CN112174611B - 一种再生建筑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种再生建筑材料，其特征在于，是由按照重量份计的如下原料制成：水泥130‑160份、建筑垃圾再生粉220‑260份、石英砂180‑290份、粉煤灰160‑250份、海泡石纤维6‑10份、基于β‑环糊精的功能纤维素纤维3‑5份、多羧基POSS 4‑8份、稀土氧化物纳米结构纤维3‑6份、超支化磺酸盐表面活性剂4‑7份、外加剂5‑8份、水80‑95份；所述外加剂是由2,3‑二氯丙酸与N,N'‑双(2‑羟乙基)‑N,N'‑双(三甲氧基硅丙基)乙二胺发生聚合反应形成的离聚物。本发明还提供了所述再生建筑材料的制备方法。本发明提供的再生建筑材料综合性能优异，抗压强度高，稳定性足，环保性能佳，具有较高的经济价值、社会价值和生态价值。

Description

一种再生建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种再生建筑材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着现代化城市和城乡一体化建筑步伐的推进，建筑业高速发展，建筑工程的拆迁和建设过程中所产生的建筑垃圾也在逐年大幅增加。按产生源分类，建筑垃圾可分为工程渣土、装修垃圾、拆迁垃圾、工程泥浆等；按组成成分分类，建筑垃圾中可分为渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂浆、泥浆、沥青块、废塑料、废金属、废竹木等。建筑垃圾普遍存在结构坚硬、稳定性好，难以处理的特点，易引起严重的环境问题，还会导致环境的二次污染。因此，寻求有效处理建筑垃圾的方法迫在眉睫。
目前，公开的建筑垃圾处理工艺和技术主要有三类。一是建筑垃圾简单破碎后作为回填材料，二是建筑垃圾破碎筛分后，制备混凝土骨料、免烧砖或墙体材料，三是提取建筑垃圾中某一种或两种组分制备机制砂、废弃混凝土胶凝材料、混合材等建筑材料。这些处理工艺和技术存在几个方面的不足。一是将建筑垃圾简单破碎后作为回填材料，附加值极低，且超过一定运输距离后因运输成本过高而无利用价值。二是将建筑垃圾整体破碎筛分后，制备骨料、免烧砖或墙体材料，由于无法实现建筑垃圾中砂、粘土砖和混凝土的分离，而这些组分本身性质差异大，导致骨料吸水率大、强度低而难以使用，免烧砖吸水率大、耐久性差，墙体材料强度低、耐久性差。三是利用建筑垃圾中某一种或两种组分制备建筑材料，不能实现建筑垃圾全组分资源化利用，且处理工艺不完整且较为复杂，难于工业应用。除此之外，市面上的由建筑垃圾制成的再生建筑材料还普遍存在强度低、吸水率大、密实度小、表面粗糙、多裂纹、颗粒间性质不均匀，易出现坍落度小、流动性差、抗压强度低、弹性模量小等问题。
申请号为201410621655.0的中国发明专利涉及化工材料的技术领域，具体地说是一种再生型建筑材料。该再生型建筑材料所述组分按以下重量比为：砂12-18份；胶凝添加剂5-15份；水泥25-33份；建筑垃圾45-55份；水30-50份。该发明的目的是提供一种绿色环保，稳定性强的再生型建筑材料；然而该再生建筑材料强度和密实度有待进一步提高，综合性能有待进一步完善，且其中的胶凝添加剂及建筑垃圾的具体种类并没有公开。
因此，开发一种综合性能优异，抗压强度高，稳定性足，环保性能佳的再生建筑材料符合市场需求，具有较高的市场价值和应用前景，对促进建筑垃圾的再生利用具有非常重要的意义。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种再生建筑材料及其制备方法，该制备方法简单易行，原料来源广泛，价格低廉，制备效率和成品合格率高，适合连续规模化生产；通过这种方法制成的再生建筑材料综合性能优异，抗压强度高，稳定性足，环保性能佳，具有较高的经济价值、社会价值和生态价值。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种再生建筑材料，其特征在于，是由按照重量份计的如下原料制成：水泥130-160份、建筑垃圾再生粉220-260份、石英砂180-290份、粉煤灰160-250份、海泡石纤维6-10份、基于β-环糊精的功能纤维素纤维3-5份、多羧基POSS 4-8份、稀土氧化物纳米结构纤维3-6份、超支化磺酸盐表面活性剂4-7份、外加剂5-8份、水80-95份；所述外加剂是由2,3-二氯丙酸与N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺发生聚合反应形成的离聚物。
优选的，所述外加剂的制备方法，包括如下步骤：将2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺加入到有机溶剂中，在40-60℃下搅拌反应8-12小时，后旋蒸除去溶剂，得到外加剂成品。
优选的，所述2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺、有机溶剂的摩尔比为1:1:(6-10)。
优选的，所述有机溶剂为乙醚、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃中的任意一种。
优选的，所述超支化磺酸盐表面活性剂的制备方法参见申请公布号为CN102690641A的中国发明专利实施例1；所述稀土氧化物纳米结构纤维的制备方法参见：稀土氧化物纳米结构纤维的制备及性质，唐慧娟，山东大学，2011；所述多羧基POSS的制备方法参见申请号为201610031856.4的中国发明专利实施例1；所述基于β-环糊精的功能纤维素纤维的制备方法参见申请号为201811370294.1的中国发明专利实施例1。
