CN114773000A - 一种高强抗压绿色再生混凝土及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种高强抗压绿色再生混凝土及其制备工艺。一种高强抗压绿色再生混凝土包括以下重量份原料：水泥230‑260份、粉煤灰75‑90份、天然细骨料500‑530份、再生粗骨料900‑950份、掺合料45‑55份、减水剂6‑10份、纤维15‑20份、水170‑200份；所述掺合料包括以下重量份原料：硅灰125‑140份、纳米二氧化硅60‑80份、纳米偏高岭土150‑170份、橡胶粉230‑260份；其制备方法为：先将掺合料与水混合配制浆料，然后将再生粗骨料与浆料混合，最后再加入其它原料混合均匀。本申请的高强抗压绿色再生混凝土，其具有抗压强度高的优点。

Description

一种高强抗压绿色再生混凝土及其制备工艺
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高强抗压绿色再生混凝土及其制备工艺。
背景技术
再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，作为再生骨料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、水等配制而成的新混凝土。
再生骨料表面会有旧砂浆残余，且在机械破碎过程中再生骨料会受到较大的外力作用，在集料内部容易因损伤积累出现大量微细裂痕，用其制备的再生混凝土力学性能要比天然骨料混凝土差。
发明内容
为了提高再生混凝土的抗压强度，本申请提供一种高强抗压绿色再生混凝土及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种高强抗压绿色再生混凝土，采用如下的技术方案：
一种高强抗压绿色再生混凝土，其包括以下重量份原料：水泥230-260份、粉煤灰75-90份、天然细骨料500-530份、再生粗骨料900-950份、掺合料45-55份、减水剂6-10份、纤维15-20份、水170-200份；
所述掺合料包括以下重量份原料：硅灰125-140份、纳米二氧化硅60-80份、纳米偏高岭土150-170份、橡胶粉230-260份。
通过采用上述技术方案，纳米偏高岭土具有小尺寸效应，纳米颗粒填充了再生骨料内部的部分大孔、中孔孔隙和骨料与砂浆之间的裂缝，使得大孔体积和总孔体积均减少，增加了内部结构密实性；此外纳米偏高岭土有较强的火山灰效应促进二次水化，消耗氢氧化钙CH，并生成C-S-H凝胶，提高结构密实度，并使得界面强度增大；纳米二氧化硅主要对再生混凝土硬化的初期(前3d)的水泥水化反应起到促进作用，从而提高其前期抗压强度；本申请限定范围内硅灰的添加对火山灰反应的促进效果大于其抑制水泥水化的作用，不仅对早期强度有一定的促进作用，还可以明显提高混凝土后期的强度发展速率，提高后期强度；硅灰、纳米二氧化硅、纳米偏高岭土、橡胶粉相互配合，对再生骨料以及混凝土内部的孔隙进行填充，能提高再生混凝土的抗压强度。
另外，粉煤灰的加入对体系起稀释作用，相当于提高了水化初期的水胶比，对水泥颗粒及其水化物的分散作用与成核中心作用为水化的进行提供了便利，粉煤灰二次水化对体系中的消耗明显，从化学平衡上进一步推动了水泥水化，粉煤灰与掺合料协同配合，进一步提高混凝土的抗压强度。
优选的，所述掺合料包括以下重量份原料：硅灰130-135份、纳米二氧化硅65-70份、纳米偏高岭土160-165份、橡胶粉240-250份。
通过采用上述技术方案，进一步优化掺合料的原料配比，强化各原料间的协同作用，提高再生混凝土抗压强度。
优选的，所述粉煤灰的粒径为20-25μm。
通过采用上述技术方案，粉煤灰的粒径会影响粉煤灰的活性，粒径越小，活性越高，粉煤灰粒径为20-25μm颗粒级配与水泥相近，活性较好，能有效促进体系的水化，提升界面区的密实性，改善再生混凝土的力学性能；粒径过大会导致级配不良，对混凝土的力学性能带来不利影响；粒径过小，会导致颗粒团聚，同样不利于混凝土力学强度的提高。
优选的，所述再生粗骨料的粒径级配为：粒径为0-5mm、5-10mm、16-20mm的再生粗骨料的重量比为1：(2-3)：(1.5-2)。
通过采用上述技术方案，使得再生骨料的级配为连续级配，连续级配，连续级配指再生粗骨料进行筛分之后粗骨料由大到小连续分布，由大到小每一级粒径都占有适当的比例，在本申请的连续级配方式下有效减少了骨料之间的间隙，提高混凝土的强度。
优选的，所述再生粗骨料为改性再生粗骨料，其改性方法为：
用水泥、偏高岭土、稻壳灰、水配制成强化液，对再生粗骨料进行强化处理。
优选的，所述粗骨料改性方法中水泥：偏高岭土：稻壳灰：水：再生粗骨料的重量比为：(6-7)：(3-3.5)：1：(20-24)：(36-43)。
