CN114772974A - 一种混凝土剩料纳米再生处理剂、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种混凝土剩料纳米再生处理剂,以质量份数计,包括2‑10份混凝剂,1‑10份絮凝剂,0.03‑0.1份纳米填料,上述组分的混合物以载体承载;所述纳米填料为二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纤维素接枝聚异戊二烯共聚纳米微球中任意2‑3种的组合;所述混凝剂为聚合氯化铝、甲酸钙、硅酸钾、硅酸钠中任意2‑3种的组合;所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素中任意2‑3种的组合。本发明通过直接将各组分在粉末混合设备中混合均匀后即可,无需其他专用设备,制备方法简单、工艺流程短、操作控制方便,对设备和制备条件要求低,原料来源广泛,生产效率和良品率高,适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域,尤其涉及一种混凝土剩料纳米再生处理剂、制备方法及其应用。
背景技术
据测算,我国建筑垃圾年产量近8×107t,巨量的建筑垃圾大都采用露天堆放和填埋的方式进行处理,这种传统的处理方式不仅占用土地资源,还在运输和堆放过程中产生大量粉尘,雨水的冲刷还会使其中的有害物质渗入土壤和地下水中,污染土壤和水体。严重阻碍城市发展,影响生态环境。同时,天然粗细骨料的开采与生产也会对环境治理造成很大压力。据计算,生产1m3混凝土大约需要1700~2000kg砂石骨料,每年混凝土生产会消耗超过200亿吨原材料,以目前的趋势,二三十年后对混凝土骨料的需求会增加一倍,这势必增加天然骨料的开采量。再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后,按一定比例与级配混合,部分或全部代替砂石等天然集料(主要是粗集料),再加入水泥、水等配而成的新混凝土。再生混凝土按集料的组合形式可以有以下几种情况:集料全部为再生集料;粗集料为再生集料、细集料为天然砂;粗集料为天然碎石或卵石、细集料为再生集料;再生集料替代部分粗集料或细集料。
随着建筑业发展迅速,城镇化脚步越来越快,同时旧城改造项目越来越多,并由此产生了大量的废弃建筑垃圾。在我国大部分建筑废弃物都未通过科学的方式进行回收处理。绝大多数建筑废弃物当作垃圾进行处置,随意堆砌在露天郊外,或者采取简单的填埋方式进行处理。
在公开号为CN107010896A的中国发明专利中公开了一种掺加短切玄武岩纤维和再生粗骨料的再生混凝土,其特征在于:由下述重量份的原料制成:水100-300份,普通硅酸盐水泥300-500份,中砂500-700份,天然碎石500-650份,再生粗骨料500-650份,粉煤灰30-50份,减水剂1-5份和短切玄武岩纤维1-6份。
上述专利中的再生粗骨料与天然骨料相比,再生粗骨料表面包裹有已硬化的水泥浆,故再生混凝土中新旧水泥砂浆总含量较普通混凝土高,因此其孔隙率比天然混凝土高,抗渗性差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷,本发明提出了一种混凝土剩料纳米再生处理剂、制备方法及其应用,直接将各组分在粉末混合设备中混合均匀后即可。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种混凝土剩料纳米再生处理剂,以质量份数计,包括2-10份混凝剂,1-10份絮凝剂,0.03-0.1份纳米填料,上述组分的混合物以载体承载;
所述纳米填料为二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纤维素接枝聚异戊二烯共聚纳米微球中任意2-3种的组合;
所述混凝剂为聚合氯化铝、甲酸钙、硅酸钾、硅酸钠中任意2-3种的组合;
所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素中任意2-3种的组合。
进一步地,还包括质量份数为3-10份的早强剂,所述早强剂为亚硝酸钠、硝酸钠、三乙酸胺、硫酸钠、三乙醇胺、硫酸铝中至少2种的组合。
