CN114180872B - 一种环境友好型再生微粉骨料及其在混凝土中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种环境友好型再生微粉骨料及其在混凝土中的应用，再生微粉骨料为依次包覆的层状结构，由内至外包括多个交替包覆的基料层、修复层，以及最外层的活化层；其中，基料层质量分数占比为70‑85wt%，修复层质量分数占比为10‑25wt%，活化层质量分数占比为2‑5wt%，该再生微粉骨料在混凝土中用于天然骨料替代，替代量可达70‑85%；本申请合理利用废弃建筑物料，针对性进行结构改造和优化活化，制得再生微粉骨料结构密实，性能稳定，具有优异的力学参数，吸水率低，孔隙率小，作混凝土再生骨料应用经济高效，性价比高，值得推广应用。

Description

一种环境友好型再生微粉骨料及其在混凝土中的应用

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体的为一种环境友好型再生微粉骨料及其在混凝土中的应用。

背景技术

随着我国城市改扩建规模的不断加大以及社会主义新农村建设的快速推进，大量旧建筑物和构筑物的拆除产生了大量的混凝土、砖、石、砂浆和瓦块等建筑废弃物。目前，建筑废弃物大部分采用露天堆放、填埋等传统方式处置，不仅占用大量土地，而且还会对环境和人身安全造成很大危害。另外，混凝土的大量生产需要大量开采优质天然砂石资源，造成自然环境的

严重恶化。随着天然砂、石的储备量减少，开采成本的上升，建筑废弃物加工成再生骨料来代替天然砂石生产混凝土方面的研究已成热门趋势。

目前我国建筑垃圾资源综合利用率不足10％，主要集中在再生混凝土骨料方面，而建筑垃圾微粉是废弃混凝土再生利用时产生不可忽视的问题，约占废弃混凝土总量的5％-20％，其主要矿物成分为二氧化硅、氢氧化钙、钙矾石以及硅铝酸钙等这些组分均具有潜在的激活特性，同时在水泥工业生产中产生了大量的二氧化碳废气。

另外，再生混凝土骨料附着一层旧砂浆，在回收利用等过程中又不可避免的产生了结构损伤，使得再生混凝土骨料存在微裂缝，所以再生混凝土骨料的强度、表观密度和堆积密度均低于天然骨料，而吸水率和吸水速率比天然骨料大得多。这些因素导致了再生骨料在混凝土中应用效果不甚理想，限制了其建材资源化的利用率。

如何能有效改善再生混凝土骨料的性能，突破建筑垃圾微粉的资源循环利用，又能实现经济环境效益，是当前行业建筑资源化利用进程中急需应对的一个行业问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种环境友好型再生微粉骨料及其在混凝土中的应用，合理利用废弃建筑物料，针对性进行结构改造和优化活化，制得再生微粉骨料结构密实，性能稳定，具有优异的力学参数，吸水率低，孔隙率小，作混凝土再生骨料应用经济高效，性价比高，值得推广应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种环境友好型再生微粉骨料，再生微粉骨料为依次包覆的层状结构，由内至外包括多个交替包覆的基料层、修复层，以及最外层的活化层；其中，基料层质量分数占比为70-85wt％，修复层质量分数占比为10-25wt％，活化层质量分数占比为2-5wt％。

作为本发明进一步优选，基料层至少设有n+1层、修复层至少设有n层，两者交替设置，n≥1。

作为本发明进一步优选，基料层包括以下质量百分含量原料：建筑废弃骨料、建筑垃圾微粉、水；修复层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、海绵铁、SBS改性沥青、水；活化层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、大孔二氧化硅、甲基三甲氧基硅烷、水。

作为本发明进一步优选，建筑废弃骨料粒径为1-5mm，建筑垃圾微粉小于0.15mm。

作为本发明进一步优选，基料层各原料质量百分含量为，建筑废弃骨料70-80wt％、建筑垃圾微粉5-15wt％、水余量；修复层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉10-15wt％、海绵铁10-15wt％、SBS改性沥青10-15wt％、水余量；活化层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉30-40wt％、大孔二氧化硅15-30wt％、甲基三甲氧基硅烷5-12wt％、水余量。

