CN111943575A - 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。再生混凝土包括建筑垃圾再生粗骨料、石子、水泥、矿物掺合料、激发剂、减水剂、纤维和水；纤维包括改性聚丙烯纤维和植物纤维；改性聚丙烯纤维改性过程包括将聚丙烯纤维加入氧化剂中混合、浸泡后洗涤得第一中间产物，将第一中间产物加入至包覆料中混合均匀得到改性聚丙烯纤维，再生混凝土制备时，将矿物掺合料、水泥和激发剂混合均匀，加入占总重量1/3‑1/2的水混合均匀，得第一中间产物；然后将建筑垃圾再生粗骨料、改性聚丙烯纤维和植物纤维混合均匀，得第二中间产物；将减水剂、第一中间产物、第二中间产物、石子和余量的水混合均匀得到再生混凝土。具有抗裂性能好的优点。

Description

再生混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土领域，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。
在公布号为CN110104997A的申请文件中公开了一种再生混凝土及其生产工艺，具体包含以下重量的原料组成：粗骨料、细骨料、水泥、矿物掺合料、纤维、橡胶颗粒、水和外加剂，粗骨料包括改性再生粗骨料和普通粗骨料，改性再生粗骨料以纳米材料和硅溶胶作为改性剂对废旧混凝土颗粒改性获得，细骨料包括再生粗骨料和普通细骨料；其中纤维包括钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维中的一种或多种。具体组分中，加入的钢纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维中的一种或者多种，可控制基体混凝土裂纹的进一步发展，从而提高抗裂性，可使得混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击强度及延伸率和韧性得以提高。
上述再生混凝土中通过加入纤维改善了混凝土的裂缝的问题，但是当加入的组分为聚丙烯纤维时，聚丙烯纤维比较细，在较少的掺量下就能够获得巨大的纤维根数，但是聚丙烯纤维表面能低，分子链上缺活性官能团，而且表面疏水，故在混凝土中不容易分散，削弱了聚丙烯纤维在混凝土中的增强效果。
发明内容
针对现有技术存在的聚丙烯纤维分散不均匀的问题，本发明的第一个目的在于提供一种再生混凝土，具有抗裂性能好的优点。
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，通过采用上述制备方法能够制备出不易裂缝的再生混凝土。
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，其特征在于，包括如下重量份数的组分：建筑垃圾再生粗骨料600-800份、石子300-400份、水泥270-300份、矿物掺合料250-270份、激发剂1-2份、减水剂6-12份、改性聚丙烯纤维1-3份、植物纤维0-2份和水170-200份；
所述改性聚丙烯纤维的改性过程包括将聚丙烯纤维加入至氧化剂中混合后，浸泡1-2h后洗涤得第一中间产物，将第一中间产物加入至包覆料中混合均匀得到改性聚丙烯纤维，所述聚丙烯纤维与氧化剂的重量份数比为(1-2):(0.1-0.2)。
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，且其结构组成为在砖渣表面包裹有混凝土层，结构强度高，稳定性好。
水泥和矿物掺合料作为胶黏剂，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。
纤维的加入能够改善混凝土的抗裂性能，其中改性聚丙烯经过氧化剂处理，能够在表面形成微孔结构，增加了表面的粗糙度，紧接着在表面包覆一层包覆料，包覆料能够增加聚丙烯纤维与水泥之间的胶黏性，增强了混凝土的粘接强度，而且还能增强改性聚丙烯纤维在混凝土中分散均匀性；再进一步的组分加入有植物纤维，植物纤维具有很好的吸水效果，能够提高混凝土的保水率，而且本身植物纤维也具有很好的增强混凝土强度的作用效果，配合改性聚丙烯纤维使用抗裂性能和混凝土强度进一步的得到增强。
综上，组分中加入的纤维组分分散更加均匀，而且能够有效的改善混凝土的抗裂性能，增加与混凝土之间的粘接力，增强混凝土的强度。
