CN113968688B - 一种再生混凝土骨料的改性方法及其混凝土组合物与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种再生混凝土骨料的改性方法及其混凝土组合物与应用。所述改性方法包括步骤：(1)将再生混凝土骨料浸入氯化钙溶液中，待浸透后将再生混凝土骨料取出，得一次改性骨料，备用。(2)在密封环境中用氨水加热得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，得二次改性骨料，备用。(3)将纳米二氧化硅和阴极电解水混合制成悬浮液，然后所述二次改性骨料与该悬浮液混合后拌匀，待所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中的氢氧化钙反应完成，即得改性再生混凝土骨料。本发明采用高压碱蒸、纳米二氧化硅‑碱性电解水等技术手段对再生混凝土骨料进行联合改性，显著提升了再生混凝土骨料的性能指标，促进废弃混凝土的应用。

Description

一种再生混凝土骨料的改性方法及其混凝土组合物与应用

技术领域

本发明涉及再生混凝土技术领域，具体涉及一种再生混凝土骨料的改性方法及其混凝土组合物与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

据统计，目前全世界每年混凝土的使用量超过60亿立方米，我国建筑业正面临着两方面的问题：一方面，为了满足砂石骨料的巨大需求，大量的开山采石对生态环境造成破坏；另一方面，我国建筑领域每年都会赢大量的改建、拆除等工程而产生大量的废弃混凝土，而这些废弃混凝土中的大部分都作为建筑垃圾被填埋或者堆放，不仅占用了大量土地，而且容易并造成环境污染。为解决上述问题，目前的方法之一是将废弃混凝土块破碎后作为再生混凝土骨料代替混凝土中的天然粗骨料，将其用到我国的城乡建筑中，不仅有利于节约天然资源，而且能够解决日益增长的建筑垃圾危机，具有很好的环境效益和经济效益。

然而，再生粗骨料的表面残余的硬化水泥砂浆孔隙率高，吸水率大，在混凝土水化过程中会使与再生混凝土骨料接触的水泥中的水分被吸入再生混凝土骨料中，导致水泥的实际结合水量减少，无法实现完全水化，不仅影响最终混凝土的力学强度，而且导致硬化水泥浆和骨料的界面结合力不佳，界面过渡区性能较差，受力时容易分离甚至导致混凝土破碎倒塌。另外，破碎整形强化过程给再生混凝土骨料的内部结构造成大量微裂纹，再生混凝土骨料性能较天然骨料的性能要差很多，限制了再生混凝土骨料的应用。因此，提升再生混凝土骨料的性能指标，将再生混凝土骨料的品质提升至接近于甚至优于天然骨料，是实现废弃混凝土的再生资源化利用的关键。

发明内容

针对上述的问题，本发明的目的是提供一种再生混凝土骨料的改性方法及其混凝土组合物与应用。本发明采用高压碱蒸、纳米二氧化硅-碱性电解水等技术手段对再生混凝土骨料进行联合改性，显著提升了再生混凝土骨料的性能指标，促进废弃混凝土的再生利用。为实现上述目的，具体地，本发明的技术方案如下所示。

第一方面，本发明提供一种再生混凝土骨料的改性方法，包括步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入氯化钙溶液中，待浸透后将再生混凝土骨料取出，得一次改性骨料，备用。

(2)在密封环境中用氨水加热得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，得二次改性骨料，备用。

(3)将纳米二氧化硅和阴极电解水混合制成悬浮液，然后将所述二次改性骨料与该悬浮液混合后拌匀，待所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中的氢氧化钙反应完成，即得改性再生混凝土骨料。

进一步地，步骤(1)中，所述氯化钙溶液的质量浓度控制在30％以上，例如30％、32％、35％、38％、40％等，并将所述再生混凝土骨料在氯化钙溶液中浸渍5～8小时。通过采用氯化钙溶液对再生混凝土骨料进行浸泡，可再生混凝土骨料的微裂纹、孔隙中填满氯化钙溶液，并且利用再生混凝土骨料的强吸水性使所述氯化钙溶液保留在其中，便于进一步改性处理。

进一步地，步骤(1)中，将所述再生混凝土骨料取出控水至不掉液体即可进行所述步骤(2)。

进一步地，步骤(2)中，所述氨水的质量浓度保持在18～25％之间。浓度过小影响对一次改性骨料的进一步改性或者改性不彻底，导致一次改性骨料中的游离钙离子无法充分形成沉淀。

