CN114507037B - 一种节能环保混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种节能环保混凝土，包括以下重量份的原料：水泥80‑140份，水45‑70份，减水剂0.5‑2份，碎石10‑30份，氢化聚异丁烯0.5‑1份，建筑废渣300‑400份，谷壳粉30‑45份，复合菌2‑8份，钙型微孔分子筛10‑25份，耐磨剂5‑10份，耐磨剂包括海藻酸钠，PEEK树脂粉和云母粉。节能环保混凝土的制备工艺，包括以下制备步骤：步骤一，制备发酵废渣；步骤二，按配方量将发酵废渣、水、水泥、减水剂、碎石、氢化聚异丁烯、钙型微孔分子筛和耐磨剂混合搅拌均匀制得混凝土。通过对固废资源的有效利用，能够制得抗压强度佳，耐磨性优异的混凝土。

Description

一种节能环保混凝土及其制备工艺

技术领域

本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种节能环保混凝土及其制备工艺。

背景技术

混凝土仍是目前应用最广泛的建筑材料，但随着基建快速发展，越来越多的老式建筑物拆除会产生大量的废弃混凝土块，但对于这些废旧混凝土的有效处理方法却不多，传统的处理方法主要是运往郊外露天堆放或填埋，这种方法会带来高昂的处理费用并引发一系列环境问题，既带来环境污染，又造成资源浪费，因此对废旧混凝土进行开发利用，已经迫在眉睫。

在混凝土行业中，由于采用废旧混凝土得到的混凝土大都抗压强度较低，在使用方面受到了较大的限制，但是在一些海绵城市，透水混凝土的使用率高，一般的透水混凝土在强度方面的要求不算苛刻，因此将废旧混凝土回收利用形成透水混凝土进行再利用成为了新的研究热点。

在海绵城市中，透水混凝土大都作为透水地坪使用，以利于加强地表与空气的热量和水分交换，调节城市气候，透水地坪需要长久的经受过往行人和车辆的摩擦，但发明人在试验过程中发现，利用废弃混凝制得透水混凝土不仅强度欠佳，而且耐磨性较差。

发明内容

本申请提供一种节能环保混凝土及其制备工艺，能够对建筑废渣进行回收利用，有效提高制得的混凝土的强度和耐磨性。

第一方面，本申请提供的一种节能环保混凝土采用如下的技术方案：

一种节能环保混凝土，包括以下重量份的原料：水泥80-140份，水45-70份，减水剂0.5-2份，碎石10-30份，氢化聚异丁烯0.5-1份，建筑废渣300-400份，谷壳粉30-45份，复合菌2-8份，钙型微孔分子筛粉10-25份，耐磨剂5-10份，耐磨剂包括海藻酸钠，PEEK树脂粉和云母粉。

通过采用上述技术方案，本申请采用大量的建筑废渣，对固废资源进行利用，并配合谷壳粉和复合菌协同处理，不仅能够活化建筑废渣，以使得建筑废渣具有良好的表面活性，同时还能够在体系中生成具有胶结作用的物质，以改善各原料组分之间的粘结性，有效提高混凝土的强度。无需再使用细砂和高品质的矿渣等原料，也可以大幅度的降低碎石的消耗量，可有效节省资源，实现节能环保，降低企业成本。

PEEK树脂粉不仅具有优良的耐腐蚀和自润滑性，提高耐磨剂在体系中的分散性，而且PEEK树脂粉的耐磨损性佳，能够与云母粉协同，以使得耐磨剂具有优良的耐磨性能，氢化聚异丁烯具有优良的成膜性，与钙型微孔分子筛粉和耐磨剂配合，以利于在混凝土表面形成耐磨层，有效改善混凝土的耐磨性能，降低磨耗量，延长混凝土的使用寿命。同时氢化聚异丁烯还能调节体系的粘度和稠度，有利于提高混凝土的施工性能和强度。

钙型微孔分子筛粉中存储有一定含量的钙离子，当与水混合时，水分子进入分子筛孔道内，钙离子从分子筛孔道中游离出来，耐磨剂中的海藻酸钠在钙离子的作用下，迅速发生离子交换，生成凝胶，能够胶结骨料形成大分子团粒结构，与水泥的水化作用配合，形成的混凝土不仅具有一定的孔隙以利于透水，而且也能保证良好的抗压强度。