作为本发明进一步优选，环境友好型再生微粉骨料，制备方法为：

1)取基料层原料，取建筑废弃骨料进行机械破碎，然后酸化活化，滤出、清洗，然后与建筑垃圾微粉、水共混，搅拌均匀后，得内层基料，备用；

2)取修复层原料，将SBS改性沥青与水共混，然后依次将海绵铁、建筑垃圾微粉加入其中，搅拌混匀后，得中层修复料，备用；

3)取活化层原料，将大孔二氧化硅、建筑垃圾微粉共混，然后在搅拌条件下依次将水、甲基三甲氧基硅烷加入其中，搅拌混匀后，得外层活化料，备用；

4)将内层基料、中层修复料、外层活化料按核-壳结构依次干燥、浸渍包覆、干燥成型。

作为本发明进一步优选，步骤1)中酸化活化具体为1M草酸或酒石酸溶液，浸渍1-2h。

作为本发明进一步优选，步骤4)中包覆的多层核-壳结构，在包覆前先对内一层进行干燥，干燥至含水量小于3％。

作为本发明进一步优选，由上述的环境友好型再生微粉骨料作为混凝土天然骨料替换物，替换量为天然骨料质量的70-85％。

本发明的有益效果在于：本发明合理利用废弃建筑物料，针对性进行结构改造和优化活化，制得再生微粉骨料结构密实，性能稳定，具有优异的力学参数，吸水率低，孔隙率小，作混凝土再生骨料应用经济高效，性价比高，值得推广应用。

综合利用建筑垃圾微粉和建筑废弃骨料(大粒径的建筑废料)，辅以强化填料和改性高分子材料，分别对废弃建筑进行内层修复和表层活化，并合理设计骨料结构，依次包覆形成高稳致密的核-壳结构，具有优异的层间渗透结合力，同时对废弃建筑内部的孔隙、裂纹进行强化弥补，成型的骨料吸水率低、孔隙度小，且表层具有优异的结合力，由外向内先与水润湿分散，保证足够坍落度和流变性，然后又在SBS改性沥青的修复层具有一定的疏水性，进一步均匀分散，降低用水量，用于混凝土浆料配制具有良好的复配性，实用高效。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种环境友好型再生微粉骨料，再生微粉骨料为依次包覆的层状结构，由内至外包括多个交替包覆的基料层、修复层，以及最外层的活化层；其中，基料层质量分数占比为80wt％，修复层质量分数占比为15wt％，活化层质量分数占比为5wt％。

基料层至少设有n+1层、修复层至少设有n层，两者交替设置，n≥1。本实施例基料层设有2层、修复层设有1层，最外层活化层与基料层相邻结合(下同)。

基料层包括以下质量百分含量原料：建筑废弃骨料、建筑垃圾微粉、水；修复层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、海绵铁、SBS改性沥青、水；活化层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、大孔二氧化硅、甲基三甲氧基硅烷、水。

建筑废弃骨料粒径为1-5mm，建筑垃圾微粉小于0.15mm。

基料层各原料质量百分含量为，建筑废弃骨料80wt％、建筑垃圾微粉10wt％、水余量；修复层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉15wt％、海绵铁10wt％、SBS改性沥青10wt％、水余量；活化层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉35wt％、大孔二氧化硅20wt％、甲基三甲氧基硅烷5wt％、水余量。

环境友好型再生微粉骨料，制备方法为：

1)取基料层原料，取建筑废弃骨料进行机械破碎，然后酸化活化，酸化活化具体为1M草酸或酒石酸溶液，浸渍1-2h，滤出、清洗，然后与建筑垃圾微粉、水共混，搅拌均匀后，得内层基料，备用；