进一步地，步骤(2)中，将氨水置于密闭容器中，将所述一次改性骨料置于氨水上方，然后在45～60℃的温度下对所述密闭容器进行加热，通过挥发出的氨气和水蒸气形成的碱性水蒸气对所述一次改性骨料在加压条件下蒸养。

进一步地，步骤(2)中，所述蒸养的时间为2.5～4小时。在本步骤中，通过在加热加压的环境中对一次改性骨料进行改性，使碱性水蒸气与一次改性骨料的微裂纹、孔隙中的氯化钙溶液反应，使游离的钙离子转换成氢氧化钙的沉淀填充在一次改性骨料的微裂纹、孔隙中。

进一步地，步骤(3)中，所述悬浮液中纳米二氧化硅的质量浓度为13～20％。阴极电解水具有强负电荷、离子性和高活性的特点，其不仅能够使纳米二氧化硅充分分散，便于填充二次改性骨料中残留的微裂纹、孔隙以及表层孔隙中。另外，阴极电解水的小分子团特性具有很强的渗透力，能够携带着纳米二氧化硅颗粒迅速渗透至二次改性骨料的微裂纹、孔隙中，并与其中的氢氧化钙的沉淀反应生成硅酸三钙、硅酸二钙等物质。

进一步地，步骤(3)中，所述阴极电解水的pH在9.5～11.5之间。通过对电解质溶液电解，在阴极生成具有还原性和负电位的阴极电解水，其虽然呈碱性，但不属于苛性碱，不会造成环境污染，是一种绿色清洁用水。

进一步地，步骤(3)中，所述二次改性骨料与该悬浮液的比例为1g：2～3.5ml。

进一步地，步骤(3)中，将所述二次改性骨料与该悬浮液拌匀后静置不少于2天，优选为2～3天，即得改性再生混凝土骨料。

第二方面，本发明公开一种包括再生混凝土骨料的混凝土组合物，以重量份计，该混凝土组合物的原料包括如下组分：水泥360～450份、天然细骨料650～730份、天然粗骨料680～850份、再生混凝土骨料220～400份、外加剂14.5～19份；所述再生混凝土骨料由本发明所述改性方法制备而来。

进一步地，所述外加剂为减水剂。可选地，所述减水剂选自萘系减水剂、脂肪族减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸减水剂等中的任意一种。除此之外，还可以根据需要在所述混凝土组合物中添加其他的外加剂，如阻锈剂等。

进一步地，所述混凝土组合物的原料组成中还包括200～250重量份拌和水，使用时，将按照混凝土的传统拌和方法将上述原料和水拌和。

第三方面，本发明公开所述改性再生混凝土骨料、混凝土组合物在公路、桥梁、隧道、海洋等建筑工程领域中的应用。

相较于现有技术，本发明包括以下方面的有益效果：

正如前文所述，尽管再生混凝土骨料具有可替代混凝土中天然粗骨料的潜质，既有助于实现废弃混凝土的资源化利用，也有助于节省天然粗骨料。然而，由于再生混凝土骨料本身存在的各种缺陷，其并不能直接用于代替天然粗骨料，否则会引起混凝土性能的明显下降，无法达到使用标准。其中，比较显著的包括再生混凝土骨料中存在的微裂纹以及较大的孔隙率，导致再生混凝土骨料的压碎指标、吸水率、抗压强度等远不如天然粗骨料。为此，本发明采用了高压碱蒸、纳米二氧化硅-碱性电解水等技术手段对再生混凝土骨料进行联合改性，显著提升了再生混凝土骨料的性能指标，具体包括以下几方面：

(1)本发明首先采用氯化钙溶液对破碎后的再生混凝土骨料进行浸渍，利用再生混凝土骨料的高吸水率和溶液容易浸入的特点，使氯化钙溶液能够充分地进入填充在再生混凝土骨料的微裂纹、孔隙中，尤其是靠近再生混凝土骨料中心的微裂纹、孔隙等，由于具有一定的隐藏性，不易采用常规的方式进行处理，而采用本发明的上述方法则可以在这些微裂纹中引入大量的游离钙离子，为进一步的改性奠定基础，得到一次改性骨料。

