CN112500062A - 一种再生骨料配制的自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及调光薄膜领域，具体公开了一种再生骨料配制的自密实混凝土，所述再生骨料配制的自密实混凝土包括：40～50份耐热粗骨料、10～15份改性再生骨料、30～40份细骨料、8～10份水泥、6～10份水、4～8份矿粉和2～5份粉煤灰。本申请优化了再生骨料配置的自密实混凝土中再生骨料的结构，通过对其裹浆包覆，改善其材料的致密性能，填充再生骨料中毛细孔和微观裂缝，同时裹浆包覆后的再生骨料结构圆润，在实际填充后的材料与材料之间形成的孔隙较小，从而进一步改善自密实混凝土的致密结构，有效改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

Description

一种再生骨料配制的自密实混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种再生骨料配制的自密实混凝土及其制备方法。

背景技术

再生骨料自密实混凝土是指将自密实混凝土中的天然粗骨料用再生粗骨料部替代而形成的混凝土，同时自密实混凝土为具有高流动性、不离析、均匀性和稳定性，浇筑时依靠自重，无需振捣而达到密实的混凝土，所以，再生骨料自密实混凝土能在继承自密实混凝土各种优点的同时，还可循环利用建筑垃圾和再生粗骨料，从而达到保护环境、节约自然资源的目的。

相关技术为公开号为CN103130473B的中国发明专利公开了一种用再生骨料配制的C20自密实混凝土及其制备方法，混凝土的原料成分包括水泥、再生砂、再生骨料、粉煤灰、磨细矿粉、外加剂和水，各原料成分间按水泥重量比为1∶(3.97-4.49)∶(4.46-4.83)∶0.95∶0.44∶0.015∶(1.12-1.20)，其中，水胶比为0.469-0.502。

针对上述中的相关技术，发明人认为由于直接采用再生骨料制备自密实混凝土的方案中，由于再生骨料密实性能不佳，其含有大量缝隙，导致其具有较高吸水性，其吸收的水分在混凝土拌合过程中参与水化反应，使得再生骨料新水泥砂浆界面过渡区水灰比增大，使界面区结构疏松，形成较多孔隙，会导致混凝土材料力学性能显著降低。

发明内容

为了改善再生骨料配制的自密实混凝土的密实结构，以提高混凝土材料力学性能，第一方面，本申请提供一种再生骨料配制的自密实混凝土及其制备方法，所述再生骨料配制的自密实混凝土包括：40～50份耐热粗骨料、10～15份改性再生骨料、30～40份5mm的细骨料、8～10份水泥、6～10份水、4～8份矿粉、2～5份粉煤灰和0.1～0.3份外加剂；所述改性再生骨料为经裹浆包覆改性的再生骨料。

通过采用上述技术方案，由于本申请优化了再生骨料配置的自密实混凝土中再生骨料的结构，通过对其裹浆包覆，改善其材料的致密性能，填充再生骨料中原始产生或后期物理破坏的导致的毛细孔和微观裂缝，同时裹浆包覆后的再生骨料结构圆润，在实际填充后的材料与材料之间形成的孔隙较小，从而进一步改善自密实混凝土的致密结构，有效改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

进一步地，所述裹浆包覆改性采用的是溶胶液，所述溶胶液包括：50～60份水玻璃；4～5份纳米碳化硅颗粒；10～15份粉煤灰。

通过采用上述技术方案，由于本申请采用粉煤灰和纳米碳化硅颗粒对水玻璃进行改性，由于粉煤灰和纳米碳化硅颗粒具有细小的尺寸，将它分散在水玻璃胶体中后，降低了水玻璃胶体的尺寸，使水玻璃胶体能更容易均匀进入再生骨料表面砂浆层的孔隙中，随着时间的延长逐渐硬化，从而达到封孔的目的，进一步改善自密实混凝土的致密结构，有效改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

进一步地，所述纳米碳化硅颗粒为经偶联接枝改性制备的纳米碳化硅颗粒。

通过采用上述技术方案，由于本申请通过偶联接枝改性纳米碳化硅颗粒，由于纳米碳化硅颗粒尺寸较小且易产生团聚，使其在实际使用过程中，不能良好的分散在水玻璃介质中，所以本申请采用偶联剂接枝改性，强化了其界面作用，加强了与基体水玻璃链段的交联密度和分散性，从而使纳米碳化硅颗粒能良好的分散在水玻璃中，使其有效对砂浆孔隙进行填充，从而改善自密实混凝土的致密结构，有效改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

