CN112326378B - 一种再生混凝土模型及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种再生混凝土模型的制备方法，包括以下步骤：1)在天然骨料模块外浇筑第一砂浆后养护成型，形成再生骨料模块；2)将再生骨料模块定位置于模具中，浇筑第二砂浆后养护成型，以提供再生混凝土模型。本发明进一步提供一种再生混凝土模型及其测试方法。本发明提供的一种再生混凝土模型及其制备方法，其制备的再生混凝土模型进行测试后，以有效反映再生混凝土模型中各相材料的相关力学性能之间的关系，最终为再生骨料取代天然骨料进行应用提供了有效支撑，从而为实现节约资源、保护环境提供有益帮助。

Description

一种再生混凝土模型及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种再生混凝土模型及其制备方法。
背景技术
随着全球经济的迅猛发展，水泥的产量迅速增加，新建筑建成的背后是大量旧建筑的拆除，产生的废弃混凝土也逐年增多，其再生利用问题已经受到社会各界的广泛关注，通过再生混凝土技术可以最大化的处理废弃混凝土，为实现建筑资源可持续发展奠定基础。再生混凝土通常是指利用再生骨料(由废混凝土加工而成)部分或全部替代天然骨料配制而成的混凝土。通过再生混凝土技术可充分利用废弃混凝土，形成环保的新型建材。再生混凝土技术的应用不但减少了建筑固废堆放和填埋，又减少了天然骨料的开采，是一种绿色环保值得推广的新技术，该技术可产生非常可观的环境、经济、社会效益。
为了准确把握再生混凝土力学性能的影响因素和特征规律，大量的研究者对再生骨料混凝土破坏机理和相关力学性能之间的关系进行研究。但在再生混凝土的研究中一直存在如下难以解决的问题，第一，混凝土中各相材料的随机形状和随机分布特征，使得再生骨料混凝土表现出各向异性和非线性的力学特征，难以通过传统方法准确反映再生混凝土整体力学性能与各相力学性能之间的关系；第二，与普通混凝土相比，再生骨料表面老砂浆的存在，使得再生骨料混凝土多重界面的微观结构变得复杂。因此，目前对再生骨料混凝土的研究缺乏一种获取再生骨料混凝土在受力作用下的裂缝开展信息的有效的试件形式和观测方法。这一系列问题限制了对再生混凝土力学性能和破坏规律的正确理解，阻碍了再生混凝土作为新型建材的应用发展。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种再生混凝土模型及其制备方法，能有效的获取在受力条件下模型化再生混凝土内部三维应变分布场和裂缝开展信息，同时，可以用于简化和模型化再生骨料混凝土的细微观结构，使得相关细微观力学性能规律的探索问题得到解决。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种再生混凝土模型的制备方法，包括以下步骤：
1)在天然骨料模块外浇筑第一砂浆后养护成型，形成再生骨料模块；
2)将再生骨料模块定位置于模具中，浇筑第二砂浆后养护成型，以提供再生混凝土模型。
优选地，步骤1)中，所述天然骨料模块中采用的天然骨料为天然石材。
优选地，步骤1)中，所述天然骨料模块的形状为规则的立体图形或不规则的立体图形。具体来说，所述规则的立体图形选自球体、椭球体、立方体、长方体、多面体中的一种。
优选地，步骤1)中，所述天然骨料模块的形状采用钻芯、切割、敲击破碎、打磨中任一项或多项方式制得。
优选地，步骤1)中，所述第一砂浆是先将水、水泥、砂子搅拌混合后加入金属沙子制得。所述第一砂浆中水、水泥、砂子的用量按照普通混凝土配合比设计。
更优选地，所述水为自来水。
