CN113735520B - 一种抗开裂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，具体公开了一种抗开裂再生混凝土及其制备方法。该再生混凝土包括再生粗骨料450‑750份、再生细骨料400‑600份、水泥150‑250份、水80‑120份、粉煤灰50‑80份、矿渣粉50‑80份、复合膨胀剂15‑20份、硅烷偶联剂10‑20份、减水剂5‑10份和纤维5‑30份；其制备方法为：按配比将再生粗骨料、再生细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣粉、和纤维后搅拌混合均匀，得到第一混合物；将复合膨胀剂加入第一混合物中，混合均匀，得到第二混合物；将水、硅烷偶联剂以及减水剂加入第二混合物中,混合均匀，得到抗开裂再生混凝土。本申请的再生混凝土可用于降低再生粗骨料与再生细骨料的孔隙率，提高再生混凝土的和抗压强度，从而提高混凝土的抗裂性能。

Description

一种抗开裂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，它涉及一种抗开裂再生混凝土及其制备方法。
背景技术
再生混凝土是将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然骨料，再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。
由于废弃混凝土在破碎过程中受到较大外力作用，在再生骨料内部会出现大量微细裂缝，使得再生骨料的吸水率和吸水速率都远高于天然骨料，且再生骨料的界面孔隙要多于天然骨料的界面孔隙，因此再生骨料与水泥结合不紧密，使得使用废弃混凝土作为再生骨料的再生混凝土容易出现开裂的情况。
发明内容
为了提高再生混凝土的抗开裂性能，本申请提供一种抗开裂再生混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种抗开裂再生混凝土，采用如下的技术方案：
一种抗开裂再生混凝土，由包含如下重量份数的原料制成：
再生粗骨料450-750份、再生细骨料400-600份、水泥150-250份、水80-120份、粉煤灰50-80份、矿渣粉50-80份、复合膨胀剂15-20份、硅烷偶联剂10-20份、减水剂5-10份和纤维5-30份；
所述复合膨胀剂包括微硅粉3-5份、海泡石4-5份以及石蜡8-10份。
由于再生粗骨料孔隙率和吸水率较高，通过采用上述技术方案，本申请的复合膨胀剂能够填充到再生粗骨料的孔隙中，以减少再生粗骨料的孔隙率以及吸水率，从而提高混凝土的抗裂性能。
具体的，复合膨胀剂中的石蜡可使微硅粉和海泡石均匀分布于体系中，微硅粉和海泡石进入再生混凝土的空隙中后遇水膨胀，从而填充在再生粗骨料的孔隙内，以减少再生粗骨料的孔隙率以及吸水率，进而提高再生混凝土的抗裂性能。
由于再生细骨料的粘结力较小并且再生细骨料在破碎过程中产生了部分裂缝，从而增大了再生混凝土的孔隙率和孔径，加快了再生混凝土的失水速率，由于粉煤灰和矿渣粉的粒径一般为1μm-10μm，因此加入适量的粉煤灰和矿渣粉能够充分发挥水泥的交界性能并填充再生细骨料以及再生粗骨料的孔隙，改善再生混凝土的整体性能，消耗工业固体废弃物，保护环境，并且粉煤灰和矿渣粉能降低水泥的水化热，增加混凝土凝结速度。
优选的，所述微硅粉的含硅量为93％以上；所述微硅粉的粒径范围为0.1μm-0.5μm。
通过采用上述技术方案，粒径范围为0.1μm-0.5μm的微硅粉具有很好的填充效应，可以填充再生粗骨料和再生细骨料的细小孔隙，并且可以填充在水泥颗粒的空隙之间，同时，微硅粉遇水形成凝胶体，可填充再生混凝土的裂缝，提高再生混凝土的抗压强度和耐磨性；此外，微硅粉的含硅量越高，杂质含量越少，遇水膨胀填充孔隙的效果越好。
优选的，所述海泡石的粒径范围为7μm-10μm。
通过采用上述技术方案，粒径范围为7μm-10μm的海泡石可以进入再生粗骨料与再生细骨料的空隙中并进行填充，提高混凝土的抗开裂性能，并且海泡石遇水膨胀快，与微硅粉有很好的协同作用。
优选的，所述再生粗骨料包括30wt％-50wt％粒径为5mm-10mm的再生粗骨料、30wt％-50wt％粒径为10mm-20mm的再生粗骨料、以及10wt％-20wt％粒径为20mm-27.5mm的再生粗骨料；
所述再生细骨料的粒径范围为0.2mm-4.75mm。
通过采用上述技术方案，再生粗骨料表面粗糙、棱角多，存在较多微裂纹，适当增加小粒径的再生细骨料，可以提高混凝土的抗压强度，因此可按照骨料粒径的大小对再生粗骨料和再生细骨料进行搭配，使制备成的再生混凝土凝固后的强度更大，抗开裂性能更强。
优选的，所述再生粗骨料与再生细骨料的质量比范围为(1.1-1.3)∶1。
通过采用上述技术方案，由于再生细骨料粘结性差，再生粗骨料微裂纹较多，适当控制再生粗骨料与再生细骨料的质量比，可有效提高再生混凝土的抗开裂性能和抗压强度。
优选的，所述纤维包括木质素纤维2-8份、钢纤维1-12份以及纺织纤维2-10份。
