CN111892359B - 一种环保绿色混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环保绿色混凝土，所述混凝土的原料包含由建筑垃圾生产得到的再生粗骨料，配合特制的聚氨酯水分散体共同使用，使得到的混凝土固化后的力学性能可以达到使用天然粗骨料的水平，并且不需要额外使用减水剂，节约资源、绿色环保。本发明还提供了所述混凝土的制备方法。

Description

一种环保绿色混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种环保绿色混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子等建筑材料按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材；混凝土因具有良好的可塑性、优异的耐久性和强度性能等在建筑、道路施工等领域被广泛使用。而随着社会的不断进步，新建的桥梁、楼房等建筑物越来越多，与此同时，各种施工场所产生的建筑废弃物越来越多，给生态环境带来了一定的不利影响，如何处理或利用建筑废弃物是一个需要迫切解决的问题。
目前，解决这类问题的解决办法之一是将废旧混凝土经过破碎形成粒料，并将其作为可回收使用的粗骨料重新用于混凝土的生产加工，但是采用回收利用的粗骨料与天然粗骨料相比，其致密程度较低，生产的混凝土力学性能不够高。
因此，需要提供一种能够有效利用可回收废混凝土的技术方案，并能够满足现有对于力学性能的要求。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种环保绿色混凝土，所述混凝土的原料包含由建筑垃圾生产得到的再生粗骨料，配合特制的聚氨酯水分散体共同使用，使得到的混凝土固化后的力学性能可以达到使用天然粗骨料的水平，并且不需要额外使用减水剂，节约资源、绿色环保。本发明还提供了所述混凝土的制备方法。
一种环保绿色混凝土，其特征在于，所述混凝土包含以下原料制备而成，各组分以质量份计：水泥20～30份、再生粗骨料50～60份、细骨料20～30份、聚氨酯水分散体30～40份；
其中，所述聚氨酯水分散体的制备方法为：
步骤一，将聚醚二元醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为70～80℃，缓慢加入异氰酸酯，反应2～4小时后，加入乙二胺基乙磺酸钠，反应1～3小时；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入二苯基甲醇，控制反应器温度为50～60℃，反应3～5小时；
步骤三，继续在反应器中加入三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6～8，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，搅拌均匀后得到所述聚氨酯分散体。
现有技术中混凝土采用的粗骨料通常是天然粗骨料，多数为天然石料，因其更加质密，由此制备的混凝土力学性能更好。所述再生粗骨料是由建筑垃圾过破碎得到，一般是由砖粒、旧碎石和砂浆块组成，可以用于重新制备混凝土，以促进建筑垃圾的回收利用。但是如果直接将这种再生粗骨料用于混凝土的生产，其力学性能与使用天然粗骨料差距较大。本发明通过在混凝土配方中添加所述聚氨酯水分散体，通过所述分散体中聚合物分子的交联性，提高所述混凝土中各组分的粘结作用，进而使采用再生粗骨料的混凝土的力学性能达到使用天然粗骨料混凝土的力学性能水平。此外，采用所述分散体可以在不额外添加减水剂的条件下，促进水泥颗粒的分散、减少单位用水量，进一步达到节约资源的目的。
所述水泥可以选择本领域常用的水泥，优选为普通硅酸盐水泥。
所述再生粗骨料由砖粒、旧碎石和砂浆块组成，其中，所述砖粒由废旧砖块破碎得到，所述旧碎石和砂浆块由废旧混凝土块破碎得到。所述再生粗骨料需要除去杂质，例如木屑、瓷片、塑料废片等，否则会影响所述分散体的粘结效果，进而影响力学性能。
优选地，所述再生粗骨料的粒径范围在5～20mm，表观密度为2000～2500kg/m3。需要说明的是，本发明选择的再生粗骨料是通过方孔筛筛分制得，粒径在5～20mm连续级配，并非均一分布。所述表观密度的测试方法为：按照GB/T14685-2011标准进行取样，将粗骨料试样浸水24小时后装入2000ml的广口瓶，向广口瓶中缓慢注入去离子水至水面与瓶口齐平，此时称量广口瓶、水、试样的总质量，记为m1；将试样取出，进行烘干冷却后称量其质量，记为m0；将广口瓶洗净后重新注满去离子水，称量广口瓶、水的总质量，记为m2；
则粗骨料的表观密度
Figure BDA0002640782390000021
其中，ρ水为水的密度，记为1000kg/m3。进一步说明，所述表观密度仅用于本发明对于粗骨料的筛选，其他因素对于表观密度的影响并不足以影响本发明对于粗骨料的筛选，因此表观密度的测试和计算忽略了其他因素。本发明控制粗骨料的粒径和表观密度在特定的范围内，使所述聚氨酯水分散体更好地发挥其粘结作用；粗骨料粒径过小或密度过小则不能达到更好的支撑作用，粒径过大则容易产生应力集中导致裂缝；通常，通过普通建筑垃圾获得的再生粗骨料的表观密度低于2600kg/m3，如仅筛选表观密度与天然粗骨料接近的再生粗骨料，会导致大量建筑垃圾无法回收利用。
所述细骨料为天然河沙。
所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇，数均分子量为1000～2000；所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。
