CN113233835A - 一种掺入陶瓷废弃物的再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种掺入陶瓷废弃物的再生混凝土及其制备方法。该掺入陶瓷废弃物的再生混凝土，其特征在于，包括：水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、天然细骨料、再生陶瓷细骨料、水、陶瓷掺合料和聚羧酸高效减水剂，其中，各组分的质量比为：1:(1.44～1.52):(1.44～1.64):(0～1.18):(0.51～1.35):(0.45～0.5):(0.10～0.20):(0.011～0.027)，并且，水泥和陶瓷掺合料的总质量与水的质量比为(2～2.22):1。本发明所提供的再生混凝土实现了大规模使用再生粗骨料、再生陶瓷细骨料和陶瓷掺合料。

Description

一种掺入陶瓷废弃物的再生混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种掺入陶瓷废弃物的再生混凝土及其制备方法。
背景技术
普通混凝土一般是指以水泥为主要凝胶材料，与水、天然河砂和天然碎石按适当比例配合，经过均匀搅拌而得来的混合物。由于普通混凝土在制备过程中需要用到大量的天然河砂和碎石，导致自然资源变得日益紧张，因此寻找能够替代天然材料的物质来制备混凝土是当前混凝土制备技术领域面临的重要问题。
随着我国经济的快速发展，城市化进程得到快速推进。在此过程中，旧建筑经过改造拆除，产生了大量的建筑废弃物。另外，我国作为陶瓷大国，连续十几年传统陶瓷产量居世界首位，在陶瓷高产的同时，带来的是不可避免的陶瓷废弃物。然而，不管是对于建筑废弃物，还是陶瓷废弃物，往往最常用的办法是采用露天堆放和浅层填埋的方式处理，这样不仅消耗大量的人力、物力和财力，还会侵占土地，导致生态环境遭到破坏。因此，如何实现建筑废弃物和陶瓷废料的资源化利用是我国经济与环境可持续发展进程中的重要环节。
再生混凝土是将再生骨料部分或全部取代天然骨料制备的混凝土。与天然骨料相比，再生骨料存在大量的裹覆砂浆，性能相对较差，将其用于再生混凝土的制备很难达到较高的强度等级，工程应用受到较大限制。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种掺入陶瓷废弃物的再生混凝土及其制备方法。
本发明所提供的技术方案如下：
一种掺入陶瓷废弃物的再生混凝土，包括：水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、天然细骨料、再生陶瓷细骨料、水、陶瓷掺合料和聚羧酸高效减水剂，其中，各组分的质量比为：1:(1.44～1.52):(1.44～1.64):(0～1.18):(0.51～1.69):(0.45～0.5):(0.10～0.20):(0.011～0.027)，并且，水泥和陶瓷掺合料的总质量与水的质量比为(2～2.22):1，即水胶比为1:(2～2.22)。
上述技术方案中：
用再生陶瓷细骨料替代河沙，即可以降低天然河砂的开采满足强度等级要求，又因再生陶瓷细骨料反应产生的水化产物降低了孔隙率增强了混凝土的耐久性能；
陶瓷掺合料的火山灰活性高、粘结强度高，显著优于粉煤灰等其他掺合料的反应活性和粘结强度，且陶瓷掺合料的加入可以降低混凝土的水化热，避免混凝土水化过程中大量放热产生温度应力导致的裂缝。
具体的，所述的水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥。
具体的，所述的天然细骨料为连续级配的天然河砂，粒径为0.075～4.75mm；
具体的，天然细骨料同样采用再生陶瓷细骨料，即以再生陶瓷细骨料完全替代河砂。
具体的，所述的再生陶瓷细骨料为废弃瓷砖破碎后筛分得到的连续级配细骨料，粒径为0.075～4.75mm。该连续级配符合规范GB/T 14684-2011《建筑用砂》。
具体的，所述的天然粗骨料为连续级配的石灰岩碎石，粒径为5～25mm。该连续级配符合规范GB/T 14685-2011《建筑用卵石、碎石》。