优选的，所述水泥为标号为52.5、52.5R、62.5或62.5R中的任意一种的普通硅酸盐水泥。
优选的，所述建筑垃圾再生粉的粒径为10-40μm。
优选的，所述建筑垃圾再生粉为经过分选后的废弃混凝土和/或废弃砖石。
优选的，所述石英砂的细度模数为2.3-3.0。
优选的，所述粉煤灰的粒径为1100-1500目。
优选的，所述海泡石纤维的长度为12-24mm，直径为2-6mm。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述再生建筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合，搅拌反应15-25分钟，然后浇注，振捣，再在15-30℃的潮湿环境中进行养护3-5天，得到再生建筑材料。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
（1）本发明提供的一种再生建筑材料的制备方法，该制备方法简单易行，原料来源广泛，价格低廉，制备效率和成品合格率高，适合连续规模化生产。
（2）本发明提供的一种再生建筑材料，克服了传统再生建筑材料普遍存在着的强度低、吸水率大、密实度小、表面粗糙、多裂纹、颗粒间性质不均匀，易出现坍落度小、流动性差、抗压强度低、弹性模量小等缺陷；通过各组分协同作用，使得制成的再生建筑材料综合性能优异，抗压强度高，稳定性足，环保性能佳，具有较高的经济价值、社会价值和生态价值。
（3）本发明提供的一种再生建筑材料，添加建筑垃圾再生粉，实现变废为宝，将废弃垃圾回收再利用，不仅解决了因此带来的环境问题，也节约了能源，降低了资源的浪费，符合可持续发展战略的基本要求。通过建筑垃圾再生粉、石英砂、粉煤灰协同作用，使得制成的建筑材料致密度和产品的抗压强度高，这些组分粒径级配更加良好，良好的级配可节约水泥，并且能提高建筑材料的综合性能，同时降低造价。
（4）本发明提供的一种再生建筑材料，添加的外加剂是由2,3-二氯丙酸与N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺发生聚合反应形成的离聚物，能有效减水、降低泌水，保坍性能良好，其上较多的甲氧基硅丙基、羟基、羧基和季铵盐阳离子基团协同作用，能降低表面张力，显著改善建筑材料抗压强度、抗冻性、保坍性、和易性以及可泵送性。
（5）本发明提供的一种再生建筑材料，添加的海泡石纤维、基于β-环糊精的功能纤维素纤维、多羧基POSS 和稀土氧化物纳米结构纤维，能显著改善综合性能，使得混凝土密实性好，抗裂性和抗冲击性能强。基于β-环糊精的功能纤维素纤维、超支化磺酸盐表面活性剂协同作用，能有效分散建筑材料的收缩应力，减少开裂的危害，它本身还具有较好的保湿养护作用，确保在非正常养护情况下，建筑材料强度仍能较好地增长；各组分协同作用不仅有助于预防建筑材料塑性阶段的开裂，还有助于建筑材料在硬化阶段和承载阶段的开裂。外加剂和基于β-环糊精的功能纤维素纤维在建筑材料体系中通过架桥作用，形成一定的交联体系，从而使致密度提升，使产品的抗压性能得到提高，并且交联体系具有良好的保水性能，可携带一定量的水，在加入体系中后，可有效保障体系的水化反应更加充分，从而使体系的致密度进一步提升，使产品的耐水性和抗压性能进一步提升。
具体实施方式
下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此；所述超支化磺酸盐表面活性剂的制备方法参见申请公布号为CN102690641A的中国发明专利实施例1；所述稀土氧化物纳米结构纤维为La2Zr2O7纳米结构纤维，纤维中二氧化硅含量为3.0%，其制备方法参见：稀土氧化物纳米结构纤维的制备及性质，唐慧娟，山东大学，2011；所述多羧基POSS的制备方法参见申请号为201610031856.4的中国发明专利实施例1；所述基于β-环糊精的功能纤维素纤维的制备方法参见申请号为201811370294.1的中国发明专利实施例1；所涉及到的其它原料均为商业购买。
实施例1
实施例1提供一种再生建筑材料，其特征在于，是由按照重量份计的如下原料制成：水泥130份、建筑垃圾再生粉220份、石英砂180份、粉煤灰160份、海泡石纤维6份、基于β-环糊精的功能纤维素纤维3份、多羧基POSS 4份、稀土氧化物纳米结构纤维3份、超支化磺酸盐表面活性剂4份、外加剂5份、水80份；所述外加剂是由2,3-二氯丙酸与N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺发生聚合反应形成的离聚物。
所述外加剂的制备方法，包括如下步骤：将2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺加入到有机溶剂中，在40℃下搅拌反应8小时，后旋蒸除去溶剂，得到外加剂成品；所述2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺、有机溶剂的摩尔比为1:1:6；所述有机溶剂为乙醚。
所述水泥为标号为52.5的普通硅酸盐水泥；所述建筑垃圾再生粉的粒径为10μm；所述建筑垃圾再生粉为经过分选后的废弃混凝土。
所述石英砂的细度模数为2.3；所述粉煤灰的粒径为1100目；所述海泡石纤维的长度为12mm，直径为2mm。
一种所述再生建筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合，搅拌反应15分钟，然后浇注，振捣，再在15℃的潮湿环境中进行养护3天，得到再生建筑材料。
