CN113402213A - 一种再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种再生混凝土及其制备方法。再生混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥40‑50份、粗骨料105‑125份、再生细骨料60‑72份、玻化微珠10‑15份、外加剂1‑2.5份和水13‑20份；再生细骨料由活化材料对煤渣进行活化制得，活化材料与煤渣的的重量比（0.5‑2）：1；活化材料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣和凹凸棒土。本申请中，将处理后的煤渣作为混凝土的骨料，在将煤渣变废为宝的同时，减少对天然骨料的开采，有利于节约资源，保护环境，且将再生细骨料应用到混凝土中，不会影响再生混凝土的基本性能。

Description

一种再生混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种再生混凝土及其制备方法。
背景技术
每年，我国基础设施建设需要数千亿吨的砂石材料，在一幢幢高楼拔地而起的同时，也造成了“青山挂白、河水泛黄”的现象，严重影响我国的环境。同时砂石资源是不再生的，所以，为了保护环境、保护有限的砂石资源，迫切需要使用其他材料代替砂石资源。
与此同时，随着我国煤化工规模的日益壮大，煤渣产量也逐年增加，简单填埋不仅侵占土地，其安全和环保风险也日益引起重视，最新发布的《一般工业固体废物贮存场、处置场污染物控制标准》也对一般工业固废填埋提出了更加严格标准。所以，为提升回用附加值，拓宽煤渣回收利用途径，以废治废、变废为宝成为当前紧要问题。
发明内容
本申请提供一种再生混凝土及其制备方法，可将处理后的煤渣作为混凝土的骨料，在将煤渣变废为宝的同时，减少对天然骨料的开采，有利于节约资源，保护环境。
第一方面，本申请提供一种再生混凝土：
一种再生混凝土，由包含以下重量份的原料制成：
水泥40-50份、粗骨料105-125份、再生细骨料60-72份、玻化微珠10-15份、外加剂1-2.5份和水13-20份；
所述再生细骨料由活化材料对煤渣进行活化制得，所述活化材料与煤渣的的重量比(0.5-2)：1；所述活化材料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣和凹凸棒土。
通过采用上述技术方案，用主要由粉煤灰、粒化高炉矿渣和凹凸棒土制成的活化材料处理煤渣，可制得再生细骨料，在将废弃煤渣、矿渣变废为宝的同时，减少了对天然细骨料的开采，有利于资源的再生利用，有利于保护环境。此外，最重要的的是，将该细骨料应用在混凝土中，可制得再生混凝土，且再生混凝土的基本力学性能不会受到损害。
粉煤灰、粒化高炉矿渣和凹凸棒土相互配合，对煤渣进行活化，可增强再生混凝土的后期强度、降低再生混凝土的抗渗系数。
本申请中，再生细骨料与玻化微珠相互配合，可改善再生混凝土的和易性，提高再生混凝土的强度。
优选的，所述粉煤灰和粒化高炉矿渣的总重量占煤渣重量的70％-95％。进一步优选，所述粒化高炉矿渣和粉煤灰的重量比为(1.2-2.7)：(0.8-1.3)。
通过采用上述技术方案，粉煤灰和粒化高炉矿渣按特定的比例配合，可增强再生混凝土的强度，改善其和易性。发明人发现，当活化材料与煤渣的的重量比0.7：1，粉煤灰和粒化高炉矿渣的总重量占煤渣重量的80％，且粒化高炉矿渣和粉煤灰的重量比为2.5:1时，得到的再生细骨料性能最好，此时，将该再生细骨料应用到再生混凝土中，再生混凝土的性能最佳。
优选的，所述煤渣中，二氧化硅的含量大于45％，且三氧化二铝的含量大于20％。
煤渣一般包括高钙型煤渣、高铁型煤渣和高硅型煤渣，本申请中，采用二氧化硅含量大于45％，且三氧化二铝含量大于20％的高硅型煤渣，二氧化硅和三氧化二铝等氧化物的存在，保证煤渣有足够的强度，从而有利于提高再生混凝土的强度。
优选的，所述再生细骨料由包括如下方法制得：
将煤渣焙烧处理，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与活化材料混合，超声处理，即可得到再生细骨料。进一步优选，所述煤渣焙烧工艺：煤渣在580-620℃下焙烧2-4小时。
首先对煤渣进行焙烧处理，可去除煤渣中的水分，使煤渣表面的活性位点增多；随后球磨，将煤渣变成所需粒径的煤渣粉；煤渣粉与活性材料超声处理，可使煤渣活化，从而制得再生细骨料。超声处理有利于增强煤渣的活性，且能加快活化速率，此外，超声处理可以使煤渣粉的粒径变小，改善再生混凝土的和易性。优选的，超声处理的频率为10-20kHz。
煤渣焙烧时，温度过高或过低，均会影响煤渣的活性，当煤渣在580-620℃下焙烧2-4小时，焙烧活性好且焙烧效率最快。
优选的，所述球磨步骤中，向煤渣中加入活性炭，所述活性炭的重量占煤渣重量的0.5％-1.2％。
通过采用上述技术方案，球磨时向煤渣中加入活性炭，一方面活性炭可吸附煤渣的气味，从而可减少再生细骨料的味道，另一方面，活性炭的加入有助于提高研磨效率，且使研磨的更均匀。
