CN112430017B - 一种废料制备的高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土的技术领域，具体公开了一种废料制备的高性能混凝土及其制备方法。一种废料制备的高性能混凝土，由包含以下重量份的原料制成：水泥70～90份、再生骨料90～120份、细砂10～25份、减水剂0.3～0.5份、水35～45份、消泡剂0.1～0.3份、膨润土9～11份及抗裂纤维3～5份，抗裂纤维是由玄武岩纤维、聚丙烯纤维及黏胶纤维制得的复合纤维，其具有抗渗水性能好的优点；其制备方法简单，适用于大批量生产。

Description

一种废料制备的高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土的技术领域，更具体地说，它涉及一种废料制备的高性能混凝土及其制备方法
背景技术
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为再生混凝土。再生混凝土按集料的组合形式可以有以下几种情况：集料全部为再生集料；粗集料为再生集料、细集料为天然砂；粗集料为天然碎石或卵石、细集料为再生集料；再生集料替代部分粗集料或细集料。
再生集料的表面粗糙、棱角多并且在混凝土构建破坏和集料生产过程中集料内部出现大量微细裂缝，从而导致再生集料孔隙率大，其吸水率较大，进而影响了混凝土的抗渗水能力。
发明内容
为了提高混凝土的抗渗水性能，本申请提供一种废料制备的高性能混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种废料制备的高性能混凝土，采用如下的技术方案：
一种废料制备的高性能混凝土，由包含以下重量份的原料制成：水泥70～90份、再生骨料90～120份、细砂10～25份、减水剂0.3～0.5份、水35～45份、消泡剂0.1～0.3份、膨润土9～11份及抗裂纤维3～5份，所述抗裂纤维是由玄武岩纤维、聚丙烯纤维及黏胶纤维制得的复合纤维。
通过采用上述技术方案，混凝土配方中加入膨润土，膨润土遇水后其体积可膨胀至原来的20～30倍，因此可填充在混凝土的空隙内，从而降低了混凝土的孔隙率，提升了混凝土的抗渗水性能；此外膨润土的的粘性好，其能够与混凝土中各组分之间的粘结性好，进一步提升了混凝土的抗渗水性能；玄武岩纤维及聚丙烯纤维均为韧性好、强度高的纤维添加物，且黏胶纤维能够起到粘合玄武岩纤维和聚丙烯纤维的作用，以此使得抗裂纤维的稳定性好，其能够填充在混凝土各组分之间的孔隙内，使各组分之间形成良好的连接，从而使制成的混凝土的抗裂性能好。
优选的，还包括石墨烯7～9份。
通过采用上述技术方案，石墨烯为单层二维蜂窝状晶格结构，其均匀分散在混凝土中，且石墨烯能够分散在膨胀后的膨润土中，以此增强了膨胀后的膨润土的强度，从而提升了混凝土的抗压强度。
优选的，所述玄武岩纤维、聚丙烯纤维及黏胶纤维的重量份数之比为(1～2)：(3～5)：(2～3)。
通过采用上述技术方案，玄武岩纤维、聚丙烯纤维及黏胶纤维的重量份数之比控制在上述范围内，能够制备具有优良抗裂性能的抗裂纤维。
优选的，所述抗裂纤维的制备方法，包括如下步骤：1)、将重量份的黏胶纤维与重量份的聚丙烯纤维混合均匀后，加热至熔融状态；2)、将重量份的玄武岩纤维均分成三份，并分三次加入至步骤1)中的熔融混合物中；3)、将步骤2)中的混合物搅拌混合均匀后，经过挤出纺丝、切割后，得抗裂纤维。
通过采用上述技术方案，先将黏胶纤维及聚丙烯纤维混合均匀，然后分多次加入玄武岩纤维，以此使三者混合的均匀度好，进而使得制备出的抗裂纤维的质量均一，使抗裂纤维的性能更优。
优选的，所述玄武岩纤维需进行预处理，其预处理包括如下步骤：1)、预处理溶液制备：将与玄武岩纤维等重量份的纳米SiO2研磨成54～76μm的粉末，然后加入至重量份数为玄武岩纤维五倍的水中，再加入重量份数为玄武岩纤维重量份4％的偶联剂，搅拌混合均匀后，得预处理溶液；2)、将重量份的玄武岩纤维加入至预处理溶液中，超声浸渍24～30h后，经过过滤、自然晾干后，得处理后的玄武岩纤维。
通过采用上述技术方案，玄武岩纤维表面较光滑，表面能较低，经过超声浸渍后，能够在玄武岩纤维的表面增加纳米SiO2粒子，有效地提高纤维表面粗糙度，增加了玄武岩纤维与聚丙烯纤维及玄武岩纤维与黏胶纤维之间的有效接触面积，从而使抗裂纤维各组分之间的粘结效果更好，提升了抗裂纤维的抗裂性能。
