CN114956739A - 一种再生细石混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种再生细石混凝土及其制备方法。再生细石混凝土包括如下重量份数的原料：水200‑220份、胶凝材料530‑570份、细骨料560‑590份、再生细石1020‑1100份、增强纤维0.38‑2份；所述增强纤维由包括聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维的原料混合得到；所述改性纳米纤维素纤维由包括纳米纤维素纤维、二甲基乙酰胺、4‑二甲氨基吡啶、N‑(3‑二甲氨基丙基)‑N‑乙基二酰亚胺盐酸盐、稀盐酸、丁香酸的原料经过混合、加热、搅拌、干燥制得。本申请具有提高再生细石混凝土抗冻性能的优点。

Description

一种再生细石混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种再生细石混凝土及其制备方法。

背景技术

再生细石混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级等预处理过程后，按一定比例、级配混合，部分或全部代替混凝土中所用的天然石，再加入水泥、水、砂等配制而成的混凝土。

由于废弃混凝土试块在预处理过程中要经过破碎等机械操作，由此得到的再生细石表面或内部产生较多微裂缝，并且再生细石表面会结合废弃混凝土中的硬化浆料。

废弃混凝土试块在预处理制备再生细石的过程中会使再生细石表面和内部产生微裂缝，这些微裂缝会在混凝土成型过程中吸附混凝土拌合水，不利于再生混凝土水化；再生细石表面结合的硬化浆料不利于其与新拌混凝土中的胶凝材料结合，不仅对混凝土的力学性能产生负面影响，而且极大程度地降低了混凝土的抗冻性能。

发明内容

为了降低再生细石对混凝土力学性能的负面影响并提高再生细石混凝土的抗冻性能，本申请提供一种再生细石混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种再生细石混凝土，采用如下的技术方案：

一种再生细石混凝土，包括如下重量份数的原料：水200-220份、胶凝材料530-570份、细骨料560-590份、再生细石1020-1100份、增强纤维0.38-2份；

所述增强纤维由包括聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维的原料混合得到；

所述改性纳米纤维素纤维由纳米纤维素纤维、二甲基乙酰胺、4-二甲氨基吡啶、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐、稀盐酸、丁香酸的原料经过混合、加热、搅拌、干燥制得。

通过采用上述技术方案，再生细石在制备过程中其表面或内部会产生一些微裂缝，这些微裂缝在混凝土成型后会继续扩张，不仅对再生细石混凝土的力学性能产生负面影响，并且继续影响再生细石混凝土内部的孔隙结构，使再生细石混凝土孔隙率增加，进而影响再生细石混凝土的抗冻性能；另外，再生细石表面结合的硬化浆料使其与新拌混凝土中的胶凝材料结合不紧密，当再生细石混凝土硬化后，再生细石与胶凝材料结合不紧密，再生细石混凝土内部孔隙结构改变，不利于再生细石混凝土抗冻性能的提升。

首先，聚乙烯醇纤维因其与混凝土材料的良好适配性，能够分散到再生细石混凝土中，聚乙烯醇纤维能够乱向分布在再生细石混凝土中，聚乙烯醇纤维三维乱向的分布在再生细石混凝土中，有效的抑制和减少了水泥基体初期裂缝的产生和发展，一定程度上弥补了再生细石混凝土内部的缺陷。其次，由于改性纤维素纳米纤维具有良好的疏水性，在混凝土中具有良好的分散性，加入到再生细石混凝土中后，也能够降低再生细石中的微裂缝对混凝土拌合水的吸附，从而降低再生细石对混凝土拌合水的消耗量，使更多的混凝土拌合水能够参与到水泥水化过程中，从而产生更多的水化产物，从而改善再生细石混凝土内部孔隙结构，进而提高再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能。

并且，聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维复配能够进一步降低微裂缝对再生细石混凝土性能的影响，一方面，这是由于改性纳米纤维素纤维与聚乙烯醇纤维配合使用，能够在一定程度上降低聚乙烯醇纤维的亲水性，使聚乙烯醇纤维被水泥包裹的更充分，从而使聚乙烯醇纤维能尽可能高的发挥对再生细石混凝土力学性能和抗冻性能提升的积极效果；另一方面，改性纳米纤维素纤维能够在混凝土体系中形成三维网状结构，该三维网状结构能够诱导聚乙烯醇纤维在再生细石混凝土体系中均匀分布，从而共同作用提高再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能。