(2)在采用氯化钙溶液对再生混凝土骨料完成初步改性后，本发明采用了高压碱蒸工艺对所述一次改性骨料进一步进行改性，即由加热条件下产生的氨气和水蒸气形成的碱性水蒸气对一次改性骨料进行蒸养，使一次改性骨料完全处于加热高压的碱性水蒸气条件中，其中的氨气在高压作用下更容易进入一次改性骨料的裂纹、孔隙中，并与其中的氯化钙溶液反应使游离的钙离子转换成氢氧化钙的沉淀填充在一次改性骨料的微裂纹、孔隙中，得到二次改性骨料。这些氢氧化钙沉淀不仅能够有效降低一次改性骨料内部的孔隙率，从而避免再生混凝土骨料掺入混凝土中后影响水泥水化，而导致再生混凝土骨料与硬化水泥浆的界面结合力不佳，使得到的混凝土抗压强度低，易压溃的问题；另外，这些氢氧化钙沉淀也为后续的改性进一步打下基础。另外，在加热高压条件下碱性水蒸气具有很高的活性，再加上高压促进作用，赋予了碱性水蒸气更好的渗透力，有助于进入到一次改性骨料深处的裂纹、孔隙中并参与反应。

(3)采用碱蒸工艺的另一技术优势是避免一次改性骨料中的氯化钙组分从其中扩散出来，而导致后续的改性效果不佳甚至无法完成改性。例如，将所述一次改性骨浸入碱液中，则容易导致一次改性骨表层的氯化钙组分扩散进入碱液中，影响后续的改性工艺对一次改性骨的表面孔隙和裂纹的改性效果。而采用高压碱蒸的工艺不会在一次改性骨料的周围形成可进行溶质扩散的介质环境，再加上高压环境还会抑制溶质扩散，确保对一次改性骨的进一步的改性效果。

(4)在采用碱蒸工艺完成二次改性后，本发明采用阴极电解水和纳米二氧化硅形成的悬浮液对二次改性骨料进行了第三次改性，得到再生混凝土骨料：一方面，纳米二氧化硅颗粒具有高比表面能和极高活性，其进入二次改性骨料的微裂纹、孔隙中后与氢氧化钙发生化学反应生成硅酸三钙、硅酸二钙等物质，从而降低骨料的孔隙率和吸水率，提高骨料密实度，降低骨料压碎指标。而且这些并硅酸三钙、硅酸二钙填充骨料的孔隙，其将成为所述骨料完成第四次改性的诱发基础。其原因在于：当将所述再生混凝土骨料代替部分天然粗骨料掺入混凝土中，在后续的硬化过程中这些硅酸三钙、硅酸二钙等会发生水化反应生成水化硅酸钙凝胶，其填充在再生混凝土骨料中成为强化相而有助于降低骨料压碎指标，改善骨料的力学强度。另外，再生混凝土骨料孔隙率和吸水率的降低能够有效克服再生混凝土骨料与硬化水泥浆的界面结合力不佳的问题。另外，填充在再生混凝土骨料表面的孔隙中的纳米二氧化硅还能够参与新加入的水泥的水化过程，有助于提高再生混凝土骨料与硬化水泥浆的界面结合力，进而改善再生混凝土的抗碳化、抗氯离子渗透等耐久性能。

(5)采用的氯化钙溶液在改性再生混凝土骨料表层的空隙中引入了部分氯离子，这部分氯离子与水泥水化产生的钙离子结合形成的氯化钙成为早强剂，其吸附在水化硅酸钙表面，生成复合水化硅酸盐，有助于提高再生混凝土骨料与硬化水泥浆的界面结合力。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明实施例中采用的废弃混凝土骨料的效果图。

图2为本发明实施例中混凝土试块的碳化试验效果图。

具体实施方式

需要说明的是，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同，除非另行定义。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

下列实施例中，所述废弃混凝土/再生混凝土骨料为青岛市城阳区荣昌搅拌站生产的循环颗粒整形再生粗骨料(参考图1)，颗粒级配为5～31.5mm，其具体性能指标见下表1。

