CN115028400A - 一种再生混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种再生混凝土及其制备方法。一种再生混凝土包括如下重量份数的原料：胶凝材料400‑450份；拌合水160‑180份；再生细骨料400‑600份；天然砂100‑200份；再生粗骨料900‑1100份；石200‑300份；树形分子水滑石复合材料10‑20份。本申请的一种再生混凝土具有抗碳化能力强的优点。
Description
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混凝土及其制备方法。
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，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料，再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。
混凝土碳化是指空气中的CO2气体通过硬化混凝土细孔渗透到混凝土内，与混凝土内的碱性物质发生化学反应后生成碳酸盐和水并使混凝土碱性降低的过程。由于再生混凝土的制备原料是已经水化过的固化混凝土，并且制备再生混凝土过程中使用的再生粗骨料和再生骨料
一般通过机械破碎的方法得到，因此，一方面，再生粗骨料和再生细骨料表面界面粗糙，与胶凝材料的胶结能力差，制备得到的再生混凝土内部孔隙较多，另一方面，再生粗骨料和再生细骨料自身在制备过程中内部产生大量微裂缝，这些裂缝都在一定程度上促进CO2在再生混凝土中的扩散，这都对混凝土的抗碳化性能产生不利影响。
针对上述的相关技术，发明人认为其方案存在再生混凝土抗碳化能力差的问题。
发明内容
为了提高再生混凝土的抗碳化性能，本申请提供一种再生混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种再生混凝土，采用如下的技术方案：
一种再生混凝土，包括如下重量份数的原料：
胶凝材料400-450份；
拌合水160-180份；
再生细骨料400-600份；
天然砂100-200份；
再生粗骨料900-1100份；
石200-300份；
树形分子水滑石复合材料10-20份。
通过采用上述技术方案，树形分子水滑石复合材料加入到再生混凝土中后，一方面，树形分子水滑石复合材料具有较高的比表面积，进而使其层间结构吸附拌合水，在一定程度上起到加速水泥水化的进程；另一方面，树形水滑石复合材料的能够降低水滑石的成核壁垒，再生混凝土中生成的C-S-H凝胶能够优先沉积在树形分子水滑石复合材料的表面，降低再生混凝土内部熟料表面的水化产物厚度，在一定程度上促进水泥水化进程，水泥水化产物增加。那么，首先，水化产物增加使再生混凝土内部结构更加密实，降低混凝土内部孔隙率，其次，树形分子水滑石复合材料能够优化砂浆的孔结构，尺寸较小的树形分子水滑石复合材料能够在水泥颗粒之间起到填充效应，进一步降低再生混凝土内部的孔隙率，从而提高再生混凝土的抗碳化性能。
树形分子具有疏水性，从而使树形分子水滑石复合材料加入到混凝土中后，相较于单一使用水滑石材料时，更加均匀有效地分散在混凝土体系中，从而进一步提高树形分子水滑石复合材料对再生混凝土抗碳化能力的提升。
可选的，所述树形分子水滑石复合材料采用包括以下方法制备得到：分别将树形分子与水滑石分散在NEP溶液中，分别得到树形分子分散溶液和水滑石分散溶液；将水滑石分散溶液与树形分子分散溶液混合，反应后得到混合分散液，得到的混合分散液中树形分子与水滑石的摩尔比为1:1.5-2.5；将混合分散液干燥后得到树形分子水滑石复合材料。
通过采用上述技术方案，制备得到具有提高再生混凝土抗碳化能力的树形分子水滑石复合材料。
可选的，所述树形分子分散溶液的固含量为10-30mg/mL，所述水滑石分散溶液的固含量为30-50mg/mL。
