CN115124317B - 一种基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土及其制备方法。该基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，按重量份计，包括以下组分：水泥：10～15份，再生微粉：2～7份，天然细骨料：27～29份，再生粗骨料：22～24份，天然粗骨料：18～20份，九水硅酸钠：0.3～1份，硫酸钠：0.3～1份，聚羧酸高效减水剂：0.1～1份，水：7～8份，附加水：1～2份。本发明通过废弃再生微粉取代水泥，利用物理研磨增强再生微粉填充作用和火山灰作用，利用碱激发剂促进单体或低聚物扩散到液相并发生缩聚反应，形成地聚合物凝胶，并利用裹浆工艺使复合活化再生微粉浆体包裹再生骨料制备出再生混凝土。本发明通过裹浆工艺和活化手段有效降低再生骨料对混凝土的不利影响，大大提升混凝土后期强度发展。

Description

一种基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土制备技术领域，特别涉及一种基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土及其制备方法。

背景技术

随着我国社会经济和工业的高速发展，每年产生的建筑废弃物也日益增加。与此同时水泥作为建筑行业常用材料其生产过程不仅耗费巨大资源同时还产生大量有害气体。利用建筑垃圾破碎过程中产生的微粉替代水泥作为胶凝材料不仅可以解决固体废弃物综合利用率低的问题，更是可以减少水泥生产过程中资源消耗和环境污染，有利于建筑行业的可持续发展。

建筑行业的持续发展对建筑工程提出越来越高质量要求，结合环境保护的需求，高质量高活性再生微粉以及再生微粉混凝土的需求越发明显，而目前国内再生微粉混凝土质量普遍低，用以生产的再生微粉混凝土强度受限，强度难以突破。

公告号为CN113354342A的中国发明专利公开了一种再生微粉混凝土及其制备方法，其原料按重量份包括：水泥400～430份，细骨料750～800份，粗骨料1100～1200份，外加剂6～12份，改性微粉掺料40～50份和水150～170份；所述改性微粉掺料包括以下重量份的组分：粉煤灰6～12份，硅灰4～8份，再生微粉掺合料6～18份；所述再生微粉掺合料包括以下重量份的组分：再生混凝土微粉4～15份，砖粉1～3份。该再生微粉混凝土使用粉煤灰、硅灰、砖粉可以提高混凝土的强度，缺点是降低了和易性并且后期强度提升效果不显著。

公告号为CN 111635192A的中国发明专利公开了一种再生微粉混凝土，其原料按重量份包括：水泥100份、再生混凝土微粉43～45份、纳米二氧化硅1.45～4.5份、细骨料158～166份、粗骨料395～410份、减水剂0.85～0.9份、水55～56.9份，以及体积掺量为0～1.5％的钢纤维，该发明以水泥、再生混凝土微粉及粗细骨料为主要原材料，并掺入不同掺量的纳米二氧化硅和钢纤维，最终制备出性能良好的再生微粉混凝土。但是，该再生微粉混凝土中掺入了纳米二氧化硅和钢纤维，虽具有良好的和易性和强度，但提高了造价。

为此，本发明利用物理、化学活化方法提高再生微粉填充效应和火山灰活性，并且解决因再生微粉和再生骨料高吸水率所带来混凝土工作性能低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，其对再生微粉进行复合活化提高其填充作用和火山灰活性，利用裹浆工艺改善再生骨料与新拌混凝土的界面过渡区，使混凝土具备更好性能，有效解决了现有再生微粉和再生骨料高吸水率所带来混凝土工作性能低的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，按重量份计，包括以下组分：水泥：10～15份，再生微粉：2～7份，天然细骨料：27～29份，再生粗骨料：22～24份，天然粗骨料：18～20份，九水硅酸钠：0.3～1份，硫酸钠：0.3～1份，聚羧酸高效减水剂：0.1～1份，水：7～8份，附加水：1～2份。

可选地，所述再生微粉是由废弃混凝土加工处理过程中产生的粒径≤0.15mm粉末经球磨30min得到。

可选地，所述水泥为PO42.5级普通硅酸盐水泥。

可选地，所述天然细骨料为连续级配的天然河砂，粒径为0.075～4.75mm，体积密度为1521-1595kg/m³，吸水率为4.10％～5.64％，含水率为2.36％-3.18％。

可选地，所述天然粗骨料为连续级配的石灰岩碎石，粒径为5mm～25mm，体积密度为1545～1611kg/m³，压碎指标为11.2％～12.8％，吸水率为1.72％～2.32％，含水率为0.31％～0.40％。

