CN114656208B - 一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土及制备方法。可在严寒地区循环使用的再生混凝土包括以下重量份的组分：天然粗骨料505‑515份、再生粗骨料432‑454份，河砂690‑712份，水泥315‑323份，粉煤灰62‑66份，硅灰42‑44份，减水剂1.7‑2.1份，引气剂0.13‑0.15份和水164‑170份。本发明提供的可在严寒地区循环使用的再生混凝土抗冻耐久性优良、力学性能佳，能够在严寒地区多次循环使用。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土及制备方法。
背景技术
混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料，服役结束后的混凝土废弃物一般被用作路基填充材料或者其它次要结构材料，应用层次较低。使用废弃混凝土生产再生骨料制备再生混凝土，实现建筑垃圾的循环利用，节约资源，保护环境，是建筑业可持续发展的重要举措。
而对于寒冷地区来说，建筑物会遭受不同程度上的冻融破坏，因此再生混凝土在使用时需要具备抵抗冻融循环的能力，保证其在服役年限内不发生抗冻耐久性破坏，延长再生混凝土结构的设计寿命。但现有的再生混凝土虽然强度满足设计，但其抗冻耐久性能差。以高纬度地区为例，此地区混凝土经常在服役寿命结束之前因冻融破坏而导致其提前失效，成为无用废料。现有技术已有可在寒冷地区多次利用的再生混凝土，但是冻融循环次数(300余次)远不能满足严寒地区对于再生混凝土的抗冻耐久性要求，且其再生混凝土在循环利用的过程中会出现再生粗骨料性能显著下降的情况，再生混凝土的循环次数非常有限。
因此，针对严寒地区，制备可多次循环使用的、抗冻耐久性优良、力学性能佳的再生混凝土成为一个难题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土，能够在严寒地区多次循环使用、抗冻耐久性优良、力学性能佳。
本发明的另一目的是提供一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土的制备方法，利于再生混凝土及其制品的工业化生产。
为解决现有技术的不足，本发明提供的技术方案为：
一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土，包括以下重量份的组分：天然粗骨料505-515份，再生粗骨料432-454份，河砂690-712份，水泥315-323份，粉煤灰62-66份，硅灰42-44份，减水剂1.7-2.1份，引气剂0.13-0.15份和水164-170份。
优选的，包括以下重量份的组分：天然粗骨料510份，再生粗骨料443份，河砂696份，水泥319份，粉煤灰63份，硅灰43份，减水剂2.1份，引气剂0.13份和水166份。
优选的，所述再生粗骨料为GB/T25177—2010规定的Ⅰ类再生粗骨料、Ⅱ类再生粗骨料或Ⅲ类再生粗骨料；再生粗骨料的粒径为4.75-16mm；
所述天然粗骨料的粒径为4.75-16mm。
优选的，所述河砂为中砂，粒径小于4.75mm，细度模数为2.4。
优选的，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水效率为20-30％。
优选的，所述引气剂为松香类引气剂。
优选的，所述水泥、粉煤灰和硅灰的比例为15：3：2。
一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土的制备方法，包括，
S1：按照前述的可在严寒地区循环使用的再生混凝土的重量份称取各组分；
S2：将天然粗骨料、再生粗骨料、河砂放入搅拌容器中搅拌均匀；
S3：将45-55％的水加入搅拌容器搅拌均匀；
S4：将水泥、粉煤灰、硅灰、剩余的水加入搅拌容器搅拌均匀；
S5：将减水剂和引气剂加入搅拌容器搅拌均匀得到前述的可在严寒地区循环使用的再生混凝土。
优选的，所述步骤S2中，所述搅拌容器为单轴卧式搅拌机，搅拌转速为120-180rpm/min，搅拌时间为15-20s；
所述步骤S3中，搅拌转速为120-180rpm/min，搅拌时间为15-20s；
所述步骤S4中，搅拌转速为120-180rpm/min，搅拌时间为30-45s；
所述步骤S5中，搅拌转速为120-180rpm/min，搅拌时间为3-4min。
本发明的有益效果：
本发明制备的可在严寒地区循环使用的再生混凝土及第二代再生混凝土抗冻融循环次数远大于寒冷地区的最大次数，能满足严寒地区混凝土服役50年的寿命要求，且制备出的第二代再生粗骨料、第三代再生粗骨料和第四代再生粗骨料，其基本物理性能指标均符合Ⅲ类再生粗骨料性能要求，性能表现稳定，能够实现建筑垃圾的多代利用，减少对自然资源的依赖。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明作进一步描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土，包括以下重量份的组分：天然粗骨料505-515份，再生粗骨料432-454份，河砂690-712份，水泥315-323份，粉煤灰62-66份，硅灰42-44份，减水剂1.7-2.1份，引气剂0.13-0.15份和水164-170份。