实施例2
实施例2提供一种再生建筑材料，其特征在于，是由按照重量份计的如下原料制成：水泥140份、建筑垃圾再生粉230份、石英砂200份、粉煤灰180份、海泡石纤维7份、基于β-环糊精的功能纤维素纤维3.5份、多羧基POSS 5份、稀土氧化物纳米结构纤维4份、超支化磺酸盐表面活性剂5份、外加剂6份、水85份；所述外加剂是由2,3-二氯丙酸与N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺发生聚合反应形成的离聚物。
所述外加剂的制备方法，包括如下步骤：将2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺加入到有机溶剂中，在45℃下搅拌反应9小时，后旋蒸除去溶剂，得到外加剂成品；所述2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺、有机溶剂的摩尔比为1:1:7；所述有机溶剂为乙酸乙酯。
所述水泥为标号为52.5R的普通硅酸盐水泥；所述建筑垃圾再生粉的粒径为20μm；所述建筑垃圾再生粉为经过分选后的废弃砖石；所述石英砂的细度模数为2.6；所述粉煤灰的粒径为1200目；所述海泡石纤维的长度为16mm，直径为3mm。
一种所述再生建筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合，搅拌反应17分钟，然后浇注，振捣，再在18℃的潮湿环境中进行养护3.5天，得到再生建筑材料。
实施例3
实施例3提供一种再生建筑材料，其特征在于，是由按照重量份计的如下原料制成：水泥145份、建筑垃圾再生粉240份、石英砂250份、粉煤灰210份、海泡石纤维8份、基于β-环糊精的功能纤维素纤维4份、多羧基POSS 6份、稀土氧化物纳米结构纤维4.5份、超支化磺酸盐表面活性剂5.5份、外加剂6.5份、水89份；所述外加剂是由2,3-二氯丙酸与N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺发生聚合反应形成的离聚物。
所述外加剂的制备方法，包括如下步骤：将2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺加入到有机溶剂中，在50℃下搅拌反应10小时，后旋蒸除去溶剂，得到外加剂成品；所述2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺、有机溶剂的摩尔比为1:1:8；所述有机溶剂为丙酮。
所述水泥为标号为62.5的普通硅酸盐水泥；所述建筑垃圾再生粉的粒径为25μm；所述建筑垃圾再生粉为经过分选后的废弃混凝土；所述石英砂的细度模数为2.7；所述粉煤灰的粒径为1350目；所述海泡石纤维的长度为19mm，直径为4.5mm。
一种所述再生建筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合，搅拌反应20分钟，然后浇注，振捣，再在22℃的潮湿环境中进行养护4天，得到再生建筑材料。
实施例4
实施例4提供一种再生建筑材料，其特征在于，是由按照重量份计的如下原料制成：水泥155份、建筑垃圾再生粉250份、石英砂280份、粉煤灰240份、海泡石纤维9份、基于β-环糊精的功能纤维素纤维4.5份、多羧基POSS 7份、稀土氧化物纳米结构纤维5.5份、超支化磺酸盐表面活性剂6.5份、外加剂7.5份、水93份；所述外加剂是由2,3-二氯丙酸与N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺发生聚合反应形成的离聚物。
所述外加剂的制备方法，包括如下步骤：将2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺加入到有机溶剂中，在55℃下搅拌反应11小时，后旋蒸除去溶剂，得到外加剂成品；所述2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺、有机溶剂的摩尔比为1:1:9.5；所述有机溶剂为四氢呋喃。
所述水泥为标号为62.5R的普通硅酸盐水泥；所述建筑垃圾再生粉的粒径为35μm；所述建筑垃圾再生粉为经过分选后的废弃砖石；所述石英砂的细度模数为2.9；所述粉煤灰的粒径为1480目；所述海泡石纤维的长度为22mm，直径为5.5mm。
一种所述再生建筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合，搅拌反应23分钟，然后浇注，振捣，再在28℃的潮湿环境中进行养护4.5天，得到再生建筑材料。
实施例5
实施例5提供一种再生建筑材料，其特征在于，是由按照重量份计的如下原料制成：水泥160份、建筑垃圾再生粉260份、石英砂290份、粉煤灰250份、海泡石纤维10份、基于β-环糊精的功能纤维素纤维5份、多羧基POSS 8份、稀土氧化物纳米结构纤维6份、超支化磺酸盐表面活性剂7份、外加剂8份、水95份；所述外加剂是由2,3-二氯丙酸与N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺发生聚合反应形成的离聚物。
所述外加剂的制备方法，包括如下步骤：将2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺加入到有机溶剂中，在60℃下搅拌反应12小时，后旋蒸除去溶剂，得到外加剂成品；所述2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺、有机溶剂的摩尔比为1:1:10；所述有机溶剂为乙醚。