表1再生粗骨料的性能指标

下列实施例中，所述水泥为山水水泥厂生产的P·O 42.5R硅酸盐水泥。

下列实施例中，所述天然细骨料为符合JGJ52–2006要求的细度模数为2.4的中粗河砂，含泥量1.6％。

下列实施例中，所述天然粗骨料为崂山产5～25mm连续级配的花岗岩碎石，符合JGJ52～2006的要求。

下列实施例中，所述聚羧酸减水剂为产自青岛青建新型材料有限公司的高效减水剂，其减水率为20％～25％(质量分数)。

实施例1

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入质量浓度为35％的氯化钙溶液中，并使氯化钙溶液完全没过再生混凝土骨料，以便于进行充分浸渍，浸渍6小时后进行过滤分离，待再生混凝土骨料不掉液体即可，得一次改性骨料，备用。

(2)在高压反应罐中加入质量浓度为25％的氨水450ml，并在该高压反应罐中氨水上方设置支撑网板，将550g所述一次改性骨料放在该支撑网板上，然后关闭反应罐的密封盖，将高压反应罐水浴加热至55℃，并保温3小时，以利用加热氨水得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，完整后得到二次改性骨料，备用。

(3)取平均粒径为40～70mm的纳米二氧化硅粉末，将该纳米二氧化硅和pH＝10的阴极电解水混合后进行超声分散，制成纳米二氧化硅的质量浓度约为15％的悬浮液。然后将所述二次改性骨料与该悬浮液按照1g：3ml的比例混合后搅拌20min，然后取出在室温下密封放置3天，使所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中氢氧化钙充分完成，得改性再生混凝土骨料。

实施例2

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入质量浓度为32％的氯化钙溶液中，并使氯化钙溶液完全没过再生混凝土骨料，以便于进行充分浸渍，浸渍7.5小时后进行过滤分离，待再生混凝土骨料不掉液体即可，得一次改性骨料，备用。

(2)在高压反应罐中加入质量浓度为25％的氨水450ml，并在该高压反应罐中氨水上方设置支撑网板，将550g所述一次改性骨料放在该支撑网板上，然后关闭反应罐的密封盖，将高压反应罐水浴加热至45℃，并保温4小时，以利用加热氨水得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，完整后得到二次改性骨料，备用。

(3)取平均粒径为40～70mm的纳米二氧化硅粉末，将该纳米二氧化硅和pH＝11的阴极电解水混合后进行超声分散，制成纳米二氧化硅的质量浓度约为20％的悬浮液。然后将所述二次改性骨料与该悬浮液按照1g：2ml的比例混合后搅拌20min，然后取出在室温下密封放置2天，使所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中氢氧化钙充分完成，得改性再生混凝土骨料。

实施例3

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入质量浓度为30％的氯化钙溶液中，并使氯化钙溶液完全没过再生混凝土骨料，以便于进行充分浸渍，浸渍8小时后进行过滤分离，待再生混凝土骨料不掉液体即可，得一次改性骨料，备用。

(2)在高压反应罐中加入质量浓度为20％的氨水450ml，并在该高压反应罐中氨水上方设置支撑网板，将550g所述一次改性骨料放在该支撑网板上，然后关闭反应罐的密封盖，将高压反应罐水浴加热至60℃，并保温3小时，以利用加热氨水得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，完整后得到二次改性骨料，备用。

(3)取平均粒径为40～70mm的纳米二氧化硅粉末，将该纳米二氧化硅和pH＝11.5的阴极电解水混合后进行超声分散，制成纳米二氧化硅的质量浓度约为13％的悬浮液。然后将所述二次改性骨料与该悬浮液按照1g：3.5ml的比例混合后搅拌20min，然后取出在室温下密封放置2.5天，使所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中氢氧化钙充分完成，得改性再生混凝土骨料。

实施例4

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入质量浓度为40％的氯化钙溶液中，并使氯化钙溶液完全没过再生混凝土骨料，以便于进行充分浸渍，浸渍5小时后进行过滤分离，待再生混凝土骨料不掉液体即可，得一次改性骨料，备用。

(2)在高压反应罐中加入质量浓度为18％的氨水450ml，并在该高压反应罐中氨水上方设置支撑网板，将550g所述一次改性骨料放在该支撑网板上，然后关闭反应罐的密封盖，将高压反应罐水浴加热至55℃，并保温2.5小时，以利用加热氨水得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，完整后得到二次改性骨料，备用。

(3)取平均粒径为40～70mm的纳米二氧化硅粉末，将该纳米二氧化硅和pH＝9.5的阴极电解水混合后进行超声分散，制成纳米二氧化硅的质量浓度约为17％的悬浮液。然后将所述二次改性骨料与该悬浮液按照1g：3.5ml的比例混合后搅拌20min，然后取出在室温下密封放置3天，使所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中氢氧化钙充分完成，得改性再生混凝土骨料。

