CN114276064B - 一种抗开裂再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种抗开裂再生混凝土及其制备方法。所述抗开裂再生混凝土由活性新拌混凝土硬化后得到，所述活性新拌混凝土由新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者按照（120‑160）：（2.4‑2.8）：（0.8‑1.2）的重量比混合之后在紫外光照射下拌合而成，所述新拌再生混凝土为粗骨料、细骨料、水泥、水、粉煤灰以及减水剂的拌合产物，所述粗骨料和细骨料中至少有一种为废弃混凝土的破碎产物。本申请通过促进羟基自由基的生成，提高了活性新拌混凝土中各组分的结合度，减少了再生混凝土在冻融循环条件下养护时发生开裂的可能。

Description

一种抗开裂再生混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土技术领域，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

再生混凝土一般指使用废弃混凝土部分或全部代替天然砂石制备而成的混凝土，再生混凝土能够有效消耗建筑垃圾，因此推广再生混凝土的生产工艺对节能环保有重大意义。

相关技术中有一种再生混凝土，包括如下重量份的组分：粗骨料1000份，细骨料800份，水泥260-280份，水220-240份，粉煤灰120-140份，减水剂3.8-4.0份，其中细骨料为废弃混凝土的破碎产物，再生混凝土的制备方法包括以下步骤：

(1)将粗骨料、细骨料、水泥、水、粉煤灰混合并搅拌均匀，得到新拌再生混凝土；(2)对新拌混凝土拌合物进行制件和养护，得到再生混凝土。

针对上述中的相关技术，发明人认为，相关技术中的再生混凝土使用了废弃混凝土的破碎产物作为粗骨料，而废弃混凝土的吸水性强，当新拌再生混凝土在养护过程中存在冻融循环现象时，水结冰产生的冻胀应力容易导致再生混凝土开裂，对再生混凝土的应用造成限制。

发明内容

相关技术中，当养护过程中存在冻融循环现象时，再生混凝土容易开裂，限制了再生混凝土的应用。为了改善这一缺陷，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，所述抗开裂再生混凝土由活性新拌混凝土硬化后得到，所述活性新拌混凝土由新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者按照(120-160)：(2.4-2.8)：(0.8-1.2)的重量比混合之后在紫外光照射下拌合而成，所述新拌再生混凝土为粗骨料、细骨料、水泥、水、粉煤灰以及减水剂的拌合产物，所述粗骨料和细骨料中至少有一种为废弃混凝土的破碎产物。

通过采用上述技术方案，本申请与相关技术相比，在紫外光的照射下，将新拌再生混凝土、氧化锡粉末与自由基扩增剂拌合，得到了活性新拌混凝土。在拌制活性新拌混凝土时，氧化锡粉末在紫外光的照射下产生光生电子和光生空穴，光生电子或光生空穴再与自由基扩增剂作用，使得活性新拌混凝土中产生了羟基自由基。羟基自由基能够促进废弃混凝土的破碎产物中Si—O—Si键的断裂与重新生成，从而释放了废弃混凝土破碎产物中具有胶凝活性的成分，提高了活性新拌混凝土中各组分的结合度，并对废弃混凝土中的缺陷进行了修复，从而减少了再生混凝土在冻融循环条件下养护时发生开裂的可能。

作为优选，所述活性新拌混凝土由新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者按照(130-150)：(2.5-2.7)：(0.9-1.1)的重量比混合之后在紫外光照射下拌合而成。

通过采用上述技术方案，优化了新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者的配比，有助于减少再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。

作为优选，拌制所述新拌再生混凝土的原料中，粗骨料与细骨料的重量比为(1.8-2.2)：1。

通过采用上述技术方案，本申请的新拌再生混凝土与相关技术相比，进行了原料配比的调整，增加了粗骨料的用量，减少了细骨料的用料量，使得细骨料填充粗骨料间隙的效果下降。在冻融循环条件下，冰晶向粗骨料之间的间隙中膨胀，从而实现了对冻胀应力的消解，减少了再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。