最后，由于聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维在再生细石混凝土中的分布使再生细石混凝土内部形成了不相连的微孔，这些微孔在气液界面上阻碍了内部空气的溢出，堵塞外部水沿再生细石混凝土毛细孔道进入再生细石混凝土内部的概率，从而改善再生细石混凝土的微观结构，减少水结冰产生的拉应力，提高再生细石混凝土的抗冻性；并且，聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维在再生细石混凝土中承担抗拉作用，可以有效抑制微裂缝的扩展，提高再生细石混凝土的延性，在冻融循环作用下下，再生细石混凝土不会过早发生破坏，从而进一步提高再生细石混凝土的抗冻性。

可选的，以所述增强纤维为基准，所述增强纤维包括聚乙烯醇纤维0.3-1.4份、改性纳米纤维素纤维0.08-0.6份。

通过采用上述技术方案，聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维相互配合，共同作用，降低再生细石完全替代天然粗骨料时对再生细石混凝土力学性能和抗冻性能的负面影响。

可选的，以所述改性纳米纤维素纤维为基准，所述纳米纤维素纤维包括如下重量份数的原料：纳米纤维素纤维1-2份、二甲基乙酰胺85-100份、4-二甲氨基吡啶8-10份、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐2-3份、稀盐酸0.2-0.5份、丁香酸10-16份。

通过采用上述技术方案，在纳米纤维素纤维表面引入疏水酚基、疏水苯基团，使得到改性纳米纤维素纤维具有较强的疏水性；并且，由于酚酸的引入，改性纳米纤维素纤维之间形成了更多的氢键，一方面，降低了改性纳米纤维素纤维在再生细石混凝土中团聚的可能性，从而提高改性纳米纤维素纤维在再生细石混凝土体系中的分散性；另一方面，进一步提高了改性纳米纤维素纤维在再生细石混凝土中形成的三维网状结构的稳定性，进而能够与聚乙烯醇纤维共同作用提高再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能。

可选的，所述改性纳米纤维素纤维采用包括以下步骤的方法制备得到：

S1：将纳米纤维素纤维与二甲基乙酰胺混合，在室温下浸泡，得到固液混合物；

S2：将固液混合物与4-二甲氨基吡啶、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐和稀盐酸混合，搅拌，得到混合物；

S3：将混合物与丁香酸混合，加热、搅拌，所得产物经乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米纤维素纤维。

通过采用上述技术方案，制备得到疏水性能佳、力学性能更强的改性纳米纤维素纤维。

可选的，S1中浸泡时间为1-3h；S2中搅拌时间为30-60min；S3中加热温度为25-35℃，搅拌时间为20-30h。

通过采用上述技术方案，使各原料之间充分反应，制备得到疏水性能优异、力学性能更强且与聚乙烯醇纤维配合性好的改性纳米纤维素纤维。

可选的，所述再生细石由再生粗骨料与醋酸水溶液混合、浸泡、干燥后得到。

通过采用上述技术方案，醋酸水溶液浸泡后，再生细石表面附着浆体减少，整体表面光洁度提高，提高再生细石与新拌混凝土中浆料的结合能力，改善再生细石混凝土的孔隙结构，从而提高再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能。

可选的，所述醋酸水溶液与所述再生粗骨料的重量比为(10-20)：1，所述醋酸水溶液的质量浓度为0.6％-1.8％，浸泡时间为12-36h。

通过采用上述技术方案，得到表面光洁度高的再生细石，进而提高再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能。

第二方面，本申请提供一种再生细石混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种再生细石混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将胶凝材料、增强纤维混合搅拌得到固体预拌物；

