CN113149510B - 一种改性混凝土再生微粉的方法及其应用 - Google Patents

一种改性混凝土再生微粉的方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种改性混凝土再生微粉的方法及其应用，改性再生微粉的制备方法包括以下步骤：步骤S1，将收集废物混凝土块，用破碎机逐级破碎，用球磨机研磨，过100目筛，制得d50＝13.5微米的微细粉末；步骤S2，将制备的再生混凝土微粉置于温度较高的干燥环境中，干燥后取出，冷却至室温；步骤S3，配制不同浓度的单宁酸溶液，将冷却好的再生微粉与配制好的单宁酸溶液混合，使用玻璃棒持续搅拌。本发明使用的单宁酸(C76H52O46)是一种价格较低、无毒无害的多酚化合物。用单宁酸处理后的再生微粉可以促进水泥的水化，提高水泥与再生微粉界面的粘结强度，从而提高再生混凝土微粉砂浆的抗压强度和抗氯离子渗透性能，同时提高了混凝土中钢筋的耐腐蚀性能。

Description

一种改性混凝土再生微粉的方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种改性混凝土再生微粉的方法及其应用。
背景技术
混凝土再生微粉(以下简称再生微粉)是再生混凝土骨料生产过程中的副产品，是粒径小于0.16mm的微细粉末，占废弃混凝土总质量的10％-20％，主要成分为水化硅酸钙(C-S-H)、未水化水泥颗粒、氢氧化钙(CH)和二氧化硅等，未水化水泥颗粒、氢氧化钙具有作为水泥水化晶核和继续水化形成凝胶产物的能力。因此，再生微粉可用做水泥的矿物掺合料以发挥其填充效应和活性效应。然而，由于二氧化硅和水化硅酸钙在再生微粉中占有相当的比例，所以再生微粉的活性远低于水泥活性。再生微粉中含有大量具有潜在活性的硅铝质成分，可通过机械研磨、热处理和化学处理等方式提高再生微粉活性。目前的处理方法是通过改变再生微粉的化学组分和物相组成，提高再生微粉中活性成分含量，提高与水泥之间的相容性。然而，再生微粉来源广泛，其成分组成复杂，目前处理方法的效果存在较大差异。因此，探索效果好、适用性强的处理方法尤为重要。
发明内容
本发明从再生微粉表面改性方式入手，提出使用单宁酸浸泡处理再生微粉，通过单宁酸的络合作用，把单宁酸中的多酚官能团附着在再生微粉表面，利用多酚官能团的粘附性和对钙离子的吸引，诱导水化产物在其表面生成，促进界面微结构形成，提高再生微粉与水泥之间的粘结强度，从而提升水泥基材料性能。改性后的再生微粉作为矿物掺合料使用，可节约资源，同时对减少水泥工业的碳排放，降低环境负荷起到了积极作用。改性处理方法包括以下步骤：
本发明的目的是使用单宁酸改性再生微粉，利用单宁酸与金属离子的络合作用，使多酚官能团附着在微粉表面，利用多酚官能团的对钙离子的吸引作用，诱导水化产物在微粉表面生成，提高再生微粉与水泥之间的粘结性能。使用单宁酸改性再生微粉既可以有效利用废混凝土粉，节约资源，保护环境，又可以提高混凝土性能。改性再生微粉的方法，包括以下步骤：
步骤S1：将收集废物混凝土块，用破碎机逐级破碎，用球磨机研磨，过100目筛，制得d50＝13.5微米的微细粉末；
步骤S2：将制备的再生微粉置于较高温度恒温干燥箱中，干燥至恒重后取出，冷却至室温；
步骤S3：配制不同浓度的单宁酸溶液，将冷却好的再生微粉与配制好的单宁酸溶液混合，使用玻璃棒持续搅拌。
较佳的，所述的步骤S2干燥环境温度为110℃，干燥时间为6小时。
较佳的，所述的步骤S3中单宁酸溶液的质量分数(占水的质量)分别为0％、0.1％、0.3％、0.5％、1％。
较佳的，所述的步骤S3中使用玻璃棒持续搅拌2分钟。