本发明添加粉煤灰和硅灰为混凝土矿物掺合料，可以有效填补再生粗骨料中的微裂缝，减少水分子渗透，增强混凝土的抗冻融性能。并且由于二者的存在，第二代再生粗骨料、第三代再生粗骨料和第三代再生粗骨料的表观密度和吸水率在再生混凝土后期水化过程中也会得到增益。减水剂和引气剂能够使得再生混凝土内部微孔分布及毛细孔结构得到改善，能有效缓解冻融循环所产生的循环孔隙应力，大幅提高再生混凝土的抗冻耐久性能。
在本发明的优选实施例中，可在严寒地区循环使用的再生混凝土，包括以下重量份的组分：天然粗骨料510份，再生粗骨料443份，河砂696份，水泥319份，粉煤灰63份，硅灰43份，减水剂2.1份，引气剂0.13份和水166份。
在本发明的可选实施例中，再生粗骨料为GB/T25177—2010规定的Ⅰ类再生粗骨料、Ⅱ类再生粗骨料或Ⅲ类再生粗骨料；天然粗骨料的粒径为4.75-16mm；再生粗骨料的粒径为4.75-16mm。天然粗骨料、再生粗骨料在使用前需清洗并烘干。
在本发明的可选实施例中，河砂为中砂，粒径小于4.75mm，细度模数为2.4。
在本发明的可选实施例中，减水剂为聚羧酸系减水剂，减水效率为20-30％，优选25％。
在本发明的可选实施例中，引气剂为松香类引气剂。
在本发明的可选实施例中，水泥、粉煤灰和硅灰的比例为15：3：2。
一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土的制备方法，包括，
S1：按照前述的可在严寒地区循环使用的再生混凝土的重量份称取各组分；
S2：将天然粗骨料、再生粗骨料、河砂放入搅拌容器中搅拌15-20s；
S3：将45-55％的水加入搅拌容器搅拌均匀15-20s；
S4：将水泥、粉煤灰、硅灰、剩余的水加入搅拌容器搅拌30-45s；
S5：将减水剂和引气剂加入搅拌容器搅拌3-4min得到前述的可在严寒地区循环使用的再生混凝土。
在本发明的可选实施例中，搅拌容器为单轴卧式搅拌机，搅拌转速为120-180rpm/min。
在本发明的可选实施例中，引气剂在倒入搅拌容器前需加水搅拌分散。
本发明对所制备的可在严寒地区循环使用的再生混凝土进行严寒地区冻融工况模拟，严寒地区冻融工况模拟包含三个方面：设计抗冻使用寿命为50年、室内加速冻融循环次数大于等于400次和应力水平0.3σt-0.35σt，σt为混凝土的极限拉应力。
其中，严寒地区的室内加速冻融循环次数的计算公式为：
NF＝tN/S
其中，NF为混凝土的室内冻融疲劳寿命，即换算后的室内加速冻融循环次数；t为混凝土抗冻使用寿命，一般为混凝土设计服役年限，此处为50年；S为冻融循环换算系数，表示室内一次冻融相当于自然冻融循环次数，一般为12-15；N为混凝土在冬季可能遭受的年均冻融循环次数。
表1为典型严寒地区的年均冻融循环次数以及换算得到的室内加速冻融循环次数。
表1严寒地区的年均冻融循环次数
本发明对冻融工况模拟后的可在严寒地区循环使用的再生混凝土采用颚式破碎机进行破碎，动颚工作频率为75-150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第二代再生粗骨料，由第二代再生粗骨料制备第二代可在严寒地区循环使用的再生混凝土，并依次制备了第三代再生粗骨料、第三代再生混凝土、第四代再生粗骨料。
本发明对实施例和对比例制备的再生混凝土，依据《普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081—2019》分别测量其28d抗压强度，依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GB/T50082—2009》分别测量快速冻融试验后的质量损失率、相对动弹性模量。依据《混凝土用再生粗骨料GB/T25177—2010》测量再生混凝土冻融循环后破碎获得的再生粗骨料的表观密度、吸水率和压碎值。
下述实施例和对比例中所用再生粗骨料的表观密度、吸水率和压碎值分别为2294kg/m3、6.83％和22.60％，为废弃建筑破碎所得，粒径为4.75-16mm。所用河砂为天然河砂，粒径为0.15-4.75mm。水泥为普通硅酸盐水泥，强度为42.5。粉煤灰等级为F级。硅灰中SiO2含量98.0％。聚羧酸系减水剂购自江苏尼高科技有限公司，型号为JK-PCA(A型)，减水效率为25％。松香类引气剂购自江苏尼高科技有限公司，型号为GYQ-Ⅰ。
实施例一：
1)制备再生混凝土：
