CN113336461B - 一种微纳米活性增强剂和相应混凝土及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微纳米活性增强剂和相应混凝土及制备方法。所述的微纳米活性增强剂，以重量份计，包括以下组分：水溶性气溶胶纳米硅：1.0‑5.0份；微硅粉：2.0‑10.0份；高硅质磨细活性再生微粉：3.0‑10.0份；磨细矿渣粉：2.0‑10.0份；纳米硅分散剂：0.05‑0.5份；本发明通过不同组分和不同集配的组合，获得了高活性微纳米活性增强剂，满足胶凝材料不同孔隙结构的填充和优化，适合用于再生骨料混凝土的性能提升与强化，且具有制备工艺简单、成本低和环境友好等特点。

Description

一种微纳米活性增强剂和相应混凝土及制备方法

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，特别涉及一种微纳米活性增强剂和相应混凝土及制备方法。

背景技术

随着城市化进程推进，建筑垃圾排放量剧增，建筑垃圾主要以混凝土废弃物为主。通过建筑垃圾资源化再生技术，利用破碎和筛分工艺，将废混凝土制备再生骨料是实现建筑垃圾资源化的有效途径。再生原料主要是粒径在0.15-5mm的再生细骨料，以及粒径在5-31.5mm的再生粗骨料。但是由于再生骨料外附着老砂浆的存在，使得再生骨料品质较天然砂石骨料降低，限制了再生骨料在高性能和高强混凝土中的应用。现阶段，我国再生骨料主要用于强度等级≤C40的混凝土，如何实现再生细骨料和再生粉料的高品质化和高附加值的应用是我国建筑垃圾资源化未来发展的方向。

随着我国建筑材料和结构形式的创新发展，对天然砂石骨料需求量日益增加。但是，由于天然砂石骨料的开采造成了难以恢复的环境和社会问题，因此我国已经对天然砂石骨料限制开采。利用天然砂石骨料制备高性能和超高性能混凝土技术已经日趋成熟，但是随着天然砂石骨料供应短缺，急需研发高性能和超高性能再生骨料混凝土，以及适用的活性增强剂，高性能再生混凝土的研发和应用是绿色建筑材料的重要组成部分。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微纳米活性增强剂及一种利用活性纳米增强剂再生混凝土配方和制备方法，可满足建筑工程中高性能和超高性能再生混凝土的应用。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种微纳米活性增强剂，以重量份计，包括以下组分：

优选地，所述组分包括以下条件中至少一项：

A1)所述水溶性气溶胶纳米硅含硅含量≥99.9％，粒径范围在5-100nm；

A2)所述微硅粉含硅含量≥99％，粒径范围在100-1000nm；

A3)所述高硅质磨细活性再生微粉通过废混凝土-黏土砖混合料的精细研磨获得，其中废混凝土和废黏土砖占比1:1-1:2，二氧化硅含量≥60％，氧化铝含量≥20％；

A4)所述高硅质磨细活性再生微粉粒径范围≤10μm；

所述的纳米硅分散剂为常规使用的纳米硅分散剂。所述的纳米硅分散剂为粉状，作为基料的辅助剂使用，用于搅拌分散。

本发明第二方面提供了一种含有微纳米活性增强剂再生混凝土，包含上述微纳米活性增强剂拌合料。

优选地，以重量份计，包括以下组分：

优选地，所述含有微纳米活性增强剂再生混凝土，以重量份计，包括以下组分：

更优选地，所述含有微纳米活性增强剂再生混凝土，以重量份计，包括以下组分：

所述水泥选自PO52.5硅酸盐水泥。所述硅酸盐水泥是在硅酸盐水泥熟料中加入6～20％的混合材料、适量石膏磨细制成的。主要组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。

所述磨细矿渣粉具有活性，将其混合于混凝土当中进行搅拌可以让水泥混泥土的流动性以及耐久性得到一定程度的强化并且可以让混泥土抗压程度得到强化，提高混凝土的质量。所述磨细矿渣粉是指将矿渣研磨为细粉。

所述再生骨料吸水率≤3.0％，粒径范围5-10mm，具有高品质。

所述的硅灰作为掺和剂能够填充水泥颗粒间的孔隙，显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。

所述砂为天然河砂，最大粒径≤2.36。

所述的钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值，当纤维截面为非圆形时，采用换算等效截面圆面积的直径)为40～80的纤维。

