CN114380556B - 兼顾未来便于循环再生的混凝土制备及所用骨料处理方法 - Google Patents

兼顾未来便于循环再生的混凝土制备及所用骨料处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种兼顾未来便于循环再生的混凝土制备及所用骨料处理方法，其中粗骨料处理方法包括：将粗骨料浸渍于金红石相纳米TiO2溶液中，取出干燥即得到TiO2处理后粗骨料；浆体分离及骨料再生方法包括：将前代混凝土静压破碎并置于微波环境下微波振动加工，即得到高品质再生粗骨料。与现有技术相比，本发明通过对粗骨料进行金红石相纳米TiO2处理，从而制备得到一种兼顾未来再生利用的混凝土，并结合微波加工完成附着浆体分离和高品质再生粗骨料的获取，从而实现拆除后混凝土中粗骨料的二次甚至多次高效利用，节约资源，保护环境。

Description

兼顾未来便于循环再生的混凝土制备及所用骨料处理方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种再生利用的混凝土制备方法，具体涉及一种兼顾未来再生利用的混凝土及其所用粗骨料处理与分离再生方法。
背景技术
建筑是建筑物与构筑物的总称，通过钢筋、混凝土等材料利用所掌握的物质技术手段，并运用一定的科学技术和美学法则创造的人工环境。目前，人工建筑中混凝土材料的大量消耗对环境影响日益显著，特别是建筑中天然砂石的大体量开采，对于我国当前减碳的目标及可持续利用不利，难以实现“Reduce”、“Reuse”、“Recycle”的“3R”理念。混凝土作为建筑中使用量最大的工程结构材料之一，广泛应用于房屋、水利和市政等工程建设中，它是用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料，与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌和养护而得。
再生骨料是将废弃混凝土经过破碎、筛分后得到的；而废弃混凝土主要取自房屋建筑、桥梁建筑等工程结构中最基本的承重构件，来源范围广。现有再生骨料的问题在于附着砂浆结合紧密，导致拆除及处理剥离时能耗严重。直接对再生骨料进行重复利用，不仅离散性高而且性能相对较差，不利于再生材料应用的工程推广。因此，为了对混凝土破碎后获得再生骨料进行高效利用，需要发明一种混凝土在最初设计与制备时兼顾未来且能耗低的再生利用和高效利用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种兼顾未来再生利用的混凝土及其所用粗骨料处理与老砂浆分离再生方法，用于解决现有混凝土拆除后获得高品质再生骨料能耗高的难题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种粗骨料处理方法，包括：将粗骨料浸渍于金红石相纳米TiO2溶液中，取出干燥即得到TiO2处理后粗骨料。其中，所适用的粗骨料包括有天然粗骨料与再生粗骨料。
进一步地，所述的方法还包括在浸渍过程中，进行一次或一次以上的负压吸附处理；其中负压吸附处理条件包括真空度为-0.6MPa，负压时间为5-15min。
进一步地，以再生粗骨料作为TiO2溶液处理对象时，优选地经过至少一次负压吸附处理。
进一步地，所述的金红石相纳米TiO2溶液应浸没待处理骨料，其中纳米TiO2pH值为6.5-8.5，纳米TiO2的粒径为20-35nm，比表面积为110-200m2/g。
进一步地，当所述的粗骨料为天然粗骨料时，所述的天然粗骨料与金红石相纳米TiO2的质量比为(15-20):1；当所述的粗骨料为再生粗骨料时，所述的再生粗骨料与金红石相纳米TiO2的质量比为(8-13):1。
优选地，当所述的粗骨料为天然粗骨料时，所述的天然粗骨料与金红石相纳米TiO2的质量比为20:1；当所述的粗骨料为再生粗骨料时，所述的再生粗骨料与金红石相纳米TiO2的质量比为8:1。
进一步地，干燥过程中，干燥温度为105℃，干燥时间为24h。
一种兼顾未来再生利用的混凝土，其制备方法包括混凝土拌和工艺优化、混凝土配合比适用性设计；其中，再生粗骨料拌和选用二次拌和方法，通过预润湿搅拌后掺入剩余组份再次搅拌实现混凝土有效水灰比控制；配合比基于不同强度等级需求调控金红石相纳米TiO2用量，通过最优TiO2用量处理后粗骨料制备混凝土，实现不同强度等级建(构)筑物未来拆除利用下同等微波处理的高品质骨料产出率。优选地，该混凝土包括以下组分及重量份含量：