优选的，所述外加剂包括减水剂、缓凝剂和防水剂。进一步优选，所述减水剂可采用聚羧酸减水剂，缓凝剂可采用酒石酸或糖钙，防水剂可采用改性有机硅防水剂WR2。在再生混凝土中加入由减水剂、缓凝剂和防水剂组成的外加剂，有利于提高混凝土的施工性能和防水性能。发明人发现，外加剂中，当减水剂、缓凝剂和防水剂按重量比为1：(0.2-0.5):(0.1-0.3)的比例混合时，混凝土的性能最好，最优的，减水剂、缓凝剂和防水剂的重量比为1：0.5:0.2。
第二方面，本申请提供一种如上所述的再生混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将水泥、粗骨料、再生细骨料、玻化微珠、外加剂和水混合均匀，即可制得再生混凝土。
优选的，所述再生细骨料的制备步骤如下
将煤渣焙烧处理，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与活化材料混合，超声处理，即可得到再生细骨料；
所述焙烧时，将煤渣在580-620℃下焙烧2-4小时。
通过采用上述技术方案，煤渣的活化处理相对简单，此外、煤渣来源广泛、价格低廉，所以，本申请的再生细骨料的成本较低，从而可降低再生混凝土的成本。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、用粉煤灰、粒化高炉矿渣和凹凸棒土对煤渣进行活化的物料代替天然细骨料，在将煤渣变废为宝的同时，减少了对天然骨料的开采，有利于节约资源，保护环境；
2、用特定用量的粉煤灰、粒化高炉矿渣和凹凸棒土对煤渣进行活化，可增强再生混凝土的后期强度、降低再生混凝土的抗渗系数。
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。予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
煤渣：制备例1-7中，煤渣为高硅型煤渣，具体的，高硅型煤渣中，二氧化硅的含量47.12％，三氧化二铝的含量为22.3％，氧化钙含量为12.09％；
制备例8中，煤渣为高钙型煤渣，具体的，高钙型煤渣中，二氧化硅的含量37.14％，三氧化二铝的含量为13.63％，氧化钙含量为29.82％。
再生细骨料的制备
制备例1
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高硅型煤渣在500℃下焙烧2h，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与16.67kg粉煤灰、16.67kg粒化高炉矿渣和16.67kg凹凸棒土混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得再生细骨料1。
制备例2
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高硅型煤渣在500℃下焙烧2h，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与33.33kg粉煤灰、33.33kg粒化高炉矿渣和33.33kg凹凸棒土混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得再生细骨料2。
制备例3
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高硅型煤渣在500℃下焙烧2h，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与66.67kg粉煤灰、66.67kg粒化高炉矿渣和66.67kg凹凸棒土混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得再生细骨料3。
制备例4
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高硅型煤渣在500℃下焙烧2h，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与28kg粉煤灰、28kg粒化高炉矿渣和14kg凹凸棒土混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得再生细骨料4。
制备例5
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高硅型煤渣在500℃下焙烧2h，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与44.89kg粉煤灰、21.62kg粒化高炉矿渣和3.5kg凹凸棒土混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得再生细骨料5。
制备例6
