CN112250355A - 一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土及其制备方法。制备所述的再生混凝土的各原料按质量份的配比为：粉煤灰84‑252份、矿渣168‑336份、碱激发溶液160‑231份、细骨料620‑680份、天然粗骨料0‑784份、再生粗骨料336‑1120份、纤维0.5‑1.2份、缓凝剂0.5‑1.6份；各原料按特定顺序混合搅拌均匀后得到再生混凝土。本发明制备的再生混凝土充分利用了矿渣、粉煤灰工业固废和建筑垃圾，减少了水泥和天然碎石的消耗，生产过程成本低廉、绿色低碳、节能减排，有效地实现了固废的资源化利用。同时，本发明制备的再生混凝土强度高，工艺简单、操作方便，且克服了再生粗骨料带来的强度不利影响，满足实际工程要求，经济、社会和环境效益显著。

Description

一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于绿色建筑材料技术领域，特别涉及一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混 凝土及其制备方法。
背景技术
随着混凝土用量的急剧增加，建筑物解体产生的废旧混凝土也急剧增加。因此，建筑业 对混凝土的需求以及废旧混凝土的大量产生，我们必将面临废旧混凝土处理和天然砂石资源 紧张两个非常严峻的问题。再生混凝土能够从根本上解决废旧混凝土的出路问题，同时还能 缓解骨料供求矛盾，减少自然资源和能源的消耗，具有显著的社会、经济和环境效益，符合 绿色发展理念。目前，现有技术中再生混凝土存在诸多缺点：①胶结材料主要以普通硅酸盐 水泥为主，水化热高，容易造成结构开裂；②骨架结构以再生粗骨料为主，骨料内部存在微 裂缝，对混凝土强度不利；③原材料水泥的生产会造成能耗和环境问题。传统水泥基再生混 凝土存在诸多缺点，因此，亟需制备一种新型的再生混凝土，以增强混凝土性能、减少水泥 用量、提高工业固废和建筑固废的利用，实现建筑材料的节能减排及绿色低碳发展。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明提供一种碱激发粉煤灰/矿渣再 生混凝土及其制备方法。本发明制备的再生混凝土充分利用了矿渣、粉煤灰工业 固废和建筑垃圾，减少了水泥和天然碎石的消耗，生产过程成本低廉、绿色低碳、 节能减排，有效地实现了固废的资源化利用。同时，本发明制备的再生混凝土强 度高，制备方法工艺简单、操作方便，且克服了再生粗骨料带来的强度不利影响， 满足实际工程要求，经济、社会和环境效益显著。
本发明所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土的各原料按质量份的配比为：粉 煤灰84-252份、矿渣168-336份、碱激发溶液160-231份、细骨料620-680份、天 然粗骨料0-784份、再生粗骨料336-1120份、纤维0.5-1.2份、缓凝剂0.5-1.6份。 优选质量配比为：粉煤灰126-210份、矿渣210-294份、碱激发溶液168-210份、 细骨料630-665份、天然粗骨料0-560份、再生粗骨料560-1120份、纤维0.9-1.2 份、缓凝剂0.8-1.6份。
所述的碱激发溶液由氢氧化钠溶液和水玻璃以质量比1:2-2:1复配而成，所述 氢氧化钠溶液浓度为0.5-3mol/L，所述水玻璃为浓度为0.5-2mol/L的硅酸钠溶液或 硅酸钾溶液中的一种。
所述的再生粗骨料为通过破碎废旧混凝土得到的粒径为4.75-26.5mm的再生 碎石。
所述的细骨料为天然河砂、天然湖砂的一种或两种。
所述的纤维为聚丙烯单丝纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯网状纤维中的一种或 几种。
所述的缓凝剂为磷酸钠、磷酸二氢钠中的一种或两种。
本发明所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氢氧化钠溶液和水玻璃混合均匀制备碱激发溶液；
(2)将再生粗骨料、天然粗骨料、细骨料和纤维加入到搅拌机中搅拌均匀；
(3)再向步骤(2)的搅拌机中加入矿渣、粉煤灰、缓凝剂和步骤(1)的碱 激发溶液，继续搅拌均匀，形成碱激发矿渣/粉煤灰再生混凝土。
所述的步骤(2)的搅拌机为强制式搅拌机，搅拌时间为30-150s。
所述的步骤(3)的搅拌时间为100-300s。
相对现有技术，本发明的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明的技术方案充分利用矿渣、粉煤灰工业固体废弃物作为试验原材 料，既解决了矿渣、粉煤灰工业固体废弃物长期堆积造成的土地资源浪费和污染， 又降低了硅酸盐水泥的用量，减少了因生产水泥而产生的能耗和环境问题，符合 节能减排、绿色低碳可持续发展的要求。