作为优选，所述细骨料为废弃混凝土的破碎产物，所述细骨料按照如下方法制备：

(1)对废弃混凝土进行破碎，得到废弃混凝土颗粒；

(2)将废弃混凝土颗粒与含水助磨剂、水化抑制剂按照(40-60)：(1.6-2.0)：1的重量比混合均匀，得到混合料；

(3)对混合料进行研磨，并筛选粒径为0.075-4.75mm的部分，得到细骨料。

通过采用上述技术方案，在研磨过程中，含水助磨剂中的水分被废弃混凝土颗粒中的孔隙吸附，从而对废弃混凝土颗粒表面进行了预湿，减少了研磨过程中的扬尘。含水助磨剂中的助磨组分能够提高对的废弃混凝土颗粒的研磨效果，有助于释放废弃混凝土颗粒中的胶凝成分，而水化抑制剂能够减少废弃混凝土释放的胶凝成分与水分发生反应的可能，使得最终得到的细骨料保留胶凝活性，提高了活性新拌混凝土中各组分的结合度，减少了再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。

作为优选，所述含水助磨剂选用石膏浆体或硅溶胶。

通过采用上述技术方案，当含水助磨剂为硅溶胶时，硅溶胶中的纳米二氧化硅颗粒能够与废弃混凝土颗粒结合，从而增加了废弃混凝土颗粒表面的粗糙度，有助于改善对废弃混凝土颗粒的研磨效果。当含水助磨剂选用石膏浆体时，当石膏浆体中的水分被废弃混凝土颗粒吸附后，石膏浆体中已溶解的硫酸钙发生结晶，新生成的硫酸钙晶体同样增加了废弃混凝土颗粒表面的粗糙度，有助于改善对废弃混凝土颗粒的研磨效果。

作为优选，所述水化抑制剂选用甘油或蔗糖。

通过采用上述技术方案，甘油或蔗糖的分子中均含有多个羟基，因此能够与水分子之间形成氢键。在研磨过程中，氢键对水分子起到了约束作用，从而减少了水分子与废弃混凝土释放的胶凝成分发生反应的可能。

作为优选，所述粗骨料由碎石、卵石、废弃混凝土颗粒中的至少两种混合而成。

通过采用上述技术方案，当粗骨料由碎石、卵石、废弃混凝土颗粒中的至少两种混合而成时，由于不同骨料之间形状的差异，因此会在骨料之间形成不规则的空隙，从而为冰晶生长提供了空间，消解了冰晶生长时产生的冻胀应力，减少了再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。

作为优选，所述自由基扩增剂选用过硫酸钠或过氧化氢中的至少一种。

通过采用上述技术方案，当自由基扩增剂为过硫酸钠时，过硫酸钠在水的参与下与光生电子结合，从而产生了羟基自由基。当自由基扩增剂为过氧化氢时，过氧化氢在碱性条件下与光生空穴作用，同样产生了羟基自由基。当同时添加过硫酸钠和过氧化氢时，过硫酸钠还能够直接与过氧化氢反应，使过氧化氢均裂形成羟基自由基，从而提高了羟基自由基的生成量，有助于提高再生混凝土中各组分的结合度，减少了再生混凝土在冻融循环条件下养护时发生开裂的可能。

第二方面，本申请提供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：

(1)将粗骨料、细骨料、水泥、水、粉煤灰混合并搅拌均匀，得到新拌再生混凝土；

(2)将新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂混合并搅拌均匀，同时全程使用紫外光进行照射，得到活性新拌混凝土；

(3)对活性新拌混凝土进行制件和养护，得到抗开裂再生混凝土。

通过采用上述技术方案，本申请的方法先制备了活性新拌混凝土，然后再将新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂制成活性新拌混凝土，最终使用活性新拌混凝土进行制件和养护，得到了抗开裂再生混凝土。

