得到再生辅助胶凝材料，替代30％水泥拌合成型20×20×20mm标准稠度水泥净浆试件，1天后拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得3天、7天、28天抗压强度分别为27.6MPa、41.5MPa和72.1MPa，相对于掺入30％未强化的砖混粉体的水泥净浆强度提高了39.4％、19.3％和22.2％。
实施例5
1)按重量百分比取各组分：砖混粉料9800份，复合纳米改性剂530份；
2)将砖混粉料和复合纳米改性剂放入球磨机20分钟，取出并密封处理。
通过上述方法得到再生辅助胶凝材料，替代30％水泥拌合成型20×20×20mm标准稠度水泥净浆试件，1天后拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得3天、7天、28天抗压强度分别为25.6MPa、38.5MPa和69.7MPa，相对于掺入30％未强化的砖混粉体的水泥净浆强度提高了29.3％、10.6％和18.1％。
实施例6
1)按重量百分比取各组分：砖混粉料9600份，复合纳米改性剂740份；
2)将砖混粉料和复合纳米改性剂放入球磨机25分钟，取出并密封处理。
通过上述方法得到再生辅助胶凝材料，替代30％水泥拌合成型20×20×20mm标准稠度水泥净浆试件，1天后拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得3天、7天、28天抗压强度分别为27.1MPa、40.9MPa和71.8MPa，相对于掺入30％未强化的砖混粉体的水泥净浆强度提高了36.9％、17.5％和21.7％。
上述实施例得到的再生辅助胶凝材料的平均粒径和比表面积等粒度参数对比见表1。其中再生辅助胶凝材料的平均粒径越小，比表面积越大，则其活性指数越高，对水泥净浆强化效果越好。
表1再生辅助胶凝材料粒度参数对比
由表1可知，再生砖混粉料改性为各实施例中粉体后体积平均粒径从262.0μm下降到23.7-31.8μm范围，表面积平均粒径则从22.5μm下降到7.32-10.21μm范围，中值粒径从110.5μm下降到13.1-17.2μm范围。同时，各实施例中45μm以下的颗粒百分数均超过80％，这已经符合国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596-2017)中对Ⅱ级粉煤灰的细度要求。此外，再生砖混粉料的比表面积从254.5m2/kg上升到了623.7-786.6m2/kg范围，增幅在145％以上。比表面积的增加使得再生砖混粉料的活性得到提高，有益于促使胶凝材料发生二次水化反应和催化活性效应，进而提升胶凝材料的整体性能。
以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料，其特征在于，它的组分及重量分数如下：
砖混粉料 9600-9900份；
纳米SiO2分散液 50-100份；
纤维 10-20份；
消泡剂 10-20份；
聚羧酸减水剂 50-100份；
水 300-500份；
所述的砖混粉料为再生砖混骨料筛分后得到的粉料，且粒径在1.18mm以下。
2.根据权利要求1所述的一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料，其特征在于，所述的纳米SiO2分散液中纳米SiO2的粒径为30-50nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料，其特征在于，所述的纤维为长度为3-6mm的聚乙烯醇纤维。
4.根据权利要求1所述的一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料，其特征在于，所述的消泡剂为有机硅聚醚复合消泡剂。
5.根据权利要求1所述的一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料，其特征在于，所述的聚羧酸减水剂的含固量不低于40％，减水率不低于28％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料的制备方法，其特征在于，首先筛选出1.18mm以下的砖混粉料；然后将纳米SiO2分散液、纤维、消泡剂和聚羧酸减水剂按比例溶解到水中，制备成复合纳米改性剂；最后在对砖混粉料进行物理研磨的过程中加入复合纳米改性剂，研磨完成后取出密封处理。
7.根据权利要求6所述的一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将砖混粉料放入风干室自然风干3～4天后取出并作筛分处理；
(2)称取纳米SiO2分散液、纤维、消泡剂和聚羧酸减水剂，按比例溶解到水中制成复合纳米改性剂；
(3)将筛分后的砖混粉料置于球磨机中，按比例加入复合纳米改性剂，充分研磨后取出并密封处理，即得到高活性再生辅助胶凝材料。
8.根据权利要求7所述的一种基于物理球磨和纳米改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的筛分处理是指通过机械筛分或人工筛分方法，从再生砖混骨料中筛选出粒径小于1.18mm的砖混粉料。
9.根据权利要求7所述的一种基于物理球磨和化学改性协同强化砖混粉料的高活性再生辅助胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的充分研磨的研磨时间为15-30min。
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