步骤11)：称取以下重量份的原料：天然粗骨料510份，再生粗骨料443份，河砂696份，水泥319份，粉煤灰64份，硅灰43份，聚羧酸系减水剂1.7份，引气剂0.15份和水166份。
步骤12)：将天然粗骨料、再生粗骨料完全清洗干净并烘干备用，将引气剂与5份的水混合配成溶液。
步骤13)：将再生粗骨料、天然粗骨料、河砂放入搅拌机搅拌15s，搅拌机转速保持为180rpm/min。
步骤14)：将83份水加入搅拌机搅拌15s使再生粗骨料、天然粗骨料预湿润并均匀混合。
步骤15)：将水泥、粉煤灰、硅灰和剩下的78份水加入搅拌机并搅拌30s。
步骤16)：将减水剂、引气剂溶液加入搅拌机并搅拌3-4min，搅拌均匀后得到再生混凝土。
2)对再生混凝土进行冻融循环试验：
将步骤16)制备得到的再生混凝土置于温度20℃和相对湿度95％的标准养护室中养护28d，之后使用压力试验机预先施加10次大小为0.3σt(极限拉应力σt为3.36MPa)的循环荷载，放入快速冻融试验机，冻融循环400次。400次能满足严寒地区B服役寿命50年的要求。
3)制备第二代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤2)冻融结束的再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第二代再生粗骨料。
4)制备第二代再生混凝土：
将步骤3)制备的第二代再生粗骨料替换步骤11)中的再生粗骨料，第二代再生粗骨料重量份变为450份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第二代再生混凝土。
5)重复步骤2)对第二代再生混凝土进行冻融循环试验。
6)制备第三代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤5)冻融结束的第二代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第三代再生粗骨料。
7)制备第三代再生混凝土：
将步骤6)制备的第三代再生粗骨料替换步骤4)中的第二代再生粗骨料，第三代再生粗骨料重量份变为446份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第三代再生混凝土。
8)重复步骤2)对第三代再生混凝土进行冻融循环试验。
9)制备第四代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤8)冻融结束的第三代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第四代再生粗骨料。
实施例二：
1)制备再生混凝土：
步骤11)：称取以下重量份的原料：天然粗骨料510份，再生粗骨料443份，河砂696份，水泥319份，粉煤灰64份，硅灰43份，聚羧酸系减水剂1.7份，引气剂0.15份和水166份。
步骤12)：将天然粗骨料、再生粗骨料完全清洗干净并烘干备用，将引气剂与5份的水混合配成溶液。
步骤13)：将再生粗骨料、天然粗骨料、河砂放入搅拌机搅拌15s，搅拌过程中保持搅拌机转速为180rpm/min。
步骤14)：将83份水加入搅拌机搅拌15s使再生粗骨料、天然粗骨料预湿润并均匀混合。
步骤15)：将水泥、粉煤灰、硅灰和剩下的78份水加入搅拌机并搅拌30s。
步骤16)：将减水剂、引气剂溶液加入搅拌机并搅拌3-4min，搅拌均匀后得到再生混凝土。
2)对再生混凝土进行冻融循环试验：
将步骤16)制备得到的再生混凝土置于温度20℃和相对湿度95％的标准养护室中养护28d，之后使用压力试验机预先施加10次大小为0.35σt(极限拉应力σt为3.36MPa)的循环荷载，放入快速冻融试验机，冻融循环450次。450次能满足严寒地区B服役寿命50年的要求。
3)制备第二代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤2)冻融结束的再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第二代再生粗骨料。
4)制备第二代再生混凝土：
将步骤3)制备的第二代再生粗骨料替换步骤11)中的再生粗骨料，第二代再生粗骨料重量份变为454份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第二代再生混凝土。
5)重复步骤2)对第二代再生混凝土进行冻融循环试验。
6)制备第三代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤5)冻融结束的第二代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第三代再生粗骨料。
7)制备第三代再生混凝土：
将步骤6)制备的第三代再生粗骨料替换步骤4)中的第二代再生粗骨料，第三代再生粗骨料重量份变为446份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第三代再生混凝土。