可选地，所述再生粗骨料是由建筑垃圾通过堆场分拣、破碎机破碎、筛分机筛分制得；所述再生粗骨料为连续级配的碎石，粒径为4.75mm～25mm，体积密度为1125～1135kg/m³，压碎指标为12～17％，吸水率为12～17％，含水率为2～7％。

可选地，所述聚羧酸高效减水剂的固含量为15～25％，减水率为25～35％。

本发明的第二目的在于提供一种制备上述基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土的方法，该制备方法，包括以下步骤：

1)将所述聚羧酸高效减水剂、所述九水硅酸钠、所述硫酸钠和所述水混合，充分搅拌60～120s，得到混合液A；

2)将所述水泥、所述再生微粉和所述混合液A投入搅拌机内搅拌60～80s，形成裹浆混合物B；

3)将所述再生粗骨料、所述天然粗骨料、所述天然细集料和所述附加水混合并搅拌均匀，形成混合物C；

4)将所述裹浆混合物B和所述混合物C混合，先正向转动60～80s，再反向转动60～80s后，连续正向搅拌180～200s，得到基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土。

相对于现有技术，本发明所述的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土具有以下优势：

1.本发明将再生微粉应用于再生混凝土中，对再生微粉的利用提供一种新思路，复合活化提高再生微粉的物理填充作用和火山灰活性，裹浆工艺改善界面过渡区，提高了再生混凝土的强度，提高建筑固废资源化利用。

2.本发明以水泥、再生微粉作为基本胶凝材料，再生微粉中二氧化硅与水泥水化产生的氢氧化钙反应生成硅酸钙。物理活化通过球磨机机械研磨可以使再生微粉中使SiO₂(α-SiO₂)的正四面体结构发生了畸变，转变为无定形态；SiO₂的无定型化使再生微粉的活性增加，同时物理活化可以使再生微粉粒度分布均匀，使胶凝材料的颗粒级配得到改善。

3.本发明化学活化再生微粉，采用硅酸钠和硫酸钠两者均能水解产生OH^-,适宜浓度OH^-接触再生微粉颗粒表面，Si相的溶解速度，增加液相中Si³⁺的浓度。然后溶解单体相互碰撞形成硅酸盐低聚物，低聚物进一步发生缩聚反应形成硅酸盐凝胶，使其具有更高的强度和刚度。硅酸钠提供硅酸盐物质，促进单体和低聚体的形成，同时在含钙地聚合物体系中，硅酸钠可以延缓凝结时间，为Si组分的溶解提供更多时间。

4.本发明采用采用再生微粉替代高成本凝胶，再生骨料取代天然骨料，在强度满足情况下还保证其良好的工作性能，大大降低材料成本，其制备方法简单，适宜大规模推广使用。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为研磨时间对再生微粉活性影响趋势；

图2为再生微粉比表面积对CaO耗量影响趋势；

图3为硅酸钠、硫酸钠掺量对抗压强度影响趋势；

图4为本发明基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土的制备工艺流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

本发明各实施例中采用原材料种类具体如下：

水泥为华新水泥鄂州有限公司生产的P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；

天然细骨料为连续级配的天然河砂，粒径为0.075～4.75mm，体积密度为1550kg/m³，吸水率为5.50％，含水率为2.50％；

再生微粉是由废弃混凝土加工处理过程中产生的粒径≤0.15mm粉末经振动球磨机球磨30min得到，球磨中的研磨体粒径为20mm，球料比为20∶1；

天然粗骨料为武汉市某项目所用连续级配的石灰岩碎石，粒径为5～25mm，体积密度为1500kg/m³，压碎指标为11％，吸水率为1.5％，含水率为0.3％；

再生粗骨料为学校实验室改造工程中废弃混凝土破碎后筛分得到的连续级配粗骨料，粒径为4.75～25mm，体积密度为1130kg/m³，压碎指标为15％，吸水率为15％，含水率为5％；

减水剂为聚羧酸高效减水剂，其固含量为20％，减水率为30％，呈淡黄色液体，购于武汉市某新材料有限公司；

九水硅酸钠、硫酸钠采用国药集团化学试剂有限公司。

实施例1

一种基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，按重量份计，包括以下组分：水泥：15份，再生微粉：2份，天然细骨料：28份，再生粗骨料：23份，天然粗骨料：19份，九水硅酸钠：0.8份，硫酸钠：0.5份，聚羧酸高效减水剂：0.19份，水：7份，附加水：1份