具体的，所述的再生粗骨料为废弃混凝土破碎后筛分得到的连续级配碎石，粒径为5～20mm。该连续级配符合规范GB/T 14685-2011《建筑用卵石、碎石》。
具体的，所述的陶瓷掺合料为废弃瓷砖经过破碎、研磨后，经45微米方孔筛筛分得到的筛余量≤20％的陶瓷粉。
具体的，所述的聚羧酸高效减水剂的固含量为20％。
本发明还提供了上述掺入陶瓷废弃物的再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照配方的量，获取各原料；
S2：将天然细骨料、再生陶瓷细骨料混合后搅拌均匀，形成混合物A；将水泥和陶瓷掺合料混合后搅拌均匀，形成混合物B；将聚羧酸高效减水剂和水混合后搅拌均匀，得到混合液C；
S3：将再生粗骨料、混合物A、混合物B和天然粗骨料倒入搅拌机中搅拌均匀，再加入混合液C后进行搅拌，得到掺入陶瓷废弃物的再生混凝土。
具体的，步骤S2中，搅拌60～120秒得到混合液C。
具体的，步骤S3中，将再生粗骨料、混合物A、混合物B和天然粗骨料倒入搅拌机中，搅拌30～60秒后，再加入混合液C后，先正向转动30～90秒，再反向转动30～90秒后，连续正向搅拌120～180秒，得到掺入陶瓷废弃物的再生混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明所提供的再生混凝土大规模使用了再生粗骨料、再生陶瓷细骨料和陶瓷掺合料，不仅提高了建筑固废的资源化利用水平，缓解了目前天然碎石和天然河砂极度短缺的问题，还减少了水泥的使用量。同时该再生混凝土的强度可以达到强度等级要求，减轻企业生产混凝土的成本，具有实际的工程应用前景。
2、陶瓷化学成分以SiO2和Al2O3为主，SiO2占70％左右，Al2O3占20％左右，具有火山灰活性。使用陶瓷废弃物制成的掺合料能够填充混凝土中细小的微裂缝，通过水化反应的发生，促使再生混凝土微观结构更为致密，从而提高再生混凝土的抗压强度。
3、相较于天然河砂，陶瓷再生细骨料具有良好的水化反应，可以促进再生混凝土中水化硅酸钙的形成，使再生混凝土的界面过渡区更为致密。另外，陶瓷再生细骨料表面粗糙，有更多棱角，能使更多的水化硅酸钙凝胶吸附在其表面，减少混凝土中的裂缝，提高抗压强度。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明在实施例中采用的水泥为华新水泥鄂州有限公司生产的P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；天然细骨料为连续级配的天然河砂，粒径为0.075～4.75mm；所述的再生陶瓷细骨料为废弃陶瓷砖破碎后筛分得到的连续级配细骨料，粒径为0.075～4.75mm；天然粗骨料为武汉市某项目所用连续级配的石灰岩碎石，粒径为5～25mm；再生粗骨料为学校实验室改造工程中废弃混凝土破碎后筛分得到的连续级配粗骨料，粒径5～20mm；所述的陶瓷掺合料为废弃瓷砖经过破碎、研磨后，经45微米方孔筛筛分得到筛余量≤20％的陶瓷粉；减水剂为聚羧酸高效减水剂，其固含量为20％，呈淡黄色液体，购于武汉华轩高新技术有限公司。
实施例1
该陶瓷废弃物再生混凝土各原料的质量比是水泥:天然粗骨料:再生粗骨料:天然细骨料:再生陶瓷细骨料:水:陶瓷掺合料:聚羧酸高效减水剂＝1:1.44:1.44:1.18:0.51:0.45:0.10:0.013。
所述掺入陶瓷废弃物的再生混凝土的水胶比为1:2.22。
一种如上所述的陶瓷废弃物再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照相应的配合比，定量称取所需要的所有原料。将天然细骨料、再生陶瓷细骨料加入集料盘中进行均匀搅拌，形成混合物A；将水泥加入集料盆中形成混合物B；
S2：将聚羧酸高效减水剂和水混合，使用玻璃棒充分搅拌60秒得到混合液C；
S3：将再生粗骨料、混合物A、混合物B和天然粗骨料倒入搅拌机中，搅拌60秒后，再加入混合液C后，先正向转动60秒，再反向转动60秒后，连续正向搅拌180秒形成陶瓷废弃物再生混凝土拌合物。