8)重复步骤2)对第三代再生混凝土进行冻融循环试验。
9)制备第四代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤8)冻融结束的第三代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第四代再生粗骨料。
实施例三：
1)制备再生混凝土：
步骤11)：称取以下重量份的原料：天然粗骨料510份，再生粗骨料443份，河砂696份，水泥319份，粉煤灰64份，硅灰43份，聚羧酸系减水剂2.1份，引气剂0.13份和水170份。
步骤12)：将天然粗骨料、再生粗骨料完全清洗干净并烘干备用，将引气剂与5份的水混合配成溶液。
步骤13)：将再生粗骨料、天然粗骨料、河砂放入搅拌机搅拌15s，搅拌过程中保持搅拌机转速为180rpm/min。
步骤14)：将85份水加入搅拌机搅拌15s使再生粗骨料、天然粗骨料预湿润并均匀混合。
步骤15)：将水泥、粉煤灰、硅灰和剩下的80份水加入搅拌机并搅拌30s。
步骤16)：将减水剂、引气剂溶液加入搅拌机并搅拌3-4min，搅拌均匀后得到再生混凝土。
2)对再生混凝土进行冻融循环试验：
将步骤16)制备得到的再生混凝土置于温度20℃和相对湿度95％的标准养护室中养护28d，之后使用压力试验机预先施加10次大小为0.3σt(极限拉应力σt为3.36MPa)的循环荷载，放入快速冻融试验机，冻融循环500次。500次能满足严寒地区A服役寿命50年的要求。
3)制备第二代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤2)冻融结束的再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第二代再生粗骨料。
4)制备第二代再生混凝土：
将步骤3)制备的第二代再生粗骨料替换步骤11)中的再生粗骨料，第二代再生粗骨料重量份变为448份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第二代再生混凝土。
5)重复步骤2)对第二代再生混凝土进行冻融循环试验。
6)制备第三代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤5)冻融结束的第二代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第三代再生粗骨料。
7)制备第三代再生混凝土：
将步骤6)制备的第三代再生粗骨料替换步骤4)中的第二代再生粗骨料，第三代再生粗骨料重量份变为446份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第三代再生混凝土。
8)重复步骤2)对第三代再生混凝土进行冻融循环试验。
9)制备第四代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤8)冻融结束的第三代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第四代再生粗骨料。
实施例四：
1)制备再生混凝土：
步骤11)：称取以下重量份的原料：天然粗骨料510份，再生粗骨料443份，河砂696份，水泥319份，粉煤灰64份，硅灰43份，聚羧酸系减水剂2.1份，引气剂0.13份和水170份。
步骤12)：将天然粗骨料、再生粗骨料完全清洗干净并烘干备用，将引气剂与5份的水混合配成溶液。
步骤13)：将再生粗骨料、天然粗骨料、河砂放入搅拌机搅拌15s，搅拌过程中保持搅拌机转速为180rpm/min。
步骤14)：将85份水加入搅拌机搅拌15s使再生粗骨料、天然粗骨料预湿润并均匀混合。
步骤15)：将水泥、粉煤灰、硅灰和剩下的80份水加入搅拌机并搅拌30s。
步骤16)：将减水剂、引气剂溶液加入搅拌机并搅拌3-4min，搅拌均匀后得到再生混凝土。
2)对再生混凝土进行冻融循环试验：
将步骤16)制备得到的再生混凝土置于温度20℃和相对湿度95％的标准养护室中养护28d，之后使用压力试验机预先施加10次大小为0.35σt(极限拉应力σt为3.36MPa)的循环荷载，放入快速冻融试验机，冻融循环550次。550次能满足严寒地区A服役寿命50年的要求。
3)制备第二代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤2)冻融结束的再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第二代再生粗骨料。
4)制备第二代再生混凝土：
将步骤3)制备的第二代再生粗骨料替换步骤11)中的再生粗骨料，第二代再生粗骨料重量份变为446份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第二代再生混凝土。
