CN113105181A - 一种强化再生混凝土及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种强化再生混凝土及其生产工艺。强化再生混凝土，按质量分数计，原料主要包括改性骨料50‑70%、水泥15‑20%和水8‑12%，所述改性骨料由再生骨料置于纳米改性液中浸泡24‑72h制得；其生产工艺为：将废混凝土和废砖块进行除杂、破碎和筛分，得到再生粗骨料和再生细骨料，再分别浸入纳米改性液中浸泡，得到改性粗骨料和改性细骨料；按比例称取各原料，混合均匀后得到强化再生混凝土。本申请的强化再生混凝土具有足够的强度和耐久性能，原料中的骨料均选用废混凝土和废砖块，提高了建筑废弃物的利用率。

Description

一种强化再生混凝土及其生产工艺
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种强化再生混凝土及其生产工艺。
背景技术
随着我国城市化进程加快，建筑业进入高速发展阶段，大量旧建筑物被拆除，产生了大量的建筑垃圾，在建筑垃圾中占比最大的废弃混凝土主要成分是碎石、砂子等骨料。
上述废弃混凝土中的主要成分正是目前生产混凝土所紧缺的材料。再生混凝土技术能够实现对废弃混凝土的再加工，使其恢复原有性能，形成新的建材产品，从而使有限资源得以利用，又解决了部分环保问题。
再生骨料是由建筑废混凝土等建垃圾经破碎、加工后得到的骨料，与天然骨料相比，再生骨料的孔隙率高、强度低，制约了再生混凝土的应用和推广。
发明内容
为了改善再生骨料的性能从而扩大废弃混凝土的应用，本申请提供一种强化再生混凝土及其生产工艺。
第一方面，本申请提供一种强化再生混凝土，采用如下的技术方案：
一种强化再生混凝土，按质量分数计，原料主要包括改性骨料50-70%、水泥15-20%和水8-12%，所述改性骨料由再生骨料置于纳米改性液中浸泡24-72h制得。
通过采用上述技术方案，再生骨料的孔隙率高且强度低，制约了再生混凝土的应用和推广。
再生骨料在纳米改性液中浸泡后得到的改性骨料，强度得到提升，从而提高再生混凝土的强度和耐久性能，继而提高废弃混凝土的利用率。
优选的，所述纳米改性液为纳米SiO2溶液。
通过采用上述技术方案，再生骨料中含有大量因水泥水化而产生的Ca（OH）2，又因为纳米SiO2粒径尺寸小、比表面积大、化学活性高，极易与再生骨料中残留的Ca(OH)2发生化学反应，促进水泥水化，激发再生骨料活性，填充再生骨料孔隙，从而降低骨料的吸水率、孔隙率、压碎指标，进而使其基本物理性能得到有效改善。
经纳米SiO2溶液浸泡后，纳米SiO2粒子填充了部分再生骨料的空隙，从而改善了骨料的空隙结构，提高了表面硬度。再生骨料在纳米SiO2溶液中浸泡后得到的改性骨料，其强度较再生骨料而言有很大提高，用该改性骨料制得的再生混凝土得到很大提高。
优选的，所述纳米SiO2溶液的浓度为1-3wt%。
通过采用上述技术方案，纳米SiO2溶液的浓度为1-3wt%时，纳米SiO2对再生骨料的增强效果好，若浓度低于1wt%，则增强效果不明显。
优选的，还包括纳米颗粒2-5%。
通过采用上述技术方案，纳米颗粒的添加能够提高水泥水化速度，填充砂浆空隙，降低孔隙率，从而提高强度。
纳米颗粒的掺量在2-5%范围内，纳米颗粒的纳米诱导水化效应，能够加速水化进程，生成较多的水化产物，改善界面结构，最终在硬化浆体内形成一个密集型网络显微结构，明显地提高其力学强度。
优选的，所述纳米颗粒为纳米SiO2、纳米TiO2和纳米Al2O3中的一种或两种以上的混合物。
通过采用上述技术方案，纳米SiO2、纳米TiO2和纳米Al2O3均能够作为纳米粒子，其中纳米SiO2能够大幅度提高水泥水化速度，同时分散开的SiO2颗粒能够有效填充于砂浆空隙，改善了微观结构并增大了SiO2的掺量，其力学性能也得到相应的改善和提高。且纳米SiO2和CH反应增加了C-S-H的含量，致使微观结构紧密，提高硬化水泥浆体的性能。
优选的，所述再生骨料由废混凝土和废砖块组成，且所述废混凝土与所述废砖块的质量比为（2-3）：（7-8）。
通过采用上述技术方案，利用废混凝土和废砖块生产再生骨料，能够实现建筑废弃物的再生资源化，使其恢复原有性能，形成新的建材产品，有效解决建筑垃圾的堆放难题，保护土地和环境，缓解天然砂石等建筑材料紧缺现状，有利于建筑业的可持续发展。
优选的，所述再生骨料包括再生粗骨料和再生细骨料，所述再生粗骨料与所述再生细骨料的质量比为（37-55）：（17-35）。
通过采用上述技术方案，再生粗骨料构成混凝土结构的整体骨架，再生细骨料与水泥浆体均匀混合组成水泥砂浆，再生细骨料与水泥浆体混合可以填充粗骨料颗粒间空隙，减少水泥浆体量、减少收缩，再生细骨料分布于粗骨料颗粒间，产生阻隔作用可以减少机械摩擦。