进一步地,还包括1-3份分散剂,所述分散剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇1000、聚乙二醇4000、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、烷基甘油醚磺酸盐、分散剂NNO中任意2-3种的组合。
进一步地,所述载体为质量份数为45-85的硅灰、质量份数为10-50的粉煤灰、质量份数为45-60的凹凸棒土、质量份数为45-60的膨润土、质量份数为10-50的蒙脱土以及质量份数为45的硅藻土中任意2-3种的组合。
进一步地,以质量份数计,包括7-10份混凝剂,6-10份絮凝剂,7-10份早强剂,2.4-2.7份分散剂以及0.01-0.1份纳米填料,上述组分的混合物以载体承载。
进一步地,其制备过程具体如下:依照比例依次将混凝剂、絮凝剂、早强剂、分散剂以及纳米填料加入粉末混合设备中混合均匀后将载体加入上述混合物中搅拌均匀即得所述混凝土剩料纳米再生处理剂。
进一步地,一种混凝土剩料纳米再生处理剂的应用,所述混凝土剩料纳米再生处理剂直接混入混凝土剩料中进行使用,所述混凝土剩料纳米再生处理剂的使用量与混凝土剩料质量相等。
进一步地,所述混凝土剩料包括废弃混凝土以及陶碎片、瓷碎片,应用过程具体包括如下步骤:
S1、对废弃混凝土以及陶碎片、瓷碎片进行预处理,将其分别放入pH为6.5-7.0的弱酸水中,浸泡24h,同时洗去上面的浮土和灰尘;
S2、将与处理后的废弃混凝土和陶碎片、瓷碎片分别进行初粉碎,将其放入反击式破碎机中,破碎为2cm的碎块,再将其放入水中,进行冲刷,清洗去除其中的粉尘;
S3、将聚羧酸减水剂、混凝土剩料再生处理剂和水混合均匀形成改性液,将S2中所得碎块投入改性液中,搅拌混合均匀,即可制得再生混凝土。
进一步地,于S3中,所述聚羧酸减水剂的用量为混凝土剩料质量的1%,水的添加量为混凝土剩料质量的20%。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:通过直接将各组分在粉末混合设备中混合均匀后即可,无需其他专用设备,制备方法简单、工艺流程短、操作控制方便,对设备和制备条件要求低,原料来源广泛,生产效率和良品率高,适合工业化生产,能有效实现经济效益、社会效益和生态效益。
具体实施方式
容易理解,根据本发明的技术方案,在不变更本发明实质精神下,本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此,以下具体实施方式仅是对本发明的技术方案的示例性说明,而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
一种混凝土剩料纳米再生处理剂,其特征在于,以质量份数计,包括2-10份混凝剂,1-10份絮凝剂,0.03-0.1份纳米填料,3-10份早强剂以及1-3份的分散剂,上述组分的混合物以载体承载。
其中纳米填料为二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纤维素接枝聚异戊二烯共聚纳米微球中任意2-3种的组合;混凝剂为聚合氯化铝、甲酸钙、硅酸钾、硅酸钠中任意2-3种的组合;絮凝剂为聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素中任意2-3种的组合;早强剂为亚硝酸钠、硝酸钠、三乙酸胺、硫酸钠、三乙醇胺、硫酸铝中至少2种的组合;分散剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇1000、聚乙二醇4000、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、烷基甘油醚磺酸盐、分散剂NNO中任意2-3种的组合。
混凝剂是混凝污染控制技术的核心部分,其被广泛应用于给水处理和污水处理领域。现有的混凝剂一般包括硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等无机混凝剂和聚丙烯酰胺等有机高分子絮凝剂。为达到高效混凝效果,通常需要同时加入两种或两种以上的混凝剂。早强剂是混凝土外加剂之一,混凝土在普通施工条件下,凝结慢,养护时间长,施工进度慢,不适应现代施工的要求。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度,促进混凝土早期强度的发展;既具有早强功能,又具有一定减水增强功能。
