CN113929366B - 一种具有高保坍性能的再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于混凝土技术领域，具体涉及一种具有高保坍性能的再生混凝土及其制备方法，该具有高保坍性能的再生混凝土，包括如下重量份的各组分：水泥400‑500份、砂子450‑650份、天然骨料650‑800份、再生骨料200‑300份、粉煤灰80‑150份、矿粉50‑100份、水150‑250份、保坍型聚羧酸减水剂2‑6份。本申请的具有高保坍性能的再生混凝土，采用天然骨料与再生骨料复配，添加适量的再生骨料，在保证混凝土性能的前提下，在一定程度上解决建筑废弃物的回收利用问题，另外，通过添加保坍型聚羧酸减水剂减少混凝土的坍落度损失，改善混凝土的工作性。

Description

一种具有高保坍性能的再生混凝土及其制备方法
技术领域
本申请属于混凝土技术领域，具体涉及一种具有高保坍性能的再生混凝土及其制备方法。
背景技术
在工程建设中，混凝土是使用最为广泛的建筑材料，广泛应用在市政、道路、桥梁、水利、港口、国防建设等领域。据统计，在1991-2010年间，全世界废弃的混凝土总量超过20亿吨。近年来，随着我国城市建设的快速发展，大量老旧建筑物被拆除，每年因拆除建筑和新建建筑所产生的建筑垃圾超过1亿吨，在所有建筑垃圾中，废弃混凝土占比最大，约为三分之一。如果能够合理利用这些废弃的混凝土，不仅能够有效解决废弃建筑材料处理的问题，同时也能够解决环境污染和资源回收利用的问题。
再生混凝土就是利用废弃的混凝土、废砖块、废砂浆等作为骨料，加入水泥砂浆拌制而成的混凝土，有效解决了建筑废料回收再利用的问题。衡量新拌混凝土性能的一个重要标准是混凝土的工作性，包括混凝土的流动性、黏聚性和保水性，坍落度是衡量其程度高低的量化指标之一，用于判断能否正常施工。对于商品混凝土来说，搅拌站通常设置于城市边缘，混凝土从拌制完成到运输至工地再到开始施工，会经历一段时间的放置，这段时间容易导致混凝土的坍落度损失。
而对再生混凝土来说，所采用的再生骨料表面粗糙、孔隙率高、吸水率大，会影响水泥浆的流动性，相比普通的混凝土而言，再生混凝土的和易性要差一些，坍落度损失相对更大。因此，对于再生混凝土，提高其保坍性能可以很好地保持混凝土的施工性能，延长混凝土的工作年限。
发明内容
为了解决上述问题，本申请公开了一种具有高保坍性能的再生混凝土及其制备方法，该具有高保坍性能的再生混凝土采用天然骨料与再生骨料复配，添加适量的再生骨料，在保证混凝土性能的前提下，在一定程度上解决建筑废弃物的回收利用问题，另外，通过添加保坍型聚羧酸减水剂减少混凝土的坍落度损失，改善混凝土的工作性。
第一方面，本申请提供一种具有高保坍性能的再生混凝土，采用如下的技术方案：
一种具有高保坍性能的再生混凝土，包括如下重量份的各组分：水泥400-500份、砂子450-650份、天然骨料650-800份、再生骨料200-300份、粉煤灰80-150份、矿粉50-100份、水150-250份、保坍型聚羧酸减水剂2-6份。
作为优选，上述砂子的粒径不大于5mm，所述天然骨料的粒径为5-20mm，所述再生骨料的粒径为5-15mm。
作为优选，上述粉煤灰为II级粉煤灰，所述矿粉为S95级矿粉。
作为优选，上述保坍型聚羧酸减水剂的结构式为：
Figure BDA0003317113370000021
其中，a、b、c均为1-30的整数，m、n为10-30的整数。
作为优选，上述保坍型聚羧酸减水剂的制备方法为：
(1)β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与一端带有羟基一端带有双键的长链烯醇通过酯交换反应得到功能单体，反应方程式为：
Figure BDA0003317113370000022
(2)丙烯酸、异戊烯醇聚氧乙烯醚和功能单体聚合反应生成保坍型聚羧酸减水剂，反应方程式为：
Figure BDA0003317113370000031
作为优选，上述步骤(1)具体为：氮气保护下，将β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与一端带有羟基一端带有双键的长链烯醇按照摩尔比1:1.1投入酯交换釜中，搅拌下升温至140℃，加入催化剂，反应至收集的甲醇量达到理论值的80％，降温至60℃，得到功能单体。