优选的，所述水泥为P.O.42.5水泥。
通过采用上述技术方案，采用P.O.42.5水泥能够保证一定的强度。
第二方面，本申请提供一种强化再生混凝土的生产工艺，采用如下的技术方案：
一种强化再生混凝土的生产工艺，包括如下制备步骤：
S1、将废混凝土和废砖块进行除杂、破碎和筛分，得到再生粗骨料和再生细骨料；
S2、将再生粗骨料和再生细骨料分别浸入纳米改性液中浸泡，得到改性粗骨料和改性细骨料；
S3、按比例称取各原料，混合均匀，得到强化再生混凝土。
优选的，S2中，再生粗骨料和再生细骨料先进行清洗、烘干和冷却，再浸入纳米改性液中浸泡。
通过采用上述技术方案，再生粗骨料和再生细骨料表面粉尘较多，并且含有较多的杂质，清洗后能够减少粉尘和杂质的含量，避免过多的粉尘和纳米SiO2反应，影响纳米改性液对再生骨料的改性效果。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用将再生骨料浸泡在纳米改性液中，由于再生骨料中有很多空隙，纳米改性液中的纳米粒子会填充再生骨料的空隙，从而降低吸水率、孔隙率和压碎指标，继而提高再生混凝土的强度和耐久性能，提高废弃混凝土的利用率；
2、本申请中优选采用在原料中添加纳米颗粒，从而提高了水泥的水化速度，填充了砂浆空隙，降低了孔隙率，从而提高了强度；
3、本申请的工艺，使用废混凝土和废砖块为原料，实现了建筑废弃物的再生资源化，有效解决建筑垃圾的堆放难题，有利于建筑业的可持续发展。
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。
本申请中纳米SiO2溶液、纳米SiO2均选自杭州恒格纳米科技有限公司；纳米选自Al2O3选自浙江亚美纳米科技有限公司；纳米TiO2选自宁波金雷纳米材料科技有限公司。
实施例
一种强化再生混凝土，按质量分数计，原料包括改性骨料50-70%、水泥15-20%和水8-12%，根据强度需求还可以添加纳米颗粒2-5%。
改性骨料包括改性粗骨料和改性细骨料。改性骨料由再生骨料置于纳米改性液中浸泡24-72h制得。
纳米改性液可以为纳米SiO2溶液和纳米CaCO3溶液中的其中一种，优选纳米SiO2溶液，且取浓度为1-3wt%。
纳米颗粒可以为纳米SiO2、纳米TiO2和纳米Al2O3中的一种或两种以上的混合物。
水泥可以为P.O.32.5、P.O.42.5和P.O.52.5中的任一种，优选P.O.42.5水泥。
一种强化再生混凝土的生产工艺，包括如下制备步骤：
S1、将废混凝土和废砖块进行除杂和破碎，得到破碎料；
S2、将破碎料进行筛分，颗粒介于4.75mm-26.5mm的作为再生粗骨料，大于26.5mm的颗粒重新进行筛分，小于4.75mm的颗粒作为再生细骨料；
S3、将再生粗骨料和再生细骨料分别依次经过清洗、烘干和冷却，再按质量比（37-55）：（17-35）称取后分别浸入制备例1制得的纳米改性液中24-72h，得到改性粗骨料和改性细骨料；
S4、按比例称取各原料，向改性细骨料中加入水泥和水，搅拌均匀后加入改性粗骨料，再次搅拌均匀，得到再生混凝土。
实施例1
一种强化再生混凝土的生产工艺，包括如下制备步骤：
S1、将废混凝土和废砖块进行除杂和破碎，得到破碎料；
S2、将破碎料进行筛分，颗粒介于4.75mm-26.5mm的作为再生粗骨料，大于26.5mm的颗粒重新进行筛分，小于4.75mm的颗粒作为再生细骨料；
S3、将再生粗骨料和再生细骨料分别依次经过清洗、烘干和冷却，再按质量比48：29称取后分别浸入2wt%纳米SiO2溶液中48h，得到改性粗骨料和改性细骨料；
S4、按比例称取各原料，向改性细骨料中加入水泥和水，搅拌均匀后加入改性粗骨料，再次搅拌均匀，得到再生混凝土。
实施例2-5
实施例2-5中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于原料组成及用量不同，具体如表1所示。
且实施例2中纳米SiO2溶液的浓度为1wt%，浸泡时间为72h；实施例3中纳米SiO2溶液的浓度为3wt%，浸泡时间为24h。
表1 实施例1-5中强化再生混凝土的原料组成及用量
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例6
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例4相同，区别仅在于纳米颗粒为纳米TiO2。
实施例7
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例4相同，区别仅在于纳米颗粒为纳米Al2O3。
实施例8