通过采用上述技术方案，偏高岭土在混凝土中的作用机理与硅灰及其他火山灰活性材料相似，水泥水化时偏高岭土中的活性铝和活性硅可以与Ca(OH)2反应生成CSH和CAH等水化产物，偏高岭土按一定比例替代水泥可以明显提高混凝土早期和后期强度；稻壳灰是由农业废料稻壳烧制成的矿物掺合料，其成分中非晶态SiO2占90％以上。同偏高岭土相似，稻壳灰也有着良好的火山灰活性和微集料填充效应，稻壳灰也可以提高混凝土的抗压强度。用偏高岭土、稻壳灰、水泥配置的强化液对水泥进行强化处理，稻壳灰与偏高岭土优异的火山灰活性能够使水泥浆发生二次水化反应，在骨料外表面生成新的CSH凝胶，强化了表面旧砂浆所在的薄弱区，还可以对微孔、微裂缝进行填补，提高了骨料整体强度。
优选的，所述混凝土原料还包括30-40重量份硅烷偶联剂。
通过采用上述技术方案，加入硅烷偶联剂，有利于提高再生混凝土中的有机物与无机填料的相容性，从而使得再生混凝土在搅拌混合的过程中不容易出现泌水或离析的现象，硅酸盐水泥与硅烷偶联剂均含有硅元素，使得硅酸盐水泥与硅烷偶联剂更容易共混均匀，使得再生混凝土在混合搅拌的过程中不容易出现泌水或离析现象。
第二方面，本申请提供一种高强抗压绿色再生混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高强抗压绿色再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.将掺合料的原料与水混合均匀，得到浆料；
S2.将再生骨料加入到S1得到的浆料中混合均匀；
S3.加入其他原料混合均匀，得到高强抗压绿色再生混凝土。
通过采用上述技术方案，先将再生骨料与浆料混合，有利于浆料对再生骨料缝隙进行填充，有利于降低再生骨料的孔隙率，提高混凝土抗压强度。本申请的混凝土制备方法对设备没有特殊要求，适合工业化生产
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用硅灰、纳米二氧化硅、纳米偏高岭土、橡胶粉复配作为掺合料与粉煤灰配合，对再生骨料以及混凝土内部的孔隙进行填充，提高了再生混凝土的抗压强度，制得的再生混凝土的3d抗压强度可以达到33.43-37.86Mpa，28d抗压强度可以达到49.32-55.04Mpa。
2、本申请中优选采用水泥、偏高岭土、稻壳灰、水配置的强化液对再生粗骨料进行强化处理，降低再生粗骨料的压碎指标，进一步提高再生混凝土的抗压强度，制得的再生混凝土的3d抗压强度可以达到35.78-37.86Mpa，28d抗压强度可以达到52.31-55.04Mpa。
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。
原料和中间体的制备例
原料
本申请实施例的原料均可以通过市售获得；
水泥为普通硅酸盐水泥；
粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，其化学组成配比为SiO258.41％、Al2O322.5％、CaO3.66％、Fe2O36.78％、SO30.38％、MgO2.43％；
天然细骨料为机制砂，细度模数2.6；
再生粗骨料的密度为2641kg·m-3、孔隙率为49％、压碎指标19.5％；
减水剂为高效聚羧酸减水剂；
纤维为聚丙烯纤维；
硅灰的SiO2含量为98.1％、比表面积21m2/g；
纳米二氧化硅纯度为98％、粒径为7-40nm、比表面积为230m2/g；
纳米偏高岭土平均粒径为45nm、比表面积为10m2/g、纯度为98％、化学组成为SiO263.04％、Al2O330.11％、CaO0.67％、Fe2O35.24％、MgO0.47％；
橡胶粉粒径为80目；
偏高岭土为活性偏高岭土，粒径为250目，化学组成为SiO254.21％、Al2O343.76％、CaO0.21％、TiO20.48％、MgO0.31％、Fe2O30.57％、H2O0.46％；
稻壳灰粒径为200目，化学组成为SiO290.82％、Al2O30.48％、CaO3.12％、Na2O1.25％、MgO0.87％、Fe2O30.76％、K2O2.67％；
硅烷偶联剂为KH550。
制备例
制备例1
一种改性再生粗骨料，其制备方法为：
按照表1配比用水泥、偏高岭土、稻壳灰、水配制成强化液，将再生粗骨料加入强化液中，在室温下进行不间断搅拌1h后取出骨料在室温下平铺晾干，静置1d得到改性再生粗骨料。
制备例2-6
与制备例1不同的是，制备例2-6中原料配比的不同，详见表1。
表1制备例1-6中原料配比表(kg)
水泥 偏高岭土 稻壳灰 水 再生粗骨料
制备例1 6 3.5 1 20 43
制备例2 7 3 1 24 36
制备例3 7 2 2 24 36
制备例4 0 6.5 1 23 43