步骤二，将固体预拌物与水、细骨料、再生细石混合搅拌得到再生细石混凝土。

通过采用上述技术方案，各原料分批拌合、充分混合，使各原料充分配合使用、发挥作用，制得再生细石混凝土，上述制备方法简单高效，便于工业化生产。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维配合，一方面，改性纳米纤维素纤维在一定程度上降低聚乙烯醇纤维的亲水性，使聚乙烯醇纤维被水泥包裹的更充分，使聚乙烯醇纤维能尽可能高的发挥对再生细石混凝土力学性能和抗冻性能的积极效果；另一方面，改性纳米纤维素纤维在再生细石混凝土体系中形成的三维网状结构能够诱导聚乙烯醇纤维在再生细石混凝土体系中均匀分布，两者共同作用提高再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能。另外，聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维在再生细石混凝土中的分布在混凝土内部形成了不相连的微孔，改善了再生细石混凝土的微观结构，降低了水结冰产生的拉应力，并且，聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维在再生细石混凝土中承担抗拉作用，可以有效抑制微裂缝的扩展，提高混凝土的延性，在冻融循环作用下下，再生细石混凝土不会过早发生破坏，从而提高再生细石混凝土的抗冻性。

2、本申请中再生细石由再生粗骨料经醋酸水溶液浸泡得到，有效去除再生粗骨料表面浆体，提高了再生细石与新拌混凝土中浆体的结合力，改善再生细石混凝土中的孔隙结构，且在混凝土经受冻融循时，降低再生细石与新拌混凝土浆体剥离的概率，从而提高再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能。

改性纳米纤维素纤维的制备例

在本制备例中，聚乙烯醇纤维的直径为30-40μm，长度为8-12mm；纳米纤维素纤维的直径为300-750nm，长度为3-8μm；稀盐酸的质量浓度为10-15％。

制备例1

一种改性纳米纤维素纤维，包括以下重量的原料：

纳米纤维素纤维1g、二甲基乙酰胺85g、4-二甲氨基吡啶8g、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐2g、质量浓度15％的稀盐酸0.2g、丁香酸10g。

一种改性纳米纤维素纤维，由以下步骤制备得到：

S1：将纳米纤维素纤维与二甲基乙酰胺混合，在室温下浸泡1h，得到固液混合物；

S2：将固液混合物与4-二甲氨基吡啶、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐和稀盐酸混合，搅拌30min，得到混合物；

S3：将混合物与丁香酸混合，在25℃下搅拌30h，所得产物经乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米纤维素纤维。

制备例2

一种改性纳米纤维素纤维，包括以下重量的原料：

纳米纤维素纤维2g、二甲基乙酰胺100g、4-二甲氨基吡啶10g、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐3g、质量浓度10％的稀盐酸0.5g、丁香酸16g。

一种改性纳米纤维素纤维，由以下步骤制备得到：

S1：将纳米纤维素纤维与二甲基乙酰胺混合，在室温下浸泡3h，得到固液混合物；

S2：将固液混合物与4-二甲氨基吡啶、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐和稀盐酸混合，搅拌60min，得到混合物；

S3：将混合物与丁香酸混合，在35℃下搅拌20h，所得产物经乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米纤维素纤维。

制备例3

一种改性纳米纤维素纤维，包括以下重量的原料：

纳米纤维素纤维1.5g、二甲基乙酰胺92g、4-二甲氨基吡啶9g、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐2.5g、质量浓度13％的稀盐酸0.35g、丁香酸13g。

一种改性纳米纤维素纤维，由以下步骤制备得到：

S1：将纳米纤维素纤维与二甲基乙酰胺混合，在室温下浸泡2h，得到固液混合物；

S2：将固液混合物与4-二甲氨基吡啶、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐和稀盐酸混合，搅拌45min，得到混合物；

S3：将混合物与丁香酸混合，在30℃下搅拌25h，所得产物经乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米纤维素纤维。

制备例4

一种改性纳米纤维素纤维，与制备例3的不同之处在于，制备过程中不使用丁香酸。

制备例5

一种改性纳米纤维素纤维，与制备例3的不同之处在于，制备过程中不使用二甲基乙酰胺。

实施例

在本实施例中，胶凝材料为P.F.32.5；制备再生细石的干燥处理过程中，干燥温度为40-60℃，干燥时间为5-9h。

实施例1

一种再生细石混凝土，包括如下重量的原料：

水200kg、胶凝材料530kg、细骨料560kg、再生细石1020kg、增强纤维0.38kg，其中聚乙烯醇纤维0.3kg、改性纳米纤维素纤维0.08kg，改性纳米纤维素纤维由制备例1制备得到。

一种再生细石，采用以下方法制备得到：将再生粗骨料与质量浓度0.6％的醋酸水溶液按照重量比10：1混合，浸泡36h，浸泡完成后取出再生粗骨料并在40℃下干燥9h，得到再生细石。