优选的，所述海藻酸钠、PEEK树脂粉和云母粉的质量比为（0.9-1.5）:（2-4）:（5-8）。

通过采用上述技术方案，优化海藻酸钠、PEEK树脂粉和云母粉的配比，以使得耐磨剂能够更好的与其它原料配合，改善混凝土的耐磨性能。

优选的，所述耐磨剂包括以下制备步骤：按配方量将PEEK树脂粉和云母粉均匀分散在乙醇中，于70-85℃的温度下将乙醇蒸干，然后加入海藻酸钠进行挤出造粒，制得粒径为1mm以下的耐磨剂。

通过采用上述技术方案，先将PEEK树脂粉和云母粉在乙醇中进行分散，有效提高耐磨剂在体系中的分散性能，在将乙醇蒸干的过程中，也能够对PEEK树脂粉和云母粉的表面起到一定的活化作用，以使得PEEK树脂粉和云母粉与海藻酸钠挤出造粒后，形成的耐磨剂的表面活性高，能够与钙型微孔分子筛粉和氢化聚异丁烯配合，共同改善混凝土的耐磨性能和抗压强度。

优选的，所述钙型微孔分子筛粉包括以下重量份的原料：柠檬酸钙2-5份，微孔分子筛粉8-20份。

通过采用上述技术方案，优化柠檬酸钙和微孔分子筛粉的用量配比，选用柠檬酸钙，其具有表面活性作用，不仅能够提供有效的钙离子，使其储存在微孔分子筛内，而且能改善微孔分子筛的表面活性，同时还能在水泥水化过程中降低水化热，改善混凝土的内部结构，从而提高混凝土的抗压强度。

优选的，钙型微孔分子筛粉通过以下步骤制得：按配比称取柠檬酸钙和微孔分子筛粉，加入适量水中，搅拌均匀，于70℃-85℃反应30min-50min，200℃-240℃焙烧50min-100min，制得钙型微孔分子筛粉。

通过采用上述技术方案，将柠檬酸钙与微孔分子筛粉均匀分散在高温水中反应，再进行焙烧，以使得钙型微孔分子筛粉具备优良的表面活性，分散性佳，且能良好的负载一定量的钙离子，以利于后续与海藻酸钠进行交联反应。

优选的，所述建筑废渣由以下质量百分比的原料组成：颗粒直径大于2mm的石砾28-35%，颗粒直径2-0.05mm的砂粒50-60%，颗粒直径0.05-0.002mm的粉粒8-15%，颗粒直径小于0.002mm的黏粒余量。

通过采用上述技术方案，优化建筑废渣的组成，以利于改善混凝土的内部结构，提高混凝土的抗压强度。

优选的，复合菌为放线菌和胶冻样类芽孢杆菌。

通过采用上述技术方案，放线菌可以在生长活动中产生的分泌物和大量菌丝，胶冻样类芽孢杆菌能分解部分硅铝酸盐类的原生态矿物质，其有助于激发建筑废渣的活性，同时能够胶结其他物质，从而有利于在混凝土内部形成稳定的结构，改善混凝土的抗压强度。

第二方面，本申请提供一种节能环保混凝土的制备工艺，采用如下的技术方案：

一种节能环保混凝土的制备工艺，包括以下制备步骤：

步骤一，制备发酵废渣：按配方量将建筑废渣、谷壳粉和复合菌混合均需形成土堆，在40-60℃的温度下发酵10-15h，发酵完成后进行脱水干燥处理，制得发酵废渣；

步骤二，按配方量将发酵废渣、水、水泥、减水剂、碎石、氢化聚异丁烯、钙型微孔分子筛粉和耐磨剂混合搅拌均匀制得混凝土。

通过采用上述技术方案，将建筑废渣、谷壳粉和复合菌在一定条件下进行发酵处理，严格控制发酵温度和发酵时间，以使得制得发酵废渣具有良好的活性，能够与其他原料配合，共同改善制得的混凝土的性能。

优选的，步骤一中，将土堆含水量调整至35-50%后再进行发酵处理。

通过采用上述技术方案，严格控制土堆的含水量，以利于促进气体的流通，保证微生物的活性释放，改善制得的发酵废渣的表面活性，从而调整混凝土的内部结构，提高混凝土的强度。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、耐磨剂具有优良的耐磨性能，氢化聚异丁烯具有优良的成膜性，与钙型微孔分子筛粉和耐磨剂配合，以利于在混凝土表面形成耐磨层，有效改善混凝土的耐磨性能，降低磨耗量，延长混凝土的使用寿命。