通过采用上述技术方案，在上述原料的用量比前提条件下，制备得到的树形分子水滑石复合材料对再生混凝土的密实度提升效果更优。
可选的，反应温度保持在40-60℃，反应时间为2-5h。
可选的，干燥过程在0.1-0.3Mpa的真空度下进行，干燥温度为50-60℃。
通过采用上述技术方案，在上述反应条件下，使各原料之间充分反应，制备得到抗碳化能力优异的树形分子水滑石复合材料。
可选的，所述水滑石选自焙烧镁铝水滑石、焙烧钙铝水滑石和焙烧锌铝水滑石中的任意一种或两种混合。
通过采用上述技术方案，进一步提高树形分子水滑石复合对再生混凝土水化进程的推进，从而提混凝土的抗碳化能力。
可选的，所述再生细骨料和所述再生粗骨料包括如下重量份数的原料：
废弃混凝土微粉100-150份；
水泥60-110份；
水适量。
水适量是指能够将废弃混凝土微粉与水泥搅拌均匀。
通过采用上述技术方案，相较于直接使用废弃混凝土机械破碎制得的再生粗骨料和再生细骨料，本方案中使用废弃混凝土微粉与水泥接合，制备得到的再生粗骨料和再生细骨料中裂缝数量明显下降，从而提高混凝土密实度，进而提高混凝土的抗碳化性能。
可选的，所述废弃混凝土微粉的粒径为10μm-40μm。
通过采用上述技术方案，废弃混凝土微粉与水泥的结合更加紧密，进一步降低制备得到的再生细骨料和再生粗骨料中的孔隙和裂缝数量，从而提高再生混凝土的密实度，进而提高再生混凝土的抗碳化能力。
可选的，所述再生细骨料和所述再生粗骨料采用包括以下方法制备得到：将废弃混凝土微粉、水泥和水混合，搅拌均匀后，进行震荡、干燥、筛分步骤后，收集粒径为0-5mm的产物即为再生细骨料，收集粒径5-20mm的产物即为再生粗骨料。
通过采用上述技术方案，制备得到具有密实结构的再生粗骨料和再生细骨料，提高再生粗骨料与再生细骨料与胶凝材料的胶结能力，进一步降低再生混凝土孔隙率，提高再生混凝土抗碳化能力。
第二方面，本申请提供一种再生混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将胶凝材料与一半树形分子水滑石复合材料搅拌均匀，得到胶凝预混物；
步骤二，将另一半树形分子水滑石复合材料与拌合水混合搅拌均匀得到树形分子水滑石预混物；
步骤三，将胶凝预混物、树形分子水滑石预混物、细骨料和粗骨料混合，搅拌均匀得到再生混凝土。
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：
由于本申请中采用树形分子水滑石复合材料，促进水泥水化进程，增加水化产物数量从而在一定程度上提高再生混凝土密实度，并且树形分子水滑石复合材料能够填充在水泥颗粒之间，进一步提高再生混凝土密实度，并且水滑石层累层生长的层间结构能够吸附侵入再生混凝土内部的CO2，降低再生混凝中的碱性环境受到CO2破坏的概率，维持水化产物赖以存在的碱性水化环境，从而使混凝土的抗碳化能力得到提升。
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。
树形分子水滑石复合材料制备例
本申请中使用的树形分子为市售PAMAM树形分子；本申请中使用的NEP溶液为市售NEP溶液；本申请中使用的焙烧镁铝水滑石、焙烧钙铝水滑石和焙烧锌铝水滑石分别为市售镁铝水滑石、市售钙铝水滑石和市售锌铝水滑石的焙烧产物，市售镁铝水滑石、市售钙铝水滑石和市售锌铝水滑石的化学式分别为Mg6Al2(OH)16CO3.4H2O、Ca6Al2(OH)16CO3.4H2O和Zn6Al2(OH)16CO3.4H2O。
制备例1
分别将树形分子与焙烧镁铝水滑石分散在NEP溶液中，分别得到树形分子分散溶液和焙烧镁铝水滑石分散溶液，树形分子分散溶液的固含量为20mg/mL，焙烧镁铝水滑石分散溶液的固含量为40mg/mL；在搅拌条件下将焙烧镁铝水滑石分散溶液与树形分子分散溶液混合，得到混合分散液，得到的混合分散液中树形分子与焙烧镁铝水滑石的摩尔比为1:2；将混合分散液干燥后得到树形分子水滑石复合材料；反应过程中的反应温度保持在50℃，反应时间为3.5h，反应在搅拌条件下进行；干燥过程在0.2Mpa的真空度下进行，干燥温度为55℃。