实施例5

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入质量浓度为35％的氯化钙溶液中，并使氯化钙溶液完全没过再生混凝土骨料，以便于进行充分浸渍，浸渍6小时后进行过滤分离，待再生混凝土骨料不掉液体即可，得一次改性骨料，备用。

(2)在高压反应罐中加入质量浓度为25％的氨水450ml，并在该高压反应罐中氨水上方设置支撑网板，将550g所述一次改性骨料放在该支撑网板上，然后关闭反应罐的密封盖，将高压反应罐水浴加热至55℃，并保温3小时，以利用加热氨水得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，完整后得到二次改性骨料。

(3)所述二次改性骨料在室温下密封放置3天，得改性再生混凝土骨料。

实施例6

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入质量浓度为35％的氯化钙溶液中，并使氯化钙溶液完全没过再生混凝土骨料，以便于进行充分浸渍，浸渍6小时后进行过滤分离，待再生混凝土骨料不掉液体即可，得一次改性骨料，备用。

(2)取平均粒径为40～70mm的纳米二氧化硅粉末，将该纳米二氧化硅和pH＝10的阴极电解水混合后进行超声分散，制成纳米二氧化硅的质量浓度约为15％的悬浮液。然后将所述二次改性骨料与该悬浮液按照1g：3ml的比例混合后搅拌20min，然后取出在室温下密封放置3天，使所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中氢氧化钙充分完成，得改性再生混凝土骨料。

实施例7

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入质量浓度为35％的氯化钙溶液中，并使氯化钙溶液完全没过再生混凝土骨料，以便于进行充分浸渍，浸渍6小时后进行过滤分离，待再生混凝土骨料不掉液体即可，得一次改性骨料，备用。

(2)在高压反应罐中加入质量浓度为25％的氨水450ml，并在该高压反应罐中氨水上方设置支撑网板，将550g所述一次改性骨料放在该支撑网板上，然后关闭反应罐的密封盖，以利用氨水自然挥发得到的氨气对所述一次改性骨料进行处理，完整后得到二次改性骨料，备用。

(3)取平均粒径为40～70mm的纳米二氧化硅粉末，将该纳米二氧化硅和pH＝10的阴极电解水混合后进行超声分散，制成纳米二氧化硅的质量浓度约为15％的悬浮液。然后将所述二次改性骨料与该悬浮液按照1g：3ml的比例混合后搅拌20min，然后取出在室温下密封放置3天，使所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中氢氧化钙充分完成，得改性再生混凝土骨料。

实施例8

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)在高压反应罐中加入质量浓度为25％的氨水450ml，并在该高压反应罐中氨水上方设置支撑网板，将550g所述一次改性骨料放在该支撑网板上，然后关闭反应罐的密封盖，将高压反应罐水浴加热至55℃，并保温3小时，以利用加热氨水得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，完整后得到二次改性骨料，备用。

(2)取平均粒径为40～70mm的纳米二氧化硅粉末，将该纳米二氧化硅和pH＝10的阴极电解水混合后进行超声分散，制成纳米二氧化硅的质量浓度约为15％的悬浮液。然后将所述二次改性骨料与该悬浮液按照1g：3ml的比例混合后搅拌20min，然后取出在室温下密封放置3天，使所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中氢氧化钙充分完成，得改性再生混凝土骨料。

实施例9

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入质量浓度为35％的氯化钙溶液中，并使氯化钙溶液完全没过再生混凝土骨料，以便于进行充分浸渍，浸渍6小时后进行过滤分离，待再生混凝土骨料不掉液体即可，得一次改性骨料，备用。

(2)在高压反应罐中加入质量浓度为25％的氨水450ml，将550g所述一次改性骨料置于氨水中，然后关闭反应罐的密封盖，将高压反应罐水浴加热至55℃，并保温3小时，以利用加热氨水得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，完整后得到二次改性骨料，备用。

(3)取平均粒径为40～70mm的纳米二氧化硅粉末，将该纳米二氧化硅和pH＝10的阴极电解水混合后进行超声分散，制成纳米二氧化硅的质量浓度约为15％的悬浮液。然后将所述二次改性骨料与该悬浮液按照1g：3ml的比例混合后搅拌20min，然后取出在室温下密封放置3天，使所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中氢氧化钙充分完成，得改性再生混凝土骨料。

