CN113443879A - 一种利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土及其生产工艺 - Google Patents

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CN113443879A CN202110842183.1A CN202110842183A CN113443879A CN 113443879 A CN113443879 A CN 113443879A CN 202110842183 A CN202110842183 A CN 202110842183A CN 113443879 A CN113443879 A CN 113443879A
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Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土及其生产工艺。利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土由以下重量份的原料制成：水泥300‑360份，粉煤灰200‑240份，改性再生轻骨料900‑1200份，水180‑240份，减水剂5‑6份；所述改性再生轻骨料由以下重量份的原料制成：废弃混凝土颗粒20‑40份，乙醇水溶液80‑120份、淀粉18‑30份，锂基膨润土18‑30份、偶联剂4‑8份。本申请的改性再生轻骨料能够对碱骨料反应产生抑制作用，有助于提高轻骨料混凝土的强度。

Description

一种利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土及其生产工艺
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉一种利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土及其生产工艺。
背景技术
再生骨料是指废弃建材(通常为废弃混凝土)经破碎后得到的颗粒，再生骨料与天然骨料类似，可分为再生粗骨料和再生细骨料两种类型，其中堆积密度小于1100kg/m3的再生粗骨料和堆积密度小于1200kg/m3的再生细骨料合称再生轻骨料，再生轻骨料可用于生产轻骨料混凝土。
公告号CN109437761B的中国专利公开了一种节能环保轻骨料混凝土的制备方法，轻骨料混凝土的制备原料包括以下组分：水泥280-320份、粉煤灰135-160份、陶沙280-320份、再生骨料655-690份、水170-190份、减水剂2-4.5份；轻骨料混凝土的制备方法包括以下步骤：将再生骨料在改性液中浸泡1-3h后，再将再生骨料与其他原料混合搅拌，即得到轻骨料混凝土。其中改性液由以下重量份的组分组成：质量浓度为5％的水玻璃60-80份、硅烷偶联剂5-10份、有机硅树脂10-20份、高岭土5-10份。改性液对再生骨料的孔隙进行封闭，从而降低再生骨料的孔隙率，以提高轻骨料混凝土的抗压强度。
针对上述中的相关技术，发明人认为，经过改性液改性后的再生骨料表面存在活性二氧化硅成分，而水泥的水化产物具有较强的碱性，当经过改性液改性的再生骨料与水泥的水化产物接触后，容易在轻骨料混凝土中诱发碱骨料反应，使轻骨料混凝土的结构受损，导致轻骨料混凝土的强度难以进一步提高。
发明内容
相关技术中，经过改性液改性的再生骨料容易在轻骨料混凝土中诱发碱骨料反应，导致轻骨料混凝土的强度难以进一步提高，为了改善这一缺陷，本申请提供一种利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土及其生产工艺。
第一方面，本申请提供一种利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，采用如下的技术方案：
一种利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，由以下重量份的原料制成：水泥300-360份，粉煤灰200-240份，改性再生轻骨料900-1200份，水180-240份，减水剂5-6份；所述改性再生轻骨料由以下重量份的原料制成：废弃混凝土颗粒20-40份，乙醇水溶液80-120份、淀粉18-30份，锂基膨润土18-30份、偶联剂4-8份。