制备例5 7 0 4 24 36
制备例6 7 4 0 24 36
实施例
实施例1
一种高强抗压绿色再生混凝土，其制备方法为：
S1.按照表3中的原料配比将各原料混合均匀得到掺合料；
S2.按照表2中的原料配比将掺合料与水混合均匀，得到浆料；
S3.按照表2中的原料配比将再生骨料加入到S2得到的浆料中混合均匀；
S4.按照表2中的原料配比加入其他原料混合均匀，得到高强抗压绿色再生混凝土；其中，粉煤灰的粒径为20-25μm；粗骨料的级配见表4。
实施例2-3
与实施例1不同的是，实施例2-3中混凝土原料配比的不同，详见表2。
实施例4-6
与实施例2不同的是，实施例4-6中掺合料原料配比的不同，详见表3。
实施例7-10
与实施例5不同的是，实施例7-10中再生粗骨料的级配的不同，详见表4。
表2实施例1-3原料配比表(kg)
实施例1 实施例2 实施例3
水泥 230 240 260
粉煤灰 90 80 75
天然细骨料 500 510 530
再生粗骨料 950 920 900
掺合料 45 50 55
减水剂 10 8 6
纤维 15 18 20
水 200 180 170
表3实施例1与实施例4-6掺合料原料配比表(kg)
实施例1 实施例4 实施例5 实施例6
硅灰 125 130 135 140
纳米二氧化硅 80 70 65 60
纳米偏高岭土 150 160 165 170
橡胶粉 260 250 240 230
表4实施例1与实施例7-10再生粗骨料配比表
粒径(mm) 实施例1 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10
0-5 1 1 0 1 1
5-10 3 2 2 0 2
16-20 1.5 2 2 2 0
实施例11
与实施例7不同的是，实施例11中粉煤灰的粒径为5-10μm。
实施例12-17
与实施例7不同的是，实施例12-17中分别用等量来自于制备例1-6中的改性再生粗骨料替换再生粗骨料。
实施例18-20
与实施例12不同的是，实施例18-20中混凝土的原料还分别包括30kg、40kg、50kg硅烷偶联剂。
对比例
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1中用等量水泥替换粉煤灰。
对比例2
与实施例1不同的是，对比例2中用等量硅灰替换纳米二氧化硅。
对比例3
与实施例1不同的是，对比例3中用等量纳米二氧化硅替换硅灰。
对比例4
与实施例1不同的是，对比例4中用等量纳米二氧化硅替换纳米偏高岭土。
对比例5
与实施例1不同的是，对比例5中用等量纳米二氧化硅替换橡胶粉。
性能检测试验
检测方法
对制备例1-6中的改性再生粗骨料的压碎指标进行检测，检测方法为：(1)取过筛后大于19.0mm、小于9.5mm的骨料，从中去除针片状骨料分成三份，每份3kg；(2)取一份式样，测量其质量，记为G1将骨料分两层装入圆模(至于底盘)内，每装完一层骨料在底盘下垫放直径为10mm的圆钢，并将通按住，左右颠簸击地各25次，确保两层骨料密实后平整骨料表面，盖上压头。(3)将装有式样的模具置于压力机上，开动压力试验机使其按1KN/s的速度匀速加载至200KN并稳定5s，卸载后取下压头，用孔径为2.36mm的筛网筛选加载后的骨料式样，称得留在晒网上的骨料质量，记为G 2；按照如上步骤，分别对再生粗骨料和天然粗骨料进行三次试验，试验结果取三次平均值；压碎指标＝(G1-G2)/G1×100％。检测结果见表5。
按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2019对实施例1-20与对比例1-5中混凝土养护3d、28d的抗压强度进行检测。检测结果见表6。
表5改性再生粗骨料压碎指标检测结果(％)
制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5 制备例6
压碎指标 11.2 11.7 12.3 13.2 13.5 13.8
结合制备例1-6并结合表5，可以看出，用水泥、偏高岭土、稻壳灰、水配置的强化液对再生粗骨料进行强化处理，可以降低再生粗骨料的压碎指标；且水泥、偏高岭土、稻壳灰四者复配对再生粗骨料的强化效果优于其中任意三者的复配，并且水泥、偏高岭土、稻壳灰在本申请限定的配比范围内效果更好。
表6混凝土抗压强度检测结果(MPa)
3d抗压强度 28d抗压强度
实施例1 34.05 50.10
实施例2 34.62 50.88
实施例3 34.21 50.36
实施例4 34.91 51.27
实施例5 35.24 51.66
实施例6 34.73 51.01
实施例7 35.41 51.92
实施例8 34.12 50.23
实施例9 33.76 49.71
实施例10 33.43 49.32