通过采用上述技术方案，本申请将木质素纤维、钢纤维和纺织纤维按一定比例加入再生混凝土的配方中，可增强再生混凝土的韧性，减少在再生混凝土在使用过程中产生裂缝；当再生混凝土凝固后，纤维能在再生混凝土内形成致密分布的系统，增强再生混凝土的抗开裂性能；其中，木质素纤维具有韧性和分散性良好，可缓解和抑制再生混凝土早期塑性收缩的裂缝，进而提高混凝土的抗裂性能；钢纤维一方面可以抑制再生混凝土中产生收缩裂缝，另一方面可改善再生混凝土受荷后裂缝的扩展，从而提高再生混凝土的抗开裂能力；纺织纤维强度高、弹性好、耐磨性好，纺织纤维可以在再生混凝土中形成支撑体系，有利于分散再生混凝土的定向应力，使得再生混凝土的韧性增强；当木质素纤维、钢纤维以及纺织纤维共同作用时，进一步提高了再生混凝土的抗压强度。
优选的，所述水和所述水泥的质量比范围为(0.36-0.6)∶1。
通过采用上述技术方案，水和水泥的质量比过小会使水化热较大，混凝土容易开裂，质量比过大会降低混凝土的强度，因此适当降低水灰比，会使再生混凝土孔隙减少，提高再生混凝土的抗开裂性能。
优选的，所述粉煤灰与所述矿渣粉的质量比范围为(1-1.5)∶1。
通过采用上述技术方案，双掺粉煤灰和矿渣粉时的再生混凝土比单独加入粉煤灰或矿渣粉时的再生混凝土的抗压强度大，且适当调整粉煤灰与和矿渣粉的比例时，可使再生混凝土的抗压强度增高。
优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种；所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-151和KH-560中的一种或几种混合；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂、萘系减水剂和氨基高效减水剂中的一种。
通过采用上述技术方案，水泥的性能影响再生混凝土的质量和性能，选择合适的水泥，使水泥与其他各组分之间的协同作用更强，进一步提升再生混凝土的抗开裂性能；硅烷偶联剂可提高再生粗骨料、再生细骨料与水泥之间的粘结强度，进而提高再生混凝土的强度；减水剂能够减少水的加入，减少形成水泥孔隙，从而提高再生混凝土的强度，增强再生混凝土的抗开裂性能。
第二方面，一种抗开裂再生混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种抗开裂再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
按配比将再生粗骨料、再生细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣粉、和纤维后搅拌混合均匀，得到第一混合物；
将复合膨胀剂加入第一混合物中，混合均匀，得到第二混合物；
将水、硅烷偶联剂以及减水剂，按重量份加入第二混合物中，混合均匀，得到抗开裂再生混凝土。
通过上述技术方案，先将再生粗骨料、再生细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣粉、和纤维后搅拌混合均匀，再加入复合膨胀剂，使复合膨胀剂均匀分布在第一混合物中并填充孔隙，最后加入水、硅烷偶联剂以及减水剂，使水、硅烷偶联剂和减水剂共同混合均匀地分部在体系中，复合膨胀剂遇水膨胀后，进一步填充裂缝，从而得到抗开裂再生混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请通过添加复合膨胀剂，复合膨胀剂填充在再生粗骨料及再生细骨料的孔隙中并遇水膨胀，有效填充了再生混凝土的裂缝，从而提高混凝土的抗裂性能；
2、本申请按照骨料粒径的大小对再生粗骨料和再生细骨料进行搭配，使制备成的再生混凝土凝固后的强度更大，抗开裂性能更强。
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。
本申请所涉及到的原料信息见表1。
表1 原料信息
原料 来源
再生粗骨料 再生细骨料 许昌金科资源再生股份有限公司
普通硅酸盐水泥 河南垒固建筑工程有限公司
铝酸盐水泥 浙江三狮集团特种水泥有限公司
硫铝酸盐水泥 郑州市中泰水泥有限公司
粉煤灰 石家庄本诺矿产品有限公司
矿渣粉 石家庄州林矿产品有限公司
微硅粉 山东博肯硅材料有限公司
海泡石 灵寿县嘉硕建材加工有限公司
石蜡 扬州天诗新材料科技有限公司
硅烷偶联剂 济南明星化工有限公司
萘系减水剂 济南明冠化工有限公司
聚羧酸高性能减水剂 济宁三石生物科技有限公司
氨基高效减水剂 盐城市科利达科技有限公司
木质素纤维 济南万得丰环保科技有限公司
钢纤维 山东恒泰新材料科技有限公司
纺织纤维 泰安东润土工材料有限公司
实施例
本发明的实施例1-5中各原料的配比情况见表2。
表2实施例1-5抗裂再生混凝土配方表
Figure BDA0003260443250000041
Figure BDA0003260443250000051
实施例1-5
一种抗裂再生混凝土，各组分及其相应的重量如表2所示，并通过如下方法制备：
按配比将再生粗骨料、再生细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣粉、和纤维后搅拌混合均匀，得到第一混合物；
将复合膨胀剂加入第一混合物中，混合均匀，得到第二混合物；
将水、硅烷偶联剂以及减水剂加入第二混合物中，混合均匀，得到抗开裂再生混凝土。
实施例6
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，微硅粉的粒径为1μm-2μm。
实施例7