2)取修复层原料，将SBS改性沥青与水共混，然后依次将海绵铁、建筑垃圾微粉加入其中，搅拌混匀后，得中层修复料，备用；

3)取活化层原料，将大孔二氧化硅、建筑垃圾微粉共混，然后在搅拌条件下依次将水、甲基三甲氧基硅烷加入其中，搅拌混匀后，得外层活化料，备用；

4)将内层基料、中层修复料、外层活化料按核-壳结构依次干燥、浸渍包覆、干燥成型；过程中，包覆的多层核-壳结构，在包覆前先对内一层进行干燥，干燥至含水量小于3％。

由上述的环境友好型再生微粉骨料作为混凝土天然骨料替换物，替换量为天然骨料质量的80％，制备混凝土制品。

实施例2：

一种环境友好型再生微粉骨料，再生微粉骨料为依次包覆的层状结构，由内至外包括多个交替包覆的基料层、修复层，以及最外层的活化层；其中，基料层质量分数占比为85wt％，修复层质量分数占比为10wt％，活化层质量分数占比为5wt％。

基料层至少设有n+1层、修复层至少设有n层，两者交替设置，n≥1。本实施例基料层设有2层、修复层设有1层。

基料层包括以下质量百分含量原料：建筑废弃骨料、建筑垃圾微粉、水；修复层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、海绵铁、SBS改性沥青、水；活化层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、大孔二氧化硅、甲基三甲氧基硅烷、水。

建筑废弃骨料粒径为1-5mm，建筑垃圾微粉小于0.15mm。

基料层各原料质量百分含量为，建筑废弃骨料70wt％、建筑垃圾微粉10wt％、水余量；修复层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉10wt％、海绵铁10wt％、SBS改性沥青15wt％、水余量；活化层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉30wt％、大孔二氧化硅20wt％、甲基三甲氧基硅烷5wt％、水余量。

环境友好型再生微粉骨料，制备方法为：

1)取基料层原料，取建筑废弃骨料进行机械破碎，然后酸化活化，酸化活化具体为1M草酸或酒石酸溶液，浸渍1-2h，滤出、清洗，然后与建筑垃圾微粉、水共混，搅拌均匀后，得内层基料，备用；

2)取修复层原料，将SBS改性沥青与水共混，然后依次将海绵铁、建筑垃圾微粉加入其中，搅拌混匀后，得中层修复料，备用；

3)取活化层原料，将大孔二氧化硅、建筑垃圾微粉共混，然后在搅拌条件下依次将水、甲基三甲氧基硅烷加入其中，搅拌混匀后，得外层活化料，备用；

4)将内层基料、中层修复料、外层活化料按核-壳结构依次干燥、浸渍包覆、干燥成型；过程中，包覆的多层核-壳结构，在包覆前先对内一层进行干燥，干燥至含水量小于3％。

由上述的环境友好型再生微粉骨料作为混凝土天然骨料替换物，替换量为天然骨料质量的82％，制备混凝土制品。

实施例3：

一种环境友好型再生微粉骨料，再生微粉骨料为依次包覆的层状结构，由内至外包括多个交替包覆的基料层、修复层，以及最外层的活化层；其中，基料层质量分数占比为75wt％，修复层质量分数占比为20wt％，活化层质量分数占比为5wt％。

基料层至少设有n+1层、修复层至少设有n层，两者交替设置，n≥1。本实施例基料层设有2层、修复层设有1层。

基料层包括以下质量百分含量原料：建筑废弃骨料、建筑垃圾微粉、水；修复层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、海绵铁、SBS改性沥青、水；活化层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、大孔二氧化硅、甲基三甲氧基硅烷、水。

建筑废弃骨料粒径为1-5mm，建筑垃圾微粉小于0.15mm。

基料层各原料质量百分含量为，建筑废弃骨料76wt％、建筑垃圾微粉10wt％、水余量；修复层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉12wt％、海绵铁15wt％、SBS改性沥青15wt％、水余量；活化层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉40wt％、大孔二氧化硅15wt％、甲基三甲氧基硅烷10wt％、水余量。