通过采用上述技术方案，本申请与相关技术相比，将再生骨料替换为改性再生轻骨料，在改性再生轻骨料中，淀粉在偶联剂的作用下接枝在废弃混凝土颗粒表面形成网络结构，锂基膨润土在偶联剂的作用下与淀粉复合形成保护膜，保护膜能够对水泥水化产物中的碱性物质进行隔离；锂基膨润土为保护膜提供锂离子，保护膜中含有的锂离子能够与水泥的水化产物反应产生硅酸锂凝胶，硅酸锂凝胶能够增加保护膜的致密度，提高保护膜对碱性物质的隔离效果，并且减缓碱性物质对保护膜的侵蚀，从而对碱骨料反应产生了抑制作用，有助于提高轻骨料混凝土的强度。
此外，乙醇水溶液能够携带锂基膨润土、淀粉与偶联剂渗入废弃混凝土颗粒的孔隙内并对孔隙进行填充，孔隙中的填充物具有类似保护膜的结构，填充物既对孔隙进行了支撑，又阻碍了碱性物质在孔隙中的移动，从而进一步抑制了碱骨料反应，提高了轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述改性再生轻骨料由以下重量份的原料制成：废弃混凝土颗粒25-35份，乙醇水溶液90-110份、淀粉21-27份，锂基膨润土21-27份、偶联剂5-7份。
通过采用上述技术方案，优化了改性再生轻骨料的配比，改善了对碱骨料反应的抑制效果，进一步提高了轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述锂基膨润土的平均粒径为90nm-130nm。
通过采用上述技术方案，当锂基膨润土的平均粒径过小时，锂基膨润土难以与淀粉复合形成保护膜，因此改性再生轻骨料对碱骨料反应的抑制效果较差；当锂基膨润土的平均粒径过大时，锂基膨润土难以渗入废弃混凝土颗粒的孔隙中，导致对孔隙的填充率下降，改性再生轻骨料对碱骨料反应的抑制效果同样较差，当锂基膨润土的平均粒径为90nm-130nm时，改性再生轻骨料对碱骨料反应的抑制效果较佳，因此轻骨料混凝土的强度较高。
优选的，所述轻骨料混凝土的配方中还包括10-14重量份的激发剂，所述激发剂选用明矾。
通过采用上述技术方案，明矾激发粉煤灰的反应活性，加大对碱性物质的消耗量，从而抑制碱骨料反应。此外，明矾能够电离产生铝离子和硫酸根离子，铝离子能够在轻骨料混凝土浆体的碱性环境下转化为多核铝络合物，多核铝络合物能够吸附改性再生轻骨料中夹杂的石粉，从而减少石粉对减水剂的吸附，从而改善了减水剂的应用效果，有助于提高轻骨料混凝土的强度；硫酸根离子则能够加速水泥水化产物体系中形成钙矾石的过程，有助于提高混凝土的早期强度。
优选的，所述粉煤灰的比表面积为420㎡/kg-480㎡/kg。
通过采用上述技术方案，当粉煤灰的比表面积过小时，粉煤灰的反应活性较低，消耗碱性物质的效果较差；当粉煤灰的比表面积过大时，明矾产生的多核铝络合物容易吸附粉煤灰，导致粉煤灰难以与碱性物质反应。当粉煤灰的比表面积为420㎡/kg-480㎡/kg之间时，粉煤灰消耗碱性物质的能力较强。
优选的，所述减水剂选用引气型减水剂。
通过采用上述技术方案，引气型减水剂能够在轻骨料混凝土中引入微气泡，当发生碱骨料反应时，微气泡为碱骨料反应的产物提供了膨胀空间，从而缓解了碱骨料反应的产物对轻骨料混凝土的膨胀压力，减少了轻骨料混凝土开裂的可能，有助于提高轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述轻骨料混凝土的配方中还包括6-10重量份的气泡稳定剂，所述气泡稳定性选用三萜皂苷。
通过采用上述技术方案，三萜皂苷中的葡萄糖结构单元能够与水分子形成氢键，且三萜皂苷分子中含有聚异戊二烯链段，因此能够改变气泡周围的浆体性质，增加微气泡表面的黏弹性，对气泡具有稳定作用，有助于减少微气泡的损失，提高轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述轻骨料混凝土的配方中还包括15-25重量份的增稠剂，所述增稠剂选用EVA乳胶粉。
通过采用上述技术方案，EVA乳胶粉具有耐水性和耐碱性，能够承受轻骨料混凝土浆体中碱性物质的侵蚀，EVA乳胶粉能够增加轻骨料混凝土浆体的粘度，提高浆体对改性再生轻骨料的包覆性能；此外，EVA乳胶粉还能够在改性再生轻骨料周围形成过渡区，减轻改性再生轻骨料对浆体的吸水作用，减少浆体因失水过多而无法彻底硬化的可能，有助于提高轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述改性再生轻骨料采用如下方法制备：
(1)将锂基膨润土、淀粉与偶联剂投入乙醇水溶液中，并进行搅拌，直到锂基膨润土和偶联剂完全溶解，得到改性液；
(2)将废弃混凝土颗粒投入改性液中浸泡3-5h后捞出，干燥后得到改性再生轻骨料。
