CN115124298B - 一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土及其制备方法，属于建筑材料领域，公开了一种采用废弃石粉作为掺合料制备高强再生骨料混凝土的制备方法。所公开的高强再生骨料混凝土由水泥、硅灰、石粉、再生粗骨料、砂、水和高性能减水剂组成。所公开的制备方法主要是用废弃石粉等体积取代部分水泥砂浆，然后采用预拌裹浆工艺制备而成。本发明具有以下有益效果：该方法不仅能制备工作性优良、抗压强度达到60MPa以上的高强再生骨料混凝土，还能在增加废弃石粉利用率的同时减少水泥、砂、水等原材料用量，降低材料成本，解决废弃石粉的占地堆放以及环境污染等问题，因此对促进循环经济的发展和保护生态环境有着良好的推动作用。

Description

一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种采用废弃石粉作为掺合料制备高强再生混凝土的制备方法。
背景技术
混凝土作为一种不可或缺的人工建材，在建筑领域的发展中起着举足轻重的作用；然而，传统的混凝土行业由于天然砂石等不可再生资源的消耗和水泥生产过程造成的环境污染而举步维艰。
为弥补传统混凝土可持续发展潜力的不足，一方面将建筑垃圾回收再利用为骨料制备结构用再生骨料混凝土是当前提升再生混凝土利用层次的重要举措；另一方面将废弃石粉作为矿物掺合料取代砂浆，不仅可以节约水泥、砂、硅灰、水的用量、降低成本还可以解决废弃石粉的占地堆放以及环境污染问题。
然而，我国再生粗骨料用于结构混凝土的利用率相对较低是一个不争的事实；因此，从能源节约和环境保护的角度出发，提出一种用于制备高强再生骨料混凝土的制备方法显得尤为重要。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有高强再生骨料混凝土的制备方法技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种100％再生粗骨料取代率下，能大幅度提升混凝土力学性能及工作性，同时还可有效解决废弃石粉再生利用的高强再生骨料混凝土的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土
所述混凝土的组成物包括水泥、硅灰、石粉、再生粗骨料、砂、水和高性能减水剂，按照每立方米混凝土中各组分的质量数为水泥(380-495)、硅灰(35-50)、石粉(170-525)、再生粗骨料(880-990)、砂(480-760)、水(125-185)和高性能减水剂(1.4-4)，单位千克。
本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种利用废弃石粉制备高强再生骨料混凝土的制备方法。
本发明提供的混凝土搅拌工艺为预实验研发的预拌裹浆法，具体操作流程如下：
基于全体积计算法进行配合比设计，之后采用石粉等体积取代一部分水泥砂浆，并按照相应配比的组分和含量准备原材料；
制备拌合料：首先将全部粉体材料中加入总用量三分之二的减水剂，然后加入全部用水量，搅拌60s得到无明显粉体团聚现象的浆体，之后加入再生粗骨料搅拌60s，最后加入砂和剩余的三分之一减水剂搅拌60s，即可获得具有良好性能的混凝土拌合料；
将拌合均匀的混凝土进行装模，并在振动台振捣直至排除混凝土内部气泡为止；
24小时后拆模，并将试块置于饱和氢氧化钙水溶液中养护28天，室温为20±2摄氏度；
所述的高强再生骨料混凝土，其水胶比控制在0.24-0.35，砂率控制在32％-48％。
作为本发明所述制备方法一种优选方案，其中：所述高强再生骨料混凝土，水泥为52.5等级及以上的硅酸盐水泥。水为普通自来水。
作为本发明所述制备方法一种优选方案，其中：所述高强再生骨料混凝土，其矿物掺合料为硅灰，其平均粒径在0.1μm左右。
作为本发明所述制备方法一种优选方案，其中：所述高强再生骨料混凝土，其石粉为石材加工生产过程所产生的粉尘废弃物，可以是石灰石粉、白云石粉或玄武岩粉，但不仅限于此。粒径介于0.5-300μm之间，摩氏硬度为3.2-4.2。
作为本发明所述制备方法一种优选方案，其中：所述高强再生骨料混凝土，其再生粗骨料的取代率100％，再生粗骨料为Ⅱ类再生粗骨料及以上，粒径为5-31.5mm，连续级配，其中16.5-31.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的55％，5-16.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的45％。