环境友好型再生微粉骨料，制备方法为：

1)取基料层原料，取建筑废弃骨料进行机械破碎，然后酸化活化，酸化活化具体为1M草酸或酒石酸溶液，浸渍1-2h，滤出、清洗，然后与建筑垃圾微粉、水共混，搅拌均匀后，得内层基料，备用；

2)取修复层原料，将SBS改性沥青与水共混，然后依次将海绵铁、建筑垃圾微粉加入其中，搅拌混匀后，得中层修复料，备用；

3)取活化层原料，将大孔二氧化硅、建筑垃圾微粉共混，然后在搅拌条件下依次将水、甲基三甲氧基硅烷加入其中，搅拌混匀后，得外层活化料，备用；

4)将内层基料、中层修复料、外层活化料按核-壳结构依次干燥、浸渍包覆、干燥成型；过程中，包覆的多层核-壳结构，在包覆前先对内一层进行干燥，干燥至含水量小于3％。

由上述的环境友好型再生微粉骨料作为混凝土天然骨料替换物，替换量为天然骨料质量的75％，制备混凝土制品。

实施例4：

一种环境友好型再生微粉骨料，再生微粉骨料为依次包覆的层状结构，由内至外包括多个交替包覆的基料层、修复层，以及最外层的活化层；其中，基料层质量分数占比为85wt％，修复层质量分数占比为12wt％，活化层质量分数占比为3wt％。

基料层至少设有n+1层、修复层至少设有n层，两者交替设置，n≥1。本实施例基料层设有3层、修复层设有2层。

基料层包括以下质量百分含量原料：建筑废弃骨料、建筑垃圾微粉、水；修复层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、海绵铁、SBS改性沥青、水；活化层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、大孔二氧化硅、甲基三甲氧基硅烷、水。

建筑废弃骨料粒径为1-5mm，建筑垃圾微粉小于0.15mm。

基料层各原料质量百分含量为，建筑废弃骨料80wt％、建筑垃圾微粉5wt％、水余量；修复层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉10wt％、海绵铁10wt％、SBS改性沥青15wt％、水余量；活化层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉32wt％、大孔二氧化硅18wt％、甲基三甲氧基硅烷8wt％、水余量。

环境友好型再生微粉骨料，制备方法为：

1)取基料层原料，取建筑废弃骨料进行机械破碎，然后酸化活化，酸化活化具体为1M草酸或酒石酸溶液，浸渍1-2h，滤出、清洗，然后与建筑垃圾微粉、水共混，搅拌均匀后，得内层基料，备用；

2)取修复层原料，将SBS改性沥青与水共混，然后依次将海绵铁、建筑垃圾微粉加入其中，搅拌混匀后，得中层修复料，备用；

3)取活化层原料，将大孔二氧化硅、建筑垃圾微粉共混，然后在搅拌条件下依次将水、甲基三甲氧基硅烷加入其中，搅拌混匀后，得外层活化料，备用；

4)将内层基料、中层修复料、外层活化料按核-壳结构依次干燥、浸渍包覆、干燥成型；过程中，包覆的多层核-壳结构，在包覆前先对内一层进行干燥，干燥至含水量小于3％。

由上述的环境友好型再生微粉骨料作为混凝土天然骨料替换物，替换量为天然骨料质量的83％，制备混凝土制品。

实施例5：

一种环境友好型再生微粉骨料，再生微粉骨料为依次包覆的层状结构，由内至外包括多个交替包覆的基料层、修复层，以及最外层的活化层；其中，基料层质量分数占比为82wt％，修复层质量分数占比为16wt％，活化层质量分数占比为2wt％。

基料层至少设有n+1层、修复层至少设有n层，两者交替设置，n≥1。本实施例基料层设有3层、修复层设有2层。

基料层包括以下质量百分含量原料：建筑废弃骨料、建筑垃圾微粉、水；修复层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、海绵铁、SBS改性沥青、水；活化层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、大孔二氧化硅、甲基三甲氧基硅烷、水。

