CN111960766B - 一种高强度的再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高强度的再生混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度的再生混凝土及其制备方法，该高强度的再生混凝土，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥120～150份、粉煤灰50～70份、改性硅藻土25～40份、细骨料80～120份、改性再生骨料160～200份、改性埃洛石纳米管8～15份、减水剂5～10份、VAE乳液3～8份、纤维10～15份和水140～180份。本发明通过以硅酸盐水泥、粉煤灰、改性硅藻土、改性埃洛石纳米管、细骨料和改性再生骨料为再生混凝土的基材，再配合减水剂、VAE乳液以及纤维作为辅料使用后，各个原料之间协同增效，使得最终制备的再生混凝土具有优异的表观密度和抗压强度，且制备过程中绿色环保，具有良好的应用性，适合大规模推广应用。

Description

一种高强度的再生混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土生产技术领域，尤其涉及一种高强度的再生混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土的大批生产消耗了大量的砂石等自然资源。同时，因建筑物达到使用年限或重大基础设施改造、城市拆迁、震损建筑物等多方面产生了大量的废弃混凝土。目前，对废弃混凝土的处理处置，大部分直接进行填埋或露天堆放，少量用于地基、道路填充料或防冻层材料，极少量经破碎获得再生骨料作为建材原料。同时建设工程中天然砂石资源日益短缺，使得建筑废弃物资源化利用成为国内外学者研究的热点。建筑废弃物资源化的关键是再生混凝土骨料作为建材原料的利用。再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料（主要是粗集料），再加入水泥、水等配而成的新混凝土。
但由于废弃的混凝土经破碎、筛分后得到再生粗骨料的过程中，再生粗骨料受到撞击和破碎力的作用，使再生粗骨料内部产生大量微裂纹，同时再生粗骨料表面附着老旧水泥砂浆，使其表面粗糙、孔隙较多且多棱角，导致制备的再生混凝土的抗压强度较低，从而影响再生混凝土大规模的推广使用。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提出了一种高强度的再生混凝土及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是通过以下技术方案得以实现：
本发明的目的之一在于提供一种高强度的再生混凝土，按重量份计，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥120～150份、粉煤灰50～70份、改性硅藻土25～40份、细骨料80～120份、改性再生骨料160～200份、改性埃洛石纳米管8～15份、减水剂5～10份、VAE乳液3～8份、纤维10～15份和水140～180份。
进一步的，所述改性埃洛石纳米管通过以下步骤制备得到：将壳聚糖的乙酸溶液加入聚乙烯醇的水溶液中，加入戊二醇，在40～50℃的水浴条件下搅拌，然后加入碱液调节pH值为10～11，搅拌，再加入钛酸酯偶联剂，升温，搅拌，然后加入酸液调节pH为7～8，减压蒸馏，干燥，冷却，得到改性聚乙烯醇，将得到的改性聚乙烯醇溶于二甲基甲酰胺中,然后加入埃洛石纳米管，搅拌混合，得到混合溶液，然后加入到三氯化铝溶液中,在温度为55～75℃下进行反应8～20h，得到改性埃洛石纳米管，其中，埃洛石纳米管与聚乙烯醇的重量份比为1：3～8。
进一步的，所述改性硅藻土是由硅藻土经复合硅烷偶联剂改性得到，其中，所述硅藻土与复合硅烷偶联剂的重量份比为1～3：0.2～0.5，复合硅烷偶联剂通过以下步骤制备得到：在保护性气体保护下，将乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷缓慢加入到蒸馏水中，搅拌0.3～0.6h后，升温至75～85℃反应1～3h，然后继续升温至115～130℃，直到无脱出物为止，冷却至室温，得到复合硅烷偶联剂。
进一步的，所述改性再生骨料通过以下步骤制备得到：将废弃的混凝土粉碎，过筛，得再生粗骨料，将再生粗骨料与水混合，并在二氧化碳气氛下碳化，冷冻干燥，得预处理混合料，将预处理混合料与正硅酸乙酯混合，于三甲基铝气氛下，恒温恒压密闭反应后，冷却，过滤，得滤饼，即得改性再生骨料。