(2)本发明将再生骨料替代天然骨料，不仅能解决废旧混凝土的出路问题， 还能缓解骨料供求矛盾，减少自然资源和能源的消耗。
(3)本发明提供的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土在原材料中掺入缓凝剂，避 免了制备过程中的闪凝现象，使再生混凝土易于制备，提升再生混凝土施工质量； 原材料中还掺入了纤维，有效提高了再生混凝土的抗折性能，延长了再生混凝土 路面服役寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1-5中所用原料如下：
粉煤灰为F类粉煤灰。满足《用于水泥和混凝土的粉煤灰》(GB/T 1596-2017) 的各项指标，表观密度为2450kg/m3。
矿渣为S95级高炉矿渣。满足《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣 粉》(GB/T 18046-2017)的各项指标，表观密度为2870kg/m3。
碱激发溶液由1mol/L氢氧化钠溶液和1mol/L硅酸钠水玻璃以质量比1：1复 配而成。
细骨料为天然河砂，属于中砂。
天然粗骨料为单级配石灰石碎石，粒径范围为4.75-26.5mm。满足《公路工程 骨料试验规程》(JTG E42-2005)的各项指标，表观密度为2700kg/m3。
再生粗骨料为采用废旧混凝土破碎而成的再生碎石，粒径范围为 4.75-26.5mm，表观密度为2510kg/m3。
纤维为单丝型聚丙烯纤维，长15mm。
缓凝剂为武汉无机盐化工有限公司生产的工业磷酸钠。
实施例1
一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，由以下原料制成：粉煤灰126kg、矿渣294kg、碱激发溶液210kg、细骨料630kg、天然粗骨料560kg、再生粗骨料560kg、 纤维0.9kg和缓凝剂1.5kg。
上述原料配比的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土的制备方法，具体步骤如下：
(1)将氢氧化钠溶液和水玻璃混合均匀制备碱激发溶液；
(2)将再生粗骨料、天然粗骨料、细骨料和纤维加入到强制式搅拌机中，启 动搅拌机搅拌60s，再向搅拌机中加入矿渣、粉煤灰、缓凝剂和步骤(1)的碱激 发溶液，继续搅拌150s，形成碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土。
(3)将步骤(2)的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土浇筑成型 100mm×100mm×100mm的试件，在温度为20±5℃的环境中静置1d后拆模，拆模 后置于温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的标准养护室中养护至规定龄期。
实施例2
一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，由以下原料制成：粉煤灰168kg、矿渣252kg、碱激发溶液189kg、细骨料648kg、天然粗骨料560kg、再生粗骨料560kg、 纤维1.0kg和缓凝剂1.2kg。
按照实施例1步骤(1)-步骤(3)相同的制备方法制备得到碱激发粉煤灰/ 矿渣再生混凝土，并成型再生混凝土试件。
实施例3
一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，由以下原料制成：粉煤灰210kg、矿渣210kg、碱激发溶液168kg、细骨料665kg、天然粗骨料560kg、再生粗骨料560kg、 纤维1.0kg和缓凝剂0.9kg。
按照实施例1步骤(1)-步骤(3)相同的制备方法制备得到碱激发粉煤灰/ 矿渣再生混凝土，并成型再生混凝土试件。
实施例4
一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，由以下原料制成：粉煤灰168kg、矿渣252kg、碱激发溶液168kg、细骨料648kg、天然粗骨料336kg、再生粗骨料784kg、 纤维1.0kg和缓凝剂1.2kg。
按照实施例1步骤(1)-步骤(3)相同的制备方法制备得到碱激发粉煤灰/ 矿渣再生混凝土，并成型再生混凝土试件。
实施例5
一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，由以下原料制成：粉煤灰168kg、矿渣252kg、碱激发溶液168kg、细骨料648kg、再生粗骨料1120kg、纤维1.2kg和缓 凝剂1.2kg。
