CN114853399A - 一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，包括以下步骤：1）物料分拣；2）原料破碎；3）获得粗骨料；4）细骨料的改性：制备改性剂，将改性剂加入机制砂中，并搅拌均匀，得到细骨料，其中，改性剂与机制砂的重量比为1~5:1000；5）粗骨料改性：将粗骨料与凹凸棒土混合，得到混凝土再生粗骨料，凹凸棒土与粗骨料的重量比为1：20；6）采用直接加水法配置再生混凝土。本发明通过在机制砂中添加改性剂，在粗骨料中加入凹凸棒土对其进行改性，最终使得通过细骨料（改性机制砂）和再生粗骨料制得的混凝土的整体性能得到提升，不仅解决了建筑垃圾难以处理的问题，还进一步变废为宝，使得回收的混凝土废料成为了高性能的混凝土。
Description
技术领域
本发明涉及再生混凝土制造技术领域，具体是指一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法。
背景技术
近年来，我国经济迅猛发展，大规模的城市基础设施建设加快，混凝土作为建筑结构的基础材料，其用量急剧上涨。据统计，仅2020年我国商品混凝土用量已超20亿m3，这意味着同样消耗了大量的砂石和水泥等原材料。随着我国基础设施建设的持续推进，我国对这些资源的需求仍然在不断增大，进一步加剧了砂石的供应不足。仅2019年，我国砂石紧缺约170亿吨。此外，在水泥的生产过程中，燃料燃烧和石灰石煅烧分解会排放大量的CO2，据国际能源署统计，2018年全球CO2排放总量已达331亿吨，其中水泥行业排放的CO2总量占了7％。如果不控制CO2气体的排放量，到本世纪末全球气温将会在2012年温度的基础上进一步上升1.4～5.8℃。与此同时，近些年我国每年产生了数以亿吨的建筑垃圾，这些建筑垃圾粗犷的堆放在道路两旁，主要用于路基回填、填充材料，简单粗放，实质上是一种资源浪费，其有效利用率不足5％。这不仅占用了大量的土地，而且还极大的浪费了资源，同时也对生态环境产生二次污染，导致土壤、水质劣化。
再生混凝土技术能够将废弃混凝土重复利用，具有促进社会可持续性发展和生态环境平衡等优点，但由于再生混凝土的力学与耐久性能指标较普通混凝土而言均有所降低，限制了再生混凝土在实际工程中的应用与发展。因此，使用合理的技术手段改善再生混凝土的力学性能对其进一步推广利用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够得到性能优异的基于建筑垃圾的再生混凝土的制备方法。
本发明通过下述技术方案实现：一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，包括以下步骤：
(1)物料分拣：对建筑垃圾进行分拣，拣出杂物，将建筑垃圾中含有的混凝土废弃物作为加工的原料；
(2)原料破碎：将分选出的混凝土废弃物用破碎机破碎为直径小于10mm的颗粒；
(3)获得粗骨料：使用5目网筛进行筛选，将能通过网筛的为废弃混凝土颗粒作为粗骨料；
(4)细骨料的改性：制备改性剂，将改性剂加入机制砂中，并搅拌均匀，得到细骨料，其中，改性剂与机制砂的重量比为1～5:1000；
(5)粗骨料改性：将粗骨料与凹凸棒土混合，得到再生粗骨料，凹凸棒土与粗骨料的重量比为1：20；
(6)以细骨料、再生粗骨料、水泥、水、减水剂为原料，采用直接加水法配置再生混凝土，其中水灰比为0.3～0.8，减水剂的重量掺量为0.3％，水泥、细骨料、混凝土再生粗骨料的质量比为2:5:7。
本技术方案的工作原理为，通过从建筑垃圾中分拣出混凝土废弃物作为原料，经过破碎过筛，获得粗骨料，分别使用改性剂和凹凸棒土对机制砂和粗骨料进行改性，最终得到改性后的机制砂即细骨料和改性后的粗骨料即再生粗骨料。由细骨料和再生粗骨料，通过直接加水法，控制水灰比，搅拌均匀即得。由于机制砂和粗骨料均通过改性，因此其在最终制得的混凝土较普通混凝土的力学和耐久性均有所提升，不仅解决了建筑垃圾难以处理的问题，还进一步变废为宝，使得回收的混凝土废料成为了高性能的混凝土。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(3)获得粗骨料之前，还需要对将破碎后的废弃土颗粒经过磁选机，将原有废弃混凝土中含有的废铁去除。