作为优选，在制备抗开裂再生混凝土的步骤(2)中，还向新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者的混合物中通入氧气。

通过采用上述技术方案，在紫外光照射二氧化锡时，氧气能够与光生电子结合形成超氧离子自由基，超氧离子自由基能够发挥与羟基自由基相似的效果，从而减少了再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请将新拌再生混凝土、氧化锡粉末与自由基扩增剂混合得到了活性新拌混凝土，并通过紫外光照射的方式使得活性新拌混凝土中产生了羟基自由基，羟基自由基释放了废弃混凝土破碎产物中具有胶凝活性的成分，并对废弃混凝土中的缺陷进行了修复，从而有助于提高再生混凝土的强度，减少了再生混凝土在冻融循环条件下养护时发生开裂的可能。

2、本申请将废弃混凝土颗粒与含水助磨剂、水化抑制剂混合得到混合料，再研磨混合料得到细骨料，含水助磨剂中的助磨组分有助于释放废弃混凝土颗粒中的胶凝成分，而水化抑制剂能够减少胶凝成分与水分发生反应的可能，从而得到了具有胶凝活性的细骨料，有助于减少再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。

3、本申请的方法，通过向新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者的混合物中通入氧气，生成了超氧离子自由基，从而减少了再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。

具体实施方式

以下结合实施例和制备例对本申请作进一步详细说明。

细骨料的制备例

以下以制备例1为例说明。

制备例1

本申请中，细骨料按照以下方法制备：

(1)对废弃混凝土进行破碎，得到废弃混凝土颗粒；

(2)将400kg废弃混凝土颗粒与16kg含水助磨剂、10kg水化抑制剂混合均匀，得到混合料；本步骤中，含水助磨剂为含水率70％的石膏浆体，水化抑制剂为甘油；

(3)对混合料进行研磨，研磨2h之后筛选粒径为0.075-4.75mm的部分，得到细骨料。

如表1，制备例1-5的不同之处在于混合料的原料配比不同。

表1

制备例6

本制备例与制备例3的不同之处在于，含水助磨剂为含水率70％的硅溶胶。

制备例7

本制备例与制备例6的不同之处在于，水化抑制剂为蔗糖。

实施例

本申请实施例中使用的原料和设备均可通过市售获得，其中，紫外光源为美国Lightsources公司提供的莱劭思石英紫外线灯，紫外光源发出的紫外光波长为254nm。

实施例1-5

以下以实施例1为例进行说明。

实施例1

实施例1中，抗开裂再生混凝土按照以下步骤制备：

(1)将1000kg粗骨料、800kg细骨料、270kg水泥、270kg水、130kg粉煤灰、4kg减水剂混合并搅拌均匀，得到新拌再生混凝土；本步骤中，粗骨料为碎石，粗骨料的粒径在5-31.5mm范围内，细骨料为废弃混凝土破碎产物，细骨料的粒径在0.15-4.75mm范围内；

(2)将1200kg新拌再生混凝土、24kg氧化锡粉末以及10kg自由基扩增剂混合并搅拌均匀，并在搅拌过程中全程使用紫外光源的最大功率进行照射，得到活性新拌混凝土；本步骤中，自由基扩增剂为过硫酸钠。

(3)对活性新拌混凝土进行制件，然后在标准养护条件下养护28天，得到抗开裂再生混凝土。

如表2,实施例1-5的不同之处主要在于，拌制活性新拌混凝土时的原料配比不同。

表2

实施例6

本实施例与实施例3的不同之处在于，新拌再生混凝土的配方中，粗骨料与细骨料的重量比为1.6:1，粗骨料与细骨料的总重量为1800kg。

如表3，实施例6-10的不同之处在于粗骨料与细骨料的重量比不同。

表3

实施例11

本实施例与实施例8的不同之处在于，细骨料选用制备例1的细骨料。

如表4，实施例11-17的不同之处在于细骨料的制备例不同。

表4

样本	细骨料的制备例
		实施例11	制备例1
实施例12	制备例2
		实施例13	制备例3
实施例14	制备例4
		实施例15	制备例5
实施例16	制备例6
		实施例17	制备例7