2、将建筑废渣、谷壳粉和复合菌在一定条件下进行发酵处理，严格控制发酵温度和发酵时间，以使得制得发酵废渣具有良好的活性，能够与其他原料配合，共同改善制得的混凝土的性能。无需再使用细砂，也可以大幅度的降低碎石的消耗量，可有效节省资源，实现节能环保。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请所用原料为普通市售原料。

耐磨剂制备例

制备例1

耐磨剂包括以下制备步骤：将PEEK树脂粉和云母粉均匀分散在乙醇中，于70℃的温度下将乙醇蒸干，然后加入海藻酸钠进行挤出造粒，制得粒径为1mm以下的耐磨剂；海藻酸钠、PEEK树脂粉和云母粉的质量比为0.9:2:5。

制备例2

耐磨剂包括以下制备步骤：将PEEK树脂粉和云母粉均匀分散在乙醇中，于80℃的温度下将乙醇蒸干，然后加入海藻酸钠进行挤出造粒，制得粒径为1mm以下的耐磨剂；海藻酸钠、PEEK树脂粉和云母粉的质量比为1.5:4:8。

制备例3

与制备例2的区别在于，海藻酸钠、PEEK树脂粉和云母粉的质量比为1.2:3.5:7.3；其余均与制备例2相同。

制备例4

与制备例2的区别在于，海藻酸钠、PEEK树脂粉和云母粉的质量比为3:5.5:3.5；其余均与制备例2相同。

钙型微孔分子筛粉制备例

制备例一

钙型微孔分子筛粉通过以下步骤制得：按配比称取柠檬酸钙2kg和微孔分子筛粉20kg，加入适量水中，搅拌分散均匀，于70℃反应50min后，在200℃焙烧100min，制得钙型微孔分子筛粉。

制备例二

钙型微孔分子筛粉通过以下步骤制得：按配比称取柠檬酸钙5kg和微孔分子筛粉8kg，加入适量水中，搅拌分散均匀，于85℃反应30min后，在240℃焙烧50min，制得钙型微孔分子筛粉。

制备例三

钙型微孔分子筛粉通过以下步骤制得：按配比称取柠檬酸钙4kg和微孔分子筛粉15kg，加入适量水中，搅拌分散均匀，于80℃反应45min后，在220℃焙烧50min，制得钙型微孔分子筛粉。

实施例

实施例1

节能环保混凝土，包括以下原料：水泥80kg，水45kg，聚羧酸减水剂0.5kg，碎石10kg，氢化聚异丁烯0.5kg，建筑废渣300kg，谷壳粉45kg，复合菌8kg，制备例一制得的钙型微孔分子筛粉10kg，制备例1制得的耐磨剂5kg；建筑废渣由以下质量百分比的原料组成：颗粒直径大于2mm的石砾28%，颗粒直径2-0.05mm的砂粒60%，颗粒直径0.05-0.002mm的粉粒8%，颗粒直径小于0.002mm的黏粒4%；

节能环保混凝土的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，制备发酵废渣：按配方量将建筑废渣、谷壳粉和复合菌混合均需形成土堆，将土堆含水量调整至35%，在40℃的温度下发酵15h，发酵完成后进行脱水干燥处理，使得含水量小于3%，制得发酵废渣；

步骤二，按配方量将发酵废渣、水、水泥、减水剂、碎石、氢化聚异丁烯、钙型微孔分子筛粉和耐磨剂混合搅拌均匀制得混凝土。

实施例2

节能环保混凝土，包括以下原料：水泥140kg，水70kg，聚羧酸减水剂2kg，碎石30kg，氢化聚异丁烯1kg，建筑废渣400kg，谷壳粉30kg，复合菌2kg，制备例一制得的钙型微孔分子筛粉25kg，制备例1制得的耐磨剂10kg；建筑废渣由以下质量百分比的原料组成：颗粒直径大于2mm的石砾33%，颗粒直径2-0.05mm的砂粒50%，颗粒直径0.05-0.002mm的粉粒11%，颗粒直径小于0.002mm的黏粒6%；

节能环保混凝土的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，制备发酵废渣：按配方量将建筑废渣、谷壳粉和复合菌混合均需形成土堆，将土堆含水量调整至50%，在60℃的温度下发酵10h，发酵完成后进行脱水干燥处理，使得含水量小于3%，制得发酵废渣；