优选的，所述抗裂纤维包括0.5～1.2mm和3～5mm两种纤维长度，且0.5～1.2mm的抗裂纤维的重量份数与3～5mm的抗裂纤维的重量份数之比为1:(2～3)。
通过采用上述技术方案，抗裂纤维制备成两种不同的长度，较短的抗裂纤维能够填充在混凝土中较小的孔隙内，增强混凝土各组分之间的粘结强度；另外较长的抗裂纤维分散在体系中，能够与较短的抗裂纤维之间形成网状结构，从而进一步提升了混凝土的抗裂性能。
优选的，所述减水剂为聚羧酸型减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸型减水剂是一种高性能减水剂，其掺量低，减水率高，收缩小；同时其与混凝土的相容性好，制备出的混凝土的塌落度保持性好，使得制备出的混凝土的性能更优。
优选的，所述再生骨料的制备方法，包括如下步骤：1)、将废弃的混凝土破碎成15～25mm的碎块，然后将破碎后的混凝土碎块经过水洗、自然晾干后，得再生骨料初品；2)、将晾干后的再生骨料初品放置在1mol/L的盐酸溶液中，搅拌30～60min后，再静置12～16h；3)、将步骤2)中的骨料初品经过过滤、自然晾干后，得再生骨料。
通过采用上述技术方案，首先利用水洗的方式，能够除去再生骨料表面残留的水泥砂浆，进而提升再生骨料的强度；然后将再生骨料浸渍在盐酸溶液中，盐酸溶液能够与再生骨料表面的水泥水化物Ca(OH)2反应，起到改善再生集料颗粒表面的作用，从而改善再生集料的性能。
第二方面，本申请提供一种废料制备的高性能混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种废料制备的高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)、按照重量份称取水泥、再生骨料、细砂、减水剂、水、消泡剂、膨润土及抗裂纤维；
2)、将水泥、再生骨料、细砂、膨润土及抗裂纤维，混合均匀后，得干料混合物；
3)、向干料混合物中加入重量份的水，搅拌混合均匀后，然后依次加入减水剂及消泡剂，拌和均匀制得混凝土成品。
通过采用上述技术方案，制备时，先将原料中的干料混合均匀，然后再与水混合均匀，以此可使原料中的各个干料之间混合的均匀度好；然后将减水剂和消泡剂加入至混合均匀的混合料中，可制得混凝土成品，该制备方法简单，适用于大批量生产。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请中在混凝土配方中加入膨润土，膨润土遇水后其体积可膨胀至原来的20～30倍，因此可填充在混凝土的空隙内，从而降低了混凝土的孔隙率，提升了混凝土的抗渗水性能。
2、本申请中还添加了石墨烯。石墨烯为单层二维蜂窝状晶格结构，其均匀分散在混凝土中，且石墨烯能够分散在膨胀后的膨润土中，以此增强了膨胀后的膨润土的强度，从而提升了混凝土的抗压强度。
3、本申请的混凝土制备方法简单，适用于大批量生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
减水剂选用聚羧酸型减水剂。
消泡剂选用。
抗裂纤维的制备例
制备例1
制备例1提供的抗裂纤维的制备方法，包括如下步骤：
1)、将1kg的黏胶纤维与1.5kg的聚丙烯纤维混合均匀后，加热至熔融状态；
2)、将0.5kg的玄武岩纤维均分成三份，并分三次加入至步骤1)中的熔融混合物中；
3)、将步骤2)中的混合物搅拌混合均匀后，经过挤出纺丝、切割后，得抗裂纤维。
玄武岩纤维需进行预处理，其预处理包括如下步骤：
1)、预处理溶液制备：将0.5kg的纳米SiO2研磨成54μm的粉末，然后加入至2.5kg的水中，再加入0.02kg的KH550偶联剂，搅拌混合均匀后，得预处理溶液；
2)、将0.5kg的玄武岩纤维加入至预处理溶液中，超声浸渍24h后，经过过滤、自然晾干后，得处理后的玄武岩纤维。
其中，抗裂纤维包括0.5mm及3mm两种纤维长度，且0.5mm的抗裂纤维为1kg，3mm的抗裂纤维为2kg。
制备例2
制备例2提供的抗裂纤维的制备方法，包括如下步骤：
1)、将1.25kg的黏胶纤维与2kg的聚丙烯纤维混合均匀后，加热至熔融状态；
2)、将0.75kg的玄武岩纤维均分成三份，并分三次加入至步骤1)中的熔融混合物中；
3)、将步骤2)中的混合物搅拌混合均匀后，经过挤出纺丝、切割后，得抗裂纤维。
玄武岩纤维需进行预处理，其预处理包括如下步骤：