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，微硅粉的含硅量为80％-90％。
实施例8
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，海泡石的粒径为20μm-40μm。
实施例9
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，再生粗骨料为50kg粒径为5mm-10mm的再生粗骨料。
实施例10
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，再生粗骨料为50kg粒径为10mm-20mm的再生粗骨料。
实施例11
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，再生粗骨料为50kg粒径为20mm-27.5mm的再生粗骨料。
实施例12
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，再生粗骨料为25kg粒径为5mm-10mm的再生粗骨料和25kg粒径为20mm-27.5mm的再生粗骨料。
实施例13
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，再生粗骨料为25kg粒径为10mm-20mm的再生粗骨料和25kg粒径为20mm-27.5mm的再生粗骨料。
实施例14
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，再生细骨料的质量为60kg。
实施例15
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，再生粗骨料为30kg粒径为5mm-10mm的再生粗骨料和30kg粒径为10mm-20mm的再生粗骨料。
实施例16
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，粉煤灰的质量为7kg，矿渣粉的质量为8kg。
实施例17
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，粉煤灰的质量为8kg，矿渣粉的质量为5kg。
实施例18
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，纤维中没有加入木质素纤维和纺织纤维。
实施例19
一种抗开裂再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，纤维中没有加入木质素纤维。
对比例
对比例1
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，没有加入复合膨胀剂。
对比例2
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，复合膨胀剂中没有加入微硅粉和海泡石。
对比例3
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，复合膨胀剂中没有加入海泡石和石蜡。
对比例4
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，复合膨胀剂中没有加入微硅粉。
对比例5
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，复合膨胀剂中没有加入海泡石。
对比例6
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，微硅粉的质量为0.1kg，海泡石的质量为0.1kg，石蜡的质量为0.1kg。
对比例7
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，微硅粉的质量为1kg，海泡石的质量为1kg，石蜡的质量为1.5kg。
对比例8
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，没有加入纤维。
对比例9
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，将原料中的再生粗骨料替换成等量的天然粗骨料(石子)，没有加入复合膨胀剂。
对比例10
一种抗开裂再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，将原料中的再生细骨料替换成等量的天然细骨料(河砂)，复合膨胀剂中没有加入海泡石和石蜡。
对比例1-10的再生混凝土的制备方法与实施例1-19相同。
性能检测试验
针对本申请实施例1-19和对比例1-10提供的再生骨料混凝土，进行如下的性能检测：
抗压强度测试：分别取实施例1-19与对比例1-10制备的再生混凝土，将再生混凝土制成规格为150mm×150mm×150mm的立方体标准试件，根据GB/T 50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》来检测每个实施例和对比例制备的再生混凝土养护28d的抗压强度。