TiO2处理后再生粗骨料0-50份、矿渣粉20-30份、再生粉20-35份、TiO2处理后天然粗骨料100-120份、河砂26-38份、水泥35-42份、减水剂12-15份、水13-16份。
进一步地，所述的TiO2处理后粗骨料与TiO2处理后天然粗骨料的粒径为4.75-31.5mm；所述的河砂粒径不大于4.75mm；所述的再生粉粒径不大于0.075mm；所述的水泥为OPC 42.5普通硅酸盐水泥；所述的减水剂为聚羧酸减水剂，减水效率为20-25％。
优选地，所述的TiO2处理后再生粗骨料拌合前进行预湿水处理，静置10min并在期间每5min翻动使骨料充分接触吸水。
优选地，所述的TiO2处理后再生粗骨料预湿水用水量为75％附加水及一半用量拌和水，拌合后加入另一半拌合水。
更优选地，C30再生混凝土水胶之比为1：2.77-2.94。
更优选地，C30再生混凝土砂率之比为1：2.70-2.86。
更优选地，C30天然粗骨料混凝土纳米TiO2与粗骨料重量之比为1:18.55-20。
更优选地，C30再生粗骨料混凝土纳米TiO2与粗骨料重量之比为1:11.15-13。
更优选地，C35再生混凝土水胶之比为1：2.5-2.63。
更优选地，C35再生混凝土砂率之比为1：2.85-2.94。
更优选地，C35及以上天然混凝土水胶之比为1：2.94-3.42。
更优选地，C35及以上天然混凝土砂率之比为1：2.91-3.12。
更优选地，C35天然粗骨料混凝土纳米TiO2与粗骨料重量之比为1:16.25-18.55。
更优选地，C35再生粗骨料混凝土纳米TiO2与粗骨料重量之比为1:9.35-11.15。
更优选地，C40及以上天然粗骨料混凝土纳米TiO2与粗骨料重量之比为1:10-16.25。
更优选地，C40及以上再生粗骨料混凝土纳米TiO2与粗骨料重量之比为1:8-9.35。
更优选地，金红石相纳米TiO2处理后再生粗骨料用于C30等级混凝土，再生骨料密度不低于2350kg/m3，压碎指标小于20％。
更优选地，所述处理后再生粗骨料用于C40及以上等级混凝土，再生粗骨料密度不低于2450kg/m3,压碎指标小于12％。
优选地，所述制备混凝土养护方式与常规混凝土养护方式均相同。
所述制备混凝土运输与泵送方式与商品混凝土相同。上述水胶比及砂率的比例仅做参考，具体设计时按实际情况的构造要求确定。
一种兼顾未来再生利用混凝土的高效再生利用方法，包括以下步骤：
高效利用过程：
M1：将包含金红石相纳米TiO2处理后粗骨料的固废采用静压破碎等方式进行破碎处理，得到小粒径未处理再生骨料，再将小粒径未处理再生骨料置于微波分离容器，微波容器置物区间下设置振动筛网，使微波加工中的金红石相纳米TiO2充分在骨料石子与砂浆界面内晶体自振，从而使附着砂浆与粗骨料剥离，得到高品质再生粗骨料；
微波处理时，微波加热时长不少于20min，微波波频不小于2450MHz，使经纳米TiO2处理的附着砂浆实现快速共振，实现附着砂浆剥离。
优选地，振动后，再继续静置至混凝土骨料达到室温。
微波处理后，取出天然骨料进行自然冷却，直至温度降至室温。
M2：重复步骤M1微波处理及取料过程，将砂浆剥离后所得的高品质再生粗骨料与尚未有效分离的其余再生骨料进行分类处理，直至附着砂浆与骨料实现分置。
M3：将步骤M2中所获天然骨料依据《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685-2011)直接进行二次使用。
与现有技术相比，本发明通过对骨料进行金红石相纳米TiO2处理，并进一步制备得到一种兼顾未来再生利用的混凝土，同时结合微波处理工艺能够使TiO2与附着砂浆实现快速共振，实现砂浆的高效剥离，得到高品质的再生骨料，从而实现拆除后混凝土中骨料及附着砂浆的二次甚至多次高效利用，降低高品质再生骨料的获取成本，节约资源，保护环境；即本发明能够实现附着砂浆的低能耗快速剥离和再生骨料的高效重复利用，具有较为广阔的应用前景。
附图说明
图1为一种兼顾未来再生利用的混凝土制备方法的流程示意图；
图2为实施例1中天然粗骨料的处理以其兼顾未来再生利用的混凝土的制备流程示意图；
图3为实施例2中再生粗骨料的处理以其兼顾未来再生利用的混凝土的制备流程示意图；
图中标记说明：