1)、预处理溶液制备：将0.75kg的纳米SiO2研磨成65μm的粉末，然后加入至3.75kg的水中，再加入0.03kg的KH550偶联剂，搅拌混合均匀后，得预处理溶液；
2)、将0.75kg的玄武岩纤维加入至预处理溶液中，超声浸渍26h后，经过过滤、自然晾干后，得处理后的玄武岩纤维。
其中，抗裂纤维包括0.85mm及4mm两种纤维长度，且0.85mm的抗裂纤维为1.1kg，4mm的抗裂纤维为2.9kg。
制备例3
制备例3提供的抗裂纤维的制备方法，包括如下步骤：
1)、1.5kg的黏胶纤维与2.5kg的聚丙烯纤维混合均匀后，加热至熔融状态；
2)、将1kg的玄武岩纤维均分成三份，并分三次加入至步骤1)中的熔融混合物中；
3)、将步骤2)中的混合物搅拌混合均匀后，经过挤出纺丝、切割后，得抗裂纤维。
玄武岩纤维需进行预处理，其预处理包括如下步骤：
1)、预处理溶液制备：将1kg的纳米SiO2研磨成76μm的粉末，然后加入至5kg的水中，再加入0.04kg的KH550偶联剂，搅拌混合均匀后，得预处理溶液；
2)、将1kg的玄武岩纤维加入至预处理溶液中，超声浸渍30h后，经过过滤、自然晾干后，得处理后的玄武岩纤维。
其中，抗裂纤维包括1.5mm及5mm两种纤维长度，且1.5mm的抗裂纤维为1.25kg，5mm的抗裂纤维为3.75kg。
制备例4
制备例4提供的抗裂纤维的制备方法，包括如下步骤：
1)、将1kg的黏胶纤维、1.5kg的聚丙烯纤维及0.5kg的玄武岩纤维混合均匀后，加热至熔融状态；
2)、将步骤1)中的混合物搅拌混合均匀后，经过挤出纺丝、切割后，得抗裂纤维。
玄武岩纤维需进行预处理，其预处理，同制备例2。
其中，抗裂纤维包括0.5mm及3mm两种纤维长度，且0.5mm的抗裂纤维为1kg，3mm的抗裂纤维为2kg。
制备例5
制备例5提供的抗裂纤维的制备方法，同制备例2，与制备例2不同之处在于：
玄武岩纤维不需要进行预处理。
再生骨料的制备例
制备例6
制备例6提供的再生骨料的制备方法，包括如下步骤：
1)、将废弃的混凝土破碎成15mm的碎块，然后将破碎后的混凝土碎块经过水洗、自然晾干后，得再生骨料初品；
2)、将晾干后的再生骨料初品放置在1mol/L的盐酸溶液中，搅拌30min后，再静置12h；3)、将步骤2)中的骨料初品经过过滤、自然晾干后，得再生骨料。
制备例7
制备例7提供的再生骨料的制备方法，包括如下步骤：
1)、将废弃的混凝土破碎成20mm的碎块，然后将破碎后的混凝土碎块经过水洗、自然晾干后，得再生骨料初品；
2)、将晾干后的再生骨料初品放置在1mol/L的盐酸溶液中，搅拌45min后，再静置14h；3)、将步骤2)中的骨料初品经过过滤、自然晾干后，得再生骨料。
制备例8
制备例8提供的再生骨料的制备方法，包括如下步骤：
1)、将废弃的混凝土破碎成25mm的碎块，然后将破碎后的混凝土碎块经过水洗、自然晾干后，得再生骨料初品；
2)、将晾干后的再生骨料初品放置在1mol/L的盐酸溶液中，搅拌60min后，再静置16h；3)、将步骤2)中的骨料初品经过过滤、自然晾干后，得再生骨料。
制备例9
制备例9提供的再生骨料的制备方法，包括如下步骤：
1)、将废弃的混凝土破碎成15mm的碎块，然后将破碎后的混凝土碎块经过水洗、自然晾干后，得再生骨料。
实施例
实施例1
废料制备的高性能混凝土，由包含以下重量的原料制成：水泥70kg、再生骨料90kg、细砂10kg、减水剂0.3kg、水35kg、消泡剂0.1kg、膨润土9kg及抗裂纤维3kg。
其中抗裂纤维选用制备例2中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例7中制备出的再生骨料。
废料制备的高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)、称取水泥70kg、再生骨料90kg、细砂10kg、减水剂0.3kg、水35kg、消泡剂0.1kg、膨润土9kg及抗裂纤维3kg；
2)、将水泥、再生骨料、细砂、膨润土及抗裂纤维，混合均匀后，得干料混合物；
3)、向干料混合物中加入35kg的水，搅拌混合均匀后，然后依次加入减水剂及消泡剂，拌和均匀制得混凝土成品。
实施例2
废料制备的高性能混凝土，由包含以下重量的原料制成：水泥80kg、再生骨料105kg、细砂17.5kg、减水剂0.4kg、水40kg、消泡剂0.2kg、膨润土10kg及抗裂纤维4kg。
