CN115259797A - 一种再生塑料纤维再生自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种再生塑料纤维再生自密实混凝土及其制备方法。所述混凝土的组分如下：水泥、再生粗骨料、天然粗骨料、砂、水、附加水、矿物掺和料(粉煤灰、矿粉、硅灰)、再生塑料PET纤维、外加剂，其中再生粗骨料取代率为50％‑100％；矿物掺和料取代率为50％‑75％。本发明“以废治废”，所得混凝土不仅可以显著提高混凝土的强度和韧性，还可以减少不可再生自然资源及水泥的消耗，有效解决废弃混凝土和塑料垃圾处理难题及其引发的环境污染，实现再生骨料的高性能化，提升纤维混凝土和自密实混凝土的可持续发展能力，满足低碳建筑、环境保护等未来发展的重大需求。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程材料领域，具体涉及一种再生塑料纤维再生自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
中国城镇化的快速发展带动建筑业的蓬勃发展，混凝土作为建筑业广泛使用的材料，带来便利的同时也伴随有大量的资源消耗与环境污染。近十年来，随着我国建筑业高速发展，消耗了大量的天然沙石等不可再生资源，在生产过程中排放各种废气、粉尘、污水等污染物。此外，大量旧建筑物的拆除产生了数量巨大的废弃混凝土，对资源、能源和环境产生了巨大的影响。据统计，2020年，全国建筑业总产值263947亿元，房屋建筑施工面积149.5亿平方米；我国每年拆除的建筑面积约为4.6亿平方米，每年建筑垃圾的排放总量约为15.5亿吨～24亿吨之间，占城市垃圾的比例约为40％，同时导致我国每年增加约10％的碳排放量。将废弃的混凝土回收利用，制作再生混凝土可以从根本上解决大量废弃混凝土处理困难以及由此造成的生态环境日益恶化问题，又可减少对天然砂石等资源的开采使用，实现资源与环境的双收益。废弃混凝土的再生利用符合发展循环经济和建设资源节约型社会的思路与理念，有助于解决当前资源过度消耗及环境日益恶化等问题发展循环经济和建设资源节约型、环境友好型社会的思路与理念，是发展绿色混凝土、实现建筑、资源及环境可持续发展的重要措施之一，有助于解决当前资源过度消耗及环境日益恶化等问题。
自密实混凝土是一种具有高流动性、均匀性和稳定性的混凝土，浇筑时无需外力振捣，仅靠自重作用便能均匀密实填充成形，具有保证混凝土良好密实、改善混凝土的质量和耐久性、提高生产效率、改善工作环境和安全性、缩短工期等优点，给实际工程施工带来了巨大的便捷，开始受到越来越多国内外学者的关注。国内外大量的研究表明：利用再生骨料代替天然骨料制备自密实再生混凝土，新拌混凝土的填充性能、通过性能及抗离析性均表现良好，与普通自密实混凝土差别不大，在力学性能和耐久性能方面与普通自密实混凝土有稍大差异。因此，随着自密实混凝土的引入，混凝土行业成功地取得了巨大的改进。此外，用辅助胶凝材料代替水泥制作自密实混凝土也得到了重视。已有研究结果表明：掺加适量辅助胶凝材料可以改善自密实混凝土的工作性能及耐久性能。常用的辅助胶凝材料有粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰等矿物掺合料。
近年，混凝土混合中的废物和回收塑料材料作为环保建筑材料引起了研究人员的注意，已有许多关于含有废物和回收塑料材料的混凝土性能的研究。
由于饮料消费的急剧增加，聚邻苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶的生产呈指数级增长，因为这种塑料的有利性能，包括：低密度、高耐药性、高耐久性、易于制造和低成本，所以被广泛应用于包装、容器、建筑材料等领域。据统计，PET垃圾占世界固体垃圾重量的8％，体积的12％。由于废旧PET在生态系统中无法快速分解，因此，处理废旧塑料污染问题的绿色途径是对废旧塑料进行回收再利用。由PET纤维生产的绿色混凝土复合材料可能被认为是可持续建设中的一个重要问题。
再生PET塑料纤维的可以很好地抑制混凝土裂缝的开展和传播，提高混凝土强度和韧性，改善自密实混凝土各项性能。但添加纤维对混凝土混合物的工作性能有负面影响，将废弃塑料纤维和自密实混凝土结合成一种水泥复合材料，将为可持续工程和结构工程开辟新的可能性。
发明内容
本发明提出了一种再生塑料纤维再生自密实混凝土及其制备方法，提用塑料垃圾回收制作的再生再生塑料纤维作为再生自密实混凝土的增强材料，该绿色混凝土具有易于施工、低碳环保、节能减排、安全耐久等优点，实现再生纤维混凝土的高性能化及自密实混凝土的低碳化。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，所述混凝土原料成分包括水泥、再生粗骨料、天然粗骨料、天然砂、水、附加水、矿物掺和料、再生塑料PET纤维、聚羧酸高性能减水剂；
所述再生粗骨料取代率为50％-100％，矿物掺合料取代率为50％-75％，再生塑料PET纤维体积含量为0.5％-1.5％。
进一步的，所述混凝土各原料成分及单位体积用量为：