分散剂有利于再生处理剂的各组分之间均匀分散、充分接触,从而产生充分的协同效应,同时有利于再生处理剂渗透进入混凝土剩料的孔隙,达到堵塞和封闭孔隙的目的,有效减少再生混凝土吸水率,提高再生混凝土的强度,从而改善再生混凝土的工作性能。
载体之间相互配合,对混凝土剩料进行活化,可增强再生混凝土的后期强度、降低再生混凝土的抗渗系数,同时可改善再生混凝土的和易性,提高再生混凝土的强度。
在中掺加纳米填料可以优化再生混凝土的性能;由于纳米尺寸效应,纳米填料可填充水泥基体中的部分凝胶孔和毛细孔,从而起到降低混凝土缺陷、提高再生混凝土强度的作用,提高力学性能;同时,通过掺加聚合物纳米微球可以提高纳米填料与混凝土基体的粘结强度,降低界面过渡区对混凝土性能的影响,因而使得到的碳纳米管改性混凝土具有优异的抗冲击性能。
已有研究表明,再生水泥基复合材料的断裂处发生在轻骨料和胶凝材料的界面交界处,再生混凝土、再生砂浆的力学性能和耐久性能随着再生骨料替代率的增加而降低,氧化石墨烯、碳纳米管等作为纳米材料发展的主要代表之一,由于在水中具有很好的分散性及独特的物理性能,使其在水泥基复合材料中得到广泛应用。
以下结合实施例对于本发明的技术效果作进一步地说明。
混凝土剩料再生处理剂的制备
制备例1
混凝土剩料再生处理剂的制备步骤如下:
将聚合氯化铝7kg、甲酸钙6kg、硅酸钾7kg、甲基纤维素5kg、羧甲基纤维素钠5kg、硫酸钠10kg、三乙醇胺20kg、硫酸铝10kg、聚丙二醇二缩水甘油醚15kg、六偏磷酸钠15kg、凹凸棒土50kg、膨润土50kg、纳米二氧化硅0.2kg、多壁碳纳米管0.1kg用强制剪切搅拌型混合机搅拌混合30min,即可制得混凝土剩料再生处理剂1。
制备例2
混凝土剩料再生处理剂的制备步骤如下:
将聚合氯化铝25kg、甲酸钙30kg、硅酸钠25kg、聚丙烯酰胺35kg、羧乙基纤维素钠35kg、硝酸钠15kg、三乙醇胺20kg、硫酸铝15kg、聚丙二醇二缩水甘油醚8kg、三聚磷酸钠8kg、硅灰85kg、膨润土60kg、凹凸棒土45kg、纳米二氧化硅0.6kg、氧化石墨烯0.3kg用强制剪切搅拌型混合机搅拌混合30min,即可制得混凝土剩料再生处理剂2。
制备例3
混凝土剩料再生处理剂的制备步骤如下:
将硅酸钠10kg、甲酸钙10kg、硅酸钾20kg、甲基纤维素15kg、羧甲基纤维素钠8kg、硫酸钠7kg、三乙醇胺40kg、亚硝酸钠40kg、烷基甘油醚磺酸盐5kg、脂肪酸聚乙二醇酯5kg、凹凸棒土50kg、膨润土50kg、粉煤灰50kg、纳米二氧化硅0.4kg、纤维素接枝聚异戊二烯共聚纳米微球0.1kg用强制剪切搅拌型混合机搅拌混合30min,即可制得混凝土剩料再生处理剂3。
制备例4
混凝土剩料再生处理剂的制备步骤如下:
将硅酸钠45kg、聚合氯化铝45kg、甲基纤维素30kg、羧乙基纤维素钠30kg、硫酸钠20kg、三乙醇胺30kg、硝酸钠20kg、烷基甘油醚磺酸盐9kg、焦磷酸钠9kg、三聚磷酸钠5kg、凹凸棒土50kg、蒙脱土50kg、多壁碳纳米管0.5kg、纤维素接枝聚异戊二烯共聚纳米微球0.2kg用强制剪切搅拌型混合机搅拌混合30min,即可制得混凝土剩料再生处理剂4。
制备例5
混凝土剩料再生处理剂的制备步骤如下:
将硅酸钠30kg、甲酸钙20kg、聚合氯化铝50kg、聚丙烯酰胺60kg、甲基纤维素20kg、羧乙基纤维素钠20kg、硫酸铝45kg、三乙酸胺30kg、硝酸钠15kg、烷基甘油醚磺酸盐8kg、脂肪酸聚乙二醇酯8kg、分散剂NNO 8kg、硅藻土45kg、硅灰45kg、纳米二氧化硅0.6kg、氧化石墨烯0.3kg用强制剪切搅拌型混合机搅拌混合30min,即可制得混凝土剩料再生处理剂5。
制备例6
混凝土剩料再生处理剂的制备步骤如下:
将甲酸钙35kg、硅酸钠35kg、聚丙烯酰胺40kg、甲基纤维素20kg、羧甲基纤维素钠20kg、硝酸钠40kg、三乙酸胺40kg、硫酸钠20kg、聚丙二醇二缩水甘油醚5kg、三聚磷酸钠10kg、六偏磷酸钠12kg、凹凸棒土60kg、膨润土45kg、氧化石墨烯0.5kg、纤维素接枝聚异戊二烯共聚纳米微球0.5kg用强制剪切搅拌型混合机搅拌混合30min,即可制得混凝土剩料再生处理剂6。
制备例7
混凝土剩料再生处理剂的制备步骤如下:
将聚合氯化铝40kg、硅酸钠30kg、甲酸钙30kg、甲基纤维素70kg、羧甲基纤维素钠20kg、硝酸钠50kg、三乙酸胺30kg、硫酸钠20kg、聚乙二醇1000-5kg、聚乙二醇4000-5kg、聚丙二醇400-2kg、硅灰45kg、粉煤灰15kg、蒙脱土10kg、纳米二氧化硅0.2kg、多壁碳纳米管0.6kg用强制剪切搅拌型混合机搅拌混合30min,即可制得混凝土剩料再生处理剂7。