所述水泥为标号为52.5的普通硅酸盐水泥；所述建筑垃圾再生粉的粒径为40μm；所述建筑垃圾再生粉为经过分选后的废弃混凝土；所述石英砂的细度模数为3.0；所述粉煤灰的粒径为1500目；所述海泡石纤维的长度为24mm，直径为6mm。
一种所述再生建筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合，搅拌反应25分钟，然后浇注，振捣，再在30℃的潮湿环境中进行养护5天，得到再生建筑材料。
对比例1
对比例1提供一种再生建筑材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3中没有添加建筑垃圾再生粉。
对比例2
对比例2提供一种再生建筑材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3中没有添加海泡石纤维。
对比例3
对比例3提供一种再生建筑材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3中没有添加基于β-环糊精的功能纤维素纤维。
对比例4
对比例4提供一种再生建筑材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3中没有添加多羧基POSS。
对比例5
对比例5提供一种再生建筑材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3中没有添加稀土氧化物纳米结构纤维和超支化磺酸盐表面活性剂。
对比例6
对比例6提供一种再生建筑材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3中没有添加外加剂。
对实施例1-5及对比例1-6所述再生建筑材料参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB50081-2002）进行相关性能测试，测试结果见表1。
表1
项目 立方体抗压强度（MPa） 劈拉强度（MPa） 抗折强度（MPa）
实施例1 39.22 3.73 4.92
实施例2 39.37 3.76 4.95
实施例3 39.45 3.80 4.96
实施例4 39.63 3.83 4.98
实施例5 39.71 3.85 4.99
对比例1 37.33 3.17 4.21
对比例2 36.94 3.11 4.12
对比例3 37.16 3.15 4.17
对比例4 37.35 3.21 4.26
对比例5 37.42 3.24 4.30
对比例6 37.11 3.13 4.15
从表1可以看出，本发明实施例所述再生建筑材料具有更佳优异的机械力学性能，这是各原料协同作用的结果。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据依据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种再生建筑材料，其特征在于，是由按照重量份计的如下原料制成：水泥130-160份、建筑垃圾再生粉220-260份、石英砂180-290份、粉煤灰160-250份、海泡石纤维6-10份、基于β-环糊精的功能纤维素纤维3-5份、多羧基POSS 4-8份、稀土氧化物纳米结构纤维3-6份、超支化磺酸盐表面活性剂4-7份、外加剂5-8份、水80-95份；
所述外加剂的制备方法，包括如下步骤：将2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺加入到有机溶剂中，在40-60℃下搅拌反应8-12小时，后旋蒸除去溶剂，得到外加剂成品；所述2,3-二氯丙酸、N,N'-双(2-羟乙基)-N,N'-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺、有机溶剂的摩尔比为1:1:(6-10)。
2.根据权利要求1所述的一种再生建筑材料，其特征在于，所述有机溶剂为乙醚、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种再生建筑材料，其特征在于，所述水泥为标号为52.5、52.5R、62.5或62.5R中的任意一种的普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的一种再生建筑材料，其特征在于，所述建筑垃圾再生粉的粒径为10-40μm。
5.根据权利要求1所述的一种再生建筑材料，其特征在于，所述建筑垃圾再生粉为经过分选后的废弃混凝土和/或废弃砖石。
6.根据权利要求1所述的一种再生建筑材料，其特征在于，所述石英砂的细度模数为2.3-3.0；所述粉煤灰的粒径为1100-1500目。
7.根据权利要求1所述的一种再生建筑材料，其特征在于，所述海泡石纤维的长度为12-24mm，直径为2-6mm。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的再生建筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合，搅拌反应15-25分钟，然后浇注，振捣，再在15-30℃的潮湿环境中进行养护3-5天，得到再生建筑材料。
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