水泥：135.5-271kg/m3
再生粗骨料：384kg/m3(再生骨料取代率为50％)-768kg/m3(再生骨料取代率为100％)
天然粗骨料：403kg/m3
天然砂：834kg/m3
矿物掺合料：54.2-271kg/m3
水：189kg/m3
附加水：16.13-32.26kg/m3
聚羧酸高性能减水剂：8.13kg/m3
再生塑料PET纤维：6.25-18.75kg/m3。
进一步的，所述矿物掺和料包括粉煤灰、矿粉和硅灰，所述粉煤灰、矿粉和硅灰掺入比例为2：2：1。
进一步的，所述混凝土的水胶比为0.35。
进一步的，所述天然粗骨料为天然碎石，5～20mm连续级配，表观密度2780kg/m3，饱和吸水率0.5％；再生粗骨料为实验室废弃的混凝土构件，原始强度为C40，5～20mm连续级配，表观密度2650kg/m3，饱和吸水率4.2％。
进一步的，所述天然砂表观密度为2610kg/m3，饱和吸水率为1.1％，细度模数为2.42，属于中砂。
进一步的，所述水泥采用海螺牌P.O 42.5MPa普通硅酸盐水泥，矿物掺和料为Ⅱ级粉煤灰、S95级矿粉、98硅灰；硅灰密度为2g/cm3，BET比表面积为21000m2/kg。
进一步的，所述聚羧酸高性能减水剂采用PCA-I聚羧酸高性能减水剂，减水率(质量分数)为20％。
进一步的，所述再生塑料PET纤维为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)塑料纤维，通过手工切割废弃PET瓶获得，纤维长度为20mm，宽3mm，厚0.3mm。
一种上述再生塑料纤维再生自密实混凝土的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将天然粗骨料、再生粗骨料及1/3的水加入混凝土搅拌机进行搅拌；
(2)在搅拌机内加入天然砂、水泥、矿物掺合料搅拌均匀，再加入再生塑料PET纤维干拌使纤维分散均匀；
(3)继续放入1/3的水搅拌90s；
(4)最后加入剩余的水和聚羧酸高性能减水剂搅拌120s，能保证各骨料分布均匀，无泌水，搅拌均匀出料得到再生塑料纤维再生自密实混凝土。
本发明有益效果为：本发明集成再生混凝土技术、自密实混凝土技术及纤维混凝土技术，提出用塑料垃圾回收制作的再生再生塑料纤维作为再生自密实混凝土的增强材料，研发具有资源节约、低碳环保、安全耐久等特征的绿色高性能混凝土-再生塑料纤维再生自密实混凝土(大量复掺矿物掺合料替代水泥和再生骨料替代天然骨料)，满足低碳建筑、环境保护等未来发展的重大需求，实现再生纤维混凝土的高性能化及自密实混凝土的低碳化。
本发明提出的一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，混凝土中纤维有效抑制了混凝土开裂,具有更好的强度和韧性。
本发明“以废治废”，研究成果有助于促进建筑垃圾和塑料垃圾的资源化利用，具有重要的环境效益、社会效益及经济效益。
附图说明
图1为本申请提供的再生塑料纤维再生自密实混凝土的制备流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
原材料选择及其材性要求：本发明试验制备的混凝土主要原材料主要：普通硅酸盐水泥、天然粗骨料、再生混凝土粗骨料、砂、水、矿物掺和料(粉煤灰、矿粉、硅灰)、聚羧酸高效减水剂、再生塑料PET纤维。
本发明试验采用P.O 42.5MPa普通硅酸盐水泥，其主要参数如下表1，满足规范要求。
表1水泥的各项性能
天然粗骨料为天然碎石，5～20mm连续级配。再生粗骨料为实验室废弃的混凝土构件，原始强度为C40，5～20mm连续级配。粗骨料基本性质见下表2
表2粗骨料基本性质
细骨料皆为天然河砂，其表观密度为2610kg/m3，饱和吸水率为1.05％，细度模数为2.48的中砂。
本发明所用矿物掺和料主要有三种，分别为Ⅱ级粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和硅灰。粒化高炉矿渣粉技术指标见表3。本发明采用的硅灰密度为2g/cm3，BET比表面积为21000m2/kg。
表3粒化高炉矿渣粉技术指标
本发明采用的外加剂为聚羧酸高性能减水剂(High-range Water ReducerAdmixture，简称HRWRA)，可用于大掺量矿物掺和料混凝土，减水率(质量分数)为20％，具有大减水、高保坍、高增强、高耐久等功能。
本发明采用的再生塑料纤维为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)塑料纤维，通过手工切割废弃PET瓶获得，纤维长度为20mm，宽3mm，厚0.3mm。
本发明实施例所采用的原料和单位用量见表4所示：
表4原料用量(kg/m3)
如图1所示，一种再生塑料纤维再生自密实混凝土制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将天然粗骨料、再生粗骨料及1/3的水加入混凝土搅拌机进行搅拌；
