CN113461368A - 一种再生混凝土的制备方法 - Google Patents

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CN113461368A CN202010242512.4A CN202010242512A CN113461368A CN 113461368 A CN113461368 A CN 113461368A CN 202010242512 A CN202010242512 A CN 202010242512A CN 113461368 A CN113461368 A CN 113461368A
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宋洁
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Abstract

本发明公开了一种再生混凝土的制备方法，该方法采用等体积骨料制备法，通过骨料替代计算方法确定不同的配合比，使得再生混凝土中新添加天然粗骨料
Figure DDA0002433031320000011
和再生粗骨料包含的天然粗骨料
Figure DDA0002433031320000012
的总体积等于有相同硬化条件的普通混凝土中天然粗骨料的体积，再生混凝土中再生粗骨料的残余砂浆
Figure DDA0002433031320000013
和新拌砂浆

Description

一种再生混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种再生混凝土的制备方法。
背景技术
再生混凝土骨料是由废弃的混凝土经过破碎，清洗，分级后制作而成的。而利用再生混凝土骨料部分替代或全部替代天然骨料并加入水泥，水等材料制作的混凝土称为再生混凝土。传统的再生混凝土配合比方法是以普通混凝土配合比为基础，把再生粗骨料等质量或者是等体积的替代部分或是全部的天然粗骨料制作而成。传统的再生混凝土制备方法忽视了砂浆的存在，将再生粗骨料完全当做天然粗骨料的替代物从而导致制作的再生混凝土的性能比普通混凝土要差。
中国专利号为201910901744.3的《一种再生混凝上及其制备方法》申请案，该专利通过酸改性再生骨料，填充改性再生骨料，包裹改性再生骨料从而使制备得再生混凝土抗压强度高、抗渗性能好。该方法存在的问题在于：操作步骤繁琐、制作成本高，难以在实际工程中大范围推广应用。
基于传统方法制备再生混凝土产生的力学性能和耐久性差等问题和以上专利文献存在的不足，本发明旨在提出一种可以提高再生混凝土的性能且成本低无需复杂操作的方法，该方法不仅可以不需要改善再生骨料的性能还可以减少水泥的用量降低制作成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了提供一种操作简单，成本低而且可以提高再生混凝土性能的方法。该方法基于再生骨料看成由原生石子和残余砂浆两部分组成，原理就是使得再生混凝土中天然石子和再生粗骨料的原生石子组成的粗骨料总体积等于对应普通混凝土中天然粗骨料的体积，再生混凝土中的残余砂浆和新拌砂浆的总体积等于普通混凝土中砂浆总体积。通过这种方法制作出的再生混凝土与普通混凝土相比性能相当甚至更优。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种再生混凝土的制备方法，该方法采用等体积骨料制备法，通过骨料替代计算方法确定不同的配合比，使得再生混凝土中新添加天然粗骨料
Figure BDA0002433031300000021
和再生粗骨料包含的天然粗骨料
Figure BDA0002433031300000022
的总体积等于有相同硬化条件的普通混凝土中天然粗骨料的体积，再生混凝土中再生粗骨料的残余砂浆
Figure BDA0002433031300000023
和新拌砂浆
Figure BDA0002433031300000024
的总体积等于有相同硬化条件的普通混凝土中砂浆总体积，最终得到再生混凝土。
将再生粗骨料看成由原生石子和残余砂浆两部分组成。将再生粗骨料中的砂浆、原生石子当做再生混凝土砂浆，粗骨料的一部分，即：
再生混凝土砂浆总含量＝再生骨料的砂浆+新添加的砂浆；
再生混凝土粗骨料总含量＝再生骨料的原生石子+新添加的粗骨料。
首先要测得再生骨料的砂浆含量，根据测得的砂浆含量计算其他材料的用量，计算过程如下：
(1)再生混凝土中所需再生粗骨料和天然粗骨料比例的确定：
设再生混凝土中天然粗骨料(NCA)的体积为
Figure BDA0002433031300000025
NCA的含量比R定义为:
Figure BDA0002433031300000026
当R＝0代表粗骨料100％为再生粗骨料的混凝土，而R＝1对应的是100％天然粗骨料即无再生粗骨料的混凝土。
对于再生混凝土及具有相同硬化性能的普通混凝土，本制备方法要求满足以下两个条件：
Figure BDA0002433031300000031
Figure BDA0002433031300000032
Figure BDA0002433031300000033
再生混凝土总的砂浆含量；
Figure BDA0002433031300000034
有相同硬化性能的普通混凝土的砂浆含量；
Figure BDA0002433031300000035