性能测试：将陶瓷废弃物再生混凝土拌合物进行入模、振捣，形成陶瓷废弃物再生混凝土试件。振捣成型的试件放在室内24小时后，进行试件拆模并编号，然后转移到(20±2)℃，相对湿度95％以上的标准养护室里养护28天，得到性能测试所需试件。经测试，本实施例制备的陶瓷废弃物再生混凝土的坍落度为120mm，28天抗压强度达到34.66MPa，性能良好。
实施例2
本实施例中掺入陶瓷废弃物的再生混凝土各原料的质量比是水泥:天然粗骨料:再生粗骨料:天然细骨料:再生陶瓷细骨料:水:陶瓷掺合料:聚羧酸高效减水剂＝1:1.44:1.44:1.18:0.51:0.45:0.20:0.013。
所述掺入陶瓷废弃物的再生混凝土的水胶比为1:2.22。
本实施例中除了步骤S1与实施例1不同，需将陶瓷掺合料加入集料盆中均匀搅拌形成混合物B，其他步骤与实施例1一致。
性能测试：性能测试所需试件制作方法与实施例1一致。经测试，本实施例制备的陶瓷废弃物再生混凝土的坍落度为125mm，28天抗压强度达到34.25MPa，性能良好。
实施例3
该陶瓷废弃物再生混凝土各原料的质量比是水泥:天然粗骨料:再生粗骨料:天然细骨料:再生陶瓷细骨料:水:陶瓷掺合料:聚羧酸高效减水剂＝1:1.44:1.44:0.84:0.85:0.45:0.20:0.013。
所述陶瓷废弃物再生混凝土的水胶比为1:2.22。
本实施例中除了步骤S1与实施例1不同，需将陶瓷掺合料加入集料盆中均匀搅拌形成混合物B，其他步骤与实施例1一致。
性能测试：性能测试所需试件制作方法与实施例1一致。经测试，本实施例制备的陶瓷废弃物再生混凝土的坍落度为110mm，28天抗压强度达到37.35MPa，性能良好。
实施例4
该陶瓷废弃物再生混凝土各原料的质量比是水泥:天然粗骨料:再生粗骨料:天然细骨料:再生陶瓷细骨料:水:陶瓷掺合料:聚羧酸高效减水剂＝1:1.44:1.44:0.84:0.85:0.45:0.10:0.013。
所述陶瓷废弃物再生混凝土的水胶比为1:2.22。
本实施例中除了步骤S1与实施例1不同，需将陶瓷掺合料加入集料盆中均匀搅拌形成混合物B，其他步骤与实施例1一致。
性能测试：性能测试所需试件制作方法与实施例1一致。经测试，本实施例制备的陶瓷废弃物再生混凝土的坍落度为107mm，28天抗压强度达到39.45MPa，性能良好。
实施例5
该陶瓷废弃物再生混凝土各原料的质量比是水泥:天然粗骨料:再生粗骨料:天然细骨料:再生陶瓷细骨料:水:陶瓷掺合料:聚羧酸高效减水剂＝1:1.44:1.44:0:1.69:0.45:0.10:0.013。
所述陶瓷废弃物再生混凝土的水胶比为1:2.22。
本实施例中除了步骤S1与实施例1不同，需将陶瓷掺合料加入集料盆中均匀搅拌形成混合物B，其他步骤与实施例1一致。
性能测试：性能测试所需试件制作方法与实施例1一致。经测试，本实施例制备的陶瓷废弃物再生混凝土的坍落度为95mm，28天抗压强度达到34.03MPa，性能良好。
实施例6
该陶瓷废弃物再生混凝土各原料的质量比是水泥:天然粗骨料:再生粗骨料:天然细骨料:再生陶瓷细骨料:水:陶瓷掺合料:聚羧酸高效减水剂＝1:1.44:1.44:0:1.69:0.45:0.20:0.013。
所述陶瓷废弃物再生混凝土的水胶比为1:2.22。
一种如上述的一种陶瓷废弃物再生混凝土的制备方法，该制备方法与实施例1一致。
性能测试：性能测试所需试件制作方法与实施例1一致。经测试，本实施例制备的陶瓷废弃物再生混凝土的坍落度为90mm，28天抗压强度达到33.79MPa，性能良好。
对比例1
该对比例再生混凝土各原料的质量比是水泥:天然粗骨料:再生粗骨料:天然细骨料:再生陶瓷细骨料:水:陶瓷掺合料:聚羧酸高效减水剂＝1:1.44:1.44:1.69:0:0.45:0:0.013。
所述对比例的再生混凝土的水胶比为1:2.22。
本对比例中除了步骤S1与实施例1不同，未加入陶瓷再生细骨料和陶瓷掺合料，其他步骤与实施例1一致。
性能测试：性能测试所需试件制作方法与实施例1一致。经测试，本对比例制备的再生混凝土的坍落度为130mm，28天抗压强度达到30.57MPa，性能良好。
表1
坍落度(mm) 28天抗压强度(MPa)
实施例1 120 34.66
实施例2 125 34.25
实施例3 110 38.35