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(1)物料分拣中，拣出的杂物包括工程渣土、废弃木材、玻璃、生活垃圾。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(2)中对混凝土废弃物进行破碎的破碎机为颚式破碎机。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(4)中，改性剂的制备过程为：按重量份计，将椰子油二乙醇酰胺2～7份，三异丙醇胺3～8份，铸石粉10～20份，酒石酸3～10份混合均匀，调节所得混合物的pH值，使其pH值为7～9，得到改性剂。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(4)中改性剂的组分，按重量份计，椰子油二乙醇酰胺5份，三异丙醇胺6份，铸石粉15份，酒石酸5份。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(4)中，通过pH调节剂进行改性剂pH值的调节，所述pH调节剂为柠檬酸。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(4)中，改性剂与机制砂的重量比为1:1000。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(6)中，采用直接加水法配置再生混凝土的具体过程为：首先按重量比混合细骨料与细骨料(改性机制砂)搅拌均匀，然后按重量比加入水泥搅拌均匀，最后加入水、减水剂搅拌至均匀，其中，需要根据水泥的加入量控制水灰比为0.6，搅拌过程通过搅拌机完成。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述减水剂为YZ-M聚羧酸高性能减水剂。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明通过在机制砂中添加改性剂，在粗骨料中加入凹凸棒土对其进行改性，最终使得通过机制砂和再生粗骨料制得的混凝土的整体性能得到提升，在最终制得的混凝土较普通混凝土的力学和耐久性均有所提升，不仅解决了建筑垃圾难以处理的问题，还进一步变废为宝，使得回收的混凝土废料成为了高性能的混凝土，为建筑垃圾的回收利用提供了新的方向。
具体实施方式
为使本发明的目的、工艺条件及优点作用更加清楚明白，结合以下实施实例，对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内，此处所描述的具体实施实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本实施例提供一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，包括以下步骤：
(1)物料分拣：对建筑垃圾进行分拣，拣出杂物，将建筑垃圾中含有的混凝土废弃物作为加工的原料；
(2)原料破碎：将分选出的混凝土废弃物用破碎机破碎为直径小于10mm的颗粒；
(3)获得粗骨料：使用5目网筛进行筛选，将能通过网筛的为废弃混凝土颗粒作为粗骨料；
(4)机制砂的改性：制备改性剂，将改性剂加入机制砂中，并搅拌均匀，得到细骨料，其中，改性剂与机制砂的重量比为1:1000；
(5)粗骨料改性：将粗骨料与凹凸棒土混合，得到再生粗骨料，凹凸棒土与粗骨料的重量比为1：20；
(6)按照水灰比为0.6配置水泥、水，并混合细骨料和再生粗骨料、减水剂，制得再生混凝土，其中减水剂的重量掺量为0.3％，水泥、细骨料、再生粗骨料的质量比为2:5:7。采用直接加水法配置再生混凝土的具体过程为：首先按重量比混合再生粗骨料与细骨料搅拌均匀，然后按重量比加入水泥搅拌均匀，最后加入水、减水剂搅拌至均匀，其中，需要根据水泥的加入量控制水灰比为0.6，搅拌过程通过搅拌机完成。
其中，所述步骤(4)中，改性剂的制备过程为：按重量份计，将椰子油二乙醇酰胺5份，三异丙醇胺6份，铸石粉15份，酒石酸5份混合均匀，调节所得混合物的pH值，使其pH值为7～9，得到改性剂。通过pH调节剂进行改性剂pH值的调节，所述pH调节剂为柠檬酸。
所述减水剂为YZ-M聚羧酸高性能减水剂。
所述再生粗骨料为连续级配。