更优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥。所述普通硅酸盐水泥是在硅酸盐水泥熟料中加入6-20％的混合材料、适量石膏磨细制成的。
更优选地，所述砂子为标准砂。所述标准砂是加工后符合标准规定的石英砂。
更优选地，所述搅拌混合的时间为1-3min。最优选地，所述搅拌混合的时间为2min。
更优选地，所述金属沙子中的金属为铝。
更优选地，所述金属沙子的粒径为0.3-1.13mm。所述金属沙子的粒形与河砂类似。
更优选地，所述金属沙子的用量为砂子用量的15-25％。最优选地，所述金属沙子的用量为砂子用量的20％。
优选地，步骤1)中，所述第一砂浆进行浇筑后要振捣。
优选地，步骤1)中，所述养护成型为标准养护，所述标准养护的温度为室温，所述标准养护的湿度≥98％。上述室温为20-30℃。
优选地，步骤1)中，所述再生骨料模块的形状为规则的立体图形或不规则的立体图形。具体来说，所述规则的立体图形选自球体、椭球体、立方体、长方体、多面体中的一种。
优选地，步骤1)中，所述再生骨料模块的形状采用钻芯、切割、敲击破碎、打磨中任一项或多项方式制得。
上述钻芯、切割、敲击破碎、打磨均为常规处理材料形状的方式。
优选地，步骤1)中，所述天然骨料模块位于再生骨料模块的中心位置。
优选地，步骤2)中，所述再生骨料模块定位置于模具的中心位置。
优选地，步骤2)中，所述再生骨料模块采用细棉线吊起置于模具中。
优选地，步骤2)中，所述第二砂浆是先将水、水泥、砂子进行第一次搅拌混合后，加入金属沙子进行第二次搅拌混合，制得。所述第二砂浆中水、水泥、砂子的用量按照普通混凝土配合比设计。
更优选地，所述水为自来水。
更优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥。所述普通硅酸盐水泥是在硅酸盐水泥熟料中加入6-20％的混合材料、适量石膏磨细制成的。
更优选地，所述砂子为标准砂。所述标准砂是加工后符合标准规定的石英砂。
更优选地，所述第一次搅拌混合的时间为1-3min。最优选地，所述第一次搅拌混合的时间为2min。
更优选地，所述金属沙子中的金属为铝。
更优选地，所述金属沙子的粒径为0.3-1.13mm。所述金属沙子的粒形与河砂类似。
更优选地，所述金属沙子的用量为砂子用量的15-25％。最优选地，所述金属沙子的用量为砂子用量的20％。
更优选地，所述第二次搅拌混合的时间为1-3min。最优选地，所述第二次搅拌混合的时间为2min。
优选地，步骤2)中，所述第二砂浆的强度不差于第一砂浆。
优选地，步骤2)中，所述第二砂浆进行浇筑后要振捣。
优选地，步骤2)中，所述养护成型为标准养护，所述标准养护的温度为室温，所述标准养护的湿度≥98％。上述室温为20-30℃。
优选地，步骤2)中，所述模具的形状为立方体。
本发明第二方面提供一种再生混凝土模型，由内至外依次设有天然骨料模块、第一砂浆层、第二砂浆层、模具层。
本发明第三方面提供一种再生混凝土模型，由上述方法制得。
本发明第四方面提供一种再生混凝土模型的测试方法，将再生混凝土模型进行压缩，同时采用CT扫描仪进行扫描，获得金属沙子在再生混凝土模型中的分布情况。
优选地，所述压缩至再生混凝土模型遭到破坏。
优选地，所述压缩采用的装置为电子万能试验机。所述电子万能试验机为常规使用的液压伺服万能试验机。
优选地，所述CT扫描仪为常规使用的X射线断层扫描仪。
如上所述，本发明提供的一种再生混凝土模型及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种再生混凝土模型及其制备方法，针对制备的再生混凝土模型的力学性能，采用CT扫描仪进行扫描，由于金属沙子在CT扫描中为一种颜色较深的颗粒，可作为数字图像相关技术的散斑，从而获得再生混凝土模型内部的三维应变分布场，并能清晰观察到再生混凝土模型内裂缝萌生发展的过程，且可量化其应变集中程度。