制备例8
混凝土剩料再生处理剂的制备步骤如下:
将硅酸钾45kg、硅酸钠35kg、甲基纤维素10kg、羧甲基纤维素钠60kg、硝酸钠10kg、三乙酸胺10kg、硫酸钠10kg、聚丙二醇二缩水甘油醚4kg、十二烷基硫酸钠8kg、分散剂NNO2kg、粉煤灰10kg、蒙脱土15kg、纤维素接枝聚异戊二烯共聚纳米微球0.3kg、氧化石墨烯0.4kg用强制剪切搅拌型混合机搅拌混合30min,即可制得混凝土剩料再生处理剂8。
混凝土剩料再生处理剂对比例1
混凝土剩料再生处理剂的制备步骤如下:
将硅酸钠10kg、甲基纤维素20kg、三乙酸胺25kg、三聚磷酸钠30kg用强制剪切搅拌型混合机搅拌混合30min,即可制得对比混凝土剩料再生处理剂对比例1。
实施例一
将100kg混凝土剩料、1kg聚羧酸减水剂、100kg混凝土剩料再生处理剂1和20kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
实施例二
将100kg混凝土剩料、1kg聚羧酸减水剂、100kg混凝土剩料再生处理剂2和20kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
实施例三
将100kg混凝土剩料、1kg聚羧酸减水剂、100kg混凝土剩料再生处理剂3和20kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
实施例四
将100kg混凝土剩料、1kg聚羧酸减水剂、100kg混凝土剩料再生处理剂4和20kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
实施例五
将100kg混凝土剩料、1kg聚羧酸减水剂、100kg混凝土剩料再生处理剂5和20kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
实施例六
将100kg混凝土剩料、1kg聚羧酸减水剂、100kg混凝土剩料再生处理剂6和20kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
实施例七
将100kg混凝土剩料、1kg聚羧酸减水剂、100kg混凝土剩料再生处理剂7和20kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
实施例八
将100kg混凝土剩料、1kg聚羧酸减水剂、100kg混凝土剩料再生处理剂8和20kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
对比例一
将100kg混凝土剩料、1kg聚羧酸减水剂、100kg混凝土剩料再生处理剂对比例1
和20kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
对比例二
将300kg混凝土剩料、18kg玻化微珠、1kg聚羧酸减水剂、1kg糖钙、0.6kg改性有机硅防水剂WR2和60kg水混合均匀,即可制得再生混凝土。
性能检测试验
检测实施例1-8和对比例1-2制得再生混凝土试样的抗压强度、抗渗等级和坍落度(初始坍落度、1小时坍落度),具体检测结果见下表。抗压强度:根据标准GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》检测;坍落度:根据标准GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能检测方法标准》检测;抗渗等级:根据标准GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》检测。
于上表中,在实施例4至实施例6中,添加入对应实施例中的混凝土剩料再生处理剂后所得的再生混凝土28天抗压强度以及28天抗渗等级均处于较高水平,可得于实施例4至实施例6中,纳米填料的含量较多,且纳米填料的分散效果较好,使得纳米填料能够于较大程度上填充水泥基体中的部分凝胶孔和毛细孔,从而降低了所得再生混凝土的缺陷并提高了再生混凝土强度,能够显著提升其力学性能;且于实施例4只实施例6中,其于1h内的坍落度差值在15-20mm之间,明显大于实施例中的5mm坍落度差值且明显小于实施例3中的40mm坍落度差值,故而于实施例4至实施例6中,其早强剂含量仅为适量,使得经过实施例4至实施例6中所得混凝土剩料再生处理剂处理所得的再生混凝土能够在一定时间内完成水泥水化的过程,不会过早或过晚完成此过程,在能够促再生混凝土早期强度发展的同时能够依据其流动性完成一定程度上的分散动作。