1-容器、2-天然粗骨料、3-烘干箱、4-普通硅酸盐水泥、5-搅拌机、6-拌和水、7-兼顾未来再生利用的混凝土、8-空气压缩泵、9-容器、10-基于TiO2处理后再生粗骨料与TiO2处理后天然粗骨料兼顾未来再生利用的混凝土。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种兼顾未来再生利用的混凝土制备方法，包括以下步骤：
步骤一：粗骨料处理：
天然骨料要求应满足规范《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685-2011)；
并且本步骤还包括采用金红石相纳米TiO2对再生骨料以及天然骨料进行处理，包括：
A.金红石相纳米TiO2通过真空负压方式填充进再生骨料附着砂浆内，并在制备前保持再生骨料饱和面干状态；
B.天然骨料通过静置浸没金红石相纳米TiO2溶液方式处理，并在制备前保持天然骨料饱和面干状态；
步骤二：混凝土未来再利用需求：
品级分类及处理后不同粒径再生粗、细骨料，依据未来再利用不同标的建(构)筑物强度等级指标需求，相应强度等级及配合比中骨料用量综合计算得到所用金红石相纳米TiO2体量。
步骤三：混凝土配合比适用性设计：
依据拆除后混凝土骨料再利用需求，在配合比设计时考虑混凝土破碎后再生骨料品质要求，粗骨料处理所用金红石相纳米TiO2总量进行差异性组份含量设计，在满足制备混凝土要求条件下，提升再生骨料取代率可降低制备混凝土后再利用的微波分离能耗；
称取原料主要包括：再生粗骨料、矿渣粉、再生粉、天然碎石骨料、河砂、纳米TiO2、普通硅酸盐水泥、减水剂和水；其中称取的原料量分别为：TiO2处理后再生粗骨料0-50份、矿渣粉20-30份、再生粉20-35份、TiO2处理后天然碎石骨料100-120份、河砂26-38份、纳米TiO2 12-15份、普通硅酸盐水泥35-42份、减水剂12-15份、适量的水。
步骤四：混凝土微波分离调控方法：
微波加热分离所采用频率为不小于2450MHz，加热时间为30min。分离所用吸波金红石相纳米TiO2为白色粉末，粒径为20-35nm，pH值为6.5-8.5，比表面积为110-200m2/g，加热到20min时TiO2出现较明显介电共振，利于旧附着砂浆从再生骨料上剥离及新砂浆从天然骨料上剥离。
步骤五：分离后再生原料高效利用：
微波分离后的高品质再生骨料根据表观密度、压碎指标及吸水率等测定参数作为优质再生骨料再利用。
步骤六：制备混凝土：
再生及天然骨料掺入方式与常规混凝土制备方法相同。
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一种兼顾未来再生利用的混凝土，其制备方法如图2所示，包括以下步骤：
1)选用标准套筛中4.75mm粒径网筛及31.5mm粒径网筛筛除小于4.75mm及大于31.5mm粒径天然粗骨料(天然碎石)，105℃烘干24h后放置室内通风处静置48h待用；
2)向置物皿1中加入120份天然粗骨料2、6份平均粒径20nm金红石相纳米TiO2、水，使置物皿1内天然粗骨料2浸没并静置30min，之后取出天然碎石并置于烘干箱3内，在105℃下干燥24h，得到TiO2处理后天然粗骨料；
3)选取20份矿渣粉、12份再生粉(粒径不大于0.075mm)、120份TiO2处理后天然粗骨料、30份河砂(粒径不大于4.75mm)和35份普通硅酸盐水泥4(OPC42.5普通硅酸盐水泥)依次加入到搅拌机5中，低速20r/min搅拌3min至以上组分混合均匀；
4)向搅拌机中缓慢加入全部拌和水6和12份减水剂，并且搅拌机保持低速20r/min搅拌2min；
5)高速36r/min搅拌5min，使物料混合均匀，并得到兼顾未来再生利用的混凝土7。
基于上述混凝土的表面砂浆剥离以及再生骨料的制备方法，包括：
S1：将兼顾未来再生利用的混凝土7静压破碎，得到小粒径未处理再生骨料，再将小粒径未处理再生骨料置于微波处理装置内，在2450MHz的微波频率下加热20min；
S2：保持微波持续工作状态，期间翻动骨料保证全部骨料与附着砂浆界面均受微波处理影响，使附着的砂浆快速从骨料表面剥离并落入置物筛分网格下；
S3：继续微波加热10min，取出后，即得到再生粗骨料，以及剥离砂浆。
实施例2：
一种兼顾未来再生利用的混凝土，其制备方法如图3所示，包括以下步骤：
1)向容器9中加入50份实施例1所制备的再生粗骨料、6份平均粒径20nm的金红石相纳米TiO2、水，使再生骨料浸没，之后启动空气压缩泵8使容器9内产生-0.6MPa的负压，并保压静置5min，使纳米TiO2吸附于再生骨料上；