再生混凝土中天然粗骨料总的含量，即再生混凝土中新掺的天然粗骨料和被再生粗骨料里被砂浆包裹的天然粗骨料(OVA)之和；
Figure BDA0002433031300000036
有相同硬化性能的普通混凝土中天然粗骨料的含量。
Figure BDA0002433031300000037
Figure BDA0002433031300000038
Figure BDA0002433031300000039
再生混凝土里再生粗骨料外面包裹的砂浆含量；
Figure BDA00024330313000000310
再生混凝土里的新掺砂浆含量；
Figure BDA00024330313000000311
再生混凝土里面原有的天然粗骨料即再生粗骨料里被砂浆包裹的天然粗骨料含量；
Figure BDA00024330313000000312
再生混凝土里新添加的天然粗骨料的含量。
为了满足再生混凝土和有相同硬化性能的普通混凝土中天然粗骨料总体积相等的条件，必须知道量
Figure BDA0002433031300000041
该量可以在知道RMC(再生粗骨料的砂浆含量)，OVA和再生粗骨料的体积比重后计算得到：
Figure BDA0002433031300000042
Figure BDA0002433031300000043
再生粗骨料在再生混凝土中的含量；
Figure BDA0002433031300000044
再生粗骨料的体积比重；
Figure BDA0002433031300000045
OVA的体积比重。
根据(1),(3),(5)和(6)，再生混凝土中再生粗骨料和新添加的天然粗骨料所需的体积和重量如下:
Figure BDA0002433031300000046
Figure BDA0002433031300000047
Figure BDA0002433031300000048
Figure BDA0002433031300000049
Figure BDA00024330313000000410
再生混凝土中所需的再生粗骨料的干重；
Figure BDA00024330313000000411
再生混凝土中所需的新鲜的天然粗骨料的干重；
Figure BDA00024330313000000412
天然粗骨料的体积比重。
(2)再生混凝土中所需水、水泥和细骨料比例的测定：
Figure BDA0002433031300000051
通过公式(2),(4)和(11)可确定再生混凝土所需的新鲜砂浆
Figure BDA0002433031300000052
含量为：
Figure BDA0002433031300000053
通过将相关普通混凝土中砂浆的成分数量乘以
Figure BDA0002433031300000054
可以确定再生混凝土中相应的细骨料，水泥和水的量为：
Figure BDA0002433031300000055
Figure BDA0002433031300000056
Figure BDA0002433031300000057
Figure BDA0002433031300000058
制作再生混凝土所需水的质量；
Figure BDA0002433031300000059
制作有相同硬化性能的普通混凝土所需水的质量；
Figure BDA00024330313000000510
制作再生混凝土所需水泥的质量；
Figure BDA00024330313000000511
制作有相同硬化性能的普通混凝土所需水泥的质量；
Figure BDA00024330313000000512
制作再生混凝土所需天然细骨料的干重；
Figure BDA00024330313000000513
制作有相同硬化性能的普通混凝土所需天然细骨料的干重。
通过假设不同的置换比，可以得到不同配合比的再生混凝土，但其总砂浆和总天然粗骨料体积是相同的。需要注意的是，与传统的骨料替代方法不同，不同的配合比并不会导致再生混凝土的整体灰浆含量高于普通混凝土。
(3)再生混凝土中再生粗骨料的最小替代率
尽管希望在再生混凝土中最大限度地使用再生粗骨料，但基于用于实现指定特性的建议方法，再生粗骨料的最大替代率存在上限，并且这个最大替代率取决于再生粗骨料的砂浆含量。要研究砂浆含量对混合比例的影响，需要检查砂浆含量的理论下限和上限(分别为0和100％)。
在再生粗骨料中不存在任何砂浆的情况下，再生粗骨料完全由天然粗骨料制成，其堆积比重为
Figure BDA0002433031300000061
之比变为1。可以使用常规的混合物设计方法来设计使用这种再生粗骨料制成的混合物。
随着再生粗骨料砂浆含量的增加并最终接近100％的上限，
Figure BDA0002433031300000062
急剧增加，并且
Figure BDA0002433031300000063
这意味着再生粗骨料完全由砂浆制成，并且没有任何天然粗骨料。再生粗骨料(完全由砂浆组成)制成的任何混凝土中，再生粗骨料的增加只会增加混凝土的砂浆含量，而粗骨料含量将完全由新的骨料组成。
对于低砂浆含量的再生粗骨料，所需的
Figure BDA0002433031300000064
可以使再生混凝土中的天然粗骨料总量和砂浆总量与有相同硬化性能的普通混凝土的相等，但对于砂浆含量高的再生粗骨料，所需的再生粗骨料量