进一步的，所述减水剂为萘系减水剂与聚羧酸减水剂组成的混合物，且混合物中萘系减水剂与聚羧酸减水剂的重量份比为3～5：1。
进一步的，所述纤维为木质素纤维、钢纤维以及聚乙烯醇纤维组成的混合物，且木质素纤维、钢纤维以及聚乙烯醇纤维的重量份比为3～6：2～5：1～3。
本发明的目的之二在于提供一种高强度的再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、按原料配比后，将改性埃洛石纳米管加入1/2减水剂和1/3水的混合溶液中，在搅拌下利用超声波设备使改性埃洛石纳米管能够在减水剂的水溶液中均匀分散，得到悬浮液Ⅰ，备用；
S2、将细骨料、改性再生骨料、纤维混合均匀，得到第一混合物；
S3、将硅酸盐水泥、粉煤灰、改性硅藻土和1/3水混合均匀，得到第二混合物；
S4、将1/2减水剂、VAE乳液和1/3水加入悬浮液Ⅰ中混合均匀，得到第三混合物；
S5、将第一混合物和第二混合物依次加入第三混合物中，混合均匀，得到再生混凝土。
与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：
（1）本发明中，通过对再生粗骨料进行碳化反应改性处理后，利用再生骨料表面附着硬化水泥砂浆中的Ca(OH)2和C-S-H与C02反应生成的CaCO3晶体和硅酸凝胶填充骨料内部微裂纹和附着硬化水泥砂浆微孔，使的再生骨料整体结构变得致密，从而降低孔隙率，减小再生骨料的吸水率，提升强度；同时加入的改性埃洛石纳米管能够填充骨料之间的缝隙，从而使得再生混凝土的孔隙率进一步降低，增强再生混凝土的机械性能；加入的木质素纤维和聚乙烯醇纤维由于均具有良好韧性、强度和吸附性，且在各组分原料中具有良好的分散性，能够使得得到的再生混凝土的整体结构强度大大提高；加入的钢纤维与改性埃洛石纳米管配合使用能够大大提高再生混凝土的耐磨性和抗压强度。
（2）本发明中使用了改性埃洛石纳米管，通过在埃洛石纳米管的表面接枝上聚乙烯醇,聚乙烯醇与埃洛石纳米管之间以化学键结合而非简单的物理作用,大大提高了埃洛石纳米管与聚乙烯醇基体之间的应力转移效率，在埃洛石纳米管表面引入大量的羟基,一方面提高了埃洛石纳米管的分散性，更有利于其与再生粗骨料进行共混，使得再生粗骨料的吸水率、孔隙率明显降低，另一方面引入的大量羟基，在再生骨料掺入硅酸盐水泥中制备再生混凝土的过程中，水泥水化产物中的钙、铝等离子与羟基脱水成键，提高了再生骨料与硅酸盐水泥结合的界面层粘结强度，进而提高再生混凝土的强度。
本发明通过以硅酸盐水泥、粉煤灰、改性硅藻土、改性埃洛石纳米管、细骨料和改性再生骨料为再生混凝土的基材，再配合减水剂、VAE乳液以及纤维作为辅料使用后，各个原料之间协同增效，使得最终制备的再生混凝土具有优异的表观密度和抗压强度，克服了现有普通的再生混凝土吸水率高、抗压强度低的缺点，且制备过程中绿色环保，具有良好的应用性，适合大规模推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种高强度的再生混凝土，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥140份、粉煤灰65份、改性硅藻土30份、细骨料100份、改性再生骨料180份、改性埃洛石纳米管10份、减水剂（为由重量份比为4：1的萘系减水剂与聚羧酸减水剂组成的混合物）8份、VAE乳液3～8份、纤维（为由重量份比为5：3：2的木质素纤维、钢纤维以及聚乙烯醇纤维组成的混合物）12份和水160份；
其制备方法包括以下步骤：
S1、按原料配比后，将改性埃洛石纳米管加入1/2减水剂和1/3水的混合溶液中，在搅拌下利用超声波设备使改性埃洛石纳米管能够在减水剂的水溶液中均匀分散，得到悬浮液Ⅰ，备用；
S2、将细骨料、改性再生骨料、纤维混合均匀，得到第一混合物；
S3、将硅酸盐水泥、粉煤灰、改性硅藻土和1/3水混合均匀，得到第二混合物；
S4、将1/2减水剂、VAE乳液和1/3水加入悬浮液Ⅰ中混合均匀，得到第三混合物；
S5、将第一混合物和第二混合物依次加入第三混合物中，混合均匀，得到高强度的再生混凝土；
其中，改性埃洛石纳米管通过以下步骤制备得到：将壳聚糖的乙酸溶液加入聚乙烯醇的水溶液中，加入戊二醇，在50℃的水浴条件下搅拌，然后加入碱液调节pH值为10，搅拌，再加入钛酸酯偶联剂，升温，搅拌，然后加入酸液调节pH为8，减压蒸馏，干燥，冷却，得到改性聚乙烯醇，将得到的改性聚乙烯醇溶于二甲基甲酰胺中,然后加入埃洛石纳米管，搅拌混合，得到混合溶液，然后加入到三氯化铝溶液中,在温度为70℃下进行反应15h，得到改性埃洛石纳米管，其中，埃洛石纳米管与聚乙烯醇的重量份比为1：6；