作为优选，上述步骤(2)具体为：向反应釜内加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和水，加热至55℃，分别向反应釜内滴加丙烯酸、功能单体、引发剂、链转移剂，滴加完毕后聚合反应1-3h，停止加热，自然冷却至室温，加入氢氧化钠溶液调节pH至5-7，得到保坍型聚羧酸减水剂。
作为优选，上述步骤(2)中丙烯酸、异戊烯醇聚氧乙烯醚和功能单体的质量比为0.05-0.15:1:0.1-0.3。
采用上述摩尔比的三种原料制备保坍型聚羧酸减水剂可以获得较好的流动度保持性。
第二方面，本申请提供一种具有高保坍性能的再生混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种具有高保坍性能的再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将水泥、砂子、天然骨料、再生骨料、粉煤灰、矿粉搅拌混合均匀，获得干料；
(2)将保坍型聚羧酸减水剂加入水中，混合均匀后加入到干料中，搅拌均匀即可。
本申请具有如下的有益效果：
(1)本申请的具有高保坍性能的再生混凝土，采用天然骨料与再生骨料复配，添加适量的再生骨料，在保证混凝土性能的前提下，在一定程度上解决建筑废弃物的回收利用问题，另外，通过添加保坍型聚羧酸减水剂减少混凝土的坍落度损失，改善混凝土的工作性。
(2)本申请所用的保坍型聚羧酸减水剂，在长支链的末端引入了羟基苯环结构，苯环具有较大的空间位阻，有利于提高水泥粒子之间的分散效果，避免水泥粒子聚集而影响浆体的流动性；不仅如此，虽然长支链结构具有较低的电位和较高的空间斥力，在吸附后对水泥的分散性能很好，但是分散稳定性却不佳，可能是由于混凝土静置过程中，粒子表面支链发生相互缠绕反而造成了粒子后期的团聚，本申请的保坍型聚羧酸减水剂在长支链的末端引入苯环结构，可以有效减少支链缠绕造成粒子后期的团聚，起到良好的保坍作用。
(3)本申请所用的保坍型聚羧酸减水剂中，带有苯环的支链结构类似于抗氧剂1076，有利于提高混凝土的耐老化性能，延长混凝土的使用寿命。
具体实施方式
现在结合实施例对本申请作进一步详细的说明。
制备保坍型聚羧酸减水剂所用的功能单体中n为18，功能单体的制备方法为：
氮气保护下，将β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与19-二十烯-1-醇按照摩尔比1:1.1投入酯交换釜中，搅拌下升温至140℃，加入30ppm的催化剂钛酸四丁酯，反应至收集的甲醇量达到理论值的80％，降温至60℃，得到功能单体。
保坍型聚羧酸减水剂A
原料：丙烯酸5kg、异戊烯醇聚氧乙烯醚100kg、功能单体10kg、双氧水1.5kg、抗坏血酸2kg、亚硫酸氢钠2kg、水180kg。
向反应釜内加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和部分水，加热至55℃，然后分别向反应釜内滴加丙烯酸、功能单体、双氧水的水溶液、抗坏血酸的水溶液、亚硫酸氢钠的水溶液，滴加完毕后聚合反应1h，停止加热，自然冷却至室温，加入氢氧化钠溶液调节pH至5，得到保坍型聚羧酸减水剂。
保坍型聚羧酸减水剂B
原料：丙烯酸8kg、异戊烯醇聚氧乙烯醚100kg、功能单体15kg、双氧水1.5kg、抗坏血酸2kg、亚硫酸氢钠2kg、水193kg。
向反应釜内加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和部分水，加热至55℃，然后分别向反应釜内滴加丙烯酸、功能单体、双氧水的水溶液、抗坏血酸的水溶液、亚硫酸氢钠的水溶液，滴加完毕后聚合反应1.5h，停止加热，自然冷却至室温，加入氢氧化钠溶液调节pH至5.5，得到保坍型聚羧酸减水剂。
保坍型聚羧酸减水剂C
原料：丙烯酸15kg、异戊烯醇聚氧乙烯醚100kg、功能单体30kg、双氧水1.5kg、抗坏血酸2kg、亚硫酸氢钠2kg、水226kg。