实施例2：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定所述步骤(3)获得粗骨料之前，还需要对将破碎后的废弃土颗粒经过磁选机，将原有废弃混凝土中含有的废铁去除。另外，所述步骤(1)物料分拣中，拣出的杂物包括工程渣土、废弃木材、玻璃、生活垃圾。为了保证细骨料和再生粗骨料的质量，需要避免其他额外杂质对再生混凝土的影响，需要通过磁选机出去废弃混凝土中的废铁，且挑拣出对再生混凝土不利的杂质。本实施例其他部分与上述实施例相同，这里不在赘述。
实施例3：
本实施例针对本技术方案制备得到的细骨料以及再生粗骨料的物理性能，特别进行如下实验：
以河砂作为细骨料(改性机制砂)的对照组，以石灰石作为再生粗骨料的对照组，对其分别进行物理性能测试，具体如表1，表2所示：
表一细骨料的物理性能
| 类别 | 细度模数 | 表观密度(kg/m<sup>3</sup>) | 堆积密度(kg/m<sup>3</sup>) |
| 河沙 | 3.1 | 2560 | 1740 |
| 细骨料 | 2.9 | 2609 | 1690 |
表二粗骨料的物理性能
| 类别 | 表观密度(kg/m<sup>3</sup>) | 吸水率(％) | 压碎值(％) |
| 石灰石 | 2680 | 0.5 | 5.9 |
| 再生粗骨料 | 2570 | 4.5 | 3.2 |
根据表一，表二内容可知，改性获得细骨料与普通细骨料(河沙)相比，物理性能较为接近，看不出改性后的效果。而再生粗骨料粗骨料(石灰石)相比，物理性能差距较为明显，并不能看出再生粗骨料的物理性能优势。
实施例4：
本实施例针对本技术方案制得的再生混凝土，对其进行性能测试：
(1)实验分组
本技术方案主要是通过改性基于建筑垃圾获得的粗骨料获得再生粗骨料，再基于细骨料(改性机制砂)与再生粗骨料制备得到性能优异的混凝土。因此，细骨料(改性机制砂)和再生粗骨料的作为影响因素，又以石灰石作为天然粗骨料、河沙作为天然细骨料做为对照，得到四种配比的混凝土，分组情况具体如表3所示：
表三混凝土配合比
(2)实验过程：
采用直接加水法，按组别分别配置混凝土，制得混凝土试件，试件养护方式为自然养护。
按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》测量每组混凝土的抗压强度。
(3)实验结果
实验结果如表4所示：
表四混凝土力学性能测试
| 组别 | 坍落度(mm) | 抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) |
| 1 | 137 | 32.87 | 4.27 |
| 2 | 92 | 13.8 | 2.14 |
| 3 | 197 | 20.4 | 3.14 |
| 4 | 135 | 40.72 | 6.97 |
根据表4内容可知，只有细骨料(改性机制砂)与再生粗骨料匹配制备得到的混凝土才能在流动性抗压强度、抗折强度方面达到普通混凝土的水平，在抗压强度和抗折强度方面甚至超过普通混凝土，细骨料(改性机制砂)与石灰石或者再生粗骨料与河砂制得的混凝土，在坍落度方面差异显著，且抗压强度、抗折强度均较低，这说明，细骨料(改性机制砂)与再生粗骨料并非单独发挥效果，而是配合后，才能制备得到高性能的混凝土，两者在混合过程中，细骨料(改性机制砂)和再生粗骨料之间发生了良性的变化，这种良性变化需要两者配合，单一成分无法获得该良性效果。
实施例5：
本实施例针对上述实施例分组，对所制得混凝土进行抗冻性能测试：
实验按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》研究每组混凝土的抗冻性能。
具体实验结果如表5所示：
表五冻融循环100次时混凝土抗冻性能测试
| 组别 | 质量损失率(％) | 相对动弹性模量(％) | 损伤量(％) |
| 1 | 4.87 | 86.4 | 18.75 |
| 2 | 2.47 | 26.7 | 17.48 |
| 3 | 9.74 | 39.4 | 24.1 |
| 4 | 3.47 | 91.4 | 13.8 |
根据表五内容可知，单独使用细骨料(改性机制砂)或再生粗骨料并不能提升所制的混凝土的抗冻性能，甚至无法达到普通混凝土的抗冻能力，但是将两者混合使用时，其抗冻能力大大提升，说明细骨料(改性机制砂)和再生粗骨料之间发生了良性的变化，这种良性变化需要两者配合，单一成分无法获得该良性效果。
实施例6：