改性硅藻土是由硅藻土经复合硅烷偶联剂改性得到，其中，硅藻土与复合硅烷偶联剂的重量份比为2：0.2，复合硅烷偶联剂通过以下步骤制备得到：在保护性气体保护下，将乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷缓慢加入到蒸馏水中，搅拌0.5h后，升温至80℃反应1h，然后继续升温至120℃，直到无脱出物为止，冷却至室温，得到复合硅烷偶联剂；
改性再生骨料通过以下步骤制备得到：将废弃的混凝土加入粉碎机中粉碎50min，过40目筛，得细化混合料，将细化混合料与水按质量比1：10混合于反应釜中，并以75mL/min的速率向反应釜中通入二氧化碳，于温度为45℃，转速为300r/min，二氧化碳气氛下，恒温碳化15h，得碳化混合物，将碳化混合物冷冻干燥，得预处理混合料，将预处理混合料与正硅酸乙酯按质量比1：5混合于反应釜中，并以15mL/min的速率向反应釜中通入氮气，待反应釜中空气排尽，随后将反应釜密封，于温度为550℃，转速为320r/min，压力为2.0MPa的条件下，恒温恒压密闭反应6h，自然冷却至室温后，过滤，得滤饼，即得改性再生骨料。
实施例2
一种高强度的再生混凝土，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥120份、粉煤灰70份、改性硅藻土25份、细骨料90份、改性再生骨料200份、改性埃洛石纳米管12份、减水剂（为由重量份比为3：1的萘系减水剂与聚羧酸减水剂组成的混合物）8份、VAE乳液3～8份、纤维（为由重量份比为6：2：2的木质素纤维、钢纤维以及聚乙烯醇纤维组成的混合物）10份和水180份；
其中，改性埃洛石纳米管通过以下步骤制备得到：将壳聚糖的乙酸溶液加入聚乙烯醇的水溶液中，加入戊二醇，在45℃的水浴条件下搅拌，然后加入碱液调节pH值为10，搅拌，再加入钛酸酯偶联剂，升温，搅拌，然后加入酸液调节pH为7，减压蒸馏，干燥，冷却，得到改性聚乙烯醇，将得到的改性聚乙烯醇溶于二甲基甲酰胺中,然后加入埃洛石纳米管，搅拌混合，得到混合溶液，然后加入到三氯化铝溶液中,在温度为65℃下进行反应10h，得到改性埃洛石纳米管，其中，埃洛石纳米管与聚乙烯醇的重量份比为1：8；
其制备方法同实施例1，使用的改性硅藻土和改性再生骨料同实施例1。
实施例3
一种高强度的再生混凝土，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥150份、粉煤灰50份、改性硅藻土40份、细骨料120份、改性再生骨料160份、改性埃洛石纳米管15份、减水剂（为由重量份比为5：1的萘系减水剂与聚羧酸减水剂组成的混合物）10份、VAE乳液3～8份、纤维（为由重量份比为5：2：3的木质素纤维、钢纤维以及聚乙烯醇纤维组成的混合物）15份和水140份；
其中，改性埃洛石纳米管通过以下步骤制备得到：将壳聚糖的乙酸溶液加入聚乙烯醇的水溶液中，加入戊二醇，在50℃的水浴条件下搅拌，然后加入碱液调节pH值为11，搅拌，再加入钛酸酯偶联剂，升温，搅拌，然后加入酸液调节pH为7，减压蒸馏，干燥，冷却，得到改性聚乙烯醇，将得到的改性聚乙烯醇溶于二甲基甲酰胺中,然后加入埃洛石纳米管，搅拌混合，得到混合溶液，然后加入到三氯化铝溶液中,在温度为75℃下进行反应18h，得到改性埃洛石纳米管，其中，埃洛石纳米管与聚乙烯醇的重量份比为1：3；
其制备方法同实施例1，使用的改性硅藻土和改性再生骨料同实施例1。
实施例4
一种高强度的再生混凝土，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥120份、粉煤灰62份、改性硅藻土33份、细骨料80份、改性再生骨料190份、改性埃洛石纳米管10份、减水剂（为由重量份比为3：1的萘系减水剂与聚羧酸减水剂组成的混合物）7份、VAE乳液4份、纤维（为由重量份比为4：5：1的木质素纤维、钢纤维以及聚乙烯醇纤维组成的混合物）13份和水170份；
其制备方法同实施例1，其中，使用的改性埃洛石纳米管、改性硅藻土和改性再生骨料同实施例1。
实施例5
一种高强度的再生混凝土，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥135份、粉煤灰55份、改性硅藻土35份、细骨料90份、改性再生骨料170份、改性埃洛石纳米管10份、减水剂（为由重量份比为4：1的萘系减水剂与聚羧酸减水剂组成的混合物）8份、VAE乳液5份、纤维（为由重量份比为3：4：3的木质素纤维、钢纤维以及聚乙烯醇纤维组成的混合物）12份和水170份；