进一步地，所述溶胶液制备步骤包括：（1）分别取丙酮、纳米碳化硅和偶联剂置于搅拌装置中，搅拌混合并调节pH至4.5～5.0，收集混合液并超声分散，收集得分散悬浮液；（2）将分散悬浮液干燥、静置、冷却、研磨，得改性纳米碳化硅颗粒；（3）按质量比1：3～5：15～20，将改性纳米碳化硅颗粒、粉煤灰添加至水玻璃中，搅拌混合并超声分散，收集包覆改性液。

通过采用上述技术方案，由于本申请还通过粉煤灰对水玻璃材料改性处理，由于粉煤灰粒径更小，能在后期使用时，通过粉煤灰颗粒渗透至孔隙尺寸更小的结构中，也就是说，通过粉煤灰和纳米碳化硅颗粒形成的级配效应，对混凝土材料进行良好的补强和改性作用，优化再生骨料的结构特征，从而改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联SCA-A30T和硅烷偶联A-171中的任意一种。

通过采用上述技术方案，由于本申请选用合适的偶联剂进行改性处理，其目的在于克服纳米碳化硅颗粒软团聚现象，强化其分散性，加强粒子与水玻璃之间的界面作用，限制高分子链段的内旋转运动，从而进一步改善纳米碳化硅颗粒在水玻璃中的分散性能。

进一步地，所述改性再生骨料制备步骤包括：（1）取再生骨料并将再生骨料添加至包覆改性液中，加压处理，保压浸泡后，再超声振动处理；（2）待超声振动处理完成后，取出浸泡后的骨料并置于室温下晾干，将晾干后的混凝土置于标准养护室中养护，得改性再生骨料。

通过采用上述技术方案，通过优化再生骨料与包覆改性液之间的作用步骤，采用超声振动处理，改善包覆改性液在再生骨料中的填充分散和包覆的效果，从而进一步优化包覆改性液包覆改性的效果，以改善再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

进一步地，所述加压处理压强为3～5MPa。

通过采用上述技术方案，由于本申请优化了加压处理的压强，使其在实际的包覆改性过程中，通过压强的作用下，使其能更加有效的渗透至再生骨料的孔隙内部，从而改善再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

第二方面，本申请提供一种再生骨料配制的自密实混凝土的制备方法，所述再生骨料配制的自密实混凝土的制备步骤包括：S1、先取配方中的再生骨料、细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合，收集混合骨料；S2、再将混合骨料与水泥、矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，搅拌混合得混合固体料；S3、最后现将外加剂添加至水中，搅拌混合后将其与混合固体料混合，可制备得所述再生骨料配制的自密实混凝土。

通过采用上述技术方案，由于本申请先将大颗粒的骨料进行混合，再填充混合粉料，优化了搅拌的顺序，使混凝土在最终分散搅拌之前先进行良好的分散处理，这样制备的混凝土材料具有良好的分散效应，从而改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

第一、本申请优化了再生骨料配置的自密实混凝土中再生骨料的结构，通过对其裹浆包覆，填充再生骨料中原始产生或后期物理破坏的导致的毛细孔和微观裂缝，同时裹浆包覆后的再生骨料结构圆润，在实际填充后的材料与材料之间形成的孔隙较小，从而进一步改善自密实混凝土的致密结构，有效改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

第二、本申请采用粉煤灰和纳米碳化硅颗粒对水玻璃进行改性，由于粉煤灰和纳米碳化硅颗粒具有细小的尺寸，将它分散在水玻璃胶体中后，降低了水玻璃胶体的尺寸，使水玻璃胶体能更容易均匀进入再生骨料表面砂浆层的孔隙中，随着时间的延长逐渐硬化，从而达到封孔的目的，进一步改善自密实混凝土的致密结构，有效改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

第三、本申请的制备方案中，通过先将大颗粒的骨料进行混合，再填充混合粉料，优化了搅拌的顺序，使混凝土在最终分散搅拌之前先进行良好的分散处理，这样制备的混凝土材料具有良好的分散效应，从而改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

具体实施方式

以下结合和实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例中，所用的仪器设备和原料辅料如下所示，但不以此为限：

仪器：搅拌机、加热反应釜。

药品：偶联剂为青岛恒达众诚科技有限公司生产的硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联SCA-A30T和硅烷偶联A-171中。