制备例2
分别将树形分子与焙烧镁铝水滑石分散在NEP溶液中，分别得到树形分子分散溶液和焙烧镁铝水滑石分散溶液，树形分子分散溶液的固含量为10mg/mL，焙烧镁铝水滑石分散溶液的固含量为30mg/mL；在搅拌条件下将焙烧镁铝水滑石分散溶液与树形分子分散溶液混合，得到混合分散液，得到的混合分散液中树形分子与焙烧镁铝水滑石的摩尔比为1:1.5；将混合分散液干燥后得到树形分子水滑石复合材料；搅拌过程中的反应温度保持在40℃，反应时间为2h，反应在搅拌条件下进行；干燥过程在0.1Mpa的真空度下进行，干燥温度为50℃。
制备例3
分别将树形分子与焙烧镁铝水滑石分散在NEP溶液中，分别得到树形分子分散溶液和焙烧镁铝水滑石分散溶液，树形分子分散溶液的固含量为30mg/mL，焙烧镁铝水滑石分散溶液的固含量为50mg/mL；在搅拌条件下将焙烧镁铝水滑石分散溶液与树形分子分散溶液混合，得到混合分散液，得到的混合分散液中树形分子与焙烧镁铝水滑石的摩尔比为1:2.5；将混合分散液干燥后得到树形分子水滑石复合材料；搅拌过程中的反应温度保持在60℃，反应时间为5h，反应在搅拌条件下进行；干燥过程在0.3Mpa的真空度下进行，干燥温度为60℃。
制备例4
一种树形分子水滑石复合材料，其制备方法与制备例1的不同之处在于，混合分散液中树形分子与焙烧镁铝水滑石的摩尔比为1:1.5。
制备例5
一种树形分子水滑石复合材料，其制备方法与制备例1的不同之处在于，混合分散液中树形分子与焙烧镁铝水滑石的摩尔比为1:2.5。
制备例6
一种树形分子水滑石复合材料，其制备方法与制备例1的不同之处在于，反应温度保持在40℃。
制备例7
一种树形分子水滑石复合材料，其制备方法与制备例1的不同之处在于，反应温度保持在60℃。
制备例8
一种树形分子水滑石复合材料，其制备方法与制备例1的不同之处在于，使用的水滑石为焙烧钙铝水滑石。
制备例9
一种树形分子水滑石复合材料，其制备方法与制备例1的不同之处在于，使用的水滑石为焙烧锌铝水滑石。
制备例10
一种树形分子水滑石复合材料，其制备方法与制备例1的不同之处在于，使用的水滑石为焙烧镁铝水滑石和焙烧钙铝水滑石，所述混合分散液中树形分子、焙烧镁铝水滑石和焙烧钙铝水滑石的摩尔比为1:1:1。
制备例11
一种树形分子水滑石复合材料，其制备方法与制备例1的不同之处在于，使用的水滑石为焙烧钙铝水滑石和焙烧锌铝水滑石，所述混合分散液中树形分子、焙烧钙铝水滑石和焙烧锌铝水滑石的摩尔比为1:1:1。
制备例12
一种树形分子水滑石复合材料，其制备方法与制备例1的不同之处在于，使用的水滑石为焙烧锌铝水滑石和焙烧镁铝水滑石，所述混合分散液中树形分子、焙烧锌铝水滑石和焙烧镁铝水滑石的摩尔比为1:1:1。
实施例
在本申请实施例中使用的胶凝材料为普通硅酸盐水泥，选用海螺牌P.0.42.5；拌合水为居民用水。
实施例1
一种再生混凝土，包括如下重量的原料：
胶凝材料425kg；拌合水170kg；再生细骨料500kg；天然砂150kg；再生粗骨料1000kg；石250kg；树形分子水滑石复合材料15kg；其中，树形分子水滑石复合材料由制备例1制得。
一种再生混凝土的制备方法如下：
步骤一，将胶凝材料与一半树形分子水滑石复合材料搅拌均匀，得到胶凝预混物；
步骤二，将另一半树形分子水滑石复合材料与拌合水混合搅拌均匀得到树形分子水滑石预混物；
步骤三，将胶凝预混物、树形分子水滑石预混物、细骨料和粗骨料混合，搅拌均匀得到再生混凝土。
实施例2
一种再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，包括如下重量的原料：
胶凝材料400kg；拌合水160kg；再生细骨料400kg；天然砂200kg；再生粗骨料900kg；石300kg；树形分子水滑石复合材料10kg；其中，树形分子水滑石复合材料由制备例2制得。