进一步地，所述氧化剂由重量份数比为(5-8)：(8-10):100的K2Cr2O7：H2O：浓H2SO4组成，将三者混合得到氧化剂。
通过采用上述技术方案，经过氧化剂溶液处理后的聚丙烯纤维表面均出现了清洗的刻痕，并且腐蚀掉表面的无定型区域，通过腐蚀和刻蚀的作用，使原本光滑的纤维表面变得凹凸不平粗糙度增加，方便与包覆料粘接。
进一步地，所述包覆料由如下重量份数的组分组成：偶联剂1-1.5份、亲水性表面活性剂0.2-0.5份、硫铝酸钙1-1.5份和炭黑0.2-0.5份。
通过采用上述技术方案，加入的偶联剂能够增加改性聚丙烯纤维、水泥和建筑垃圾再生粗骨料之间的粘接力，亲水表面活性剂也能够增强改性聚丙烯纤维的亲水性，实现改性聚丙烯纤维组分的粘连稳定性，进一步的硫铝酸钙的加入可以起到膨胀的作用效果，炭黑的加入一方面起到增强的作用效果，另一方面起到分散均匀的作用效果。上述组分混合形成包覆料，能够增加改性聚丙烯纤维的分散均匀性，还能够增强与其他组分自检的粘黏稳定性。
进一步地，所述偶联剂选择硅烷偶联剂。
通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂的加入能够改善改性聚丙烯纤维与混凝土其他组分之间的粘黏性能。
进一步地，所述亲水性表面活性剂选择吐温20。
通过采用上述技术方案，吐温20是山梨醇及其一失水、双失水化合物与月桂酸酯按每摩尔山梨醇及其脱水化合物与约20摩尔的环氧乙烷在碱性条件下缩合而制得。包覆在聚丙烯表面能够增强聚丙烯与其他组分的分散性能。
进一步地，所述植物纤维由质量比为(1-2):(1-2)的椰棕纤维和黄麻纤维组成。
通过采用上述技术方案，黄麻纤维主要成分为韧皮纤维，有较高的结晶度和取向度，且又沿纤维径向呈层状结构分布，使黄麻纤维断裂伸长率偏低。而棕纤维的蜡质含量很高，使得纤维韧性较强，当棕纤维和黄麻纤维含量在上述比例范围时，粘聚力更强。
进一步地，所述建筑垃圾再生粗骨料为经混合浆料浸泡至饱和状态的增强型建筑垃圾再生粗骨料。
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，容易离析的问题。
进一步地，所述混合浆料由如下重量份数的组分组成：保水剂0.5-1份、水40-50份、聚醋酸乙烯酯乳胶粉5-20份和水泥30-50份。
通过采用上述技术方案，保水剂具有相对的长期饱水的特性，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，矿物掺合料由如下重量份数的组分组成：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常温的水中，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。
矿粉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便呈球状，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。
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：将矿物掺合料、水泥和激发剂混合均匀，加入占水总重量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纤维混合均匀，得第二中间产物；
步骤3：将减水剂、第一中间产物、第二中间产物、石子和余量的水混合均匀得到再生混凝土。
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中将再生粗骨料和纤维混合，能够使得再生粗骨料的表面包覆有纤维层，从而增强了再生粗骨料的强度，也进一步的增强了增生粗骨料与其余组分间的交联性；
步骤3中将第一中间产物和第二中间产物混合，形成再生混凝土。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明采用改性聚丙烯纤维和植物纤维，改善了混凝土的抗裂性。
第二、改性纤维表面包裹料的加入进一步改善了纤维的交联性和分散性，与各组分之间交联性和分散性更好。