实施例

实施例1

按重量份数计，分别称量45份丙酮、10份纳米碳化硅和3份硅烷偶联剂KH-560置于搅拌装置中，搅拌混合并采用三乙胺调节pH至4.5，收集混合液并置于200W下超声分散10min，收集分散悬浮液并置于200℃下干燥3h，静置冷却至室温并研磨粉碎，得改性纳米碳化硅颗粒；

按质量比1：3：15，将改性纳米碳化硅颗粒、粉煤灰添加至固含量为28％的水玻璃中，搅拌混合并置于200W下超声分散10min，收集包覆改性液；取再生骨料并按质量比1:5，将再生骨料添加至包覆改性液中，加压至3MPa后，保压浸泡处理25min后，再在200W下超声振动处理25min，取出浸泡后的骨料并置于室温下晾干，将晾干后的混凝土置于标准养护室中养护20天，得改性再生骨料；

再按重量份数计，分别称量40份耐热粗骨料、10份改性再生骨料、30份5mm的细骨料、8份水泥、6份水、4份矿粉、2份粉煤灰和0.1份外加剂，先取水泥、再生骨料、细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合，待搅拌完成后，再将矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，最后将水和外加剂添加至搅拌机中，搅拌混合即可制备得所述用再生骨料配制的自密实混凝土。实施例2

按重量份数计，分别称量47份丙酮、12份纳米碳化硅和4份硅烷偶联KH-560置于搅拌装置中，搅拌混合并采用三乙胺调节pH至4.7，收集混合液并置于250W下超声分散12min，收集分散悬浮液并置于210℃下干燥4h，静置冷却至室温并研磨粉碎，得改性纳米碳化硅颗粒；

按质量比1：3：15，将改性纳米碳化硅颗粒、粉煤灰添加至固含量为28％的水玻璃中，搅拌混合并置于250W下超声分散12min，收集包覆改性液；取再生骨料并按质量比1:5，将再生骨料添加至包覆改性液中，加压至4MPa后，保压浸泡处理27min后，再在250W下超声振动处理27min，取出浸泡后的骨料并置于室温下晾干，将晾干后的混凝土置于标准养护室中养护20天，得改性再生骨料；

再按重量份数计，分别称量45份耐热粗骨料、12份改性再生骨料、35份5mm的细骨料、9份水泥、8份水、6份矿粉、3份粉煤灰和0.2份外加剂，先取水泥、再生骨料、细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合，待搅拌完成后，再将矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，最后将水和外加剂添加至搅拌机中，搅拌混合即可制备得所述用再生骨料配制的自密实混凝土。

实施例3

按重量份数计，分别称量50份丙酮、15份纳米碳化硅和5份偶联剂置于搅拌装置中，搅拌混合并采用三乙胺调节pH至5.0，收集混合液并置于300W下超声分散15min，收集分散悬浮液并置于220℃下干燥5h，静置冷却至室温并研磨粉碎，得改性纳米碳化硅颗粒；

按质量比1：3：15，将改性纳米碳化硅颗粒、粉煤灰添加至固含量为28％的水玻璃中，搅拌混合并置于300W下超声分散15min，收集包覆改性液；取再生骨料并按质量比1:5，将再生骨料添加至包覆改性液中，加压至5MPa后，保压浸泡处理30min后，再在300W下超声振动处理30min，取出浸泡后的骨料并置于室温下晾干，将晾干后的混凝土置于标准养护室中养护28天，得改性再生骨料；

再按重量份数计，分别称量50份耐热粗骨料、15份改性再生骨料、40份5mm的细骨料、10份水泥、10份水、8份矿粉、5份粉煤灰和0.3份外加剂，先取水泥、再生骨料、细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合，待搅拌完成后，再将矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，最后将水和外加剂添加至搅拌机中，搅拌混合即可制备得所述用再生骨料配制的自密实混凝土。

实施例4

实施例4中在制备过程中采用未经偶联接枝改性制备的纳米碳化硅颗粒进行制备，其他条件和组分比例均与实施例1中相同。

实施例5

实施例5中采用硅烷偶联SCA-A30T对纳米碳化硅颗粒进行改性处理，其他条件和组分比例均与实施例1中相同。

实施例6中采用硅烷偶联A-171对纳米碳化硅颗粒进行改性处理，其他条件和组分比例均与实施例1中相同。

性能检测试验

分别对实施例1～6进行性能测试，对实施例1～6制备的自密实混凝土进行测试，具体测试其耐久性能和力学性能。

检测方法/试验方法

将制备的混凝土浇注成150mm×150mm×150mm立方体试块在标准条件下养护，分别在3、7、14和28d测定自密实混凝土的抗压强度，采用混凝土浇注的150mm×150mm×300mm试件量测自密实混凝土的的弹性模量，试验方法参照GBT50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