上述基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，具体通过以下方法制得：

1)按照上述原料配合比，定量称取所需要的所有原料；

2)将聚羧酸高效减水剂、九水硅酸钠、硫酸钠和水混合，充分搅拌60～120s，得到混合液A；

3)将水泥、再生微粉和混合液A投入搅拌机内搅拌60s，形成裹浆混合物B；

4)将再生粗骨料、天然粗骨料、天然细集料和附加水加入集料盆中进行均匀搅拌，形成混合物C；

5)将裹浆混合物B和混合物C混合，先正向转动60s，再反向转动60s后，连续正向搅拌180s，得到基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，按重量份计，包括以下组分：水泥：14份，再生微粉：4份，天然细集料：29份，再生粗骨料：23份，天然粗骨料：19份，九水硅酸钠：0.8份，硫酸钠：0.5份，聚羧酸高效减水剂：0.19份，水：7份，附加水：1份。

本实施例的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，按重量份计，包括以下组分：水泥：12份，再生微粉：5份，天然河砂：29份，再生粗骨料：23份，天然粗骨料：19份，九水硅酸钠：0.8份，硫酸钠：0.5份，聚羧酸高效减水剂：0.19份，水：7份，附加水：1份。

本实施例的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土的制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，按重量份计，包括以下组分：水泥：10份，再生微粉：7份，天然河砂：28份，再生粗骨料：23份，天然粗骨料：19份，九水硅酸钠：0.8份，硫酸钠：0.5份，聚羧酸高效减水剂：0.19份，水：7份，附加水：1份。

本实施例的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土的制备方法同实施例1。

对比例1

一种再生混凝土，按重量份计，包括以下组分：水泥：17份，再生微粉：0份，天然河砂：29份，再生粗骨料：23份，天然粗骨料：20份，九水硅酸钠：0份，硫酸钠：0份，聚羧酸高效减水剂：0.19份，水：8份，附加水：1份。

上述再生混凝土，具体通过以下方法制得：

1)按照上述原料配合比，定量称取所需要的所有原料；

2)将聚羧酸高效减水剂和水混合，充分搅拌60～120s，得到混合液A；

3)将水泥和混合液A投入搅拌机内搅拌60s，形成裹浆混合物B；

4)将再生粗骨料、天然粗骨料、天然河砂和附加水加入集料盆中进行均匀搅拌，形成混合物C；

5)将裹浆混合物B和混合物C混合，先正向转动60s，再反向转动60s后，连续正向搅拌180s，得到再生混凝土。

对比例2

一种再生混凝土，按重量份计，包括以下组分：水泥：15份，粉煤灰：2份，天然河砂：29份，再生粗骨料：23份，天然粗骨料：19份，九水硅酸钠：0.8份，硫酸钠：0.5份，聚羧酸高效减水剂：0.19份，水：7份，附加水：1份，其中，粉煤灰包括为F类I级粉煤灰。

上述再生混凝土，具体通过以下方法制得：

1)按照上述原料配合比，定量称取所需要的所有原料；

2)将聚羧酸高效减水剂、九水硅酸钠、硫酸钠和水混合，充分搅拌60～120s，得到混合液A；

3)将水泥、粉煤灰和混合液A投入搅拌机内搅拌60s，形成裹浆混合物B；

4)将再生粗骨料、天然粗骨料、天然河砂和附加水加入集料盆中进行均匀搅拌，形成混合物C；

5)将裹浆混合物B和混合物C混合，先正向转动60s，再反向转动60s后，连续正向搅拌180s，得到再生混凝土。

对比例3

一种再生混凝土，按重量份计，包括以下组分：水泥：17份，再生微粉：4份，天然河砂：29份，再生粗骨料：23份，天然粗骨料：20份，九水硅酸钠：0.8份，硫酸钠：0.5份，聚羧酸高效减水剂：0.19份，水：8份，附加水：1份。

上述再生混凝土，具体通过以下方法制得：

1)按照上述原料配合比，定量称取所需要的所有原料；

2)将原料直接进行混合，搅拌300～360s制备搅拌物。

性能测试：将本发明实施例1-4的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土拌合物和对比例1-对比例3的再生混凝土拌合物进行入模、振捣，形成混凝土试件。振捣成型的试件放在室内24h后，进行试件拆模并编号，然后转移到(20(2)℃，相对湿度95％以上的标准养护室里养护28天，得到性能测试所需试件。

本本发明实施例1-4的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土拌合物和对比例1-对比例3的再生混凝土拌合物的坍落度，3d、7d、28d抗压强度的测试结果见表1。

表1

由表1可知，本发明所得的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土的28d抗压强度可达到39.52MPa，大于C30混凝土的强度等级要求，这是因为物理研磨30min增大再生微粉比表面积提高其火山灰活性，使其具有更好微集料填充效应，之后在九水硅酸钠和硫酸钠碱激发的作用下促进再生微粉与水化产物的火山灰反应生成更多胶凝类物质，提高砂浆强度，在再生粗骨料利用率达到60％的同时，比未掺再生微粉的再生骨料混凝土28d抗压强度提高58％，使再生骨料混凝土保持了较高的抗压强度。