向反应釜内加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和部分水，加热至55℃，然后分别向反应釜内滴加丙烯酸、功能单体、双氧水的水溶液、抗坏血酸的水溶液、亚硫酸氢钠的水溶液，滴加完毕后聚合反应2.5h，停止加热，自然冷却至室温，加入氢氧化钠溶液调节pH至6，得到保坍型聚羧酸减水剂。
保坍型聚羧酸减水剂D
原料：丙烯酸12kg、异戊烯醇聚氧乙烯醚100kg、功能单体25kg、双氧水1.5kg、抗坏血酸2kg、亚硫酸氢钠2kg、水214kg。
向反应釜内加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和部分水，加热至55℃，然后分别向反应釜内滴加丙烯酸、功能单体、双氧水的水溶液、抗坏血酸的水溶液、亚硫酸氢钠的水溶液，滴加完毕后聚合反应3h，停止加热，自然冷却至室温，加入氢氧化钠溶液调节pH至6.5，得到保坍型聚羧酸减水剂。
保坍型聚羧酸减水剂E
原料：丙烯酸10kg、异戊烯醇聚氧乙烯醚100kg、功能单体20kg、双氧水1.5kg、抗坏血酸2kg、亚硫酸氢钠2kg、水203kg。
向反应釜内加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和部分水，加热至55℃，然后分别向反应釜内滴加丙烯酸、功能单体、双氧水的水溶液、抗坏血酸的水溶液、亚硫酸氢钠的水溶液，滴加完毕后聚合反应2h，停止加热，自然冷却至室温，加入氢氧化钠溶液调节pH至7，得到保坍型聚羧酸减水剂。
聚羧酸减水剂F
原料：丙烯酸10kg、异戊烯醇聚氧乙烯醚120kg、双氧水1.5kg、抗坏血酸2kg、亚硫酸氢钠2kg、水203kg。
向反应釜内加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和部分水，加热至55℃，然后分别向反应釜内滴加丙烯酸、功能单体、双氧水的水溶液、抗坏血酸的水溶液、亚硫酸氢钠的水溶液，滴加完毕后聚合反应2h，停止加热，自然冷却至室温，加入氢氧化钠溶液调节pH至7，得到保坍型聚羧酸减水剂。
实施例1
原料：水泥400kg、砂子450kg、天然骨料650kg、再生骨料200kg、粉煤灰80kg、矿粉50kg、水150kg、保坍型聚羧酸减水剂A 2kg。
制备过程为：
(1)将水泥、砂子、天然骨料、再生骨料、粉煤灰、矿粉搅拌混合均匀，获得干料；
(2)将保坍型聚羧酸减水剂加入水中，混合均匀后加入到干料中，搅拌均匀即可。
实施例2
原料：水泥420kg、砂子500kg、天然骨料690kg、再生骨料230kg、粉煤灰100kg、矿粉60kg、水170kg、保坍型聚羧酸减水剂B 3kg。
制备过程为：
(1)将水泥、砂子、天然骨料、再生骨料、粉煤灰、矿粉搅拌混合均匀，获得干料；
(2)将保坍型聚羧酸减水剂加入水中，混合均匀后加入到干料中，搅拌均匀即可。
实施例3
原料：水泥500kg、砂子650kg、天然骨料800kg、再生骨料300kg、粉煤灰150kg、矿粉100kg、水250kg、保坍型聚羧酸减水剂C 6kg。
制备过程为：
(1)将水泥、砂子、天然骨料、再生骨料、粉煤灰、矿粉搅拌混合均匀，获得干料；
(2)将保坍型聚羧酸减水剂加入水中，混合均匀后加入到干料中，搅拌均匀即可。
实施例4
原料：水泥480kg、砂子600kg、天然骨料760kg、再生骨料270kg、粉煤灰130kg、矿粉90kg、水230kg、保坍型聚羧酸减水剂D 5kg。
制备过程为：
(1)将水泥、砂子、天然骨料、再生骨料、粉煤灰、矿粉搅拌混合均匀，获得干料；
(2)将保坍型聚羧酸减水剂加入水中，混合均匀后加入到干料中，搅拌均匀即可。
实施例5
原料：水泥450kg、砂子550kg、天然骨料720kg、再生骨料250kg、粉煤灰110kg、矿粉80kg、水200kg、保坍型聚羧酸减水剂E 4kg。
制备过程为：
(1)将水泥、砂子、天然骨料、再生骨料、粉煤灰、矿粉搅拌混合均匀，获得干料；
(2)将保坍型聚羧酸减水剂加入水中，混合均匀后加入到干料中，搅拌均匀即可。
对比例1