步骤二，按配方量将发酵废渣、水、水泥、减水剂、碎石、氢化聚异丁烯、钙型微孔分子筛粉和耐磨剂混合搅拌均匀制得混凝土。

实施例3

节能环保混凝土，包括以下原料：水泥120kg，水55kg，聚羧酸减水剂1kg，碎石25kg，氢化聚异丁烯0.8kg，建筑废渣360kg，谷壳粉40kg，复合菌6kg，制备例一制得的钙型微孔分子筛粉20kg，制备例1制得的耐磨剂8kg；建筑废渣由以下质量百分比的原料组成：颗粒直径大于2mm的石砾32%，颗粒直径2-0.05mm的砂粒53%，颗粒直径0.05-0.002mm的粉粒10%，颗粒直径小于0.002mm的黏粒5%；

节能环保混凝土的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，制备发酵废渣：按配方量将建筑废渣、谷壳粉和复合菌混合均需形成土堆，将土堆含水量调整至45%，在50℃的温度下发酵12h，发酵完成后进行脱水干燥处理，使得含水量小于3%，制得发酵废渣；

步骤二，按配方量将发酵废渣、水、水泥、减水剂、碎石、氢化聚异丁烯、钙型微孔分子筛粉和耐磨剂混合搅拌均匀制得混凝土。

实施例4

与实施例3的区别在于，选用制备例二制得的钙型微孔分子筛粉，其余均与实施例3相同。

实施例5

与实施例3的区别在于，选用制备例三制得的钙型微孔分子筛粉，其余均与实施例3相同。

实施例6

与实施例5的区别在于，选用制备例2制得的耐磨剂，其余均与实施例5相同。

实施例7

与实施例5的区别在于，选用制备例3制得的耐磨剂，其余均与实施例5相同。

实施例8

与实施例5的区别在于，选用制备例4制得的耐磨剂，其余均与实施例5相同。

实施例9

与实施例7的区别在于，在步骤一中，不调节土堆的含水量，其余均与实施例7相同。

实施例10

与实施例7的区别在于，在步骤一中，将土堆的含水量调整至80%，其余均与实施例7相同。

对比例

对比例1

与实施例7的区别在于，不加入氢化聚异丁烯，其余均与实施例7相同。

对比例2

与实施例7的区别在于，将钙型微孔分子筛粉等量替换为微孔分子筛，其余均与实施例7相同。

对比例3

与实施例7的区别在于，耐磨剂的制备包括以下步骤：将海藻酸钠，PEEK树脂粉和云母粉混合均匀制得耐磨剂，其余均与实施例7相同。

对比例4

与实施例7的区别在于，耐磨剂中不加入海藻酸钠，其余均与实施例7相同。

对比例5

与实施例7的区别在于，不对建筑废渣进行预处理，节能环保混凝土的制备工艺具体为：将建筑废渣、谷壳粉、水、水泥、减水剂、碎石、氢化聚异丁烯、钙型微孔分子筛粉和耐磨剂混合搅拌均匀制得混凝土，其余均与实施例7相同。

性能检测试验

将实施例1-10和对比例1-5制得的混凝土根据GB/T 50080-2011《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》进行28天强度试验、按照JTG E30-2005《水泥混凝土耐磨性试验方法》测量磨耗量，结果如表1所示。

表1 试验结果

	28d抗压强度/MPa	磨耗量/（g/m2）
			实施例1	24.6	2.05
实施例2	24.1	2.11
			实施例3	25.7	1.91
实施例4	25.2	2
			实施例5	26.4	1.79
实施例6	26.3	1.83
			实施例7	27.7	1.58
实施例8	25.5	2
			实施例9	25.1	1.95
实施例10	26	1.89
			对比例1	22.3	2.5
对比例2	23.4	2.59
			对比例3	23.9	2.72
对比例4	23.1	2.67
			对比例5	21	2.45