通过采用上述技术方案，在步骤(1)配制的改性液中，乙醇水溶液为锂基膨润土、偶联剂与淀粉的载体。在步骤(2)中，乙醇水溶液中溶解的锂基膨润土和淀粉接触废弃混凝土颗粒，对混凝土颗粒内部的孔隙进行填充，并在废弃混凝土颗粒表面形成保护膜，然后乙醇水溶液在干燥过程中脱离废弃混凝土颗粒，即可制得改性再生轻骨料。
第二方面，本申请提供一种轻骨料混凝土的生产工艺的生产工艺，采用如下的技术方案：一种轻骨料混凝土的生产工艺，包括以下步骤：
(1)按重量份称取水泥、粉煤灰、改性再生轻骨料，干拌10-15min，得到混合干料；
(2)将减水剂与水混合，搅拌3-8min，得到减水剂溶液；
(3)将减水剂溶液分3-5次加入混合干料中，并继续进行搅拌，搅拌总时长为120s-180s，搅拌结束后即可得到轻骨料混凝土。
通过采用上述技术方案，步骤(1)中对混合干料进行干拌，使具有不同粒径的原料相互混合，步骤(2)中将减水剂与水单独混合，有助于提高轻骨料混凝土的均匀度。步骤(3)中分批次添加减水剂溶液，并持续进行搅拌，能够减少混合干料被冲散的可能，提高轻骨料混凝土的均匀度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的改性再生轻骨料中，淀粉与锂基膨润土共同组成保护膜，对，保护膜能够隔离碱性物质，并且锂基膨润土中的锂离子还能够与水泥的水化产物反应形成硅酸锂凝胶，减少保护膜受碱性物质侵蚀的速率，改善保护膜对碱性物质的隔离效果，有助于抑制碱骨料反应，提高轻骨料混凝土的强度。
2、本申请中优选明矾作为激发剂，明矾能够激发粉煤灰的反应活性，增加对碱性物质的消耗量，抑制碱骨料反应；明矾产生的多核铝络合物能够吸附石粉，改善减水剂的应用效果，提高混凝土的强度。
3、本申请的方法，对混合干料和液体组分采用分别混合的方式，并采用分批添加的方式向混合干料中添加减水剂溶液，有助于提高轻骨料混凝土的均匀度。
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。
改性再生轻骨料的制备例
制备例1-5
本申请制备例中使用的原料均可通过市售获得，其中，废弃混凝土颗粒购买自上海益茗环保科技有限公司，乙醇水溶液由购买自山东初鑫化工有限公司的乙醇配制而成，淀粉选用济南众成化工有限公司生产的工业淀粉，锂基膨润土购买自广州经纬矿业科技有限公司(按照所需平均粒径特别定制)，偶联剂选用深圳龙帝化工有限公司生产的迈图有机硅烷SILQUEST系列环氧硅烷A-187。
以下以制备例1为例说明。
制备例1
改性再生轻骨料按照以下方法制备：(1)将锂基膨润土、淀粉与偶联剂投入乙醇水溶液中，并进行搅拌，直到锂基膨润土和偶联剂完全溶解，得到改性液，其中乙醇水溶液的浓度为15％，乙醇水溶液中的水为生活用水，锂基膨润土的平均粒径为70nm；
(2)将废弃混凝土颗粒投入改性液中浸泡4h后捞出，干燥后得到改性再生轻骨料。
参照表1，制备例1-5的区别主要在于原料配比不同。
表1
Figure BDA0003178711630000051
Figure BDA0003178711630000061
参照表2，制备例3与制备例6-9的区别主要在于锂基膨润土的平均粒径不同。
表2
Figure BDA0003178711630000062
实施例
本申请实施例中使用的原料均可通过市售获得，其中，水泥选用昌华信建材出售的P.O42.5海螺水泥，粉煤灰选用灵寿县凯特云母厂出售的袋装粉煤灰(包括比表面积在390㎡/kg-510㎡/kg之间的多个不同品种)，水取自本公司产品中心的生活用水，减水剂选用江苏苏博特新材料股份有限公司生产的PCA
Figure BDA0003178711630000063
-Ⅰ系列聚羧酸高性能减水剂，明矾选用巩义市明阳净水填料厂生产的建筑工程用明矾，三萜皂苷选用购买自济南道融化工有限公司，EVA乳胶粉购买自北京万图明科技有限公司。
实施例1-5
以下以实施例1为例进行说明。
实施例1
实施例1中轻骨料混凝土按照以下步骤制备：
(1)按重量份称取水泥、粉煤灰、改性再生轻骨料，干拌10-15min，得到混合干料，其中改性再生轻骨料选用制备例1的改性再生轻骨料，其中粉煤灰的比表面积为390㎡/kg；
(2)将减水剂与水混合，搅拌3-8min，得到减水剂溶液；
(3)将减水剂溶液分3-5次加入混合干料中，并继续进行搅拌，搅拌总时长为120s-180s，搅拌结束后即可得到轻骨料混凝土。
如表3,实施例1-5的区别主要在于原料配比不同
表3
Figure BDA0003178711630000071
实施例6-13
如表4所示，实施例6-13与实施例3的区别主要在于改性再生轻骨料的制备例不同。