(2)本发明提供的一种再生混凝土模型及其制备方法，其制备的再生混凝土模型进行测试后，以有效反映再生混凝土模型中各相材料的相关力学性能之间的关系，最终为再生骨料取代天然骨料进行应用提供了有效支撑，从而为实现节约资源、保护环境提供有益帮助。
附图说明
图1显示为本发明中的一种再生混凝土模型的制备及测试的流程示意图。
图2显示为本发明中的一种含有立方体再生骨料模块的再生混凝土模型的结构示意图。
图3显示为本发明中的一种含有球体再生骨料模块的再生混凝土模型的结构示意图。
图4显示为本发明中的一种含有椭球体再生骨料模块的再生混凝土模型的结构示意图。
附图标记
1 天然骨料模块
2 第一砂浆层
3 再生骨料模块
4 第二砂浆层
5 模具层
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
按图1所示的流程，取天然石材采用切割方式制得边长为10mm的立方体，作为天然骨料模块1#。将配合比与C20的混凝土一致的砂浆所用的自来水、普通硅酸盐水泥、标准砂放入搅拌机中搅拌2分钟后，加入重量为砂子用量的20％的粒径0.6mm-1.1mm的铝沙子，制得第一砂浆1#。在天然骨料模块1#外浇筑第一砂浆1#后在温度20℃、湿度99％下养护成型，切割得到边长为20mm的立方体的再生骨料模块1#，其中，天然骨料模块1#位于再生骨料模块1#的中心位置。
将配合比与C30的混凝土一致的砂浆所用的自来水、普通硅酸盐水泥、标准砂放入搅拌机中第一次搅拌混合2分钟后，加入重量为砂子用量的20％的粒径0.6mm-1.1mm的铝沙子，第二次搅拌混合2分钟，制得第二砂浆1#。将再生骨料模块1#用细棉线吊起置于边长为100mm的立方体模具的中心位置。在模具中，浇筑第二砂浆1#后在温度20℃、湿度99％下养护成型。在此过程中，用抹刀沿模壁插捣，使得砂浆拌合物高出试模口，接着进行振捣，振动持续到表面出浆为止，且避免过振，以防止砂浆离析，刮除试模上多余的砂浆，待砂浆临近初凝时，用抹刀抹平。最终获得再生混凝土模型1#，具体结构见图2。
将获得再生混凝土模型1#放置到电子万能试验机上进行压缩试验，压缩至再生混凝土模型1#遭到破坏。试验过程中利用CT扫描再生混凝土模型1#，然后利用数字图像相关技术，以铝沙子构成的CT图像黑点作为散斑，计算分析得到再生混凝土模型1#内部应变场分布。
实施例2
按图1所示的流程，取天然石材采用切割方式制得直径为10mm的球体，作为天然骨料模块2#。将配合比与C20的混凝土一致的砂浆所用的自来水、普通硅酸盐水泥、标准砂放入搅拌机中搅拌2分钟后，加入重量为砂子用量的20％的粒径0.3mm-1.13mm的铝沙子，制得第一砂浆2#。在天然骨料模块2#外浇筑第一砂浆2#后在温度20℃、湿度99％下养护成型，切割得到边长为30mm的立方体的再生骨料模块2#，其中，天然骨料模块2#位于再生骨料模块2#的中心位置。
将配合比与C30的混凝土一致的砂浆所用的自来水、普通硅酸盐水泥、标准砂放入搅拌机中第一次搅拌混合2分钟后，加入重量为砂子用量的20％的粒径0.3mm-1.13mm的铝沙子，第二次搅拌混合2分钟，制得第二砂浆2#。将再生骨料模块2#用细棉线吊起置于边长为100mm的立方体模具的中心位置。在模具中，浇筑第二砂浆2#后在温度20℃、湿度99％下养护成型。在此过程中，用抹刀沿模壁插捣，使得砂浆拌合物高出试模口，接着进行振捣，振动持续到表面出浆为止，且避免过振，以防止砂浆离析，刮除试模上多余的砂浆，待砂浆临近初凝时，用抹刀抹平。最终获得再生混凝土模型2#，具体结构见图3。