建筑废弃骨料粒径为1-5mm，建筑垃圾微粉小于0.15mm。

基料层各原料质量百分含量为，建筑废弃骨料74wt％、建筑垃圾微粉6wt％、水余量；修复层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉11wt％、海绵铁15wt％、SBS改性沥青10wt％、水余量；活化层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉33wt％、大孔二氧化硅20wt％、甲基三甲氧基硅烷12wt％、水余量。

环境友好型再生微粉骨料，制备方法为：

1)取基料层原料，取建筑废弃骨料进行机械破碎，然后酸化活化，酸化活化具体为1M草酸或酒石酸溶液，浸渍1-2h，滤出、清洗，然后与建筑垃圾微粉、水共混，搅拌均匀后，得内层基料，备用；

2)取修复层原料，将SBS改性沥青与水共混，然后依次将海绵铁、建筑垃圾微粉加入其中，搅拌混匀后，得中层修复料，备用；

3)取活化层原料，将大孔二氧化硅、建筑垃圾微粉共混，然后在搅拌条件下依次将水、甲基三甲氧基硅烷加入其中，搅拌混匀后，得外层活化料，备用；

4)将内层基料、中层修复料、外层活化料按核-壳结构依次干燥、浸渍包覆、干燥成型；过程中，包覆的多层核-壳结构，在包覆前先对内一层进行干燥，干燥至含水量小于3％。

由上述的环境友好型再生微粉骨料作为混凝土天然骨料替换物，替换量为天然骨料质量的85％，制备混凝土制品。

降本发明实施例制备的混凝土进行性能测试，数据如下：

其中，对比例为，以实施例1为基础，骨料全部采用天然骨料，不含本申请再生微粉骨料，其他条件不变，制备混凝土制品。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种环境友好型再生微粉骨料，其特征在于：再生微粉骨料为依次包覆的层状结构，由内至外包括多个交替包覆的基料层、修复层，以及最外层的活化层；其中，基料层质量分数占比为70-85wt%，修复层质量分数占比为10-25wt%，活化层质量分数占比为2-5wt%；

所述基料层至少设有n+1层、修复层至少设有n层，两者交替设置，n≥1；

所述基料层包括以下质量百分含量原料：建筑废弃骨料、建筑垃圾微粉、水；修复层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、海绵铁、SBS改性沥青、水；活化层包括以下质量百分含量原料：建筑垃圾微粉、大孔二氧化硅、甲基三甲氧基硅烷、水；

所述建筑废弃骨料粒径为1-5mm，建筑垃圾微粉小于0.15mm；

所述基料层各原料质量百分含量为，建筑废弃骨料70-80wt%、建筑垃圾微粉5-15wt%、水余量；修复层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉10-15wt%、海绵铁10-15wt%、SBS改性沥青10-15wt%、水余量；活化层各原料质量百分含量为，建筑垃圾微粉30-40wt%、大孔二氧化硅15-30wt%、甲基三甲氧基硅烷5-12wt%、水余量；

制备方法为：

1）取基料层原料，取建筑废弃骨料进行机械破碎，然后酸化活化，滤出、清洗，然后与建筑垃圾微粉、水共混，搅拌均匀后，得内层基料，备用；

2）取修复层原料，将SBS改性沥青与水共混，然后依次将海绵铁、建筑垃圾微粉加入其中，搅拌混匀后，得中层修复料，备用；

3）取活化层原料，将大孔二氧化硅、建筑垃圾微粉共混，然后在搅拌条件下依次将水、甲基三甲氧基硅烷加入其中，搅拌混匀后，得外层活化料，备用；

4）将内层基料、中层修复料、外层活化料按核-壳结构依次干燥、浸渍包覆、干燥成型；

步骤1）中酸化活化具体为1M草酸或酒石酸溶液，浸渍1-2h；

步骤4）中包覆的多层核-壳结构，在包覆前先对内一层进行干燥，干燥至含水量小于3%。

2.一种环境友好型再生微粉骨料及其在混凝土中的应用，其特征在于：由权利要求1所述的环境友好型再生微粉骨料作为混凝土天然骨料替换物，替换量为天然骨料质量的70-85%。