作为本发明所述制备方法一种优选方案，其中：所述高强再生骨料混凝土，其细骨料为天然河砂，其细度模数为2.3-3.0，平均粒径为0.35-0.5mm，含泥量不超过2％。
作为本发明所述制备方法一种优选方案，其中：所述高强再生骨料混凝土，其减水剂主要采用粉末状聚羧酸高性能减水剂，减水率为30％-40％。
本发明有益效果：
(1)本申请提供了一种利用废弃石粉制备高强再生骨料混凝土的方法，该方法制备的高强再生骨料混凝土的抗压强度均达到60MPa以上。
(2)所掺石粉的粒径介于水泥和硅灰之间，可有效填充水泥颗粒的间隙，在混凝土中充分发挥成核效应，从而有效弥补再生粗骨料100％取代率混凝土强度不足的缺点。
(3)此外，用废弃石粉等体积取代部分水泥砂浆可减少其他原材料的消耗量，降低成本的同时又能有效利用石材生产加工过程中产生的石粉，变废为宝，具有良好的经济、社会和环境效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明坍落度测试图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
本申请实例中高强再生骨料混凝土的配方如下：
按1000L混凝土进行计算，其中水泥占485份，取表观密度为3.1g/cm3；硅灰占49份，取表观密度为2.19g/cm3；石粉占186份，取表观密度为2.82g/cm3；砂占755份，取表观密度为2.63g/cm3；再生粗骨料占884份，取表观密度为2.6g/cm3，(粒径为5-31.5mm，其中16.5-31.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的55％，5-16.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的45％)；水占128份，取表观密度为1g/cm3；减水剂占3.15份，见表1。本试验水胶比为0.24，砂率为46％。目标坍落度控制在200mm左右。
高强再生骨料混凝土的制备方法如下：
步骤1：基于全体积计算法进行配合比设计，之后采用石粉等体积取代10％的水泥砂浆，并按照实施例1的组分和含量准备原材料。
步骤2：制备拌合料：首先将全部粉体材料中加入总用量三分之二的减水剂，然后加入全部用水量，搅拌60s得到无明显粉体团聚现象的浆体，之后加入再生粗骨料搅拌60s，最后加入砂和剩余的三分之一减水剂搅拌60s，即可获得具有良好性能的混凝土拌合料。
步骤3：将拌合均匀的混凝土进行装模，并在振动台振捣直至排除混凝土内部气泡为止。
步骤4：24小时后拆模，并将试块置于饱和氢氧化钙水溶液中养护28天，室温为20±2摄氏度。
实施例2
按1000L混凝土进行计算，其中水泥占492份，取表观密度为3.1g/cm3；硅灰占49份，取表观密度为2.19g/cm3；石粉占174份，取表观密度为2.82g/cm3；砂占620份，取表观密度为2.63g/cm3；再生粗骨料占988份，取表观密度为2.6g/cm3，(粒径为5-31.5mm，其中16.5-31.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的55％，5-16.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的45％)；水占183份(包含附加用水量45份)，取表观密度为1g/cm3；减水剂占1.48份，目标坍落度仍控制在200mm左右，见表1。与实施例1的区别在于本试验的有效水胶比为0.25，实际水胶比0.33，砂率为39％。
高强再生骨料混凝土的制备方法如下：
步骤1：基于全体积计算法进行配合比设计，之后采用石粉等体积取代10％的水泥砂浆。并按照实施例2的组分和含量准备原材料。
步骤2：制备拌合料：首先将全部粉体材料中加入总用量三分之二的减水剂，然后加入全部用水量，搅拌60s得到无明显粉体团聚现象的浆体，之后加入再生粗骨料搅拌60s，最后加入砂和剩余的三分之一减水剂搅拌60s，即可获得具有良好性能的混凝土拌合料。
步骤3：将拌合均匀的混凝土进行装模，并在振动台振捣直至排除混凝土内部气泡为止。