5)重复步骤2)对第二代再生混凝土进行冻融循环试验。
6)制备第三代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤5)冻融结束的第二代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第三代再生粗骨料。
7)制备第三代再生混凝土：
将步骤6)制备的第三代再生粗骨料替换步骤4)中的第二代再生粗骨料，第三代再生粗骨料重量份变为443份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第三代再生混凝土。
8)重复步骤2)对第三代再生混凝土进行冻融循环试验。
9)制备第四代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤8)冻融结束的第三代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第四代再生粗骨料。
对比例一：
1)制备再生混凝土：
步骤11)：称取以下重量份的原料：天然粗骨料510份，再生粗骨料443份，河砂696份，水泥277份，粉煤灰85份，硅灰21份，矿渣43份，聚羧酸系减水剂2.1份，引气剂0.13份和水170份。
步骤12)：将天然粗骨料、再生粗骨料完全清洗干净并烘干备用，将引气剂与5份的水混合配成溶液。
步骤13)：将再生粗骨料、天然粗骨料、河砂放入搅拌机搅拌15s，搅拌过程中保持搅拌机转速为180rpm/min。
步骤14)：将85份水加入搅拌机搅拌15s使再生粗骨料、天然粗骨料预湿润并均匀混合。
步骤15)：将水泥、粉煤灰、硅灰、矿渣和剩下的80份水加入搅拌机并搅拌30s。
步骤16)：将减水剂、引气剂溶液加入搅拌机并搅拌3-4min，搅拌均匀后得到再生混凝土。
2)对再生混凝土进行冻融循环试验：
将步骤16)制备得到的再生混凝土置于温度20℃和相对湿度95％的标准养护室中养护28d，之后使用压力试验机预先施加10次大小为0.35σt(极限拉应力σt为3.36MPa)的循环荷载，放入快速冻融试验机，冻融循环450次。450次能满足严寒地区B服役寿命50年的要求。
3)制备第二代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤2)冻融结束的再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第二代再生粗骨料。
4)制备第二代再生混凝土：
将步骤3)制备的第二代再生粗骨料替换步骤11)中的再生粗骨料，第二代再生粗骨料重量份变为461份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第二代再生混凝土。
5)重复步骤2)对第二代再生混凝土进行冻融循环试验。
6)制备第三代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤5)冻融结束的第二代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第三代再生粗骨料。
7)制备第三代再生混凝土：
将步骤6)制备的第三代再生粗骨料替换步骤4)中的第二代再生粗骨料，第三代再生粗骨料重量份变为446份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第三代再生混凝土。
8)重复步骤2)对第三代再生混凝土进行冻融循环试验。
9)制备第四代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤8)冻融结束的第三代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第四代再生粗骨料。
对比例二：
1)制备再生混凝土：
步骤11)：称取以下重量份的原料：天然粗骨料510份，再生粗骨料443份，河砂696份，水泥277份，粉煤灰85份，硅灰21份，矿渣43份，聚羧酸系减水剂2.1份和水170份。
步骤12)：将天然粗骨料、再生粗骨料完全清洗干净并烘干备用。
步骤13)：将再生粗骨料、天然粗骨料、河砂放入搅拌机搅拌15s，搅拌过程中保持搅拌机转速为180rpm/min。
步骤14)：将85份水加入搅拌机搅拌15s使再生粗骨料、天然粗骨料预湿润并均匀混合。
步骤15)：将水泥、粉煤灰、硅灰、矿渣和剩下的85份水加入搅拌机并搅拌30s。
步骤16)：将减水剂加入搅拌机并搅拌3-4min，搅拌均匀后得到再生混凝土。
2)对再生混凝土进行冻融循环试验：
将步骤16)制备得到的再生混凝土置于温度20℃和相对湿度95％的标准养护室中养护28d，之后使用压力试验机预先施加10次大小为0.35σt(极限拉应力σt为3.36MPa)的循环荷载，放入快速冻融试验机，冻融循环450次。450次能满足严寒地区B服役寿命50年的要求。