将获得再生混凝土模型2#放置到电子万能试验机上进行压缩试验，压缩至再生混凝土模型2#遭到破坏。试验过程中利用CT扫描再生混凝土模型2#，然后利用数字图像相关技术，以铝沙子构成的CT图像黑点作为散斑，计算分析得到再生混凝土模型2#内部应变场分布。
实施例3
按图1所示的流程，取天然石材采用切割方式制得长径为10mm、短径为5mm的椭球体，作为天然骨料模块3#。将配合比与C20的混凝土一致的砂浆所用的自来水、普通硅酸盐水泥、标准砂放入搅拌机中搅拌2分钟后，加入重量为砂子用量的20％的粒径0.3mm-1.13mm的铝沙子，制得第一砂浆3#。在天然骨料模块3#外浇筑第一砂浆3#后在温度20℃、湿度99％下养护成型，切割得到边长为30mm的立方体的再生骨料模块3#，其中，天然骨料模块3#位于再生骨料模块3#的中心位置。
将配合比与C30的混凝土一致的砂浆所用的自来水、普通硅酸盐水泥、标准砂放入搅拌机中第一次搅拌混合2分钟后，加入重量为砂子用量的20％的粒径0.3mm-1.13mm的铝沙子，第二次搅拌混合2分钟，制得第二砂浆3#。将再生骨料模块3#用细棉线吊起置于边长为100mm的立方体模具的中心位置。在模具中，浇筑第二砂浆3#后在温度20℃、湿度99％下养护成型。在此过程中，用抹刀沿模壁插捣，使得砂浆拌合物高出试模口，接着进行振捣，振动持续到表面出浆为止，且避免过振，以防止砂浆离析，刮除试模上多余的砂浆，待砂浆临近初凝时，用抹刀抹平。最终获得再生混凝土模型3#，具体结构见图4。
将获得再生混凝土模型3#放置到电子万能试验机上进行压缩试验，压缩至再生混凝土模型3#遭到破坏。试验过程中利用CT扫描再生混凝土模型3#，然后利用数字图像相关技术，以铝沙子构成的CT图像黑点作为散斑，计算分析得到再生混凝土模型3#内部应变场分布。
根据上述实施例1-3中制备获得的再生混凝土模型1#-3#，进行检测后，可以实现对其内部三维应力应变分布场的捕捉，能清晰展现立体骨料及其尖角对所造成的应力集中现象和程度，从而准确把握再生混凝土破坏机理，为再生混凝土的广泛应用奠定基础。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种再生混凝土模型的测试方法，将再生混凝土模型进行压缩，同时采用CT扫描仪进行扫描，获得金属沙子在再生混凝土模型中的分布情况；
所述再生混凝土模型由如下制备方法制得，所述再生混凝土模型的制备方法，包括以下步骤：
1)在天然骨料模块外浇筑第一砂浆后养护成型，形成再生骨料模块；
2)将再生骨料模块定位置于模具中，浇筑第二砂浆后养护成型，以提供再生混凝土模型；
步骤1)中，所述第一砂浆是先将水、水泥、砂子搅拌混合后加入金属沙子制得；
所述第一砂浆包括以下条件中任一项或多项：
A1)所述搅拌混合的时间为1-3min；
A2)所述金属沙子中的金属为铝；
A3)所述金属沙子的粒径为0.3-1.13mm；
A4)所述金属沙子的用量为砂子用量的15-25％；
步骤2)中，所述第二砂浆是先将水、水泥、砂子进行第一次搅拌混合后，加入金属沙子进行第二次搅拌混合，制得；
所述第二砂浆包括以下条件中任一项或多项：
B1)所述第一次搅拌混合的时间为1-3min；
B2)所述金属沙子中的金属为铝；
B3)所述金属沙子的粒径为0.3-1.13mm；
B4)所述金属沙子的用量为砂子用量的15-25％；
B5)所述第二次搅拌混合的时间为1-3min；
步骤1)或2)中，所述养护成型为标准养护，所述标准养护的温度为室温，所述标准养护的湿度≥98％；
步骤1)中，所述天然骨料模块位于再生骨料模块的中心位置；所述再生骨料模块定位置于模具的中心位置；
所述再生混凝土模型，由内至外依次设有天然骨料模块、第一砂浆层、第二砂浆层、模具层。
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