通过直接将各组分在粉末混合设备中混合均匀后即可,无需其他专用设备,制备方法简单、工艺流程短、操作控制方便,对设备和制备条件要求低,原料来源广泛,生产效率和良品率高,适合工业化生产,能有效实现经济效益、社会效益和生态效益。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容,本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下,对上述实施例进行多种变形和修改,而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种混凝土剩料纳米再生处理剂,其特征在于,以质量份数计,包括2-10份混凝剂,1-10份絮凝剂,0.03-0.1份纳米填料,上述组分的混合物以载体承载;
所述纳米填料为二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纤维素接枝聚异戊二烯共聚纳米微球中任意2-3种的组合;
所述混凝剂为聚合氯化铝、甲酸钙、硅酸钾、硅酸钠中任意2-3种的组合;
所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素中任意2-3种的组合。
2.根据权利要求1所述的混凝土剩料纳米再生处理剂,其特征在于,还包括质量份数为3-10份的早强剂,所述早强剂为亚硝酸钠、硝酸钠、三乙酸胺、硫酸钠、三乙醇胺、硫酸铝中至少2种的组合。
3.根据权利要求2所述的混凝土剩料纳米再生处理剂,其特征在于,还包括1-3份分散剂,所述分散剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇1000、聚乙二醇4000、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、烷基甘油醚磺酸盐、分散剂NNO中任意2-3种的组合。
4.根据权利要求3所述的混凝土剩料纳米再生处理剂,其特征在于,所述载体为质量份数为45-85的硅灰、质量份数为10-50的粉煤灰、质量份数为45-60的凹凸棒土、质量份数为45-60的膨润土、质量份数为10-50的蒙脱土以及质量份数为45的硅藻土中任意2-3种的组合。
5.根据权利要求4所述的混凝土剩料纳米再生处理剂,其特征在于,以质量份数计,包括7-10份混凝剂,6-10份絮凝剂,7-10份早强剂,2.4-2.7份分散剂以及0.01-0.1份纳米填料,上述组分的混合物以载体承载。
6.一种如权利要求1-5任一所述的混凝土剩料纳米再生处理剂,其特征在于,其制备过程具体如下:依照比例依次将混凝剂、絮凝剂、早强剂、分散剂以及纳米填料加入粉末混合设备中混合均匀后将载体加入上述混合物中搅拌均匀即得所述混凝土剩料纳米再生处理剂。
7.一种如权利要求6所述的混凝土剩料纳米再生处理剂的应用,其特征在于,所述混凝土剩料纳米再生处理剂直接混入混凝土剩料中进行使用,所述混凝土剩料纳米再生处理剂的使用量与混凝土剩料质量相等。
8.根据权利要求7所述的混凝土剩料纳米再生处理剂的应用,其特征在于,所述混凝土剩料包括废弃混凝土以及陶碎片、瓷碎片,应用过程具体包括如下步骤:
S1、对废弃混凝土以及陶碎片、瓷碎片进行预处理,将其分别放入pH为6.5-7.0的弱酸水中,浸泡24h,同时洗去上面的浮土和灰尘;
S2、将与处理后的废弃混凝土和陶碎片、瓷碎片分别进行初粉碎,将其放入反击式破碎机中,破碎为2cm的碎块,再将其放入水中,进行冲刷,清洗去除其中的粉尘;
S3、将聚羧酸减水剂、混凝土剩料再生处理剂和水混合均匀形成改性液,将S2中所得碎块投入改性液中,搅拌混合均匀,即可制得再生混凝土。
9.根据权利要求8所述的混凝土剩料纳米再生处理剂的应用,其特征在于,于S3中,所述聚羧酸减水剂的用量为混凝土剩料质量的1%,水的添加量为混凝土剩料质量的20%。
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