实施例11 34.86 51.14
实施例12 37.05 54.00
实施例13 36.74 53.61
实施例14 36.37 53.09
实施例15 35.78 52.31
实施例16 35.93 52.57
实施例17 36.02 52.72
实施例18 37.45 54.52
实施例19 37.86 55.04
实施例20 37.54 54.65
对比例1 27.47 38.98
对比例2 28.24 40.15
对比例3 27.24 37.93
对比例4 26.18 35.86
对比例5 28.12 41.37
结合实施例1-20与对比例1-5，并结合表6可以看出，实施例1-20中的3d强度以及28d强度均优于对比例1-5，这说明本申请的配方与工艺制备的再生混凝土的抗压强度更好，价值更高。
结合实施例1与对比例1-5，并结合表6可以看出，实施例1中的3d强度以及28d强度均优于对比例1-5，这可能是因为掺合料中纳米偏高岭土具有小尺寸效应，填充了再生骨料内部的裂缝，增加了内部结构密实性；此外纳米偏高岭土有较强的火山灰效应促进二次水化，消耗氢氧化钙CH，并生成C-S-H凝胶，提高结构密实度，并使得界面强度增大；纳米二氧化硅与硅灰对再生混凝土硬化的水泥水化反应起到促进作用，从而提高抗压强度；粉煤灰从化学平衡上进一步推动了水泥水化；硅灰、纳米二氧化硅、纳米偏高岭土、橡胶粉、粉煤灰相互配合，对再生骨料以及混凝土内部的孔隙进行填充，提高了再生混凝土的抗压强度。
结合实施例5与实施例7-10，并结合表6可以看出，再生粗骨料的级配对再生混凝土的抗压强度有一定的影响作用，其中实施例5与实施例7中再生混凝土的抗压强度相对更高，这可能是因为在本申请的再生粗骨料级配下，有效减少了骨料之间的间隙，提高了混凝土的抗压强度。
结合实施例7与实施例12-17，并结合表6可以看出，实施例12-17中混凝土的抗压强度优于实施例7，这说明用水泥、偏高岭土、稻壳灰、水配置的强化液对再生粗骨料进行强化处理，可以降低再生粗骨料的压碎指标，从而提高再生混凝土的抗压强度。
结合实施例12与实施例18-20，并结合表6可以看出，施例18-20中混凝土的抗压强度优于实施例12，这可能是因为硅烷偶联剂，有利于提高再生混凝土中的有机物与无机填料的相容性，提高了混凝土的抗压强度；并且硅烷偶联剂的添加量不是越多越好，在本申请的限定的添加范围内，可以达到更好的效果。
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 (8)

1.一种高强抗压绿色再生混凝土，其特征在于，其包括以下重量份原料：水泥230-260份、粉煤灰75-90份、天然细骨料500-530份、再生粗骨料900-950份、掺合料45-55份、减水剂6-10份、纤维15-20份、水170-200份；
所述掺合料包括以下重量份原料：硅灰125-140份、纳米二氧化硅60-80份、纳米偏高岭土150-170份、橡胶粉230-260份。
2.根据权利要求1所述的一种高强抗压绿色再生混凝土，其特征在于，所述掺合料包括以下重量份原料：硅灰130-135份、纳米二氧化硅65-70份、纳米偏高岭土160-165份、橡胶粉240-250份。
3.根据权利要求1所述的一种高强抗压绿色再生混凝土，其特征在于，所述粉煤灰的粒径为20-25μm。
4.根据权利要求1所述的一种高强抗压绿色再生混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料的粒径级配为：粒径为0-5mm、5-10mm、16-20mm的再生粗骨料的重量比为1：（2-3）：（1.5-2）。
5.根据权利要求1所述的一种高强抗压绿色再生混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料为改性再生粗骨料，其改性方法为：
用水泥、偏高岭土、稻壳灰、水配制成强化液，对再生粗骨料进行强化处理。
6.根据权利要求5所述的一种高强抗压绿色再生混凝土，其特征在于，所述粗骨料改性方法中水泥：偏高岭土：稻壳灰：水：再生粗骨料的重量比为：（6-7）：（3-3.5）：1：（20-24）：（36-43）。
7.根据权利要求1所述的一种高强抗压绿色再生混凝土，其特征在于，所述混凝土原料还包括30-40重量份硅烷偶联剂。
8.一种权利要求1-7任一所述的高强抗压绿色再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将掺合料的原料与水混合均匀，得到浆料；
S2.将再生骨料加入到S1得到的浆料中混合均匀；
S3.加入其他原料混合均匀，得到高强抗压绿色再生混凝土。
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