实施例3
一种再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，包括如下重量的原料：
胶凝材料450kg；拌合水180kg；再生细骨料600kg；天然砂100kg；再生粗骨料1100kg；石200kg；树形分子水滑石复合材料20kg；其中，树形分子水滑石复合材料由制备例3制得。
实施例4-12
一种再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，选用的树形分子水滑石复合材料分别由不同的制备例制备得到，具体如表1所示。
表1
对比例
对比例1
一种再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，不使用树形分子水滑石复合材料。
对比例2
一种再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，使用等质量树形分子代替树形分子水滑石复合材料。
对比例3
一种再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，使用等质量焙烧镁铝水滑石代替树形分子水滑石复合材料
对比例4
一种再生混凝土，与实施例10的不同之处在于，制备树形分子-镁铝-钙铝水滑石复合材料时，混合分散液中使用的树形分子、焙烧镁铝水滑石和焙烧钙铝水滑石的摩尔比为1:2:2。
对比例5
一种再生混凝土，与实施例10的不同之处在于，制备树形分子-镁铝-钙铝水滑石复合材料时，混合分散液中使用的树形分子、焙烧镁铝水滑石和焙烧钙铝水滑石的摩尔比为1:0.5:0.5。
对比例6
一种再生混凝土，与实施例10的不同之处在于，使用等质量普通再生粗骨料代替再生粗骨料，使用等质量普通再生细骨料代替再生细骨料；普通再生粗骨料和普通再生细骨料由废弃混凝土机械破碎后筛分拣选得到，粒径0-5mm的为普通再生细骨料，粒径5-20mm的为普通再生细骨料。
检测方法
一、混凝土强度检测
对实施例1-12及对比例1-6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2中。
二、混凝土碳化深度检测
对实施例1-12及对比例1-6制得的混凝土进行碳化深度测试。对试块进行快速碳化实验，碳化箱中CO2浓度为20％，温度20℃，湿度75％，快速碳化56d，碳化实验结束后，取出试块；
配制酚酞试剂：75％的酒精溶液与白色酚酞粉末配置成酚酞浓度为1％-2％的酚酞溶剂，备用；
用装有20mm直径钻头的冲击钻在测点位置钻孔，钻孔深度小于混凝土保护层厚度；成孔后用圆形毛刷将孔中碎屑、粉末清除，露出混凝土新茬；将酚酞指示剂喷到测孔壁上；待酚酞指示剂变色后，用测深卡尺测量混凝土表面至酚酞变色交界处的深度，准确至0.1mm；酚酞指示剂从无色变为紫色处的混凝未碳化，酚酞指示剂保持无色处的混凝土已经碳化；将测区、测孔统一编号，并画出示意图，标上测量结果；测量值的整理应计算平均值，记录数据在表2中。
表2
结合实施例1-7、对比例1-3和表2可以看出，当树形分子与镁铝水滑石的摩尔比为1：1，制备得到的树形分子镁铝水滑石复合材料能够明显提升再生混凝土的抗碳化能力，这是由于，树形分子与水滑石复合充分结合，水滑石材料基于树形分子的树形结构累层生长；一方面，得到的树形分子镁铝水滑石复合材料和水滑石材料相比，其比表面积显著提高，使水泥水化产物能够更多地包裹在熟料颗粒上，从而加速水泥水化进程，使再生混凝土中的水化产物量增加，进而提高混凝土的密实程度，提高混凝土的抗碳化能力；另一方面，树形分子水滑石复合材料中基于树形分子树形结构的累层生长能够提高树形分子镁铝水滑石复合材料对CO2的吸附能力，从而降低了CO2和混凝土中水泥水化产物的结合可能性，进而提高混凝土的抗碳化能力。