所述减水剂为高效聚羧酸减水剂，是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂，由于依据分散水泥作用机理设计有效的分子结构，具有超分散型，能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝，低掺量下发挥较高的塑化效果，流动性保持性好、水泥适应广分子构造上自由度大、合成技术多、高性能化的余地很大，对混凝土增强效果显著，能降低混凝土收缩，有害物质含量极低等技术性能特点，赋予了混凝土出色的施工和易性、良好的强度发展、优良的耐久性、聚羧酸系高性能减水剂具有良好的综合技术性能优势及环保特点。

本发明第三方面提供了一种含有微纳米活性增强剂再生混凝土的制备方法，其特征在于：采用以下步骤：

1)按配比将水溶性气溶胶纳米硅、微硅粉、高硅质磨细活性再生微粉、活性磨细矿渣粉和粉状纳米硅分散剂混合搅拌，得到微纳米活性增强剂；

2)将微纳米活性增强剂与水泥、硅灰、高品质再生骨料、天然砂、钢纤维、水和高效聚羧酸减水剂进行二次混合，获得含有微纳米活性增强剂再生混凝土；

3)将含有微纳米活性增强剂再生混凝土浇筑成型。

采用上述制备方法获得高性能再生混凝土的强度为60-150M。

优选地，步骤1)中，所述搅拌的时间≥10min。

更优选地，所述搅拌的方式为先慢速后快速搅拌，其中慢速搅拌≥4min，快速搅拌≥6min。

优选地，步骤2)中，所述微纳米活性增强剂先与水泥、硅灰、高品质再生骨料和天然砂进行第一次混合，然后加入水和高效聚羧酸减水剂第二次混合。

优选地，所述第一次混合时间≥2min，所述第二次混合时间≥3min。

优选地，步骤2)中，在二次混合过程中，钢纤维分批次均匀加入。

优选地，步骤2)中，含有微纳米活性增强剂再生混凝土成型后进行加速养护，养护湿度≥90％，养护温度≥20℃。养护时间≤28天。

本发明第四方面提供一种含有微纳米活性增强剂再生混凝土，采用上述任一方法制备。

如上所述，本发明的一种微纳米活性增强剂及应用，具有以下有益效果：

1)本发明提供一种微纳米活性增强剂，通过不同组分和不同集配的组合，获得了高活性微纳米活性增强剂，满足胶凝材料不同孔隙结构的填充和优化，适合用于再生骨料混凝土的性能提升与强化，且具有制备工艺简单、成本低和环境友好等特点。

2)本发明提供的一种含有微纳米活性增强剂再生混凝土。一方面，利用制备微纳米活性增强剂的主要原料来源于建筑垃圾制备的活性再生微粉，以及废弃矿渣研磨的活性矿渣粉末，都是废弃物资源化制备的再生原料，因此本发明制备的微纳米活性增强剂是一种环境友好型活性材料。另一方面，本发明提供的高性能再生混凝土配方，实现了再生骨料混凝土的高性能化，有助于建筑垃圾的资源化利用，环境和社会效益显著。

3)本发明提供的微纳米活性增强剂制备高性能混凝土，突破了再生混凝土高强和高性能化的技术瓶颈，本发明的使用，可以拓宽再生混凝土材料在高层结构和新型建筑结构中的使用范围，是绿色建筑发展的重要组成部分。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

对照例1

按表1所列配方制备普通再生混凝土样品1#，所用水泥为42.5水泥，所用细骨料为天然河砂，再生骨料为再生细骨料(吸水率2.8％)，水为自来水，按照表1所示配比制备混凝土试件，待硬化成型后放入养护室养护28d后测定其力学性能，实测抗压强度45.3MPa。

表1

配方组分	配合比
		水泥	100份
砂	200份
		再生骨料	300份
水	40份
		减水剂	0.05份

实施例1

按表2所列配方制备高性能再生混凝土样品2#，包括粒径范围在10-20nm m的水溶性气溶胶纳米硅，粒径范围在100-1000nm的微硅粉，粒径范围≤5μm的高硅质磨细活性再生微粉，粒径范围≤5μm的活性磨细矿渣粉，粉状纳米硅分散剂，52.5水泥，二氧化硅含量99％的活性硅灰，吸水率为2.8％的再生骨料(其来源于初始强度为C60的废弃混凝土)，超细天然河砂，12mm长的短切钢纤维，自来水和高效聚羧酸减水剂。按照表2所示配比制备混凝土试件，待硬化成型后放入养护室养护28d后测定其力学性能，实测抗压强度68.5MPa。