Figure BDA0002433031300000065
成比例增加。放置在单位体积的混凝土中的任何粗骨料(包括再生粗骨料)的最大数量等于该骨料的干重单位体积。因此，再生混凝土中再生粗骨料含量的上限是再生粗骨料
Figure BDA0002433031300000066
的干重体积。因此，可以将再生混凝土的单位体积中可添加的再生粗骨料的最大体积
Figure BDA0002433031300000067
计算为:
Figure BDA0002433031300000071
Figure BDA0002433031300000072
再生粗骨料的体积比重。
对于再生粗骨料中较高的砂浆含量，可能无法将所需的
Figure BDA0002433031300000073
放置在单位体积的混凝土中。换句话说，可能无法在再生混凝土中使用100％再生粗骨料，并且可能需要向混合物(R＞0)中添加一些新鲜的天然粗骨料，以补偿再生混凝土的总天然粗骨料的不足。
有相同硬化性能的普通混凝土中天然粗骨料的绝对体积
Figure BDA0002433031300000074
在等式(7)与其干重体积
Figure BDA0002433031300000075
有关
Figure BDA0002433031300000076
Figure BDA0002433031300000077
天然粗骨料的体积比重。
通过将等式(6)和(17)代入等式(7)，可以将最小替代率
Figure BDA0002433031300000078
计算为:
Figure BDA0002433031300000079
通过假设再生粗骨料(RCA)和天然粗骨料(NCA)的形状和尺寸等级相同，可以这样写：
Figure BDA00024330313000000710
假设用于替代再生粗骨料(RCA)的天然粗骨料(NCA)与再生粗骨料(RCA)中的原生石子(OVA)相似，则等式(18)中
Figure BDA00024330313000000711
将变为1。因此，等式(19)代入等式(18)，可得出：
Figure BDA0002433031300000081
(4)再生混凝土中允许100％再生粗骨料时的砂浆含量
通过重新排列等式(20)，可以确定具有100％再生粗骨料(RCA)含量的再生混凝土的最大允许再生粗骨料砂浆含量(RMC)，如下所示:
Figure BDA0002433031300000082
本发明有益效果：
(1)再生骨料是由废弃混凝土制而成，可就地取材，因此廉价易得，运输成本低，制作的再生混凝土成本低。
(2)消耗的天然矿石资源和水泥少，节约了不可再生资源，保护了环境。
(3)通过此方法制作的再生混凝土克服了传统制作方法的不足，考虑到再生骨料是由天然粗骨料和砂浆组成，将再生骨料的砂浆当做再生混凝土的一部分从而提高了再生混凝土的性能，使再生混凝土的应用范围扩大。
(4)与其它再生混凝土的制作方法相比，再生骨料不需要进行手续繁多改性，也不需要特殊的搅拌工具就可以直接用于再生混凝土的制作，大大简化了再生混凝土的制作流程和降低了再生混凝土的制作成本。
(5)该方法简单可行，只需要测得再生骨料的砂浆含量，就可通过计算获得其它材料用量，制作成出的再生混凝土适于大规模推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1：有相同硬化性能的普通混凝土与再生混凝土的抗压强度对比；
图2：有相同硬化性能的普通混凝土与再生混凝土的全应力-应变曲线对比。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明进一步的阐述。
实施例1
本发明公开了一种再生混凝土的制备方法，具体实施如下：
表1 相同硬化条件的普通混凝土
Figure BDA0002433031300000091
1m3相同硬化条件的普通混凝土中所需的天然粗骨料体积:
VNCA NAC＝WOD-NCA NAC/(SGb Coarse NA×1000)＝0.308642m3；
1m3相同硬化条件的普通混凝土中所需的天然细骨料体积:
VNFA NAC＝WOD-NFA NAC/(SGb NFA×1000)＝0.301653m3；
1m3相同硬化条件的普通混凝土中所需的水泥体积:
VC NAC＝WC NAC/(SGb C×1000)＝0.136508m3；
1m3相同硬化条件的普通混凝土中所需的水体积:
VW NAC＝WW NAC/1000＝0.193m3；
1m3相同硬化条件的普通混凝土中所需的砂浆量:
VM NAC＝1-VNCA NAC＝0.691358m3。
从河北邯郸全有生态建材有限公司购买到的再生骨料的性能如表2：
表2 再生粗骨料性能
SG<sub>b</sub><sup>RCA</sup>＝ 2.31 再生粗骨料的体积比重
SG<sub>b</sub><sup>OVA</sup>＝ 2.703 再生粗骨料里包裹的天然粗骨料的体积比重
MC<sup>RCA</sup>＝ 1.1 ％ 再生粗骨料的水分含量
AC<sup>RCA</sup>＝ 5.4 ％ 再生粗骨料的吸水能力
RMC＝ 41 ％ 再生粗骨料的残余砂浆含量(基于重量)
再生混凝土中允许粗骨料100％为再生粗骨料的最大砂浆含量：
Figure BDA0002433031300000101
1m3再生混凝土中的最小天然粗骨料含量比：
Figure BDA0002433031300000102