按照实施例1步骤(1)-步骤(3)相同的制备方法制备得到碱激发粉煤灰/ 矿渣再生混凝土，并成型再生混凝土试件。
实施例1-5的再生混凝土的原料配料如表1所示。
表1实施例1-5的再生混凝土的原料配料汇总表
Figure BDA0002705086990000051
将上述实施例1-5所得的再生混凝土试件样品，分别进行28d抗压强度和28d 抗折强度试验，试验结果如表2所示。再生混凝土抗压强度试验参照《普通混凝 土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)中抗压强度和抗折强度试验测试方 法进行。
表2实施例1-5的再生混凝土试件的力学及排水性能
Figure BDA0002705086990000052
注：液灰比为碱激发溶液质量与粉煤灰和矿渣总质量的比。
由表2可以看出，当再生粗骨料取代率不变时，随着液灰比增大，碱激发粉 煤灰/矿渣再生混凝土的抗压强度降低；当液灰比不变时，随着再生粗骨料取代率 增大，碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土的抗压强度降低；本发明实施例1-5所得的 再生混凝土试件强度均在C40以上。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明申请保护的范围。 在不脱离本发明的精神和原则的前提下，本发明还会有各种修改、替换以及改进 等，这些变化均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，其特征在于，制备所述的再生混凝土的各原料按质量份的配比为：粉煤灰84-252份、矿渣168-336份、碱激发溶液160-231份、细骨料620-680份、天然粗骨料0-784份、再生粗骨料336-1120份、纤维0.5-1.2份、缓凝剂0.5-1.6份。
2.一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，其特征在于，制备所述的再生混凝土的各原料按质量份的配比为：粉煤灰126-210份、矿渣210-294份、碱激发溶液168-210份、细骨料630-665份、天然粗骨料0-560份、再生粗骨料560-1120份、纤维0.9-1.2份、缓凝剂0.8-1.6份。
3.根据权利要求1或2所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，其特征在于，所述的碱激发溶液由氢氧化钠溶液和水玻璃以质量比1:2-2:1复配而成，所述氢氧化钠溶液浓度为0.5-3mol/L，所述水玻璃为浓度为0.5-2mol/L的硅酸钠溶液或硅酸钾溶液中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，其特征在于，所述的再生粗骨料为通过破碎废旧混凝土得到的粒径为4.75-26.5mm的再生碎石。
5.根据权利要求1或2所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，其特征在于，所述的细骨料为天然河砂、天然湖砂的一种或两种。
6.根据权利要求1或2所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，其特征在于，所述的纤维为聚丙烯单丝纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯网状纤维中的一种或几种。
7.根据权利要求1或2所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土，其特征在于，所述的缓凝剂为磷酸钠、磷酸二氢钠中的一种或两种。
8.根据权利要求3所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氢氧化钠溶液和水玻璃混合均匀制备碱激发溶液；
(2)将再生粗骨料、天然粗骨料、细骨料和纤维加入到搅拌机中搅拌均匀；
(3)再向步骤(2)的搅拌机中加入矿渣、粉煤灰、缓凝剂和步骤(1)的碱激发溶液，继续搅拌均匀，形成碱激发矿渣/粉煤灰再生混凝土。
9.根据权利要求8所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)的搅拌机为强制式搅拌机，搅拌时间为30-150s。
10.根据权利要求8所述的碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)的搅拌时间为100-300s。
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