表2

实施例2

按表3所列配方制备高性能再生混凝土样品3#，包括粒径范围在10-20nm m的水溶性气溶胶纳米硅，粒径范围在100-1000nm的微硅粉，粒径范围≤5μm的高硅质磨细活性再生微粉，粒径范围≤5μm的活性磨细矿渣粉，粉状纳米硅分散剂，52.5水泥，二氧化硅含量99％的活性硅灰，吸水率为2.8％的再生骨料(其来源于初始强度为C60的废弃混凝土)，超细天然河砂，12mm长的短切钢纤维，自来水和高效聚羧酸减水剂。先将水溶性气溶胶纳米硅、微硅粉、高硅质磨细活性再生微粉、活性磨细矿渣粉和粉状纳米硅分散剂按照表3配比充分搅拌混合，得到微纳米活性增强剂；然后再将获得的微纳米活性增强剂与表3中其他组分进行二次拌合，获得高性能再生混凝土拌合料；最后将拌合料浇筑成型，待硬化成型后放入养护室养护28d后测定其力学性能，实测抗压强度87.2MPa。

表3

实施例3

按表4所列配方制备高性能再生混凝土样品4#，包括粒径范围在10-20nm m的水溶性气溶胶纳米硅，粒径范围在100-1000nm的微硅粉，粒径范围≤5μm的高硅质磨细活性再生微粉，粒径范围≤5μm的活性磨细矿渣粉，粉状纳米硅分散剂，52.5水泥，二氧化硅含量99％的活性硅灰，吸水率为2.8％的再生骨料(其来源于初始强度为C60的废弃混凝土)，超细天然河砂，12mm长的短切钢纤维，自来水和高效聚羧酸减水剂。先将水溶性气溶胶纳米硅、微硅粉、高硅质磨细活性再生微粉、活性磨细矿渣粉和粉状纳米硅分散剂按照表4配比充分搅拌混合，得到微纳米活性增强剂；然后再将获得的微纳米活性增强剂与表4中其他组分进行二次拌合，获得高性能再生混凝土拌合料；最后将拌合料浇筑成型，待硬化成型后放入养护室养护28d后测定其力学性能，实测抗压强度102.9MPa。

表4

配方组分	配合比(kg)
		水溶性气溶胶纳米硅	1份
微硅粉	2份
		高硅质磨细活性再生微粉	3份
磨细矿渣粉	2份
		纳米硅分散剂	0.1份
水泥	100份
		硅灰	20份
再生骨料	200份
		砂	300份
钢纤维	30份
		水	20份
减水剂	1份

实施例4

按表5所列配方制备高性能再生混凝土样品5#，包括粒径范围在10-20nm的水溶性气溶胶纳米硅，粒径范围在100-1000nm的微硅粉，粒径范围≤5μm的高硅质磨细活性再生微粉，粒径范围≤5μm的活性磨细矿渣粉，粉状纳米硅分散剂，52.5水泥，二氧化硅含量99％的活性硅灰，吸水率为2.8％的高品质再生骨料(其来源于初始强度为C60的废弃混凝土)，超细天然河砂，12mm长的短切钢纤维，自来水和高效聚羧酸减水剂。先将水溶性气溶胶纳米硅、微硅粉、高硅质磨细活性再生微粉、活性磨细矿渣粉和粉状纳米硅分散剂按照表5配比充分搅拌混合，得到微纳米活性增强剂；然后再将获得的微纳米活性增强剂与表5中其他组分进行二次拌合，获得高性能再生混凝土拌合料；最后将拌合料浇筑成型，待硬化成型后放入养护室养护28d后测定其力学性能，实测抗压强度126.4MPa。

表5

配方组分	配合比(kg)
		水溶性气溶胶纳米硅	1份
微硅粉	2份
		高硅质磨细活性再生微粉	3份
磨细矿渣粉	2份
		纳米硅分散剂	0.1份
水泥	100份
		硅灰	30份
再生骨料	200份
		砂	300份
钢纤维	40份
		水	20份
减水剂	1份