设1m3再生混凝土中选定的粗天然骨料含量比为49.6％；
1m3的再生混凝土中所需的再生粗骨料体积：
Figure BDA0002433031300000103
1m3的再生混凝土中所需的天然粗骨料体积:
VNCA RAC＝VNCA NAC×R＝0.153086m3；
1m3的再生混凝土中所需的新鲜砂浆体积；
Figure BDA0002433031300000111
1m3的新鲜再生混凝土中所需的再生粗骨料烘干质量：
Figure BDA0002433031300000112
1m3的再生混凝土中所需的天然粗骨料烘干质量：
Figure BDA0002433031300000113
1m3的再生混凝土中所需的天然细骨料烘干质量：
Figure BDA0002433031300000114
1m3的再生混凝土中所需的水泥质量：
Figure BDA0002433031300000115
1m3的再生混凝土中所需的水的质量：
Figure BDA0002433031300000116
有相同硬化性能的普通混凝土与再生混凝土的抗压强度如图1所示；
有相同硬化性能的普通混凝土与再生混凝土的全应力-应变曲线如图2所示。

Claims (7)

1.一种再生混凝土的制备方法，其特征在于：该方法采用等体积骨料制备法，通过骨料替代计算方法确定不同的配合比，使得再生混凝土中新添加天然粗骨料
Figure FDA0002433031290000011
和再生粗骨料中包含的天然粗骨料
Figure FDA0002433031290000012
的总体积等于有相同硬化条件的普通混凝土中天然粗骨料的体积，再生混凝土中的残余砂浆
Figure FDA0002433031290000013
和新拌砂浆
Figure FDA0002433031290000014
的总体积等于有相同硬化条件的普通混凝土中砂浆总体积，最终得到再生混凝土。
2.根据权利要求1所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述再生粗骨料包含的天然粗骨料体积
Figure FDA0002433031290000015
通过下列公式计算得到：
Figure FDA0002433031290000016
其中，
Figure FDA0002433031290000017
指再生混凝土中的再生粗骨料；
Figure FDA0002433031290000018
指再生粗骨料的体积比重；
Figure FDA0002433031290000019
指再生粗骨料中包含的天然粗骨料的体积比重。
3.根据权利要求2所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述再生混凝土中的再生粗骨料体积
Figure FDA00024330312900000110
其中
Figure FDA00024330312900000111
指有相同硬化条件的普通混凝土中的天然粗骨料。
4.根据权利要求2所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述再生混凝土中的再生粗骨料的干重通过下列公式计算得到：
Figure FDA00024330312900000112
再生混凝土中新添加天然粗骨料的干重为
Figure FDA00024330312900000113
5.根据权利要求1所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述再生混凝土中的残余砂浆体积
Figure FDA0002433031290000021
新拌砂浆
Figure FDA0002433031290000022
其中，
Figure FDA0002433031290000023
指有相同硬化条件的普通混凝土的砂浆含量，
Figure FDA0002433031290000024
指再生混凝土中天然粗骨料总的含量。
6.根据权利要求1所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述再生混凝土中所需水的质量为
Figure FDA0002433031290000025
再生混凝土所需水泥的质量为
Figure FDA0002433031290000026
再生混凝土所需细骨料的干重为
Figure FDA0002433031290000027
其中，
Figure FDA0002433031290000028
制作有相同硬化条件的普通混凝土所需水的质量；
Figure FDA0002433031290000029
制作有相同硬化条件的普通混凝土所需水泥的质量；
Figure FDA00024330312900000210
制作有相同硬化条件的普通混凝土所需细骨料的干重。
7.根据权利要求1所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于：所述再生混凝土的单位体积中可添加的再生粗骨料的最大体积:
Figure FDA00024330312900000211
其中，
Figure FDA00024330312900000212
指再生粗骨料的体积比重。
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