其制备方法同实施例1，其中，使用的改性埃洛石纳米管、改性硅藻土和改性再生骨料同实施例1。
对比例1
一种高强度的再生混凝土，与实施例1的区别在于未使用改性埃洛石纳米管。
对比例2
一种高强度的再生混凝土，与实施例1的区别在于将改性硅藻土替换成硅藻土。
对比例3
一种高强度的再生混凝土，与实施例1的区别在于将改性再生骨料替换成未改性的再生骨料。
性能测试
参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T50080～2016》、《普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081～2002》和《普通混凝土长期性能和耐久性性能试验方法标准GB/T50082～2009》对实施例1～5和对比例1～3提供的再生混凝土的拌合物的表观密度、抗压强度和28d电通量进行检测，检测结果见表1。
表1实施例1～5和对比例1～3得到的再生混凝土的性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由上述表1结果可知，相对于对比例1～3，本发明实施例1～5得到的再生混凝土的表观密度、抗压强度和28d电通量表现优异，由此得到本发明制备的再生混凝土具有致密程度高、抗压强度强、抗渗强度高以及耐久性强的特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高强度的再生混凝土，其特征在于，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥120～150份、粉煤灰50～70份、改性硅藻土25～40份、细骨料80～120份、改性再生骨料160～200份、改性埃洛石纳米管8～15份、减水剂5～10份、VAE乳液3～8份、纤维10～15份和水140～180份，所述改性硅藻土是由硅藻土经复合硅烷偶联剂改性得到，所述改性埃洛石纳米管通过以下步骤制备得到：将壳聚糖的乙酸溶液加入聚乙烯醇的水溶液中，加入戊二醇，在40～50℃的水浴条件下搅拌，然后加入碱液调节pH值为10～11，搅拌，再加入钛酸酯偶联剂，升温，搅拌，然后加入酸液调节pH为7～8，减压蒸馏，干燥，冷却，得到改性聚乙烯醇，将得到的改性聚乙烯醇溶于二甲基甲酰胺中,然后加入埃洛石纳米管，搅拌混合，得到混合溶液，然后加入到三氯化铝溶液中,在温度为55～75℃下进行反应8～20h，得到改性埃洛石纳米管，其中，埃洛石纳米管与聚乙烯醇的重量份比为1：3～8，所述改性再生骨料通过以下步骤制备得到：将废弃的混凝土，粉碎，过筛，得再生粗骨料，将再生粗骨料与水混合，并在二氧化碳气氛下碳化，冷冻干燥，得预处理混合料，将预处理混合料与正硅酸乙酯混合，于三甲基铝气氛下，恒温恒压密闭反应后，冷却，过滤，得滤饼，即得改性再生骨料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度的再生混凝土，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂与聚羧酸减水剂组成的混合物，且混合物中萘系减水剂与聚羧酸减水剂的重量份比为3～5：1。
3.根据权利要求1所述的一种高强度的再生混凝土，其特征在于，所述纤维为木质素纤维、钢纤维以及聚乙烯醇纤维组成的混合物，且混合物中木质素纤维、钢纤维以及聚乙烯醇纤维的重量份比为3～6：2～5：1～3。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的高强度的再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按原料配比后，将改性埃洛石纳米管加入1/2减水剂和1/3水的混合溶液中，在搅拌下利用超声波设备使改性埃洛石纳米管能够在减水剂的水溶液中均匀分散，得到悬浮液Ⅰ，备用；
S2、将细骨料、改性再生骨料、纤维混合均匀，得到第一混合物；
S3、将硅酸盐水泥、粉煤灰、改性硅藻土和1/3水混合均匀，得到第二混合物；
S4、将1/2减水剂、VAE乳液和1/3水加入悬浮液Ⅰ中混合均匀，得到第三混合物；
S5、将第一混合物和第二混合物依次加入第三混合物中，混合均匀，得到再生混凝土。
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