第三、在生产过程中将再生粗骨料和纤维混合，能够使得再生粗骨料的表面包覆有纤维层，从而增强了再生粗骨料的强度及纤维与再生粗骨料的粘黏，也进一步的增强了增生粗骨料与其余组分间的交联性。
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。
表1制备例、实施例及对比例中组分规格
Figure BDA0002634772380000051
改性聚丙烯纤维的制备
制备例1
将1kg聚丙烯纤维与0.1kg氧化剂混合，浸泡1h后洗涤得到第一产物，将第一产物加入至包覆液中混合得到改性聚丙烯纤维。
氧化剂由0.004kg的K2Cr2O7、0.007kg的水、0.088kg的浓H2SO4组成。
包覆液由硅烷偶联剂1kg、亲水性表面活性剂0.2kg、硫铝酸钙1kg和炭黑0.2kg。
制备例2
将2kg聚丙烯纤维与0.15kg氧化剂混合，浸泡1.5h后洗涤得到第一产物，将第一产物加入至包覆液中混合得到改性聚丙烯纤维。
氧化剂由0.009kg的K2Cr2O7、0.0012kg的水、0.129kg的浓H2SO4组成。
包覆液由醋酸酯偶联剂1.3kg、亲水性表面活性剂0.3kg、硫铝酸钙1.2kg和炭黑0.3kg组成。
制备例3
将3kg聚丙烯纤维与0.2kg氧化剂混合，浸泡2h后洗涤得到第一产物，将第一产物加入至包覆液中混合得到改性聚丙烯纤维。
氧化剂由0.014kg的K2Cr2O7、0.0017kg的水、0.169kg的浓H2SO4组成。
包覆液由硅烷偶联剂1.5kg、亲水性表面活性剂0.5kg、硫铝酸钙1.5kg和炭黑0.5kg组成。
改性建筑垃圾再生粗骨料的制备
制备例4
将建筑垃圾在生粗骨料在混合浆料中浸泡饱和即可，一般为操作方便，浸泡过夜即可。
混合浆料由保水剂5kg、水400kg、聚醋酸乙烯酯乳胶粉50kg、水泥300kg组成。
制备例5
将建筑垃圾在生粗骨料在混合浆料中浸泡饱和即可，一般为操作方便，浸泡过夜即可。
混合浆料由保水剂7kg、水450kg、聚醋酸乙烯酯乳胶粉100kg、水泥400kg组成。
制备例6
将建筑垃圾在生粗骨料在混合浆料中浸泡饱和即可，一般为操作方便，浸泡过夜即可。
混合浆料由保水剂10kg、水500kg、聚醋酸乙烯酯乳胶粉200kg、水泥500kg组成。
实施例
实施例1
再生混凝土，包括建筑垃圾再生粗骨料600kg、石子400kg、水泥270kg、矿物掺合料270kg、激发剂1kg、减水剂6kg、纤维1kg、水170kg。
具体的矿物掺合料包括粉煤灰81kg、矿粉81kg、脱硫石膏54kg、蒙脱土54kg。
纤维选用制备例1中制备得到的改性聚丙烯纤维1kg。
再生混凝土的制备方法：
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，加入占总重量85kg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改性聚丙烯纤维混合均匀，得第二中间产物；
步骤3：将减水剂、第一中间产物、第二中间产物、石子和余量的水混合均匀得到再生混凝土。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于各组分含量的不同。
且在再生混凝土的制备方法的步骤1中，加入了60kg的水。
纤维选用制备例2中制备得到的改性聚丙烯纤维。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于各组分含量的不同。
且在再生混凝土的制备方法的步骤1中，加入了80kg的水。
纤维选用制备例3中制备得到的改性聚丙烯纤维。
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于各组分含量的不同。
建筑垃圾再生粗骨料为制备例4中制备得到的增强型建筑垃圾再生粗骨料。
实施例5
实施例5与实施例2的区别在于各组分含量的不同。
建筑垃圾再生粗骨料为制备例5中制备得到的增强型建筑垃圾再生粗骨料。
实施例6
实施例6与实施例4的区别在于激发剂含量的不同。
建筑垃圾再生粗骨料为制备例6中制备得到的增强型建筑垃圾再生粗骨料。
实施例7
实施例7与实施例4的区别在于激发剂含量的不同。
实施例8
实施例8与实施例6的区别在于改性聚丙烯含量的不同。
实施例9
实施例9与实施例6的区别在于改性聚丙烯含量的不同。