(2)在搅拌机内加入细骨料、水泥、矿物掺合料搅拌均匀，再加入再生塑料纤维干拌使纤维分散均匀；
(3)继续放入1/3的水搅拌90s；
(4)最后加入剩余的水和减水剂搅拌120s，能保证各骨料分布均匀，无泌水，搅拌均匀出料得到再生塑料纤维再生自密实混凝土。
实施例1-8所得再生塑料纤维再生自密实混凝土的工作及力学性能测试数据见表5：
表5工作及力学性能测试结果
从表中数据可以看出，掺入再生塑料纤维后对混凝土的工作性能有不利影响，纤维和矿物掺合料的复合作用，提高了混凝土的抗压强度，在再生塑料纤维体积含量为1.0％时达到最优。此外纤维可以防止混凝土裂缝的发展与传播，提高混凝土抗弯强度和韧性。
上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，应当指出,对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，其特征在于：所述混凝土原料成分包括水泥、再生粗骨料、天然粗骨料、天然砂、水、附加水、矿物掺和料、再生塑料PET纤维、聚羧酸高性能减水剂；
所述再生粗骨料取代率为50％-100％，矿物掺合料取代率为50％-75％，再生塑料PET纤维体积含量为0.5％-1.5％。
2.根据权利要求1所述的一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，其特征在于：所述混凝土各原料成分及单位体积用量为：
水泥：135.5-271kg/m3
再生粗骨料：384kg/m3-768kg/m3
天然粗骨料：403kg/m3
天然砂：834kg/m3
矿物掺合料：54.2-271kg/m3
水：189kg/m3
附加水：16.13-32.26kg/m3
聚羧酸高性能减水剂：8.13kg/m3
再生塑料PET纤维：6.25-18.75kg/m3。
3.根据权利要求1所述的一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，其特征在于：所述矿物掺和料包括粉煤灰、矿粉和硅灰，所述粉煤灰、矿粉和硅灰掺入比例为2：2：1。
4.根据权利要求1所述的一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，其特征在于：所述混凝土的水胶比为0.35。
5.根据权利要求1所述的一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，其特征在于：所述天然粗骨料为天然碎石，5～20mm连续级配，表观密度2780kg/m3，饱和吸水率0.5％；再生粗骨料为实验室废弃的混凝土构件，原始强度为C40，5～20mm连续级配，表观密度2650kg/m3，饱和吸水率4.2％。
6.根据权利要求1所述的一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，其特征在于：所述天然砂表观密度为2610kg/m3，饱和吸水率为1.1％，细度模数为2.42，属于中砂。
7.根据权利要求1所述的一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，其特征在于：所述水泥采用海螺牌P.O 42.5MPa普通硅酸盐水泥，矿物掺和料为Ⅱ级粉煤灰、S95级矿粉、98硅灰；硅灰密度为2g/cm3，BET比表面积为21000m2/kg。
8.根据权利要求1所述的一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，其特征在于：所述聚羧酸高性能减水剂采用PCA-I聚羧酸高性能减水剂，减水率为20％。
9.根据权利要求1所述的一种再生塑料纤维再生自密实混凝土，其特征在于：所述再生塑料PET纤维为聚对苯二甲酸乙二酯塑料纤维，通过手工切割废弃PET瓶获得，纤维长度为20mm，宽3mm，厚0.3mm。
10.一种根据权利要求1-9中任一项的再生塑料纤维再生自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)将天然粗骨料、再生粗骨料及1/3的水加入混凝土搅拌机进行搅拌；
(2)在搅拌机内加入天然砂、水泥、矿物掺合料搅拌均匀，再加入再生塑料PET纤维干拌使纤维分散均匀；
(3)继续放入1/3的水搅拌90s；
(4)最后加入剩余的水和聚羧酸高性能减水剂搅拌120s，能保证各骨料分布均匀，无泌水，搅拌均匀出料得到再生塑料纤维再生自密实混凝土。
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| KR20140105965A (ko) * | 2013-02-25 | 2014-09-03 | 경북대학교 산학협력단 | 자기다짐 콘크리트 복합재료 |
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2022
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