3)卸压后，翻动搅拌再生骨料，之后再次空气压缩泵8，并在-0.6MPa的负压条件下，静置5min；
4)卸压后，翻动搅拌再生骨料，之后再次启动空气压缩泵8，并在-0.6MPa的负压条件下，静置5min，负压吸附时间共15min；取出后再置于烘干箱3内，在105℃下干燥24h，得到负压吸附处理的再生骨料；
5)选取35份负压吸附处理的处理后再生骨料、20份矿渣粉、12份再生粉(粒径不大于0.075mm)、实施例1中120份TiO2处理后天然粗骨料、30份河砂(粒径不大于4.75mm)和35份普通硅酸盐水泥4(OPC 42.5普通硅酸盐水泥)依次加入到搅拌机5中，低速20r/min搅拌1min至以上组分混合均匀；
6)向搅拌机中缓慢加入75％附加水、一半拌和水和减水剂10份，并且搅拌机保持低速20r/min搅拌4min；
7)向搅拌机中缓慢加入其余一半拌和水6、25％附加水和减水剂5份，并高速36r/min搅拌5min，使物料混合均匀，并得到基于TiO2处理后再生粗骨料与TiO2处理后天然粗骨料兼顾未来再生利用的混凝土10。
实施例3：
对于实施例1所制备的基于TiO2处理后天然粗骨料的混凝土7、实施例2所制备的基于TiO2处理后再生粗骨料与TiO2处理后天然粗骨料的混凝土10，以及常规现浇混凝土构件，本实施例用于测试考察：
1)微波处理法与物理研磨法对上述混凝土的拆除粗骨料表面附着砂浆的剥离能力：
其中拆除粗骨料的制备方法同实施例1中的步骤S1中的静压破碎，微波处理法同实施例1中的步骤S1-S3，测试结果如表1所示。
表1再生骨料附着砂浆处理余量对比
Figure BDA0003490650960000071
Figure BDA0003490650960000081
其中，附着砂浆量的计算方法为：(拆除粗骨料-天然碎石骨料)/拆除再生骨料。普通现浇混凝土为传统意义上天然粗骨料混凝土，浇筑方法参考《混凝土结构工程施工规范》(GB50666-2011)。
2)各组混凝土构件力学性能：
测定方法参考《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081)，立方体试块尺寸为100×100×100mm3，结果如表2所示。
表2各组混凝土构件力学性能对比
Figure BDA0003490650960000082
其中天然骨料强度等级设计为C40，30％取代率普通再生骨料混凝土所用再生骨料表观密度为2339kg/m3，压碎指标为26.31％，拆除骨料为微波处理骨料。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种粗骨料分离再生方法，其特征在于，该分离再生方法包括：将混凝土破碎并置于微波环境下微波振动加工，即能够分离附着浆体，并得到再生粗骨料；
其中，所述的混凝土包括TiO2处理后粗骨料，所述的TiO2处理后粗骨料的制备方法包括：将粗骨料浸渍于金红石相纳米TiO2溶液中，取出干燥即得到TiO2处理后粗骨料；微波频率为不小于2450MHz。
2.根据权利要求1所述的一种粗骨料分离再生方法，其特征在于，当所述的粗骨料为天然粗骨料时，所述的天然粗骨料与金红石相纳米TiO2的质量比为(15-20):1。
3.根据权利要求1所述的一种粗骨料分离再生方法，其特征在于，当所述的粗骨料为再生粗骨料时，所述的再生粗骨料与金红石相纳米TiO2的质量比为(8-13):1。
4.根据权利要求1所述的一种粗骨料分离再生方法，其特征在于，所述的金红石相纳米TiO2溶液中，纳米TiO2与水的质量比为1:(20-25)，pH值为6.5-8.5，纳米TiO2的粒径为20-35nm，比表面积为110-200m2/g。
5.根据权利要求1所述的一种粗骨料分离再生方法，其特征在于，该方法还包括在浸渍过程中，进行至少一次的负压吸附处理；
负压吸附处理条件包括真空度为-0.6MPa，负压时间为5-15min。
6.根据权利要求1所述的一种粗骨料分离再生方法，其特征在于，该混凝土包括以下组分及重量份含量：
TiO2处理后再生粗骨料0-50份、矿渣粉20-30份、再生粉20-35份、TiO2处理后天然粗骨料100-120份、河砂26-38份、水泥35-42份、减水剂12-15份、水13-16份。
7.根据权利要求6所述的一种粗骨料分离再生方法，其特征在于，所述的TiO2处理后再生粗骨料与TiO2处理后天然粗骨料的粒径为4.75-31.5mm。
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