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例4相同，区别仅在于纳米颗粒为纳米SiO2和纳米TiO2的混合物，且质量比为1：1。
实施例9
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例4相同，区别仅在于纳米颗粒为纳米SiO2和纳米Al2O3的混合物，且质量比为1：1。
实施例10
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例4相同，区别仅在于纳米颗粒为纳米TiO2和纳米Al2O3的混合物，且质量比为1：1。
实施例11
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例4相同，区别仅在于纳米颗粒为纳米SiO2、纳米TiO2和纳米Al2O3的混合物，且质量比为1：1：1。
实施例12
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于纳米SiO2溶液的浓度为4wt%。
实施例13
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于纳米改性液为CaCO3溶液，且浓度与实施例1相同。
实施例14
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于水泥为P.O.32.5水泥。
实施例15
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于水泥为P.O.52.5水泥。
实施例16
本实施例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于S3中再生粗骨料和再生细骨料直接浸入浓度为2wt%的纳米SiO2溶液中，不经过清洗、烘干和冷却。
对比例
对比例1
本对比例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于S3中再生粗骨料和再生细骨料不浸入纳米改性液中。
对比例2
本对比例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于S3中浸泡时间为12h。
对比例3
本对比例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于S3中浸泡时间为84h。
对比例4
本对比例中强化再生混凝土的生产工艺与实施例1相同，区别仅在于原料中采用天然骨料替代改性骨料。
性能检测试验
取适量再生混凝土，分三层装入坍落度筒，每装入一层就用捣棒均匀的插捣25次，最终将高出坍落度筒表面的混凝土刮除，抹平表面，竖直向上提升坍落度筒，用尺子测量坍落度值并记录。本试验再生粗骨料混凝土拌合物的坍落度值位于100-120mm。
将测定完坍落度的再生粗骨料混凝土装入涂有脱模剂的模具中，在振动台上插捣振实，排出气泡，用抹刀抹平表面，覆盖塑料薄膜室温养护24h后拆模，最后将试块分组排列，放入温度为20±2℃，相对湿度为95%的标准养护室养护到指定天数。
试验方法
抗压强度：按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行试验。
表2 实施例1-16和对比例1-4中再生混凝土的测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE004
结合实施例1-3和对比例1并结合表2可以看出，将再生粗骨料和再生细骨料浸泡在纳米SiO2溶液后制得的再生混凝土，其抗压强度明显提高。
其原因可能在于：第一，再生粗骨料的孔隙较多，吸水率较高，纳米SiO2溶液对再生粗骨料的浸泡过程中,粒径尺寸较小的纳米SiO2颗粒能容易进入骨料孔隙内部，对孔隙进行填充，有效细化孔隙，降低临界孔径，降低孔隙率，使骨料内部结构更加密实，从而提升再生粗骨料的综合性能。
第二，纳米SiO2的粒径尺寸极小，比表面积大，并含有大量的不饱和残键，具有很大的化学活性，除了可以直接促进水泥水化外，还能够与水化产物Ca(OH)2发生反应，生成C-S-H凝胶，一方面降低了Ca(OH)2的相对含量，另一方面又激发了再生骨料的活性。
第三，纳米SiO2表面活性键较多，节省了水泥常规水化反应中“形成C-S-H稳定晶核”的过程，纳米SiO2具有把疏松的C-S-H连接为致密网状结构的作用，形成连续、均匀、密实的界面结构。
第四，填充在界面过渡区的纳米SiO2与Ca(OH)2反应，降低了Ca(OH)2 在界面处的密集分布，改善界面内连通孔隙结构，同时生成C-S-H凝胶，改善了界面的综合性能，从而提高混凝士的强度和耐久性。