由于本技术方案主要是对基于建筑垃圾获得的粗骨料进行改性，以及对机制砂进行改性，获得细骨料(改性机制砂)和再生粗骨料，因此以普通机制砂和未改性的粗骨料对照，得到四种配比的混凝土，分组情况具体如表六所示：
表六混凝土配合比
针对表六的分组情况，分别按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》测量每组混凝土的抗压强度。按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》研究每组混凝土的抗冻性能。
实验结果如下(其中，质量损失率、相对动弹性模量、损伤量均为冻融循环100次时所测数值)：
表七混凝土性能测试
根据表七内容可知，直接使用普通机制砂或者粗骨料制备得到的混凝土，在力学性能和抗冻能力方面均较差，单独使用细骨料(改性机制砂)和粗骨料也无法提升混凝土的性能，直接说明，要利用建筑垃圾中回收的混凝土废料制成高性能混凝土，必须满足两个条件，第一，再生粗骨料必，以及及至少须经过改性，第二，细骨料(改性机制砂)和粗骨料必须配合使用，才能制得高性能的混凝土，两个条件缺一不可。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）物料分拣：对建筑垃圾进行分拣，拣出杂物，将建筑垃圾中含有的混凝土废弃物作为加工的原料；
（2）原料破碎：将分选出的混凝土废弃物用破碎机破碎为直径小于10mm的颗粒；
（3）获得粗骨料：使用5目网筛进行筛选，将不能通过网筛的废弃混凝土颗粒作为粗骨料；
（4）机制砂的改性：制备改性剂，将改性剂加入机制砂中，并搅拌均匀，得到细骨料，其中，改性剂与机制砂的重量比为1~5:1000；
（5）粗骨料改性：将粗骨料与凹凸棒土混合，得到再生粗骨料，凹凸棒土与粗骨料的重量比为1：20；
（6）以细骨料、再生粗骨料、水泥、水、减水剂为原料，采用直接加水法配置再生混凝土，其中水灰比为0.3~0.8，减水剂的重量掺量为0.3%，水泥、细骨料、混凝土再生粗骨料的质量比为2:5:7。
2.根据权利要求1所述的一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（3）获得粗骨料之前，还需要对将破碎后的废弃土颗粒经过磁选机，将原有废弃混凝土中含有的废铁去除。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（1）物料分拣中，拣出的杂物包括工程渣土、废弃木材、玻璃、生活垃圾。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中对混凝土废弃物进行破碎的破碎机为颚式破碎机。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，改性剂的制备过程为：按重量份计，将椰子油二乙醇酰胺2~7份，三异丙醇胺3~8份，铸石粉10~20份，酒石酸3~10份混合均匀，调节所得混合物的pH值，使其pH值为7~9，得到改性剂。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中改性剂的组分，按重量份计，椰子油二乙醇酰胺5份，三异丙醇胺6份，铸石粉15份，酒石酸5份。
7.根据权利要求6所述的一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，通过pH调节剂进行改性剂pH值的调节，所述pH调节剂为柠檬酸。
8.根据权利要求7所述的一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，改性剂与机制砂的重量比为1:1000。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中，采用直接加水法配置再生混凝土的具体过程为：首先按重量比混合再生粗骨料与细骨料搅拌均匀，然后按重量比加入水泥搅拌均匀，最后加入水、减水剂搅拌至均匀，其中，需要根据水泥的加入量控制水灰比为0.6，搅拌过程通过搅拌机完成。
10.根据权利要求1或2所述的一种基于建筑垃圾的再生混凝土制备方法，其特征在于，所述减水剂为YZ-M聚羧酸高性能减水剂。
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