表4
Figure BDA0003178711630000072
实施例14
本实施例与实施例11不同之处在于，轻骨料混凝土的配方中还包括10kg激发剂，激发剂选用明矾，明矾在步骤(1)中与水泥、粉煤灰以及改性再生轻骨料共同混合为混合干料。
实施例15
本实施例与实施例14的不同之处在于，明矾的用量为11kg。
实施例16
本实施例与实施例14的不同之处在于，明矾的用量为12kg。
实施例17
本实施例与实施例16的不同之处在于，明矾的用量为13kg。
实施例18
本实施例与实施例17的不同之处在于，明矾的用量为14kg。
实施例19
本实施例与实施例16的不同之处在于，粉煤灰的比表面积为420㎡/kg。
实施例20
本实施例与实施例19的不同之处在于，粉煤灰的比表面积为450㎡/kg。
实施例21
本实施例与实施例20的区别在于，粉煤灰的比表面积为480㎡/kg。
实施例22
本实施例与实施例21的区别在于，粉煤灰的比表面积为510㎡/kg。
实施例23
本实施例与实施例20的区别在于，减水剂为引气型减水剂，引气型减水剂选用郑州市金水区铭宇化工商行生产的高效引气减水剂。
实施例24
本实施例与实施例23的区别在于，轻骨料混凝土的配方中还包括6kg气泡稳定剂，气泡稳定剂选用三萜皂苷，三萜皂苷在步骤(2)中与水、引气型减水剂共同混合为减水剂溶液。
实施例25
本实施例与实施例24的区别在于，三萜皂苷的用量为7kg。
实施例26
本实施例与实施例25的区别在于，三萜皂苷的用量为8kg。
实施例27
本实施例与实施例26的区别在于，三萜皂苷的用量为9kg。
实施例28
本实施例与实施例27的区别在于，三萜皂苷的用量为10kg。
实施例29
本实施例与实施例26的区别在于，轻骨料混凝土的配方中还包括15kg增稠剂，增稠剂选用EVA乳胶粉，EVA乳胶粉在步骤(1)中与水泥、粉煤灰、明矾以及改性再生轻骨料共同混合为混合干料。
实施例30
本实施例与实施例29的区别在于，EVA乳胶粉的用量为17kg。
实施例31
本实施例与实施例30的区别在于，EVA乳胶粉的用量为20kg。
实施例32
本实施例与实施例31的区别在于，EVA乳胶粉的用量为23kg。
实施例33
本实施例与实施例32的区别在于，EVA乳胶粉的用量为25kg。
对比例
对比例1
根据公告号CN109437761B的中国专利中实施例1制备方法制备的轻骨料混凝土。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于，不包括粉煤灰，且水泥用量为550kg。
性能检测试验方法
制得轻骨料混凝土后，将轻骨料混凝土的拌合物制作为150mm×150mm×150mm尺寸的立方体试件，并在20±2℃的温度条件下，保持养护室湿度在95％以上进行养护，养护7天和28天时各取一组试件测试抗压强度。取样方法参照《GB-T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准标准规范》，制件方法、养护方法和抗压强度测试方法参照《GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》。
表5
Figure BDA0003178711630000101
结合实施例1-5和对比例1并结合表5可以看出，实施例1-5的7天抗压强度和28天抗压强度相对于均高于对比例1，说明改性再生轻骨料更有利于抑制碱骨料反应，提供混凝土的强度。在实施例1-实施例5中，实施例3的7天抗压强度和28天抗压强度均较高，说明实施例3中改性再生轻骨料的配比更有利于抑制碱骨料反应。
结合实施例3和对比例2并结合表5可以看出，对比例2中，7天抗压强度和28天抗压强度均低于实施例3，说明粉煤灰对有助于抑制碱骨料反应,提高轻骨料混凝土的强度。
结合实施例3、实施例6-9并结合表5可以看出，实施例7的7天抗压强度和28天抗压强度均较高，说明制备例3的改性再生轻骨料的配比更有利于抑制碱骨料反应,提高轻骨料混凝土的强度。
结合实施例7、实施例10-13并结合表5可以看出,实施例11的7天抗压强度和28天抗压强度均较高，说明锂基膨润土的平均粒径为110nm时，更有利于抑制碱骨料反应,提高轻骨料混凝土的强度。
结合实施例11、实施例14-18并结合表5可以看出，实施例14-18的7天抗压强度和28天抗压强度均较高，说明明矾有助于抑制碱骨料反应，提高轻骨料混凝土的抗压强度。在实施例14-18中，实施例16的7天抗压强度和28天抗压强度较高，说明明矾用量为12kg时，对碱骨料反应的抑制效果较好。