实施例10

一种再生混凝土骨料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入质量浓度为35％的氯化钙溶液中，并使氯化钙溶液完全没过再生混凝土骨料，以便于进行充分浸渍，浸渍6小时后进行过滤分离，待再生混凝土骨料不掉液体即可，得一次改性骨料，备用。

(2)在高压反应罐中加入质量浓度为25％的氨水450ml，并在该高压反应罐中氨水上方设置支撑网板，将550g所述一次改性骨料放在该支撑网板上，然后关闭反应罐的密封盖，将高压反应罐水浴加热至55℃，并保温3小时，以利用加热氨水得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，完整后得到二次改性骨料，备用。

(3)取平均粒径为40～70mm的纳米二氧化硅粉末，将该纳米二氧化硅和pH＝10的阴极电解水混合后进行超声分散，制成纳米二氧化硅的质量浓度约为15％的悬浮液。然后将所述二次改性骨料与该悬浮液按照1g：3ml的比例混合后搅拌20min，得改性再生混凝土骨料。

性能测试

1、取上述各实施例制备的改性再生混凝土骨料，分别按照如下配比制成各混凝土试件：水泥450重量份、天然细骨料730重量份、天然粗骨料850重量份、再生混凝土骨料400份、聚羧酸减水剂19重量份、水250重量份。将上述原料在低速(60/min)下搅拌120s，高速(120r/min)下搅拌120s，间隔30s。将混凝土浆浇铸在模具(100mm×100mm×100mm)中成型，24小时后脱模，然后将试样转移到养护室进行标准养护28天，得到待测试混凝土试件。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2016)测试各混凝土试件的抗压强度，测试结果如表2和表3所示。

2、取上述各实施例制备的改性再生混凝土骨料，分别按照如下配比制成各混凝土试件：水泥360重量份、天然细骨料650重量份、天然粗骨料680重量份、再生混凝土骨料220份、聚羧酸减水剂14重量份、水200重量份。将上述原料在低速(60/min)下搅拌120s，高速(120r/min)下搅拌120s，间隔30s。将混凝土浆浇铸在模具(直径100mm，高度50mm)中成型，24小时后脱模，然后将试样转移到养护室进行标准养护28天，得到待测试混凝土试件。按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT 50082-2009)中RCM法制成圆柱形混凝土试件，测试抗氯离子渗透性能，测试结果如表2和表3所示。

3、取上述各实施例制备的改性再生混凝土骨料，分别按照如下配比制成各混凝土试件：水泥400重量份、天然细骨料700重量份、天然粗骨料750重量份、再生混凝土骨料300份、聚羧酸减水剂15重量份、水220重量份。将上述原料在低速(60/min)下搅拌120s，高速(120r/min)下搅拌120s，间隔30s。将混凝土浆浇铸在模具(100mm×100mm×100mm)中成型，24小时后脱模，然后将试样转移到养护室进行标准养护28天，测试得到的混凝土试件的抗碳化性能。碳化实验环境设定为：碳化箱二氧化碳浓度为(20±3)％，湿度控制在(70±3)℃，温度控制在(20±2)％，以混凝土试件的碳化深度算术平均值作为碳化测定值。在试件达到相应碳化龄期后，采用压力试验机对混凝土试件进行劈裂试验，然后去除混凝土试件断裂面上的残渣使试件表面干净整洁，然后将浓度为1％的酚酞酒精溶液(酒精溶液含20％的蒸馏水)喷在试件断裂面处(如图2所示，从左往右第一行分别为实施例1～5，第二行分别为实施例6～10)。经过约30s后按划线测点用游标卡尺测得不同测点的混凝土试件的碳化深度，并计算各测点的平均碳化深度，测试结果如表2和表3所示。

表2实施例1～4制备的混凝土试件的性能测试结果

实施例序号	1	2	3	4
					抗压强度(MPa)	56.39	54.42	54.18	53.26
Cl<sup>-</sup>扩散系数(10<sup>-12</sup>m<sup>2</sup>/s)	2.16	2.39	2.44	2.27
					碳化深度(mm)	1.7	2.4	2.1	1.9