实施例10
实施例10与实施例8的区别在于组分中还加入了有1kg椰棕纤维和1kg黄麻纤维。
步骤2：将建筑垃圾再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、椰棕纤维和黄麻纤维混合均匀，得第二中间产物。
实施例11
实施例11与实施例10的区别在于组分中椰棕纤维和黄麻纤维含量的不同。
步骤2：将建筑垃圾再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、椰棕纤维和黄麻纤维混合均匀，得第二中间产物。
实施例12
实施例12与实施例11的区别在于组分中椰棕纤维和黄麻纤维含量的不同。
步骤2：将建筑垃圾再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、椰棕纤维和黄麻纤维混合均匀，得第二中间产物。
表2实施例1-12的组分含量表
Figure BDA0002634772380000081
Figure BDA0002634772380000091
对比例1
对比例1与实施例11的区别在于组分中不含改性聚丙烯纤维，加入的是聚丙烯纤维。
对比例2
对比例2与实施例11的区别在于组分中不含改性聚丙烯纤维，加入的是聚丙烯纤维和钢纤维。
对比例3
对比例3与实施例11的区别在于改性聚丙烯纤维改性过程为将2kg聚丙烯纤维与0.15kg氧化剂混合，浸泡1.5h后洗涤得到。
对比例4
对比例4与实施例11的区别在于改性聚丙烯纤维改性过程中未加入硅烷偶联剂。
对比例5
对比例5与实施例11的区别在于改性聚丙烯纤维改性过程中未加入硫铝酸钙。
对比例6
对比例6与实施例11的区别在于改性聚丙烯纤维中同时未加入硅烷偶联剂和硫铝酸钙。
对比例7
对比例7与实施例11的区别在于再生骨料混凝土的制备方法为包括以下步骤：
步骤1：将石子、水泥、矿物掺合料和激发剂混合均匀，加入占水总重量1/3-1/2的水混合均匀，得第一中间产物；
步骤2：将减水剂、第一中间产物、增强安型建筑垃圾再生粗骨料、改性聚丙烯纤维、植物纤维和石子和余量的水混合均匀得到再生混凝土。
性能检测试验
1、抗压强度：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、劈裂抗拉强度：在实验室制作尺寸为150mm×150mm×150mm的再生混凝土试块，置于上下垫条和垫层之间，保持轴向受力方向，然后继续而均匀地加荷直到立方体试件破坏，在劈裂破坏以前，在荷载作用下存在双轴向高应力压力区，沿荷载周向的绝大部分存在均匀分布的拉力，破坏时，一般沿轴经过砂浆也经过集料产生纯劈开裂，劈裂抗拉强度按下式计算(立方体试件)：
Figure BDA0002634772380000101
式中：fts-混凝土劈裂抗拉强度
P-破坏荷载(N)
A-试件劈裂面积(mm2)
表3实施例1-12的试验检测结果
Figure BDA0002634772380000111
由表3能够得出实施例1-12的再生混凝土在抗压强度和劈裂抗拉强度方面性能均是符合要求的。
且对比实施例1-3和实施例4-5，在组分中的建筑垃圾再生粗骨料选择增强型建筑垃圾再生粗骨料时，混凝土的强度有所加强。
对比实施例4和实施例6和7，激发剂的加量同样能够增强再生混凝土的强度。
对比实施例6和实施例8和9，组分中改性聚丙烯纤维的加量越多，混凝土强度越高。
对比实施例8和实施例11-12，组分中加入植物纤维后，混凝土的强度得以增强。
表4对比例1-7的试验检测结果
Figure BDA0002634772380000112
结合实施例11和对比例1并结合表4可以看出，在对比例1中聚丙烯纤维未经改性，直接加入混凝土中，其在抗压强度和劈裂抗拉强度方面的性能均是低于实施例11的，则实施例11中对聚丙烯纤维进行改性处理后，加入混凝土中使用，能够增强混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度，混凝土的劈裂抗拉强度越大，混凝土的抗裂性能就更优。
结合实施例11和对比例2并结合表4可以看出，对比例中加入聚丙烯纤维和钢纤维，得到的混凝土强度是大于对比例1的，但是小于本申请实施例11的强度，则说明纤维的混凝能够增强混凝土强度，但是混合后的纤维加入混凝土中的增强效果是小于聚丙烯纤维改性后对混凝土的增强效果的。