参照GBT 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行干缩变形性能和冻融循环试验，其中收缩试件为采用混凝土浇注的100mm×100mm×400mm的棱柱体，收缩试件成型后，覆盖静置24h拆模，随后移至标准养护室养护，养护室环境温度为20±5℃，相对湿度为60%±5%，并按规定龄期测定试件的收缩变形。

冻融循环试验采用普通混凝土耐久性试验中的慢冻法，试块采用混凝土浇注的100mm×100mm×100mm立方体，设定冻融循环300次，每50次停机对自密实混凝土的相对动弹模、质量损失率进行测试，并对300次冻融试验后的试件进行抗压和劈裂抗拉试验。

具体检测结果如下表表1～3所示：

表1性能检测表

表2性能检测表

表3性能检测表

参考表1～3的性能检测对比可以发现：

将实施例1～3进行性能对比，其中实施例3中的抗冻性能、抗收缩性能和力学性能表现为最佳，这是由于实施例3中添加的物料的比例为最高，也从侧面反映了本申请技术方案是可以实施的。

将实施例1和实施例4行性能对比，由于实施例4中在制备过程中采用未经偶联接枝改性制备的纳米碳化硅颗粒进行制备，从表1～3中可以发现，其力学性能和耐久性能均显著下降，这说明在本申请技术方案中，通过对再生骨料进行包覆改性，改善了再生骨料材料的致密性能和整体结构，从而有效改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度和耐久性能。

将实施例1、实施例4和实施例5行性能对比，由于实施例1、实施例4和实施例5采用了不同的硅烷偶联剂，导致其力学性能和耐久性能均有所波动，但是为出现下降的趋势，这说明本申请采用的硅烷偶联剂能克服纳米碳化硅颗粒软团聚现象，加强了粒子与水玻璃之间的界面作用，限制了高分子链段的内旋转运动，从而进一步改善纳米碳化硅颗粒在水玻璃中的分散性能，从而改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度和耐久性能。

对比例

对比例1～3

对比例1～3中直接材料未裹浆包覆改性的再生骨料进行制备自密实混凝土，其余条件和组分比例均与实施例1～3中相同。

对比例4～6

对比例4～6中采用水玻璃和经偶联改性的纳米碳化硅颗粒制备的溶胶液进行裹浆包覆改性，其余条件和组分比例均与实施例1～3中相同。

对比例7～9

对比例7～9中直接采用水玻璃制备的溶胶液进行裹浆包覆改性，其余条件和组分比例均与实施例1～3中相同。

对比例10～12

对比例10～12在改性再生骨料时不经过加压处理，其余条件和组分比例均与实施例1～3中相同。

性能检测试验

分别对对比例1～12进行性能测试，对对比例1～12制备的自密实混凝土进行测试，具体测试其耐久性能和力学性能。

检测方法/试验方法

将制备的混凝土浇注成150mm×150mm×150mm立方体试块在标准条件下养护，分别在3、7、14和28d测定自密实混凝土的抗压强度，采用混凝土浇注的150mm×150mm×300mm试件量测自密实混凝土的的弹性模量，试验方法参照GBT50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

参照GBT 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行干缩变形性能和冻融循环试验，其中收缩试件为采用混凝土浇注的100mm×100mm×400mm的棱柱体，收缩试件成型后，覆盖静置24h拆模，随后移至标准养护室养护，养护室环境温度为20±5℃，相对湿度为60%±5%，并按规定龄期测定试件的收缩变形。

冻融循环试验采用普通混凝土耐久性试验中的慢冻法，试块采用混凝土浇注的100mm×100mm×100mm立方体，设定冻融循环300次，每50次停机对自密实混凝土的相对动弹模、质量损失率进行测试，并对300次冻融试验后的试件进行抗压和劈裂抗拉试验。