结合实施例1-10并结合表1可以看出，通过对固废资源有效利用，采用本申请的制备方法和原料组分，制得的混凝土强度佳，能够满足海绵城市对透水混凝土的要求，且混凝土耐磨性优异，能够长久的经受行人和车辆的摩擦。通过表1可以看到，采用制备例三制得的钙型微孔分子筛粉和制备例3制得的耐磨剂，其制得的混凝土的强度和耐磨性能更佳。其中实施例8采用制备例4制得的耐磨剂，但由于海藻酸钠，PEEK树脂粉和云母粉之间的用量比欠佳，以使得制得的混凝土的耐磨性有一定程度的下降，磨耗量增加，而实施例9中未对土堆进行含水量的调整，实施例10中土堆的含水量调整过多，都使得混凝土的强度和耐磨性均有一定程度的下降，由此可见，耐磨剂各原料组分之间的用量关系以及制备过程中土堆含水量调整情况均对制得的混凝土的强度和耐磨性有一定程度的影响。

结合实施例7和对比例1并结合表1可以看出，对比例1中由于缺少了氢化聚异丁烯，无法在体系内与钙型微孔分子筛粉和耐磨剂协同，在混凝土内部形成均匀的耐磨层，也无法在一定程度上改善各原料组分之间的粘结性，因此对比例1制得的混凝土的强度和耐磨性均不佳。

结合实施例7和对比例2并结合表1可以看出，对比例2将钙型微孔分子筛粉替换为微孔分子筛，微孔分子筛仅能在体系中起到骨料填充作用，也无法与耐磨剂协同，因此对比例2制得的混凝土在抗压强度和耐磨性能方面均明显下降。

结合实施例7和对比例3-4并结合表1可以看到，不管是直接将耐磨剂的各原料组分混合使用，还是缺少相应组分，制得的混凝土的强度和耐磨性能均明显下降，混凝土的磨耗量高，产品使用寿命短。结合实施例7和对比例5并结合表1可以看到，对比例5不对废渣进行处理，直接与其它原料混合后使用，建筑废渣的活性差，无法与其他原料组分有良好的胶结，混凝土内部的密实度不够，导致混凝土的抗压强度显著下降，磨耗量增加，其耐磨性能也降低。

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 (6)

1.一种节能环保混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：水泥80-140份，水45-70份，减水剂0.5-2份，碎石10-30份，氢化聚异丁烯0.5-1份，建筑废渣300-400份，谷壳粉30-45份，复合菌2-8份，钙型微孔分子筛粉10-25份，耐磨剂5-10份，耐磨剂包括海藻酸钠，PEEK树脂粉和云母粉；所述海藻酸钠、PEEK树脂粉和云母粉的质量比为（0.9-1.5）:（2-4）:（5-8）；复合菌为放线菌和胶冻样类芽孢杆菌；

所述耐磨剂包括以下制备步骤：按配方量将PEEK树脂粉和云母粉均匀分散在乙醇中，于70-85℃的温度下将乙醇蒸干，然后加入海藻酸钠进行挤出造粒，制得粒径为1mm以下的耐磨剂；

将建筑废渣、谷壳粉和复合菌经如下步骤处理：按配方量将建筑废渣、谷壳粉和复合菌混合均匀形成土堆，在40-60℃的温度下发酵10-15h，发酵完成后进行脱水干燥处理，制得发酵废渣。

2.根据权利要求1所述的节能环保混凝土，其特征在于：所述钙型微孔分子筛粉包括以下重量份的原料：柠檬酸钙2-5份，微孔分子筛粉8-20份。

3.根据权利要求2所述的节能环保混凝土，其特征在于：钙型微孔分子筛粉通过以下步骤制得：按配比称取柠檬酸钙和微孔分子筛粉，加入适量水中，搅拌均匀，于70℃-85℃反应30min-50min，200℃-240℃焙烧50min-100min，制得钙型微孔分子筛粉。

4.根据权利要求1-3任一项所述的节能环保混凝土，其特征在于：所述建筑废渣由以下质量百分比的原料组成：颗粒直径大于2mm的石砾28-35%，颗粒直径2-0.05mm的砂粒50-60%，颗粒直径0.05-0.002mm的粉粒8-15%，颗粒直径小于0.002mm的黏粒余量。

5.根据权利要求1所述的节能环保混凝土，其特征在于：将土堆含水量调整至35-50%后再进行发酵处理。

6.如权利要求1-5任一项所述的节能环保混凝土的制备工艺，其特征在于：包括以下制备步骤：

步骤一，制备发酵废渣备用；

步骤二，按配方量将发酵废渣、水、水泥、减水剂、碎石、氢化聚异丁烯、钙型微孔分子筛粉和耐磨剂混合搅拌均匀制得混凝土。