结合实施例1、8-12、对比例4-5和表2可以看出，树形分子-镁铝-钙铝水滑石复合材料对再生混凝土抗碳化能力的提升效果强于树形分子-钙铝-锌铝水滑石复合材料、树形分子-锌铝-镁铝水滑石复合材料、单一树形分子镁铝水滑石复合材料、单一树形分子钙铝水滑石复合材料和单一树形分子锌铝水滑石复合材料，这可能是由于树形分子镁铝-钙铝水滑石复合材料中的钙离子参与到水泥水化过程中，与水接触后完成部分水解，并与水化产物生成钙络合物，钙络合物中的阳离子与混凝土中的阴离子生成不溶于水的CaSiO3并深入到再生混凝土孔隙中，并且分解出钙离子再次进行扩散，在混凝土中形成较高的钙离子浓度区，再次水化产物发生反应并生成钙的络合物，如此循环往复，不断生成CaSiO3结晶体，从而实现再生混凝土密实度的提升，进而提高混凝土抗碳化能力；而镁离子能够促进水泥水化过程中Ca(OH)2的生成，因而提高再生混凝土内部的碱性物质含量，从而在一定程度上提高混凝土的抗碳化能力。
结合实施例10、对比例6和表2可以看出，使用再生粗骨料和再生细骨料替代普通再生粗骨料和普通再生细骨料后，混凝土碳化深度降低，这是由于再生粗骨料和再生细骨料能够降低再生混凝土中的孔隙数量，降低再生混凝土孔隙率，从而提高混凝土的抗碳化能力。
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 (9)
1.一种再生混凝土，其特征在于,包括如下重量份数的原料：
胶凝材料400-450份；
拌合水160-180份；
再生细骨料400-600份；
天然砂100-200份；
再生粗骨料900-1100份；
石200-300份；
树形分子水滑石复合材料10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种再生混凝土，其特征在于，所述树形分子水滑石复合材料采用包括以下方法制备得到：分别将树形分子与水滑石分散在NEP溶液中，分别得到树形分子分散溶液和水滑石分散溶液；将水滑石分散溶液与树形分子分散溶液混合，反应后得到混合分散液，得到的混合分散液中树形分子与水滑石的摩尔比为1:1.5-2.5；将混合分散液干燥后得到树形分子水滑石复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种再生混凝土，其特征在于：所述树形分子分散溶液的固含量为10-30mg/mL，所述水滑石分散溶液的固含量为30-50 mg/mL。
4.根据权利要求2所述的一种再生混凝土，其特征在于：反应温度保持在40-60℃，反应时间为2-5h。
5.根据权利要求2所述的一种再生混凝土，其特征在于：所述水滑石选自焙烧镁铝水滑石、焙烧钙铝水滑石和焙烧锌铝水滑石中的任意一种或两种混合。
6.根据权利要求1所述的一种再生混凝土，其特征在于：所述再生细骨料和所述再生粗骨料包括如下重量份数的原料：
废弃混凝土微粉100-150份；
水泥60-110份；
水适量。
7.根据权利要求6所述的一种再生混凝土，其特征在于：所述废弃混凝土微粉的粒径为10μm-40μm。
8.根据权利要求6所述的一种再生混凝土，其特征在于，所述再生细骨料和所述再生粗骨料采用包括以下方法制备得到：将废弃混凝土微粉、水泥和水混合，搅拌均匀后，进行震荡、干燥、筛分步骤后，收集粒径为0-5mm的产物即为再生细骨料，收集粒径5-20mm的产物即为再生粗骨料。
9.根据权利要求1-8任一项所述的再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将胶凝材料与一半树形分子水滑石复合材料搅拌均匀，得到胶凝预混物；
步骤二，将另一半树形分子水滑石复合材料与拌合水混合搅拌均匀得到树形分子水滑石预混物；
步骤三，将胶凝预混物、树形分子水滑石预混物、细骨料和粗骨料混合，搅拌均匀得到再生混凝土。
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