通过对比实施例1～4与对比例1～3可知，本发明制备得到的活化再生微粉混凝土坍落度为100～125mm，工作性能良好，坍落度对比对比例均有提升，满足塑性混凝土的浇筑要求。活化再生微粉混凝土强度提高了11.29％～29.87％。说明10％～40％掺量活化再生微粉对再生骨料混凝土抗压强度提升明显，与天然C30混凝土性能差距较小。通过对比例2与实施例2比较发现活化后的再生微粉相对于粉煤灰，具有更高火山灰的活性，能够在提升强度的同时还能使混凝土具备良好的工作性能。通过对比例3与实施例2比较发现裹浆工艺可以使再生微粉更好的发挥火山灰活性以及碱性激发剂对再生微粉活性激发的作用，可以进一步提升再生骨料混凝土抗压强度。

为了进一步说明本发明采用物理活化和化学活化对再生微粉活性的影响，以及活化后的再生微粉对浆体水化程度的影响，对再生微粉进行球磨，球磨时间分别为0min、10min、30min、60min，并用强度活性指数来评价再生微粉火山灰活性；通过石灰吸收测得CaO消耗量来评价不同比表面积的再生微粉的火山灰活性；研究硅酸钠和硫酸钠掺量对混凝土抗强度影响。

根据图1和图2发现物理研磨时间的延长可以提高再生微粉的填充效应和火山灰活性，观察图3可知，硅酸钠和硫酸钠复掺，表现“叠加效应”进一步提升再生微粉火山灰活性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，其特征在于，按重量份计，由以下组分组成：水泥：10~15份，再生微粉：2~7份，天然细骨料：27~29份，再生粗骨料：22~24份，天然粗骨料：18~20份，九水硅酸钠：0.3~1份，硫酸钠：0.3~1份，聚羧酸高效减水剂：0.1~1份，水：7~8份，附加水：1~2份；

所述再生微粉是由废弃混凝土加工处理过程中产生的粒径≤0.15mm粉末经球磨30min得到；

所述水泥为P·O42.5级普通硅酸盐水泥；

所述基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土通过以下方法制得：

1）将所述聚羧酸高效减水剂、所述九水硅酸钠、所述硫酸钠和7~8份所述水混合，充分搅拌60~120s，得到混合液A；

2）将所述水泥、所述再生微粉和所述混合液A投入搅拌机内搅拌60~80s，形成裹浆混合物B；

3）将所述再生粗骨料、所述天然粗骨料、所述天然细骨料和1~2份所述附加水混合并搅拌均匀，形成混合物C；

4）将所述裹浆混合物B和所述混合物C混合，先正向转动60~80s，再反向转动60~80s后，连续正向搅拌180~200s，得到基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土。

2.根据权利要求1所述的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，其特征在于，所述天然细骨料为连续级配的天然河砂，粒径为0.075~4.75mm，体积密度为1521~1595kg/m³，吸水率为4.10％~5.64％，含水率为2.36％~3.18％。

3.根据权利要求1所述的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，其特征在于，所述天然粗骨料为连续级配的石灰岩碎石，粒径为5mm~25mm，体积密度为1545~1611kg/m³，压碎指标为11.2％~12.8％，吸水率为1.72％~2.32％，含水率为0.31％~0.40％。

4.根据权利要求1所述的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料是由建筑垃圾通过堆场分拣、破碎机破碎、筛分机筛分制得；所述再生粗骨料为连续级配的碎石，粒径为4.75mm~25mm，体积密度为1125~1135kg/m³，压碎指标为12~17％，吸水率为12~17％，含水率为2~7％。

5.根据权利要求1所述的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土，其特征在于，所述聚羧酸高效减水剂的固含量为15~25%，减水率为25~35%。

6.制备权利要求1至5任一项所述的基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将所述聚羧酸高效减水剂、所述九水硅酸钠、所述硫酸钠和所述水混合，充分搅拌60~120s，得到混合液A；

2）将所述水泥、所述再生微粉和所述混合液A投入搅拌机内搅拌60~80s，形成裹浆混合物B；

3）将所述再生粗骨料、所述天然粗骨料、所述天然细骨料和1~2份所述附加水混合并搅拌均匀，形成混合物C；

4）将所述裹浆混合物B和所述混合物C混合，先正向转动60~80s，再反向转动60~80s后，连续正向搅拌180~200s，得到基于裹浆工艺复合活化再生微粉混凝土。