一种再生细石混凝土，采用如下步骤制备得到：

步骤一，将胶凝材料、增强纤维混合搅拌得到固体预拌物；

步骤二，将固体预拌物与水、细骨料、再生细石混合搅拌得到再生细石混凝土。

实施例2

水220kg、胶凝材料570kg、细骨料590kg、再生细石1100kg、增强纤维2kg，其中聚乙烯醇纤维1.4kg、改性纳米纤维素纤维0.6kg，改性纳米纤维素纤维由制备例2制备得到。

一种再生细石，采用以下方法制备得到：将再生粗骨料与质量浓度1.8％的醋酸水溶液按照重量比20：1混合，浸泡12h，浸泡完成后取出再生粗骨料并在60℃下干燥5h，得到再生细石。

一种再生细石混凝土，采用如下步骤制备得到：

步骤一，将胶凝材料、增强纤维混合搅拌得到固体预拌物；

步骤二，将固体预拌物与水、细骨料、再生细石混合搅拌得到再生细石混凝土。

实施例3

水210kg、胶凝材料550kg、细骨料575kg、再生细石1060kg、增强纤维1.2kg，其中聚乙烯醇纤维0.85kg、改性纳米纤维素纤维0.35kg，改性纳米纤维素纤维由制备例3制备得到。

一种再生细石，采用以下方法制备得到：将再生粗骨料与质量浓度1.2％的醋酸水溶液按照重量比15：1混合，浸泡24h，浸泡完成后取出再生粗骨料并在50℃下干燥7h，得到再生细石。

一种再生细石混凝土，采用如下步骤制备得到：

步骤一，将胶凝材料、增强纤维混合搅拌得到固体预拌物；

步骤二，将固体预拌物与水、细骨料、再生细石混合搅拌得到再生细石混凝土。

实施例4

一种再生细石混凝土，与实施例3的不同之处在于，制备过程中使用的增强纤维为0.11kg，其中聚乙烯醇纤维0.1kg、改性纳米纤维素纤维0.01kg。

实施例5

一种再生细石混凝土，与实施例3的不同之处在于，制备过程中使用的增强纤维为1.1kg，其中聚乙烯醇纤维0.1kg、改性纳米纤维素纤维1kg。

实施例6

一种再生细石混凝土，与实施例3的不同之处在于，制备过程中使用的增强纤维为2.01kg，其中聚乙烯醇纤维2kg、改性纳米纤维素纤维0.01kg。

实施例7

一种再生细石混凝土，与实施例3的不同之处在于，制备过程中使用的增强纤维为3kg，其中聚乙烯醇纤维2kg、改性纳米纤维素纤维1kg。

实施例8

一种再生细石混凝土，与实施例3的不同之处在于，使用等重量的未经醋酸水溶液浸泡的再生粗骨料代替再生细石。

对比例

对比例1

一种再生细石混凝土，与实施例3的不同之处在于，使用制备例4制备得到的改性纳米纤维素纤维。

对比例2

一种再生细石混凝土，与实施例3的不同之处在于，使用制备例5制备得到的改性纳米纤维素纤维。

对比例3

一种再生细石混凝土，与实施例3的不同之处在于，增强纤维的重量为1.2kg，其中包括1.2kg聚乙烯醇纤维、0kg改性纳米纤维素纤维。

对比例4

一种再生细石混凝土，与实施例3的不同之处在于，增强纤维的重量为1.2kg，其中包括0kg聚乙烯醇纤维、1.2kg改性纳米纤维素纤维。

检测方法

一、混凝土强度检测

对实施例1-8及对比例1-4制得的混凝土进行28d抗压强度测试，测试方法根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。将试件从养护地点取出后应及时进行试验，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机。在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级<C30时，加荷速度取每秒钟0.3～0.5Mpa；混凝土强度等级≥C30且<C60时，取每秒钟0.5～0.8MPa；混凝土强度等级≥C60时，取每秒钟0.8～1.0MPa。当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏荷载于表1中。

二、混凝土抗冻性能检测

对实施例1-8及对比例1-4制得的混凝土进行抗冻性能测试，测试方法根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。通过慢冻法对各试件进行150次冻融处理，冻融处理结束后，检测各试件的质量损失率以及抗压强度损失率并记录数据在表1中。