3)制备第二代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤2)冻融结束的再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第二代再生粗骨料。
4)制备第二代再生混凝土：
将步骤3)制备的第二代再生粗骨料替换步骤11)中的再生粗骨料，第二代再生粗骨料重量份变为461份，粉煤灰64份，硅灰43份，引气剂0.17份和水164份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第二代再生混凝土。
5)重复步骤2)对第二代再生混凝土进行冻融循环试验。
6)制备第三代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤5)冻融结束的第二代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第三代再生粗骨料。
7)制备第三代再生混凝土：
将步骤6)制备的第三代再生粗骨料替换步骤4)中的第二代再生粗骨料，第三代再生粗骨料重量份变为446份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第三代再生混凝土。
8)重复步骤2)对第三代再生混凝土进行冻融循环试验。
9)制备第四代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤8)冻融结束的第三代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第四代再生粗骨料。
对比例三：
1)制备再生混凝土：
步骤11)：称取以下重量份的原料：再生粗骨料886份，河砂696份，水泥277份，粉煤灰85份，硅灰21份，矿渣43份，聚羧酸系减水剂2.1份，引气剂0.13份和水170份。
步骤12)：将再生粗骨料完全清洗干净并烘干备用，将引气剂与5份的水混合配成溶液。
步骤13)：将再生粗骨料、河砂放入搅拌机搅拌15s，搅拌过程中保持搅拌机转速为180rpm/min。
步骤14)：将85份水加入搅拌机搅拌15s使再生粗骨料预湿润并均匀混合。
步骤15)：将水泥、粉煤灰、硅灰和剩下的80份水加入搅拌机并搅拌30s。
步骤16)：将减水剂、引气剂溶液加入搅拌机并搅拌3-4min，搅拌均匀后得到再生混凝土。
2)对再生混凝土进行冻融循环试验：
将步骤16)制备得到的再生混凝土置于温度20℃和相对湿度95％的标准养护室中养护28d，之后使用压力试验机预先施加10次大小为0.35σt(极限拉应力σt为3.36MPa)的循环荷载，放入快速冻融试验机，冻融循环450次。450次能满足严寒地区B服役寿命50年的要求
3)制备第二代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤2)冻融结束的再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第二代再生粗骨料。
4)制备第二代再生混凝土：
将步骤3)制备的第二代再生粗骨料替换步骤11)中的再生粗骨料，第二代再生粗骨料重量份变为461份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第二代再生混凝土。
5)重复步骤2)对第二代再生混凝土进行冻融循环试验。
6)制备第三代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤5)冻融结束的第二代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第三代再生粗骨料。
7)制备第三代再生混凝土：
将步骤6)制备的第三代再生粗骨料替换步骤4)中的第二代再生粗骨料，第三代再生粗骨料重量份变为446份，其余组分不变，重复步骤11)—16)制备第三代再生混凝土。
8)重复步骤2)对第三代再生混凝土进行冻融循环试验。
9)制备第四代再生粗骨料：
使用颚式破碎机对步骤8)冻融结束的第三代再生混凝土进行破碎，动颚工作频率为150次/分钟，出料粒径为4.75-16mm，得到第四代再生粗骨料。
表2各实施例中再生混凝土的抗冻耐久性能
表3各实施例再生粗骨料的物理性能