结合实施例1和实施例4-5并结合表2可以看出，实施例4和实施例5中再生混凝土的抗压强度均大于实施例1。
其原因可能在于：掺入在混凝土中的纳米SiO2可与混凝土界面处的Ca(OH)2晶体发生化学反应，减少Ca(OH)2晶体在界面处的密集分布，细化Ca(OH)2晶粒的尺寸。
结合实施例4和实施例6-11并结合表2可以看出，纳米SiO2、Al2O3和Fe2O3对混凝土抗压强度均有影响，且实施例9中复合掺加纳米SiO2和Al2O3时最有利于混凝土强度的提高。
结合实施例1和实施例12并结合表2可以看出，实施例12中纳米SiO2溶液的浓度为4wt%，实施例12中再生混凝土的抗压强度较实施例1中再生混凝土的抗压强度而言，并未有明显提升。
结合实施例1和对比例2-3并结合表2可以看出，对比例2中再生混凝土的抗压强度小于实施例1中再生混凝土的抗压强度，对比例3中再生混凝土的抗压强度与实施例1中再生混凝土的抗压强度相差不大，故选用2wt%浓度的纳米SiO2溶液时浸泡时间控制在24h左右最佳。
结合实施例1和实施例13并结合表2可以看出，实施例13中再生混凝土的抗压强度大于实施例1中再生混凝土的抗压强度。
其原因可能在于：纳米CaCO3的掺入使水泥浆体的凝结时间变长，对水泥的体积安定性和工作性能并没有带来负面影响。
纳米CaCO3可作为水泥水化反应的催化剂，迅速提高水泥砂浆的早期强度，同时纳米CaCO3也可与界面处的Ca(OH)2粒子发生一系列反应，减少Ca(OH)2粒子在界面处的聚集分布，改善界面的综合性能。
结合实施例1和实施例14-15并结合表2可以看出，实施例15中再生混凝土的抗压强度略大于实施例1和实施例14中再生混凝土的抗压强度，且实施例1中再生混凝土的抗压强度略大于实施例14中再生混凝土的抗压强度。说明水泥的选择对再生混凝土的抗压强度有影响，但是影响效果不是很大。
结合实施例1和实施例16并结合表2可以看出，实施例1中再生混凝土的抗压强度大于实施例16中再生混凝土的抗压强度。
其原因可能在于：再生粗骨料和再生细骨料表面粉尘较多，并且含有较多的杂质，若不进行清洗直接浸泡在纳米SiO2溶液中，粉尘会与纳米SiO2反应，从而影响纳米SiO2溶液对再生骨料的改性效果。
结合实施例3和对比例4并结合表2可以看出，实施例1中再生混凝土的抗压强度与对比例4中再生混凝土的抗压强度相近，制得的再生混凝土能够进行应用和推广，有利于建筑废弃物的再生资源化，有利于建筑业的可持续发展。
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 (10)

1.一种强化再生混凝土，其特征在于，按质量分数计，原料主要包括改性骨料50-70%、水泥15-20%和水8-12%，所述改性骨料由再生骨料置于纳米改性液中浸泡24-72h制得。
2.根据权利要求1所述的一种强化再生混凝土，其特征在于：所述纳米改性液纳米SiO2溶液。
3.根据权利要求2所述的一种强化再生混凝土，其特征在于：所述纳米SiO2溶液的浓度为1-3wt%。
4.根据权利要求1所述的一种强化再生混凝土，其特征在于：还包括纳米颗粒2-5%。
5.根据权利要求4所述的一种强化再生混凝土，其特征在于：所述纳米颗粒为纳米SiO2、纳米TiO2和纳米Al2O3中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种强化再生混凝土，其特征在于：所述再生骨料由废混凝土和废砖块组成，且所述废混凝土与所述废砖块的质量比为（2-3）：（7-8）。
7.根据权利要求6所述的一种强化再生混凝土，其特征在于：所述再生骨料包括再生粗骨料和再生细骨料，所述再生粗骨料与所述再生细骨料的质量比为（37-55）：（17-35）。
8.根据权利要求1所述的一种强化再生混凝土，其特征在于：所述水泥为P.O.42.5水泥。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种强化再生混凝土的生产工艺，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1、将废混凝土和废砖块进行除杂、破碎和筛分，得到再生粗骨料和再生细骨料；
S2、将再生粗骨料和再生细骨料分别浸入纳米改性液中浸泡，得到改性粗骨料和改性细骨料；
S3、按比例称取各原料，混合均匀，得到强化再生混凝土。
10.根据权利要求9所述的一种强化再生混凝土，其特征在于：S2中，再生粗骨料和再生细骨料先进行清洗、烘干和冷却，再浸入纳米改性液中浸泡。
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