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高硅型煤渣在500℃下焙烧2h，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与40kg粉煤灰、16kg粒化高炉矿渣和14kg凹凸棒土混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得再生细骨料6。
制备例7
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高硅型煤渣在500℃下焙烧2h，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与29.4kg粉煤灰、19.6kg粒化高炉矿渣和21kg凹凸棒土混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得再生细骨料7。
制备例8
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高钙型煤渣在500℃下焙烧2h，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与40kg粉煤灰、16kg粒化高炉矿渣和14kg凹凸棒土混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得再生细骨料8。
制备例9
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高钙型煤渣在500℃下焙烧2h，随后加入1.2kg活性炭球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与40kg粉煤灰、16kg粒化高炉矿渣和14kg凹凸棒土混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得再生细骨料9。
再生细骨料对比例1
再生细骨料的制备步骤如下：
将100kg高钙型煤渣在500℃下焙烧2h，随后加入1.2kg活性炭球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与70kg粉煤灰混合，在频率为13kHz下超声处理15min，即可制得对比再生细骨料1。
实施例
实施例1
一种再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将40kg水泥、105kg粗骨料、72kg再生细骨料1、15kg玻化微珠、1kg聚羧酸减水剂和20kg水混合均匀，即可制得再生混凝土。
实施例2
一种再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将50kg水泥、125kg粗骨料、60kg再生细骨料1、10kg玻化微珠、1.5kg聚羧酸减水剂和27kg水混合均匀，即可制得再生混凝土。
实施例3
一种再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将47.2kg水泥、117kg粗骨料、68kg再生细骨料1、13kg玻化微珠、1.2kg聚羧酸减水剂和23kg水混合均匀，即可制得再生混凝土。
实施例4
一种再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将47.2kg水泥、117kg粗骨料、68kg再生细骨料1、13kg玻化微珠、0.92kg聚羧酸减水剂、0.18kg糖钙、0.1kg改性有机硅防水剂WR2和水混合均匀，即可制得再生混凝土。
实施例5
一种再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将47.2kg水泥、117kg粗骨料、68kg再生细骨料1、13kg玻化微珠、0.66kg聚羧酸减水剂、0.34kg糖钙、0.2kg改性有机硅防水剂WR2和水混合均匀，即可制得再生混凝土。
实施例6
一种再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将47.2kg水泥、117kg粗骨料、68kg再生细骨料1、13kg玻化微珠、0.71kg聚羧酸减水剂、0.35kg糖钙、0.14kg改性有机硅防水剂WR2和水混合均匀，即可制得再生混凝土。
实施例7-14
实施例7-14与实施例6的区别仅在于，实施例7-14中，选择不同再生细骨料制备例所制得的再生细骨料，具体如下表1所示。
表1实施例7-14中所用的再生细骨料表
Figure BDA0003176362710000061
对比例
对比例1
对比例1与实施例14的区别仅在于，对比例1中，再生细骨料采用再生细骨料对比例1中制得对比再生细骨料1，其余均与实施例14一致。
对比例2
对比例2与实施例14的区别仅在于，对比例2中，用天然砂代替再生细骨料9，其余均与实施例14一致。
对比例3
对比例3与实施例14的区别仅在于，对比例3中，用部分天然砂代替部分再生细骨料9；即，对比例3中，68kg细骨料由34kg天然砂和34kg再生细骨料9组成，其余均与实施例14一致。
对比例4