实施例5

按表6所列配方制备高性能再生混凝土样品6#，包括粒径范围在10-20nm m的水溶性气溶胶纳米硅，粒径范围在100-1000nm的微硅粉，粒径范围≤5μm的高硅质磨细活性再生微粉，粒径范围≤5μm的活性磨细矿渣粉，粉状纳米硅分散剂，52.5水泥，二氧化硅含量99％的活性硅灰，吸水率为2.8％的高品质再生骨料(其来源于初始强度为C60的废弃混凝土)，超细天然河砂，12mm长的短切钢纤维，自来水和高效聚羧酸减水剂。先将水溶性气溶胶纳米硅、微硅粉、高硅质磨细活性再生微粉、活性磨细矿渣粉和粉状纳米硅分散剂按照表6配比充分搅拌混合，得到微纳米活性增强剂；然后再将获得的微纳米活性增强剂与表6中其他组分进行二次拌合，获得含有微纳米活性增强剂再生混凝土；最后将拌合料浇筑成型，待硬化成型后放入养护室养护28d后测定其力学性能，实测抗压强度147.6MPa。

表6

配方组分	配合比(kg)
		水溶性气溶胶纳米硅	1份
微硅粉	2份
		高硅质磨细活性再生微粉	3份
磨细矿渣粉	2份
		纳米硅分散剂	0.1份
水泥	100份
		硅灰	30份
再生骨料	200份
		砂	300份
钢纤维	50份
		水	18份
减水剂	1.5份

综上所述，本发明提供一种微纳米活性增强剂和相应混凝土及制备方法，所述微纳米活性增强剂通过不同组分和不同集配的组合，满足胶凝材料不同孔隙结构的填充和优化，适合用于再生骨料混凝土的性能提升与强化，且具有制备工艺简单、成本低和环境友好等特点；另一方面，含有此微纳米活性增强剂的混泥土实现了再生骨料混凝土的高性能化，具有良好的抗压强度，同时，本配方都是废弃物资源化制备的再生原料，有助于建筑垃圾的资源化利用，环境和社会效益显著。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种微纳米活性增强剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：

所述水溶性气溶胶纳米硅含硅含量≥99.9％，粒径范围在5-100nm，所述微硅粉含硅含量≥99％，粒径范围在100-1000nm，所述高硅质磨细活性再生微粉通过废混凝土-黏土砖混合料的精细研磨获得，其中废混凝土和废黏土砖占比1:1-1:2，二氧化硅含量≥60％，氧化铝含量≥20％，所述高硅质磨细活性再生微粉粒径范围≤10μm。

2.一种含有微纳米活性增强剂再生混凝土，其特征在于：含有权利要求1所述的微纳米活性增强剂。

3.根据权利要求2所述的含有微纳米活性增强剂再生混凝土，其特征在于：以重量份计，包括以下组分：

4.一种如权利要求3所述的含有微纳米活性增强剂再生混凝土的制备方法，其特征在于：采用以下步骤：

1)按配比将水溶性气溶胶纳米硅、微硅粉、高硅质磨细活性再生微粉、活性磨细矿渣粉和粉状纳米硅分散剂混合搅拌，得到微纳米活性增强剂；

2)将微纳米活性增强剂与水泥、硅灰、再生骨料、砂、钢纤维、水和减水剂进行二次混合，获得含有微纳米活性增强剂再生混凝土；

3)将含有微纳米活性增强剂的再生混凝土浇筑成型。

5.根据权利要求4所述的含有微纳米活性增强剂再生混凝土的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述微纳米活性增强剂先与水泥、硅灰、再生骨料和砂进行第一次混合，然后加入水和减水剂第二次混合。

6.根据权利要求5所述的含有微纳米活性增强剂再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述第一次混合时间≥2min，所述第二次混合时间≥3min。

7.根据权利要求5所述的微纳米活性增强剂再生混凝土的制备方法，其特征在于：步骤2)中，在第二次混合过程中，钢纤维分批次均匀加入。

8.根据权利要求4所述的含有微纳米活性增强剂再生混凝土的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述成型后的再生混凝土进行加速养护，养护湿度≥90％，养护温度≥20℃，养护时间≤28天。

9.一种含有微纳米活性增强剂再生混凝土，其特征在于：采用权利要求4～8中任一方法制备。