其中抗裂纤维选用制备例2中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例7中制备出的再生骨料。
废料制备的高性能混凝土的制备方法，同实施例1，与实施例1不同之处在于：各原料的添加量不同。
实施例3
废料制备的高性能混凝土，由包含以下重量的原料制成：水泥90kg、再生骨料120kg、细砂25kg、减水剂0.5kg、水45kg、消泡剂0.3kg、膨润土11kg及抗裂纤维5kg。
其中抗裂纤维选用制备例2中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例7中制备出的再生骨料。
废料制备的高性能混凝土的制备方法，同实施例1，与实施例1不同之处在于：各原料的添加量不同。
实施例4
本实施例与实施例2的区别之处在于：
抗裂纤维选用制备例1中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例7中制备出的再生骨料。
实施例5
本实施例与实施例2的区别之处在于：
抗裂纤维选用制备例3中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例7中制备出的再生骨料。
实施例6
本实施例与实施例2的区别之处在于：
抗裂纤维选用制备例4中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例7中制备出的再生骨料。
实施例7
本实施例与实施例2的区别之处在于：
抗裂纤维选用制备例5中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例7中制备出的再生骨料。
实施例8
本实施例与实施例2的区别之处在于：
抗裂纤维选用制备例2中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例6中制备出的再生骨料。
实施例9
本实施例与实施例2的区别之处在于：
抗裂纤维选用制备例2中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例8中制备出的再生骨料。
实施例10
本实施例与实施例2的区别之处在于：
抗裂纤维选用制备例2中制备出的抗裂纤维；再生骨料选用制备例9中制备出的再生骨料。
实施例11
本实施例与实施例2的区别之处在于：原料中还包含8kg的石墨烯。
实施例12
本实施例与实施例2的区别之处在于：原料中还包含7kg的石墨烯。
实施例13
本实施例与实施例2的区别之处在于：原料中还包含9kg的石墨烯。
对比例1
本对比例与实施例2的区别之处在于：原料中不包含膨润土。
对比例2
本对比例与实施例2的区别之处在于：原料中不包含抗裂纤维。
对比例3
本对比例与实施例2的区别之处在于：抗裂纤维是玄武岩纤维。
对比例4
本对比例与实施例2的区别之处在于：抗裂纤维是聚丙烯纤维。
对比例5
本对比例与实施例2的区别之处在于：抗裂纤维是黏胶纤维。
性能检测试验
对实施例1～13及对比例1～5制备出的预拌混凝土进行取样，并将预拌混凝土制备出边长为70.7mm的立方体试样，对试样进行以下性能检测试验，将检测结果记录在表1。
1、抗压强度检测
参照国家标准GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，在标准养护条件(温度(20±2)℃、相对湿度为90％以上)下，养护28天后,进行抗压强度试验。
2、抗渗水性能检测
参照GB/T 50080-2002对混凝土试样进行渗透性能检测，检测采用直流电量法，先将试样放在真空下饱水，密封后持续通电6h，每隔30min记录一次电流，记录6h内总电量。总电量越小，说明混凝土的抗渗水性能好。
3、抗裂性能检测
参照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，计算混凝土浇注24h后测量得到单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积。
表1 实施例1～13及对比例1～5的性能检测记录表
Figure BDA0002798334680000081
Figure BDA0002798334680000091
由性能检测表中的检测结果可知：