对比例3中的改性聚丙烯纤维改性过程中不增加包覆料包覆的过程，由表3的实验结果能够得出，在抗压强度和劈裂抗拉强度方面均有降低，则说明增加包裹料能够提升混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度。
结合实施例11和对比例4-5并结合表4可以看出，对比例4中包裹料中不加硅烷偶联剂，对比例5中不加硫铝酸钙，对比例6中同时不加硅烷偶联剂和硫铝酸钙，混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均有所降低，则能够说明硅烷偶联剂和硫铝酸钙的加入，相互配合能够增强改性聚丙烯纤维和混凝土的配合作用，增强改性聚丙烯纤维的使用性能。
结合实施例11与对比例7并结合表4可以看出，对比例7中混凝土的制备工艺未将增强型再生粗骨料和改性聚丙烯纤维混合，而是和减水剂、第一中间产物、改性聚丙烯纤维、植物纤维和石子和余量的水混合均匀。得到的混凝土强度明显低于实施例11的强度，则说明将建筑垃圾再生粗骨料、改性聚丙烯纤维和植物纤维混合均匀后再与其他组分混合能够增强混凝土的强度。
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 (10)

1.一种再生混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的组分：建筑垃圾再生粗骨料600-800份、石子300-400份、水泥270-300份、矿物掺合料250-270份、激发剂1-2份、减水剂6-12份、改性聚丙烯纤维1-3份、植物纤维0-2份和水170-200份；
所述改性聚丙烯纤维的改性过程包括将聚丙烯纤维加入至氧化剂中混合后，浸泡1-2h后洗涤得第一中间产物，将第一中间产物加入至包覆料中混合均匀得到改性聚丙烯纤维，所述聚丙烯纤维与氧化剂的重量份数比为(1-2):(0.1-0.2)。
2.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于，所述氧化剂由重量份数比为（5-8）：（8-10）:100的K2Cr2O7：H2O：浓H2SO4组成，将三者混合得到氧化剂。
3.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于，所述包覆料由如下重量份数的组分组成：偶联剂1-1.5份、亲水性表面活性剂0.2-0.5份、硫铝酸钙1-1.5份和炭黑0.2-0.5份。
4.根据权利要求3所述的再生混凝土，其特征在于，所述偶联剂选择硅烷偶联剂。
5.根据权利要求3所述的再生混凝土，其特征在于，所述亲水性表面活性剂选择吐温20。
6.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于，所述植物纤维由质量比为（1-2）:（1-2）的椰棕纤维和黄麻纤维组成。
7.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于，所述建筑垃圾再生粗骨料为经混合浆料浸泡至饱和状态的增强型建筑垃圾再生粗骨料。
8.根据权利要求7所述的再生混凝土，其特征在于，所述混合浆料由如下重量份数的组分组成：保水剂0.5-1份、水40-50份、聚醋酸乙烯酯乳胶粉5-20份和水泥30-50份。
9.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于，矿物掺合料由如下重量份数的组分组成：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。
10.权利要求1-9任一项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：将矿物掺合料、水泥和激发剂混合均匀，加入占水总重量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、改性聚丙烯纤维和植物纤维混合均匀，得第二中间产物；
步骤3：将减水剂、第一中间产物、第二中间产物、石子和余量的水混合均匀得到再生混凝土。
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