所述聚醚二元醇、二羟甲基丙酸、乙二胺基乙磺酸钠、二苯基甲醇、异氰酸酯的摩尔比为(0.45～0.55):(0.15～0.25):(0.05～0.15):(0.35～0.45):1。
所述三乙胺水溶液的浓度为1～3％，其中所述浓度为质量浓度。
所述聚氨酯分散体的固含量为40～50％。
所述有机硅润湿剂和消泡剂可以采用本领域常用的类别，例如通过商业采购或者自制得到。
本发明的发明人通过大量研究发现，所述聚氨酯水分散体应用于混凝土的制备中，一方面对混凝土的其他组分有良好的分散作用，促进各组分均匀混合；另一方面所述混凝土固化过程中，聚氨酯水分散体分子间进行交联，并与混凝土其他组分具有粘结作用，提高了混凝土的力学性能。所述分散体中采用的乙二胺基乙磺酸钠，一方面对所述分散体具有扩链的作用，另一方面还能起到传统减水剂的作用，与进一步添加的有机硅润湿剂配合，促进水泥颗粒的分散，并提高聚氨酯分子与水泥颗粒之间的吸附性。采用二苯基甲醇对所述聚氨酯分子进行封端，该化合物对于聚氨酯分子的封端作用仅能在短时间内稳定，当温度高于45℃时容易解封，使异氰酸酯基团暴露进而导致分子间交联。应用于混凝土制备中，各组分混合后仅需要较低温度加热或者足够长的固化时间即可促进聚氨酯分子交联，达到粘结各组分的效果。
一种所述混凝土的制备方法，步骤包括：将所述水泥、再生粗骨料、细骨料、聚氨酯水分散体混合，搅拌均匀后浇注成型，拆模，养护，得到混凝土。优选地，所述步骤中，拆模后将成型的预制品至于45～50℃下放置1～3小时。
本发明的有益效果在于：将所述聚氨酯水分散体应用于混凝土的制备中，提高了再生粗骨料制备混凝土的力学性能，使其在相同条件下能够达到使用天然粗骨料的力学性能水平，提高了建筑垃圾的可回收利用价值；此外，所述混凝土的制备不需额外添加减水剂，就能达到传统减水剂所能达到的效果，简化工艺步骤，节约资源。
需要说明的是，本发明技术方案中未做说明的部分，可以参考本领域常用的技术方案，不影响本发明的实施。
本发明所述的混凝土还可以根据实际需要、并参考本领域常用的技术方案向原料中增加其他种类的原料，或者在本发明限定的范围内调整工艺或参数等，不影响本发明的实施。
具体实施方案
实施例和对比例采用的原料包括：
六亚甲基二异氰酸酯，巴斯夫公司生产；
聚四氢呋喃醚二醇1，数均分子量1000，巴斯夫公司生产；
聚四氢呋喃醚二醇2，数均分子量2000，巴斯夫公司生产；
有机硅润湿剂，产品牌号为W110，普为化学公司生产；
消泡剂，产品牌号为DF-420，普为化学公司生产；
普通硅酸盐水泥，唐山奥顺公司生产；
再生粗骨料1，由砖粒、旧碎石和砂浆块组成，粒径在5～20mm连续级配，表观密度2000kg/m3，廊坊松兴公司生产；
再生粗骨料2，由砖粒、旧碎石和砂浆块组成，粒径在5～20mm连续级配，表观密度2500kg/m3，廊坊松兴公司生产；
天然粗骨料，成分为天然石料，粒径在5～20mm连续级配，表观密度2800kg/m3，廊坊松兴公司生产；
天然细骨料，成分为天然河沙，廊坊松兴公司生产；
羧酸盐减水剂，亨创化工生产。
聚氨酯水分散体1的制备方法为：
步骤一，将聚四氢呋喃醚二醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为70℃，缓慢加入异氰酸酯，反应4小时后，加入乙二胺基乙磺酸钠，反应3小时；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入二苯基甲醇，控制反应器温度为50℃，反应5小时；
步骤三，继续在反应器中加入质量浓度为2％的三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6-8的范围内，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，向反应器中补加去离子水至混合物的固含量为40％，搅拌均匀后得到所述聚氨酯水分散体1。
聚氨酯水分散体2-4的制备方法为：
步骤一，将聚四氢呋喃醚二醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为80℃，缓慢加入异氰酸酯，反应2小时后，加入乙二胺基乙磺酸钠，反应1小时；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入二苯基甲醇，控制反应器温度为60℃，反应3小时；
步骤三，继续在反应器中加入质量浓度为2％的三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6-8的范围内，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，向反应器中补加去离子水至混合物的固含量为50％，搅拌均匀后得到相应聚氨酯水分散体。
对比水分散体1的制备方法为：
步骤一，将聚四氢呋喃醚二醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为80℃，缓慢加入异氰酸酯，反应2小时后，加入乙二胺基乙磺酸钠，反应1小时；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入三苯基甲醇，控制反应器温度为60℃，反应3小时；
步骤三，继续在反应器中加入质量浓度为2％的三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6-8的范围内，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，向反应器中补加去离子水至混合物的固含量为50％，搅拌均匀后得到相应聚氨酯水分散体。