原料：水泥450kg、砂子550kg、天然骨料720kg、再生骨料250kg、粉煤灰110kg、矿粉80kg、水200kg、聚羧酸减水剂F 4kg。
制备过程为：
(1)将水泥、砂子、天然骨料、再生骨料、粉煤灰、矿粉搅拌混合均匀，获得干料；
(2)将保坍型聚羧酸减水剂加入水中，混合均匀后加入到干料中，搅拌均匀即可。
对实施例1-5和对比例1所制备的混凝土进行性能测试，测试结果如表1所示。
Figure BDA0003317113370000071
从表1可以看出，实施例1-5所制备的混凝土的初始坍落度为205-210mm，1h后的坍落度为205-210mm，没有发生坍落度损失，3h后的坍落度为195-210mm，坍落度损失很少，而且，其中实施例3-5的3h坍落度经时损失为0，说明本申请的混凝土具有良好的保坍性。从对比例1可以看出，当对比例1所用的聚羧酸减水剂F中不含末端带羟基苯环的长链结构时，所制备的混凝土的1h坍落度损失达到30mm，3h坍落度损失达到65mm，可能是由于一方面聚羧酸减水剂F中不含末端带羟基苯环的长链结构，空间位阻较小，凝胶粒子的分散效果相对较差，另一方面，由于均为碳链结构，末端没有苯环的支撑，一段时间后支链相互缠绕导致粒子二次凝聚，浆体流动性下降，坍落度下降，施工性能变差，另外，对于抗压强度也有一定的影响。
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，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种具有高保坍性能的再生混凝土，其特征在于：包括如下重量份的各组分：水泥400-500份、砂子450-650份、天然骨料650-800份、再生骨料200-300份、粉煤灰80-150份、矿粉50-100份、水150-250份、保坍型聚羧酸减水剂2-6份；
所述保坍型聚羧酸减水剂的结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，a、b、c均为1-30的整数，m、n为10-30的整数；
所述保坍型聚羧酸减水剂的制备方法为：
（1）β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸甲酯与一端带有羟基一端带有双键的长链烯醇通过酯交换反应得到功能单体；
（2）丙烯酸、异戊烯醇聚氧乙烯醚和功能单体聚合反应生成保坍型聚羧酸减水剂；
所述步骤（1）具体为：氮气保护下，将β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸甲酯与一端带有羟基一端带有双键的长链烯醇按照摩尔比1:1.1投入酯交换釜中，搅拌下升温至140℃，加入催化剂，反应至收集的甲醇量达到理论值的80%，降温至60℃，得到功能单体；
所述步骤（2）具体为：向反应釜内加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和水，加热至55℃，分别向反应釜内滴加丙烯酸、功能单体、引发剂、链转移剂，滴加完毕后聚合反应1-3 h，停止加热，自然冷却至室温，加入氢氧化钠溶液调节pH至5-7，得到保坍型聚羧酸减水剂；所述步骤（2）中丙烯酸、异戊烯醇聚氧乙烯醚和功能单体的质量比为0.05-0.15:1:0.1-0.3。
2. 如权利要求1所述的具有高保坍性能的再生混凝土，其特征在于：所述砂子的粒径不大于5 mm，所述天然骨料的粒径为5-20 mm，所述再生骨料的粒径为5-15 mm。
3.如权利要求1所述的具有高保坍性能的再生混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为II级粉煤灰，所述矿粉为S95级矿粉。
4.一种如权利要求1所述的具有高保坍性能的再生混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将水泥、砂子、天然骨料、再生骨料、粉煤灰、矿粉搅拌混合均匀，获得干料；
（2）将保坍型聚羧酸减水剂加入水中，混合均匀后加入到干料中，搅拌均匀即可。
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