步骤4：24小时后拆模，并将试块置于饱和氢氧化钙水溶液中养护28天，室温为20±2摄氏度。
实施例3
按1000L混凝土进行计算，其中水泥占437份，取表观密度为3.1g/cm3；硅灰占44份，取表观密度为2.19g/cm3；石粉占347份，取表观密度为2.82g/cm3；砂占551份，取表观密度为2.63g/cm3；再生粗骨料占988份，取表观密度为2.6g/cm3，(粒径为5-31.5mm，其中16.5-31.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的55％，5-16.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的45％)；水占167份(包含附加用水量45份)，取表观密度为1g/cm3；减水剂占2.19份，见表1。本试验的有效水胶比为0.25，实际水胶比0.33，砂率为36％，目标坍落度控制在200mm左右。与实施例2的区别在于用石粉等体积取代20％的水泥砂浆。
高强再生骨料混凝土的制备方法如下：
步骤1：基于全体积计算法进行配合比设计，之后采用石粉等体积取代20％的水泥砂浆。并按照实施例3的组分和含量准备原材料。
步骤2：制备拌合料：首先将全部粉体材料中加入总用量三分之二的减水剂，然后加入全部用水量，搅拌60s得到无明显粉体团聚现象的浆体，之后加入再生粗骨料搅拌60s，最后加入砂和剩余的三分之一减水剂搅拌60s，即可获得具有良好性能的混凝土拌合料。
步骤3：将拌合均匀的混凝土进行装模，并在振动台振捣直至排除混凝土内部气泡为止。
步骤4：24小时后拆模，并将试块置于饱和氢氧化钙水溶液中养护28天，室温为20±2摄氏度。
实施例4
按1000L混凝土进行计算，其中水泥占400份，取表观密度为3.1g/cm3；硅灰占40份，取表观密度为2.19g/cm3；石粉占347份，取表观密度为2.82g/cm3；砂占620份，取表观密度为2.63g/cm3；再生粗骨料占988份，取表观密度为2.6g/cm3，(粒径为5-31.5mm，其中16.5-31.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的55％，5-16.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的45％)；水占155份(包含附加用水量45份)，取表观密度为1g/cm3；减水剂占2.8份，见表1。本试验的有效水胶比为0.25，实际水胶比0.33，砂率为39％，目标坍落度控制在200mm左右。与实施例3的区别在于调高了砂率。
高强再生骨料混凝土的制备方法如下：
步骤1：基于全体积计算法进行配合比设计，之后采用石粉等体积取代20％的水泥砂浆。并按照实施例4的组分和含量准备原材料。
步骤2：制备拌合料：首先将全部粉体材料中加入总用量三分之二的减水剂，然后加入全部用水量，搅拌60s得到无明显粉体团聚现象的浆体，之后加入再生粗骨料搅拌60s，最后加入砂和剩余的三分之一减水剂搅拌60s，即可获得具有良好性能的混凝土拌合料。
步骤3：将拌合均匀的混凝土进行装模，并在振动台振捣直至排除混凝土内部气泡为止。
步骤4：24小时后拆模，并将试块置于饱和氢氧化钙水溶液中养护28天，室温为20±2摄氏度。
实施例5
按1000L混凝土进行计算，其中水泥占382份，取表观密度为3.1g/cm3；硅灰占38份，取表观密度为2.19g/cm3；石粉占521份，取表观密度为2.82g/cm3；砂占482份，取表观密度为2.63g/cm3；再生粗骨料占988份，取表观密度为2.6g/cm3，(粒径为5-31.5mm，其中16.5-31.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的55％，5-16.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的45％)；水占152份(包含附加用水量45份)，取表观密度为1g/cm3；减水剂占3.82份，见表1。试验有效水胶比为0.25，实际水胶比0.33，砂率为33％，目标坍落度控制在200mm左右。与实施例2的区别在于用石粉等体积取代30％的水泥砂浆。
高强再生骨料混凝土的制备方法如下：