实施例4 107 39.45
实施例5 95 34.03
实施例6 90 33.79
对比例1 130 30.57
从上述实验结果来看，本发明制备得到的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土坍落度为90～125mm，工作性能好。在10％的陶瓷掺合料掺量和50％再生陶瓷细骨料掺量下，28天抗压强度达到39.45MPa，大于C30混凝土的强度等级要求。在再生粗骨料和陶瓷再生细骨料利用率达到100％的同时，使再生混凝土保持了较高的抗压强度。
通过对比实施例1～6与对比例1可知，本发明得到的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土强度提高了10.53％～29.05％。坍落度虽然稍有下降，但坍落度仍能达到90mm以上，满足塑性混凝土的浇筑要求，工作性能良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种掺入陶瓷废弃物的再生混凝土，其特征在于，包括：水泥、天然粗骨料、再生粗骨料、天然细骨料、再生陶瓷细骨料、水、陶瓷掺合料和聚羧酸高效减水剂，其中，各组分的质量比为：
1:(1.44～1.52):(1.44～1.64):(0～1.18):(0.51～1.69):(0.45～0.5):(0.10～0.20):(0.011～0.027)，并且，水泥和陶瓷掺合料的总质量与水的质量比为(2～2.22):1。
2.根据权利要求1所述的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土，其特征在于：所述的水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土，其特征在于：
所述的天然细骨料为连续级配的天然河砂，粒径为0.075～4.75mm；
所述的再生陶瓷细骨料为废弃瓷砖破碎后筛分得到的连续级配细骨料，粒径为0.075～4.75mm。
4.根据权利要求1所述的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土，其特征在于：
所述的天然粗骨料为连续级配的石灰岩碎石，粒径为5～25mm；
所述的再生粗骨料为废弃混凝土破碎后筛分得到的连续级配碎石，粒径为5～20mm。
5.根据权利要求1至4任一所述的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土，其特征在于：所述的陶瓷掺合料为废弃瓷砖经过破碎、研磨后，经45微米方孔筛筛分得到的筛余量≤20％的陶瓷粉。
6.根据权利要求5所述的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土，其特征在于：所述的聚羧酸高效减水剂的固含量为20％。
7.一种根据权利要求1至6任一所述的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照配方的量，获取各原料；
S2：将天然细骨料、再生陶瓷细骨料混合后搅拌均匀，形成混合物A；将水泥和陶瓷掺合料混合后搅拌均匀，形成混合物B；将聚羧酸高效减水剂和水混合后搅拌均匀，得到混合液C；
S3：将再生粗骨料、混合物A、混合物B和天然粗骨料倒入搅拌机中搅拌均匀，再加入混合液C后进行搅拌，得到掺入陶瓷废弃物的再生混凝土。
8.根据权利要求7所述的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土的制备方法，其特征在于：步骤S2中，搅拌60～120秒得到混合液C。
9.根据权利要求7所述的掺入陶瓷废弃物的再生混凝土的制备方法，其特征在于：步骤S3中，将再生粗骨料、混合物A、混合物B和天然粗骨料倒入搅拌机中，搅拌30～60秒后，再加入混合液C后，先正向转动30～90秒，再反向转动30～90秒后，连续正向搅拌120～180秒，得到掺入陶瓷废弃物的再生混凝土。
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