实施例18

本实施例与实施例17的不同之处在于，粗骨料由碎石与卵石按照1：1的重量比混合而成。

实施例19

本实施例与实施例17的不同之处在于，粗骨料由废弃混凝土颗粒与碎石按照1：1的重量比混合而成

实施例20

本实施例与实施例17的不同之处在于，粗骨料由废弃混凝土颗粒与卵石按照1：1的重量比混合而成。

实施例21

本实施例与实施例17的不同之处在于，自由基扩增剂选用过氧化氢。

实施例22

本实施例与实施例18的不同之处在于，自由基扩增剂包括5kg过氧化氢和5kg过硫酸钠。

实施例23

本实施例与实施例22的不同之处在于，在制备抗开裂再生混凝土的步骤(2)中，还以10L/min的速率向新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者的混合物中以通入氧气，

对比例

对比例1

(1)将1000kg粗骨料、800kg细骨料、270kg水泥、270kg水、130kg粉煤灰、4kg减水剂混合并搅拌均匀，得到新拌再生混凝土；本步骤中，粗骨料为碎石，粗骨料的粒径在5-31.5mm范围内，细骨料为废弃混凝土破碎产物，细骨料的粒径在0.15-4.75mm范围内；

(2)对新拌再生混凝土进行制件，然后在标准养护条件下养护28天，得到抗开裂再生混凝土。

对比例2

本对比例与实施例3的不同之处在于，将紫外光源替换为白光光源，白光光源为乐清市众朗照明科技有限公司提供的YB5550型LED泛光灯。

对比例3

本对比例与实施例3的不同之处在于，制备抗开裂再生混凝土的步骤(2)中不添加自由基扩增剂。

性能检测试验方法

按照各实施例与对比例的配方和步骤，在同条件下制备边长150mm的立方体试块，并参照《GB/T50085-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行冻融循环试验，记录试块表面出现肉眼可见的裂纹时对应的冻融循环次数，检测结果见表5

表5

结合实施例1-5和对比例1并结合表5可以看出，实施例1-5的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数均高于对比例1，说明在本申请的活性新拌混凝土中，在羟基自由基的作用下，废弃混凝土破碎产物中具有胶凝活性的成分得到释放，从而提高了活性新拌混凝土中各组分的结合度，而且对废弃混凝土中的缺陷进行了修复，因此减少了再生混凝土在冻融循环条件下养护时发生开裂的可能。

结合实施例3和对比例2并结合表5可以看出，实施例3的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数高于对比例2，说明在按照本申请的配方体系制备活性新拌混凝土时，需施加紫外光照射才能产生足够的羟基自由基。

结合实施例3和对比例3并结合表5可以看出，实施例3的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数高于对比例3，说明在按照本申请的配方体系制备活性新拌混凝土时，自由基扩增剂使得活性新拌混凝土中产生了羟基自由基，因此减少了再生混凝土在冻融循环条件下养护时发生开裂的可能。

结合实施例3和实施例6-10并结合表5可以看出，实施例6余实施例3的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数接近，实施例7-9的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数均高于实施例3，而实施例10的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数低于实施例3，说明当粗骨料与细骨料的重量比为(1.8-2.2)：1时，粗骨料之间的间隙消解冻胀应力的效果较好，但是当粗骨料的占比过高时，试块的结构完整性会受到影响，因此在冻融循环下的抗裂能力较低。

结合实施例8和实施例11-17并结合表5可以看出，实施例11-17的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数均高于实施例8，说明制备例1-7制备的细骨料具有胶凝活性，从而提高了活性新拌混凝土中各组分的结合度，减少了再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。实施例16-17测得的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数与实施例13接近，说明含水助磨剂选用石膏浆体或硅溶胶时的效果接近，水化抑制剂选用甘油或蔗糖的效果接近。