步骤1：基于全体积计算法进行配合比设计，之后采用石粉等体积取代30％的水泥砂浆。并按照实施例5的组分和含量准备原材料。
步骤2：制备拌合料：首先将全部粉体材料中加入总用量三分之二的减水剂，然后加入全部用水量，搅拌60s得到无明显粉体团聚现象的浆体，之后加入再生粗骨料搅拌60s，最后加入砂和剩余的三分之一减水剂搅拌60s，即可获得具有良好性能的混凝土拌合料。
步骤3：将拌合均匀的混凝土进行装模，并在振动台振捣直至排除混凝土内部气泡为止。
步骤4：24小时后拆模，并将试块置于饱和氢氧化钙水溶液中养护28天，室温为20±2摄氏度。
表1高强再生粗骨料混凝土配合比
Figure BDA0003601323620000071
将新拌好的混凝土分两层装入坍落度筒，插捣抹平，然后缓慢提起坍落度筒测量其坍落度值，见图1。从测量结果发现实施例1至实施例5的坍落度值分别为210mm、205mm、210mm、210mm和200mm(见表2)，均满足坍落度的目标设计值。
表2新拌混凝土坍落度值及7d、14d、28d混凝土标准抗压强度
Figure BDA0003601323620000072
/>
Figure BDA0003601323620000081
从表2的测试结果可知，实施例1至实施例5制备的高强再生骨料混凝土28d抗压强度均达到了60MPa。所掺石粉的粒径(0.5-300μm)介于水泥(40μm)和硅灰(0.1μm)之间，可有效填充水泥颗粒的间隙，说明石粉在水泥基体中可充分发挥成核效应，从而为C-S-H凝胶提供大量成核位点，加速水泥水化，同时与硅灰共同填充了再生骨料混凝土的孔隙及界面过渡区，进而达到提升再生混凝土强度的目的。
进一步可以看出，在100％再生粗骨料取代率下，随石粉取代砂浆体积量的增加，水泥、砂、硅灰和水等原材料用量均不断减小，在降低材料成本的同时还最大限度解决了建筑垃圾以及废弃石粉的占地堆放问题，对当前低碳环保、可持续发展理念具有重要指导意义。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土，其特征在于，所述高强再生骨料 混凝土的组成物包括水泥、硅灰、石粉、再生骨料、砂、水和高性能减水剂，其中
按照每立方米混凝土中各组分的质量数为水泥380-495、硅灰35-50、石粉170-525、再生骨料880-990、砂480-760、水125-185和高性能减水剂1.4-4，单位千克；
所述混凝土水胶比在0.24-0.35，砂率控制在32%-48%；
所述水泥为52.5等级及以上的硅酸盐水泥；所述水为普通自来水；
所述石粉为石材加工生产过程所产生的粉尘废弃物，可以是石灰石粉、白云石粉或玄武岩粉，但不仅限于此，粒径介于0.5-300 μm之间，摩氏硬度为3.2-4.2；
所述再生骨料的取代率为100%，再生骨料为Ⅱ类再生粗骨料及以上，粒径为5-31.5mm，连续级配，其中 16.5-31.5 mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的55%，5-16.5mm区间的再生骨料占粗骨料总质量的45%。
2.如权利要求1所述的一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
基于全体积计算法进行配合比设计，之后采用石粉等体积取代一部分水泥砂浆，并按照相应配比的组分和含量准备原材料；
制备拌合料：首先将全部粉体材料中加入总用量三分之二的减水剂，然后加入全部用水量，搅拌60s得到无明显粉体团聚现象的浆体，之后加入再生粗骨料搅拌60s，最后加入砂和剩余的三分之一减水剂搅拌60s，即可获得具有良好性能的混凝土拌合料；
将拌合均匀的混凝土进行装模，并在振动台振捣直至排除混凝土内部气泡消除为止；
24小时后拆模，并将试块置于饱和氢氧化钙水溶液中养护28天，室温为20±2摄氏度。
3.如权利要求1所述的一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土，其特征在于：所述硅灰为优质硅灰，掺量为水泥质量的10%，平均粒径在0.1 μm左右。
4.如权利要求1所述的一种利用废弃石粉制备的高强再生骨料混凝土，其特征在于：所述高性能减水剂主要采用粉末状聚羧酸高性能减水剂，减水率为30%-40%。
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