1、根据实施例1～3的试样检测结果，可知：三组试样的各项性能均较优，这说明按照该原料组成进行配比，能够得到性能较高的混凝土。
2、根据实施例2、4及5的试样检测结构，可知：三组试样的各项性能均较优，这说明玄武岩纤维、聚丙烯纤维及黏胶纤维的重量份数之比为(1～2)：(3～5)：(2～3)时，制得的混凝土的性能较优。
3、根据实施例2与实施例6的试样检测结果，可知：实施例2试样的各项性能均由于实施例6试样的各项性能，这说明利用玄武岩纤维、聚丙烯纤维及黏胶纤维制备出的抗裂纤维，三者之间协同配合，制得的混凝土的性能较优。
4、根据实施例2与实施例7的试样检测结构，可知：实施例2试样的各项性能均优于实施例7试样的各项性能，这说明对玄武岩纤维进行预处理改性，能够改善抗裂限位各组分之间的粘结效果，使抗裂纤维的抗裂性能好。
5、根据实施例2、8及9的试样检测结构，可知：实施例2、8及9试样的各项性能均较优，这说明再生骨料的预处理过程中，各项参数在一定范围内变化，对混凝土的各项性能无明显的影响。
6、根据实施例2与实施例10的试样检测结构，可知：实施例2试样的各项性能均优于实施例7试样的各项性能，这说明对再生骨料进行酸洗，盐酸溶液能够与再生骨料表面的水泥水化物Ca(OH)2反应，起到改善再生集料颗粒表面的作用，改善了再生集料的性能，从而提升了混凝土的各项性能。
7、根据实施例2、11、12及13的试样检测结果，可知：实施例11、12及13的抗压强度明显较优，这说明石墨烯能够分散在膨胀后的膨润土中，以此增强了膨胀后的膨润土的强度，从而提升了混凝土的性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种废料制备的高性能混凝土，其特征在于：由包含以下重量份的原料制成：水泥70～90份、再生骨料90～120份、细砂10～25份、减水剂0.3～0.5份、水35～45份、消泡剂0.1～0.3份、膨润土9～11份及抗裂纤维3～5份，所述抗裂纤维是由玄武岩纤维、聚丙烯纤维及黏胶纤维制得的复合纤维；
所述玄武岩纤维、聚丙烯纤维及黏胶纤维的重量份数之比为(1～2)：(3～5)：(2～3)；
所述抗裂纤维的制备方法，包括如下步骤：1)、将
黏胶纤维与
聚丙烯纤维混合均匀后，加热至熔融状态；2)、将
玄武岩纤维均分成三份，并分三次加入至步骤1)中的熔融混合物中；3)、将步骤2)中的混合物搅拌混合均匀后，经过挤出纺丝、切割后，得抗裂纤维；
所述玄武岩纤维需进行预处理，其预处理包括如下步骤：1)、预处理溶液制备：将与玄武岩纤维等重量份的纳米SiO2
研磨成54～76μm的粉末，然后加入至重量份数为玄武岩纤维五倍的水中，再加入重量份数为玄武岩纤维重量份4％的偶联剂，搅拌混合均匀后，得预处理溶液；2)、将重量份的玄武岩纤维加入至预处理溶液中，超声浸渍24～30h后，经过过滤、自然晾干后，得处理后的玄武岩纤维。
2.根据权利要求1所述的废料制备的高性能混凝土，其特征在于：还包括石墨烯7～9份。
3.根据权利要求1所述的废料制备的高性能混凝土，其特征在于：所述抗裂纤维包括0.5～1.2mm和3～5mm两种纤维长度，且0.5～1.2mm的抗裂纤维的重量份数与3～5mm的抗裂纤维的重量份数之比为1:(2～3)。
4.根据权利要求1所述的废料制备的高性能混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸型减水剂。
5.根据权利要求1所述的废料制备的高性能混凝土，其特征在于：所述再生骨料的制备方法，包括如下步骤：1)、将废弃的混凝土破碎成15～25mm的碎块，然后将破碎后的混凝土碎块经过水洗、自然晾干后，得再生骨料初品；2)、将晾干后的再生骨料初品放置在1mol/L的盐酸溶液中，搅拌30～60min后，再静置12～16h；3)、将步骤2)中的骨料初品经过过滤、自然晾干后，得再生骨料。
6.权利要求1～5任一项所述的废料制备的高性能混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)、按照重量份称取水泥、再生骨料、细砂、减水剂、水、消泡剂、膨润土及抗裂纤维；
2)、将水泥、再生骨料、细砂、膨润土及抗裂纤维，混合均匀后，得干料混合物；
3)、向干料混合物中加入重量份的水，搅拌混合均匀后，然后依次加入减水剂及消泡剂，拌和均匀制得混凝土成品。
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