对比例4与实施例14的区别仅在于，对比例4中，不添加玻化微珠，其余均与实施例14一致。
性能检测试验
检测实施例1-14和对比例1-4制得再生混凝土试样的抗压强度、抗渗等级和坍落度(初始坍落度、1小时坍落度)，具体检测结果见下表2。
抗压强度：根据标准GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测；坍落度：根据标准GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能检测方法标准》检测；
抗渗等级：根据标准GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》检测。
表2再生混凝土各试样的性能检测表
Figure BDA0003176362710000071
结合实施例1-3并结合表2可以看出，再生混凝土的配比会影响其性能；
结合实施例3-6并结合表2可以看出，外加剂的选择和配比也会影响再生混凝土的性能，当减水剂、缓凝剂和防水剂按重量比为1：(0.2-0.5):(0.1-0.3)的比例混合时，混凝土的性能较好；最优的，减水剂、缓凝剂和防水剂的重量比为1：0.5:0.2。
结合实施例6-8和对比例1并结合表2可以看出，再生细骨料的活化材料与煤渣的重量比会影响再生混凝土的性能，当活化材料与煤渣的重量比(0.5-0.1)：1时，再生混凝土的性能就好；最优的，活化材料与煤渣的重量比为0.7:1；
结合实施例9-12和对比例1并结合表2可以看出，粉煤灰、粒化高炉矿渣和凹凸棒土的组成和配比均会影响再生混凝土的性能；当活化材料与煤渣的的重量比0.7：1，粉煤灰和粒化高炉矿渣的总重量占煤渣重量的80％，且粒化高炉矿渣和粉煤灰的重量比为2.5:1时，得到的再生混凝土的性能最佳。
结合实施例11和实施例13可知，煤渣的类型会影响再生混凝土的性能，选择高硅型煤渣，有利于改善再生混凝土的强度。
结合实施例11和实施例14可知，在研磨煤渣是加入活性炭，不会影响再生混凝土的性能。
对比实施例14和对比例2-3可知，用本申请的再生细骨料全部代替或部分代替天然砂，不会影响再生混凝土的性能；在实际应用中，为减少成本和减少对天然砂的开采，用再生细骨料全部代替天然砂。
对比实施例14和对比例4可知，玻化微珠与再生细骨料相互配合，可改善再生混凝土的强度和抗渗性能。
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)

1.一种再生混凝土，其特征在于：所述再生混凝土由包含以下重量份的原料制成：
水泥40-50份、粗骨料105-125份、再生细骨料60-72份、玻化微珠10-15份、外加剂1-2.5份和水13-20份；
所述再生细骨料由活化材料对煤渣进行活化制得，所述活化材料与煤渣的的重量比（0.5-2）：1；所述活化材料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣和凹凸棒土。
2.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于：所述粉煤灰和粒化高炉矿渣的总重量占煤渣重量的70%-95%。
3.根据权利要求2所述的再生混凝土，其特征在于：所述粒化高炉矿渣和粉煤灰的重量比为（1.2-2.7）：（0.8-1.3）。
4.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于：所述煤渣中，二氧化硅的含量大于45%，且三氧化二铝的含量大于20%。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的再生混凝土，其特征在于：所述再生细骨料由包括如下方法制得：
将煤渣焙烧处理，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与活化材料混合，超声处理，即可得到再生细骨料。
6.根据权利要求5所述的再生混凝土，其特征在于：所述煤渣焙烧工艺：煤渣在580-620℃下焙烧2-4小时。
7.根据权利要求5所述的再生混凝土，其特征在于：所述球磨步骤中，向煤渣中加入活性炭，所述活性炭的重量占煤渣重量的0.5%-1.2%。
8.根据权利要求1所述的再生混凝土，其特征在于：所述外加剂包括减水剂、缓凝剂和防水剂。
9.权利要求1-8中任一项所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将水泥、粗骨料、再生细骨料、玻化微珠、外加剂和水混合均匀，即可制得再生混凝土。
10.根据权利要求9所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述再生细骨料的制备步骤如下：
将煤渣焙烧处理，随后球磨，得到粒径小于等于4.75mm的煤渣粉；随后将煤渣粉与活化材料混合，超声处理，即可得到再生细骨料；
所述焙烧时，将煤渣在580-620℃下焙烧2-4小时。
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