由表2的试验结果可知，本发明制备的再生混凝土的最大冻融循环次数都大于400次，大于寒冷地区混凝土的最大冻融循环次数，符合严寒地区结构混凝土的抗冻耐久性要求。以其为再生骨料制备的第二代再生混凝土能满足抗冻要求。实施例中的再生混凝土和第二代再生混凝土在冻融循环400次后的质量损失率均小于3％，且二代循环再生混凝土的质量损失率更小。冻融循环400次后的再生混凝土相对动弹性模量约为70％，说明其还有足够的抗冻性能富余。对比例一中再生混凝土其最终质量损失和相对动弹性模量处于极低水平，或者其制备的第二代再生混凝土的最大抗冻融循环次数不足400次，无法满足严寒地区混凝土的抗冻循环次数要求。当再生混凝土中含有矿渣时，再生混凝土在冻融循环过程中易吸水，再生混凝土内部因冻融循环而产生的应力增大，因而其抗冻性能出现显著降低。对比例二中第二代再生混凝土中未加入矿渣，水泥、粉煤灰和硅灰的比例调整为15：3：2，与实施例相同。矿物掺合料占胶凝材料的比重为25％，较一代再生混凝土下降，水泥、粉煤灰和硅灰的比例调整后，有利于再生混凝土在前期水化反应的充分进行，也是再生混凝土实现高耐久性能的保证，因而其抗冻耐久性能提升，可以继续循环使用，但其抗冻性能指标比实施例低。对比例三中各代再生混凝土的再生粗骨料取代率为100％，循环至第三代混凝土时失效。这是由于再生粗骨料在循环利用过程中砂浆组分逐渐增大，而石子组分逐渐减少，不利于维持再生混凝土的抗冻性能。而实施例中添加天然粗骨料，能够减小再生粗骨料的这一不足，这也是本申请中再生混凝土能够多次利用的关键。
原再生粗骨料的表观密度、吸水率和压碎值分别为2294kg/m3、6.83％和22.60％。由表3的再生粗骨料物理性能试验结果可知，实施例中第二代再生粗骨料的表观密度和吸水率相对原再生粗骨料都得到了改善，第三代和第四代再生粗骨料的表观密度和吸水率仅略微劣化，压碎值稍有改善。总体而言，所有实施例中制备的第二代再生粗骨料、第三代再生粗骨料、第四代再生粗骨料的品质都满足《混凝土用再生粗骨料GB/T25177—2010》中Ⅲ类以上标准，可再次用于再生混凝土的制备。对比例一中获得的第三代循环再生粗骨料的品质已经低于Ⅲ类标准，不可直接应用。对比例二中获得的第三代循环再生粗骨料的品质比实施例中的骨料低，但由于减少了矿渣的掺入，仍能满足Ⅲ类标准。对比例三中获得的第四代循环再生粗骨料的品质接近Ⅲ类骨料的最低标准，天然骨料的加入对于再生骨料的循环是十分必要的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土，其特征在于，由以下重量份的组分组成：天然粗骨料505-515份，再生粗骨料432-454份，河砂690-712份，水泥315-323份，粉煤灰62-66份，硅灰42-44份，减水剂1.7-2.1份，引气剂0.13-0.15份和水164-170份；
所述再生粗骨料为GB/T25177—2010规定的Ⅰ类再生粗骨料、Ⅱ类再生粗骨料或Ⅲ类再生粗骨料；再生粗骨料的粒径为4.75-16mm；
所述天然粗骨料的粒径为4.75-16mm。
2.根据权利要求1所述的一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土，其特征在于，由以下重量份的组分组成：天然粗骨料510份，再生粗骨料443份，河砂696份，水泥319份，粉煤灰63份，硅灰43份，减水剂2.1份，引气剂0.13份和水166份。
3.根据权利要求1所述的一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土，其特征在于，所述河砂为中砂，粒径小于4.75mm，细度模数为2.4。
4.根据权利要求1所述的一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水效率为20-30%。
5.根据权利要求1所述的一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土，其特征在于，所述引气剂为松香类引气剂。
6.根据权利要求1所述的一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土，其特征在于，所述水泥、粉煤灰和硅灰的比例为15：3：2。
7.一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括，
S1：按照权利要求1~6中任意一项权利要求所述的可在严寒地区循环使用的再生混凝土的重量份称取各组分；
S2：将天然粗骨料、再生粗骨料、河砂放入搅拌容器中搅拌均匀；
S3：将45-55%的水加入搅拌容器搅拌均匀；
S4：将水泥、粉煤灰、硅灰、剩余的水加入搅拌容器搅拌均匀；
S5：将减水剂和引气剂加入搅拌容器搅拌均匀得到权利要求1~6中任意一项权利要求所述的可在严寒地区循环使用的再生混凝土；
所述步骤S5中，搅拌转速为120-180rpm，搅拌时间为3-4min。
8.根据权利要求7所述的一种可在严寒地区循环使用的再生混凝土的制备方法，其特征在于，
所述步骤S2中，所述搅拌容器为单轴卧式搅拌机，搅拌转速为120-180rpm，搅拌时间为15-20s；
所述步骤S3中，搅拌转速为120-180rpm，搅拌时间为15-20s；
所述步骤S4中，搅拌转速为120-180rpm，搅拌时间为30-45s。
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