较佳的，所述的单宁酸为纯度≥95％的分析纯试剂。
本发明还提供一种所述的改性再生微粉在水泥混凝土中的应用。将所述的用不同浓度单宁酸溶液改性再生微粉分别以10％的替代率替代水泥。
本发明的有益效果：
1、本发明使用的单宁酸(C76H52O46)是一种价格较低、无毒无害的多酚化合物。是茶叶、咖啡、树叶、树皮和未成熟的水果等植物的主要成分之一，具有价格低廉、来源广泛、无毒无害等特点。
2、本发明使用单宁酸处理后的再生微粉可以捕获更多的钙离子，单宁酸诱导钙离子聚集在再生微粉的表面，为水化硅酸钙和氢氧化钙的形成提供成核点，使更多水化产物在再生微粉表面沉积，提高水泥与再生微粉界面的粘结强度，从而提高再生微粉混凝土的抗压强度。
3、本发明使用的单宁酸不具腐蚀性和刺激性还可以提高混凝土的耐久性能。
4、本发明使用单宁酸改性再生微粉可以有效利用废混凝土粉，增加利用率，节约资源，保护环境，有利于可持续发展。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例中使用不同浓度单宁酸溶液改性再生微粉混凝土的抗压强度图；
图2是本发明实施例中使用不同浓度单宁酸溶液改性再生微粉混凝土的氯离子电通量图；
图3是本发明实施例2与基准组的混凝土中钢筋的加速电化学腐蚀试验结果，反映了混凝土中钢筋在加速电化学腐蚀试验过程中的电流变化情况，当电流发生突变时，混凝土开裂，试件发生破坏，以此时间作为混凝土中钢筋的电化学腐蚀性能；
图4是钢筋的加速电化学腐蚀试验测试系统示意图。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明提供一种改性再生微粉的方法及其应用，包括以下步骤：
S1：将收集废物混凝土块，用破碎机逐级破碎，用球磨机研磨，过100目筛，制得d50＝13.5微米的微细粉末；
S2：将制备的再生微粉置于温度较高的干燥环境中，干燥后取出，冷却至室温；
S3：配制不同浓度的单宁酸溶液，将冷却好的再生微粉与配制好的单宁酸溶液混合，使用玻璃棒持续搅拌。
所述的步骤S2干燥环境温度为105℃，干燥时间为2小时。
所述的步骤S3中单宁酸溶液的质量分数(占水的质量)分别为0％、0.1％0.3％、0.5％、1％。
所述的步骤S3中使用玻璃棒持续搅拌2分钟。
所述的单宁酸为纯度≥95％的分析纯试剂。
本发明使用的单宁酸(C76H52O46)是一种价格较低、无毒无害的多酚化合物。是茶叶、咖啡、树叶、树皮和未成熟的水果等植物的主要成分之一，具有价格低廉、来源广泛、无毒无害等特点。
本发明使用单宁酸处理后的再生微粉可以捕获更多的钙离子，单宁酸诱导钙离子聚集在再生微粉的表面为水化硅酸钙和氢氧化钙的形成提供成核点，使更多水化产物在再生微粉表面析出，提高水泥与再生微粉界面的粘结强度，从而提高再生微粉混凝土的抗压强度。
本发明使用的单宁酸无毒无害、不具刺激性，还可以提高混凝土的抗压强度和耐久性能。
本发明使用单宁酸改性再生微粉可以有效利用废混凝土粉，增加利用率，节约资源，保护环境，有利于可持续发展。
本发明所制备的改性再生微粉用于水泥混凝土拌合物，为了简化试验，混凝土中未加入粗骨料，将所述改性再生微粉根据配合比直接于水泥和砂一同搅拌成混凝土。
实施例一
在常温下，称取0.75g单宁酸，710.25g水，加入烧杯中，用玻璃棒搅拌1分钟配制成浓度为0.1％的单宁酸溶液，称取141g再生微粉与配制好的单宁酸溶液混合，使用玻璃棒持续搅拌2分钟。
实施例二
在常温下，称取2.1g单宁酸，708.9g水，加入烧杯中，用玻璃棒搅拌1分钟配制成浓度为0.3％的单宁酸溶液，称取141g再生微粉与配制好的单宁酸溶液混合，使用玻璃棒持续搅拌2分钟。
实施例三