结合实施例17、实施例18-20并结合表5可以看出，实施例18-20的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数均高于实施例17，说明当粗骨料由不同种类的骨料混合而成时，骨料之间形成不规则的空隙，从而为冰晶生长提供了空间，消解了冰晶生长时产生的冻胀应力，减少了再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。

结合实施例20、实施例21-22并结合表5可以看出，实施例20和实施例21的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数接近，说明过硫酸钠和过氧化氢促进羟基自由基形成的效果接近。而实施例21测得的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数高于实施例20和实施例21，说明在过硫酸钠的作用下，过氧化氢裂解生成了羟基自由基，从而提高了羟基自由基的生成量，减少了再生混凝土在冻融循环条件下养护时发生开裂的可能。

结合实施例22、实施例23并结合表5可以看出，实施例23测得的试块表面出现裂纹时的冻融循环次数高于实施例22，说明向新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者的混合物中通入氧气后，氧气与光生电子结合形成了超氧离子自由基，超氧离子自由基能够发挥与羟基自由基相似的效果，从而减少了再生混凝土在冻融循环条件下发生开裂的可能。

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 (10)

1.一种抗开裂再生混凝土，其特征在于，所述抗开裂再生混凝土由活性新拌混凝土硬化后得到，所述活性新拌混凝土由新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者按照（120-160）：（2.4-2.8）：（0.8-1.2）的重量比混合之后在紫外光照射下拌合而成，所述新拌再生混凝土为粗骨料、细骨料、水泥、水、粉煤灰以及减水剂的拌合产物，所述粗骨料和细骨料中至少有一种为废弃混凝土的破碎产物。

2.根据权利要求1所述的抗开裂再生混凝土，其特征在于，所述活性新拌混凝土由新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者按照（130-150）：（2.5-2.7）：（0.9-1.1）的重量比混合之后在紫外光照射下拌合而成。

3.根据权利要求1所述的抗开裂再生混凝土，其特征在于，拌制所述新拌再生混凝土的原料中，粗骨料与细骨料的重量比为（1.8-2.2）：1。

4.根据权利要求3所述的抗开裂再生混凝土，其特征在于，所述细骨料为废弃混凝土的破碎产物，所述细骨料按照如下方法制备：

（1）对废弃混凝土进行破碎，得到废弃混凝土颗粒；

（2）将废弃混凝土颗粒与含水助磨剂、水化抑制剂按照（40-60）：（1.6-2.0）：1的重量比混合均匀，得到混合料；

（3）对混合料进行研磨，并筛选粒径为0.075-4.75mm的部分，得到细骨料。

5.根据权利要求4所述的抗开裂再生混凝土，其特征在于，所述含水助磨剂选用石膏浆体或硅溶胶。

6.根据权利要求4所述的抗开裂再生混凝土，其特征在于，所述水化抑制剂选用甘油或蔗糖。

7.根据权利要求4所述的抗开裂再生混凝土，其特征在于，所述粗骨料由碎石、卵石、废弃混凝土颗粒中的至少两种混合而成。

8.根据权利要求1所述的抗开裂再生混凝土，其特征在于，所述自由基扩增剂选用过硫酸钠或过氧化氢中的至少一种。

9.根据权利要求1-8任一所述的抗开裂再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将粗骨料、细骨料、水泥、水、粉煤灰混合并搅拌均匀，得到新拌再生混凝土；

（2）将新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂混合并搅拌均匀，同时全程使用紫外光进行照射，得到活性新拌混凝土；

（3）对活性新拌混凝土进行制件和养护，得到抗开裂再生混凝土。

10.根据权利要求9所述的抗开裂再生混凝土的制备方法，其特征在于，在制备抗开裂再生混凝土的步骤（2）中，还向新拌再生混凝土、氧化锡粉末以及自由基扩增剂三者的混合物中通入氧气。