抗裂性能测试：分别取实施例1-19与对比例1-10制备的再生混凝土，将再生混凝土制成规格为800mm×600mm×100mm的平面薄板型试件，根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》来测试每个实施例和对比例制备的再生混凝土在成型24h后的单位面积上的总开裂面积。
其中，每个实施例和对比例分别制备10个混凝土标准试件，其中5块进行抗压强度测试，5块进行抗裂性能测试，检测数据取平均值，具体测试结果见表3。
表3性能测试结果
Figure BDA0003260443250000071
Figure BDA0003260443250000081
通过表3中的实施例1-5与对比例1-10的数据对比可以看出，本申请通过多种原料相互协同配合，共同作用，最终达到提高再生混凝土抗裂性能的目的。
根据实施例1与对比例1-7可以看出，只在再生混凝土中加入微硅粉，可部分降低再生混凝土单位面积上的总开裂面积，稍微提高再生混凝土的抗压强度。本申请将一定量的微硅粉、海泡石和石蜡复配形成复合膨胀剂加入到再生混凝土中，其中，微硅粉、海泡石填充在再生粗骨料与再生细骨料的细小缝隙，有效提高再生混凝土的抗开裂性能，此外，微硅粉、海泡石和石蜡共同作用，提高再生混凝土的抗压强度。
根据实施例1与对比例9-10的实验数据对比可知，当用天然粗骨料和天然细骨料代替再生粗骨料和再生细骨料后，混凝土的抗压强度变化不大，说明本申请通过多种原料相互协同配合，共同作用，最终达到提高再生混凝土抗裂性能的目的；此外，根据实施例1与对比例1-5、对比例8的实验数据对比可知，本申请的再生混凝土加入复合膨胀剂和纤维后，再生混凝土的抗压强度有明显提升。
根据表3中实施例5与实施例6-8的实验数据对比可知，通过控制本申请再生混凝土配方中的微硅粉和海泡石的粒径以及微硅粉的含硅量，可有效提升再生混凝土的抗压强度，微硅粉的粒径或海泡石的粒径过大会使再生粗骨料及再生细骨料的微小孔隙无法被填充，微硅粉的含硅量过低导致微硅粉遇水膨胀不完全，从而降低再生混凝土的抗压强度。
根据表3中实施例5与实施例9-13的实验数据对比可知，本申请的再生混凝土配方中的再生粗骨料的级配比例在一定范围内时，才能有效提高再生混凝土的抗压强度，并且再生粗骨料中的平均粒径越大，再生混凝土抗压强度越小。
根据表3中实施例5与实施例14-15的实验数据对比可知，本申请的再生骨料混凝土配方中再生粗骨料和再生细骨料的质量比在一定范围内时，可提高再生混凝土的抗压强度和抗开裂能力，当再生细骨料的质量增多时，再生混凝土粘结强度降低，当再生粗骨料的质量增多时，再生混凝土的孔隙增多，从而降低再生混凝土的抗开裂能力和抗压强度。
根据表3中实施例5与实施例16-17的实验数据对比可知，本申请的再生骨料混凝土配方中粉煤灰与矿渣粉的质量比在一定范围内时，再生混凝土的抗压强度和抗开裂能力有所提升。
根据表3中实施例5与实施例18-19的实验数据对比可知，本申请的再生骨料混凝土配方中木质素纤维、钢纤维以及纺织纤维共同作用时，再生混凝土的抗压强度有所提升。
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 (3)

1.一种抗开裂再生混凝土，其特征在于，由包含如下重量份数的原料制成：
再生粗骨料450-750份、再生细骨料400-600份、水泥150-250份、水80-120份、粉煤灰50-80份、矿渣粉50-80份、复合膨胀剂15-20份、硅烷偶联剂10-20份、减水剂5-10份和纤维5-30份；
所述复合膨胀剂由微硅粉3-5份、海泡石4-5份以及石蜡8-10份组成；所述微硅粉的含硅量为93%以上；
所述微硅粉的粒径范围为0.1μm-0.5μm；所述海泡石的粒径范围为7μm-10μm；
所述再生粗骨料包括30wt%-50wt%粒径为5mm-10mm的再生粗骨料、30wt%-50wt%粒径为10mm-20mm的再生粗骨料以及10wt%-20wt%粒径为20mm-27.5mm的再生粗骨料；
所述再生细骨料的粒径范围为0.2mm-4.75mm；
所述纤维包括木质素纤维2-8份、钢纤维1-12份以及纺织纤维2-10份；
所述水和所述水泥的质量比范围为（0.36-0.6）：1；
所述再生粗骨料与再生细骨料的质量比范围为（1.1-1.3）：1；
所述粉煤灰与所述矿渣粉的质量比范围为（1-1.5）：1。
2.根据权利要求1所述的一种抗开裂再生混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种；所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-151和KH-560中的一种或几种混合；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂、萘系减水剂和氨基高效减水剂中的一种。
3.一种抗开裂再生混凝土的制备方法，用于制备权利要求1-2任一所述的一种抗开裂再生混凝土，其特征在于，包括以下步骤：
按配比将再生粗骨料、再生细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣粉和纤维搅拌混合均匀，得到第一混合物；
将复合膨胀剂加入第一混合物中，混合均匀，得到第二混合物；
将水、硅烷偶联剂以及减水剂加入第二混合物中,混合均匀，得到抗开裂再生混凝土。
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