表3实施例5～10制备的混凝土试件的性能测试结果

实施例序号	5	6	7	8	9	10
							抗压强度(MPa)	44.97	39.53	42.37	38.81	41.69	40.22
Cl<sup>-</sup>扩散系数(10<sup>-12</sup>m<sup>2</sup>/s)	3.13	3.34	3.08	3.19	2.97	2.84
							碳化深度(mm)	3.8	5.2	4.4	6.1	4.7	4.9

从上述表2和表3的测试结果可以看出，采用实施例1～4制备的改性再生混凝土骨料制备的混凝土试块的各项性能指标普遍优于实施例5～10，其主要原因在于实施例5～10制备的改性再生混凝土骨料无法完成更为彻底、有效的改性，导致再生混凝土骨料的孔隙率、强度等未能达到更好的改善。例如，当再生混凝土骨料更加致密，孔隙率更低时，二氧化碳气体更难进入混凝土内部，从而碳化深度较小。另外，当再生混凝土骨料更加致密，孔隙率更低时增大了氯离子向混凝土内部迁移的困难程度，降低了氯离子的扩散速度，同时也对再生混凝土的强度改善效果明显。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将再生混凝土骨料浸入氯化钙溶液中，待浸透后将再生混凝土骨料取出，得一次改性骨料，备用；

(2)在密封环境中用氨水加热得到的碱性水蒸气对所述一次改性骨料进行蒸养，得二次改性骨料，备用；

(3)将纳米二氧化硅和阴极电解水混合制成悬浮液，然后所述二次改性骨料与该悬浮液混合后拌匀，待所述纳米二氧化硅与二次改性骨料中的氢氧化钙反应完成，即得改性再生混凝土骨料。

2.根据权利要求1所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，步 骤(1)中，所述氯化钙溶液的质量浓度控制在30％以上。

3.根据权利要求2所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，所述氯化钙溶液的质量浓度控制在30～35％，并将所述再生混凝土骨料在氯化钙溶液中浸渍5～8小时。

4.根据权利要求1所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，步骤(1)中，将所述再生混凝土骨料取出控水至不掉液体后进行所述步骤(2)。

5.根据权利要求1所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氨水的质量浓度保持在18～25％之间。

6.根据权利要求1所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，步骤(2)中，将氨水置于密闭容器中，将所述一次改性骨料置于氨水上方，然后在45～60℃的温度下对所述密闭容器进行加热，通过挥发出的氨气和水蒸气形成的碱性水蒸气对所述一次改性骨料在加压条件下蒸养。

7.根据权利要求6所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，步骤(2)中，所述蒸养的时间为2.5～4小时。

8.根据权利要求1所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，步骤(3)中，所述悬浮液中纳米二氧化硅的质量浓度为13～20％。

9.根据权利要求1所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，步骤(3)中，所述阴极电解水的pH在9.5～11 .5之间。

10.根据权利要求1-9任一项所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，所述二次改性骨料与该悬浮液的比例为1g：2～3.5ml。

11.根据权利要求1-9任一项所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，步骤(3)中，将所述二次改性骨料与该悬浮液拌匀后静置不少于2天，即得所述改性再生混凝土骨料。

12.根据权利要求11所述的再生混凝土骨料的改性方法，其特征在于，将所述二次改性骨料与该悬浮液拌匀后静置2～3天。

13.一种包括再生混凝土骨料的混凝土组合物，其特征在于，以重量份计，该混凝土组合物的原料包括如下组分：水泥360～450份、天然细骨料650～730份、天然粗骨料680～850份、再生混凝土骨料220～400份、外加剂14 .5～19份；其中：所述再生混凝土骨料为权利要求1-12任一项所述的再生混凝土骨料的改性方法制备而来。

14.根据权利要求13所述的包括再生混凝土骨料的混凝土组合物，其特征在于，所述外加剂为减水剂。

15.根据权利要求14所述的包括再生混凝土骨料的混凝土组合物，其特征在于，所述减水剂选自萘系减水剂、脂肪族减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸减水剂中的任意一种。

16.根据权利要求13-15任一项所述的包括再生混凝土骨料的混凝土组合物，其特征在于，所述混凝土组合物的原料组成还包括200～250重量份拌和水。

17.权利要求1-12任一项所述的改性方法制备的改性再生混凝土骨料或者权利要求13-16任一项所述的混凝土组合物在公路、桥梁、隧道、海洋领域中的应用。

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