具体检测结果如下表表4～6所示：

表4性能检测表

表5性能检测表

表6性能检测表

具体检测结果如下表表4～6所示：

将本申请对比例1～3和实施例1～3进行对比，对比例直接材料未裹浆包覆改性的再生骨料进行制备自密实混凝土，从表4～6中数据对比可以发现，对比例1～3的耐久性和力学强度均显著下降，这说明通过对再生骨料裹浆包覆，能改善其材料的致密性能，填充再生骨料中原始产生或后期物理破坏的导致的毛细孔和微观裂缝，改善再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

将本申请对比例4～6和实施例1～3进行对比，对比例采用水玻璃和经偶联改性的纳米碳化硅颗粒制备的溶胶液进行裹浆包覆改性，从表4～6中发现，其力学性能和耐久性能降低了，但是降低幅度较小，但是这也说明粉煤灰对水玻璃材料改性处理，通过粉煤灰和纳米碳化硅颗粒形成的级配效应，对混凝土材料进行良好的补强和改性作用，优化再生骨料的结构特征，从而改善了再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

将本申请对比例7～9和实施例1～3进行对比，直接采用水玻璃制备的溶胶液进行裹浆包覆改性，且对比例中的力学性能和耐久性能也出现了下降趋势，这是由于采用粉煤灰和纳米碳化硅颗粒对水玻璃进行改性，能更容易均匀进入再生骨料表面砂浆层的孔隙中，从而达到封孔的目的，改善再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

将本申请对比例10～12和实施例1～3进行对比，对比例10～12在改性再生骨料时不经过加压处理，虽然混凝土材料力学性能和耐久性能降低不够明显，但是也呈现出下降的趋势，这就说明优化了加压处理的压强，使其在实际的包覆改性过程中，通过压强的作用下，能更加有效的渗透至再生骨料的孔隙内部，从而改善再生骨料配制的自密实混凝土的力学强度。

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 (8)

1.一种再生骨料配制的自密实混凝土，其特征在于，所述再生骨料配制的自密实混凝土包括：

40～50份耐热粗骨料；

10～15份改性再生骨料；

30～40份细骨料；

8～10份水泥；

6～10份水；

4～8份矿粉；

2～5份粉煤灰；

0.1～0.3份外加剂；所述改性再生骨料为经裹浆包覆改性的再生骨料。

2.根据权利要求1所述的一种再生骨料配制的自密实混凝土，其特征在于，所述裹浆包覆改性采用的是溶胶液，所述溶胶液包括：

50～60份水玻璃；

4～5份纳米碳化硅颗粒；

10～15份粉煤灰。

3.根据权利要求2所述的一种再生骨料配制的自密实混凝土，其特征在于，所述纳米碳化硅颗粒为经偶联接枝改性制备的纳米碳化硅颗粒。

4.根据权利要求3所述的一种再生骨料配制的自密实混凝土，其特征在于，所述溶胶液制备步骤包括：

（1）分别取丙酮、纳米碳化硅和偶联剂置于搅拌装置中，搅拌混合并调节pH至4.5～5.0，收集混合液并超声分散，收集得分散悬浮液；

（2）将分散悬浮液干燥、静置、冷却、研磨，得改性纳米碳化硅颗粒；

（3）按质量比1：3～5：15～20，将改性纳米碳化硅颗粒、粉煤灰添加至水玻璃中，搅拌混合并超声分散，收集包覆改性液。

5.根据权利要求4所述的一种再生骨料配制的自密实混凝土，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联SCA-A30T和硅烷偶联A-171中的任意一种。

6.根据权利要求4所述的一种再生骨料配制的自密实混凝土，其特征在于，所述改性再生骨料制备步骤包括：

（1）取再生骨料并将再生骨料添加至包覆改性液中，加压处理，保压浸泡后，再超声振动处理；

（2）待超声振动处理完成后，取出浸泡后的骨料并置于室温下晾干，将晾干后的混凝土置于标准养护室中养护，得改性再生骨料。

7.根据权利要求6所述的一种再生骨料配制的自密实混凝土，其特征在于，所述加压处理压强为3～5MPa。

8.一种再生骨料配制的自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述再生骨料配制的自密实混凝土的制备步骤包括：

S1、先取配方中的再生骨料、细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合，收集混合骨料；

S2、再将混合骨料与水泥、矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，搅拌混合得混合固体料；

S3、最后现将外加剂添加至水中，搅拌混合后将其与混合固体料混合，可制备得所述再生骨料配制的自密实混凝土。