在常温下，称取3.6g单宁酸，707.4g水，加入烧杯中，用玻璃棒搅拌1分钟配制成浓度为0.5％的单宁酸溶液，称取141g再生微粉与配制好的单宁酸溶液混合，使用玻璃棒持续搅拌2分钟。
实施例四
在常温下，称取7.05g单宁酸，703.95g水，加入烧杯中，用玻璃棒搅拌1分钟配制成浓度为1％的单宁酸溶液，称取141g再生微粉与配制好的单宁酸溶液混合，使用玻璃棒持续搅拌2分钟。
实施例五
将实施例一至四的所述的改性再生微粉分别应用于下表所列配合比的混凝土中，单位：kg/m3。
主要测试抗压强度和氯离子电通量，抗压强度按GB/T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》进行测试，氯离子电通量按GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。加速电化学腐蚀测试系统如图4所示。
表1水泥混凝土拌合物的配比(kg/m3)。
Figure GDA0003057310760000041
Figure GDA0003057310760000051
表2抗压强度和氯离子电通量测试结果
Figure GDA0003057310760000052
根据表2，抗压强度测试结果可知，单宁酸质量浓度为0.3％时，具有较好的优势，最有利于硬化混凝土抗压强度的发展。与基准组相比，单宁酸质量浓度为0.3％时在3d、7d和28d的抗压强度分别提高了2.3％、23.5％和20.4％。根据表2，氯离子电通量测试结果可知，单宁酸处理的再生微粉混凝土比未处理的再生微粉混凝土的电通量低，并随着单宁酸的浓度增加而降低。
这主要是因为使用单宁酸处理后的再生微粉可以捕获更多的钙离子，单宁酸诱导钙离子聚集在再生微粉的表面为水化硅酸钙和氢氧化钙的形成提供成核点，使更多水化产物在再生微粉表面析出，促进水泥的水化，提高水泥与再生微粉界面的粘结强度，从而提高再生微粉混凝土的抗压强度。使用的单宁酸不具腐蚀性和刺激性还可以提高混凝土中钢筋的抗氯盐腐蚀性能，如附图3所示，基准组试件腐蚀电流在NaCl溶液中浸泡86h开始出现明显的增加，而实施例二试件腐蚀电流在NaCl溶液中浸泡133h才开始出现明显的增加，说明单宁酸可以有效提高钢筋混凝土的抗氯盐腐蚀性能，增加混凝土的耐久性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种改性混凝土再生微粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将收集废物混凝土块，用破碎机逐级破碎，用球磨机研磨，过100目筛，制得d50＝13.5微米的微细粉末；
步骤S2：将制备的再生微粉置于温度较高的干燥环境中，干燥后取出，冷却至室温；
步骤S3：配制不同浓度的单宁酸溶液，将冷却好的再生微粉与配制好的单宁酸溶液混合，使用玻璃棒持续搅拌。
2.如权利要求1所述的改性再生微粉的方法，其特征在于，所述的步骤S2干燥环境温度为105℃，干燥时间为2小时。
3.如权利要求1所述的改性再生微粉的方法，其特征在于，所述的步骤S3中单宁酸溶液的质量分数为0.3％或0.5％。
4.如权利要求1所述的改性再生微粉的方法，其特征在于，所述的步骤S3中使用玻璃棒持续搅拌2分钟。
5.如权利要求1所述的改性再生微粉的方法，其特征在于，所述的单宁酸为纯度≥95％的分析纯试剂。
6.一种如权利要求1所述的改性再生微粉在混凝土的应用，其特征在于，将所述的不同浓度单宁酸溶液改性再生微粉分别以10％的替代率替代水泥。
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