表1

结合实施例1-8、对比例3-4和表1，可以看出，聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维共同使用时才能有效提升再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能。并且，当聚乙烯醇纤维与改性纳米纤维素纤维的用量过多或过少时，均会对再生细石混凝土的强度和抗冻性能产生负面影响。这是由于，当聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维均过少或过多时，聚乙烯醇纤维或改性纳米纤维素纤维无法有效地分散在混凝土体系中，使得再生细石表面或内部的一些微裂缝，在混凝土成型后会继续扩张，无法充分发挥对再生细石混凝土强度的增强效果，无法有效改善再生细石混凝土内部孔隙结构，因而使再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能下降。当聚乙烯醇纤维过多、改性纳米纤维素纤维过少时，一方面，改性纳米纤维素纤维对聚乙烯醇纤维的亲水性降低效果有限，使聚乙烯醇纤维无法被水泥充分包裹，从而使聚乙烯醇纤维对再生细石混凝土力学性能和抗冻性能的贡献效果不明显；另一方面，改性纳米纤维素纤维过少时不能诱导聚乙烯醇纤维在再生细石混凝土体系中均匀分布，无法与聚乙烯醇纤维共同作用提高再生细石混凝土的力学性能和抗冻性能。

结合实施例3、对比例1-4和表1，可以看出，当制备过程中不使用丁香酸或二甲基乙酰胺时，无法在纳米纤维素纤维表面形成疏水层，使改性纳米纤维素纤维与聚乙烯醇纤维共同使用时无法有效降低聚乙烯醇纤维的亲水性，无法使聚乙烯醇纤维均匀的分散在再生细石混凝土体系中并使其被胶凝材料充分包裹，进而降低再生细石混凝土强度和抗冻性能。

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)

1.一种再生细石混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的原料：水200-220份、胶凝材料530-570份、细骨料560-590份、再生细石1020-1100份、增强纤维0.38-2份；

所述增强纤维由包括聚乙烯醇纤维和改性纳米纤维素纤维的原料混合得到；

所述改性纳米纤维素纤维由包括纳米纤维素纤维、二甲基乙酰胺、4-二甲氨基吡啶、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐、稀盐酸、丁香酸的原料经过混合、加热、搅拌、干燥制得。

2.根据权利要求1所述的一种再生细石混凝土，其特征在于，以所述增强纤维为基准，所述增强纤维包括聚乙烯醇纤维0.3-1.4份、改性纳米纤维素纤维0.08-0.6份。

3.根据权利要求2所述的一种再生细石混凝土，其特征在于，以所述改性纳米纤维素纤维为基准，所述改性纳米纤维素纤维包括如下重量份数的原料：纳米纤维素纤维1-2份、二甲基乙酰胺85-100份、4-二甲氨基吡啶8-10份、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐2-3份、稀盐酸0.2-0.5份、丁香酸10-16份。

4.根据权利要求3所述的一种再生细石混凝土，其特征在于：所述改性纳米纤维素纤维采用包括以下步骤的方法制备得到：

S1：将纳米纤维素纤维与二甲基乙酰胺混合，在室温下浸泡，得到固液混合物；

S2：将固液混合物与4-二甲氨基吡啶、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基二酰亚胺盐酸盐和稀盐酸混合，搅拌，得到混合物；

S3：将混合物与丁香酸混合，加热、搅拌，所得产物经乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米纤维素纤维。

5.根据权利要求4所述的一种再生细石混凝土，其特征在于：S1中浸泡时间为1-3h；S2中搅拌时间为30-60min；S3中加热温度为25-35℃，搅拌时间为20-30h。

6.根据权利要求1所述的一种再生细石混凝土，其特征在于：所述再生细石由再生粗骨料与醋酸水溶液混合、浸泡、干燥后得到。

7.根据权利要求6所述的一种再生细石混凝土，其特征在于：所述醋酸水溶液与所述再生粗骨料的重量比为（10-20）：1，所述醋酸水溶液的质量浓度为0.6%-1.8%，浸泡时间为12-36h。

8.权利要求1-7任一项所述的再生细石混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，将胶凝材料、增强纤维混合搅拌得到固体预拌物；

步骤二，将固体预拌物与水、细骨料、再生细石混合搅拌得到再生细石混凝土。