结合实施例16、实施例19-22并结合表5可以看出，实施例19-21的7天抗压强度和28天抗压强度均较高，说明粉煤灰的比表面积在420㎡/kg-480㎡/kg之间时，对碱骨料反应的抑制效果较佳。在实施例20中，粉煤灰的比表面积为450㎡/kg，此时对碱骨料反应的抑制效果较好。
结合实施例23和实施例20并结合表5可以看出，当将非引气型减水剂替换为引气型减水剂后，7天抗压强度和28天抗压强度均较高均升高，说明引气型减水剂更有利于抑制碱骨料反应,提高轻骨料混凝土的强度。
结合实施例23-28可以看出，实施例24-28的7天抗压强度和28天抗压强度均高于实施例23，说明三萜皂苷能够改善引气型减水剂对碱骨料反应的抑制效果。实施例26中，三萜皂苷的用量为8kg，此时的7天抗压强度和28天抗压强度均较高，说明在此用量条件下，引气型减水剂对碱骨料反应的抑制效果更好。
结合实施例26和实施例29-33可以看出，实施例29-33的7天抗压强度和28天抗压强度均高于实施例26，说明增稠剂进一步抑制了对轻骨料混凝土中的碱骨料反应。其中，实施例31的7天抗压强度和28天抗压强度均较高。
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)

1.一种利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，其特征在于，所述轻骨料混凝土由以下重量份的原料制成：水泥300-360份，粉煤灰200-240份，改性再生轻骨料900-1200份，水180-240份，减水剂5-6份；所述改性再生轻骨料由以下重量份的原料制成：废弃混凝土颗粒20-40份，乙醇水溶液80-120份、淀粉18-30份，锂基膨润土18-30份、偶联剂4-8份。
2.根据权利要求1所述的利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，其特征在于，所述改性再生轻骨料由以下重量份的原料制成：废弃混凝土颗粒25-35份，乙醇水溶液90-110份、淀粉21-27份，锂基膨润土21-27份、偶联剂5-7份。
3.根据权利要求1所述的利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，其特征在于，所述锂基膨润土的平均粒径为90nm-130nm。
4.根据权利要求3所述的利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，其特征在于，所述轻骨料混凝土的配方中还包括10-14重量份的激发剂，所述激发剂选用明矾。
5.根据权利要求4所述的利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，其特征在于，所述粉煤灰的比表面积为420㎡/kg -480㎡/kg。
6.根据权利要求1所述的利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，其特征在于，所述减水剂选用引气型减水剂。
7.根据权利要求6所述的利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，其特征在于，所述轻骨料混凝土的配方中还包括6-10重量份的气泡稳定剂，所述气泡稳定性选用三萜皂苷。
8.根据权利要求1所述的利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，其特征在于，所述轻骨料混凝土的配方中还包括15-25重量份的增稠剂，所述增稠剂选用EVA乳胶粉。
9.根据权利要求1所述的利用再生轻骨料生产的轻骨料混凝土，其特征在于，所述改性再生轻骨料采用如下方法制备：
（1）将锂基膨润土、淀粉与偶联剂投入乙醇水溶液中，并进行搅拌，直到锂基膨润土和偶联剂完全溶解，得到改性液；
（2）将废弃混凝土颗粒投入改性液中浸泡3-5h后捞出，干燥后得到改性再生轻骨料。
10.根据权利要求1-9任一所述的轻骨料混凝土的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量份称取水泥、粉煤灰、改性再生轻骨料，干拌10-15min，得到混合干料；
（2）将减水剂与水混合，搅拌3-8min，得到减水剂溶液；
（3）将减水剂溶液分3-5次加入混合干料中，并继续进行搅拌，搅拌总时长为120s-180s，搅拌结束后即可得到轻骨料混凝土。
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