对比水分散体2的制备方法为：
步骤一，将聚四氢呋喃醚二醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为80℃，缓慢加入异氰酸酯，反应4小时后；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入二苯基甲醇，控制反应器温度为60℃，反应3小时；
步骤三，继续在反应器中加入质量浓度为2％的三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6-8的范围内，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，向反应器中补加去离子水至混合物的固含量为50％，搅拌均匀后得到相应聚氨酯水分散体。
聚氨酯水分散体1-4、对比水分散体1-2的采用的原料列于表1，各原料以质量份计，所述质量份表示各组分之间的相互质量比。
表1制备各组聚氨酯水分散体的原料用量(质量份)
Figure BDA0002640782390000061
下表2中实施例1-6、对比例1-2测试样品的制备方法为：将硅酸盐水泥、粗骨料和细骨料混合均匀，然后加入聚氨酯水分散体混合均匀后在模具中浇注成型，固化24小时后拆模，将预制品至于50℃下放置3小时，取出的预制品经养护28天后得到待测试样品，测试样品为边长100mm的立方体。
下表2中对比例3-4测试样品的制备方法为：将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料混合均匀，然后加入水和聚羧酸减水剂混合均匀后在模具中浇注成型，在模具中固化24小时后拆模，取出的预制品经养护28天后得到待测试样品，测试样品为边长100mm的立方体。
制备实施例和对比例样品所用的原料列于表2，各原料以质量份计，所述质量份表示各组分之间的相互质量比。
表2制备各组混凝土测试样品的原料用量(质量份)
Figure BDA0002640782390000071
对实施例和对比例的测试样品进行力学性能测试，包括抗压测试和劈拉强度测试，测试标准为GB50081-2002。
表3实施例和对比例测试样品的测试结果
Figure BDA0002640782390000072
Figure BDA0002640782390000081
由测试结果可以看出，采用本发明所述的聚氨酯水分散体制备混凝土，原料中采用再生粗骨料的力学性能能够达到普通混凝土采用天然粗骨料的力学性能，促进了建筑垃圾的可回收利用。

Claims (9)

1.一种环保绿色混凝土，其特征在于，所述混凝土包含以下原料制备而成，各组分以质量份计：水泥20~30份、再生粗骨料50~60份、细骨料20~30份、聚氨酯水分散体30~40份；
其中，所述聚氨酯水分散体的制备方法为：
步骤一，将聚醚二元醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为70~80℃，缓慢加入异氰酸酯，反应2~4小时后，加入乙二胺基乙磺酸钠，反应1~3小时；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入二苯基甲醇，控制反应器温度为50~60℃，反应3~5小时；
步骤三，继续在反应器中加入三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6~8，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，搅拌均匀后得到所述聚氨酯分散体；
所述再生粗骨料的粒径范围在5~20mm，表观密度为2000~2500kg/m3；
所述聚醚二元醇、二羟甲基丙酸、乙二胺基乙磺酸钠、二苯基甲醇、异氰酸酯的摩尔比为(0.45~0.55) : (0.15~0.25) : (0.05~0.15) : (0.35~0.45) : 1。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料由砖粒、旧碎石和砂浆块组成，其中，所述砖粒由废旧砖块破碎得到，所述旧碎石和砂浆块由废旧混凝土块破碎得到。
4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述细骨料为天然河沙。
5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇，数均分子量为1000~2000；所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。
6.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述三乙胺水溶液的浓度为1~3%。
7.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述聚氨酯分散体的固含量为40~50%。
8.一种权利要求1~7任一项所述混凝土的制备方法，其特征在于，步骤包括：将所述水泥、再生粗骨料、细骨料、聚氨酯水分散体混合，搅拌均匀后浇注成型，拆模，养护，得到混凝土。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤中，拆模后将成型的预制品置于45~50℃下放置1~3小时。
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