CN115286316B - 一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土及其制备方法。一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土的原料包括，水泥、砂、金尾矿、碎石、粉煤灰、矿渣、表面改性橡胶颗粒、改性稻壳二氧化硅以及预处理剂，其制备方法为：将水泥、砂、金尾矿、碎石、粉煤灰、矿渣以及减水剂分组制备，将表面改性橡胶颗粒以及改性稻壳二氧化硅、预处理剂进行预处理后再加入水泥溶液中搅拌，有利于各组分混合均匀，提高混凝土拌合均匀度，表面改性橡胶颗粒与改性稻壳二氧化硅复配提高橡胶颗粒与水泥基的粘结性能，提高混凝土的抗压强度。

Description

一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土及其制备方法。
背景技术
目前随着自然资源、能源的日益短缺以及环境条件的不断恶化，不仅要求混凝土材料具有优异的工程性能(力学、耐久性)，而且还要求其具有环境友好性，符合可持续发展战略方针。
现有再生混凝土中，一般都会采用对废弃物进行处理利用废弃物本身特性提高混凝土性能，在能够满足混凝土的性能要求的同时又能够减少环境压力，提高经济效益，例如金尾矿以及橡胶颗粒等，由于金尾矿中含有大量潜在活性的SiO2以及Al2O3，因此在机械粉磨后添加金尾矿内部活性成分溶出，或者与活化物质进行复配使用提高活化性能，使得金尾矿在混凝土中能够充分发挥“微集料效应”以及“火山灰效应”，提高混凝土的力学性能；同样，废旧轮胎橡胶是我国主要大宗固体废弃物之一，现代充气轮胎是由合成橡胶、天然橡胶、织物和线材，以及炭黑和其他化合物制成，具有较好的弹性，水泥混凝土掺入废弃橡胶颗粒可提高其隔热、吸声、抗冲击性、抗震性、抗渗性、抗冻性和延展性等性能。
然而由于橡胶和混凝土在亲水性方面存在较大差异，界面结合效果差，且橡胶颗粒相对于水泥石基体相而言变形能力巨大，当较大压应力从水泥石基体传递到橡胶颗粒上时，橡胶颗粒几乎不能承受应力，橡胶颗粒占有的空间相当于空隙，从而引起砂浆抗压强度的降低，导致混凝土强度显著下降。
发明内容
为了改善橡胶水泥基混凝土强度不足的问题，本申请提供一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，采用如下的技术方案：
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，包括如下重量份的原料制成：
水220-240份；
水泥300-330份；
砂450-480份；
碎石1000-1200份；
金尾矿230-250份；
粉煤灰130-150份；
矿渣60-90份；
表面改性橡胶颗粒25-45份；
改性稻壳二氧化硅6-8份；
减水剂2-3份；
预处理剂：2-5份；
所述预处理剂用于将所述表面改性橡胶颗粒与所述改性稻壳二氧化硅进行预处理，提高两者之间的粘结性能。
通过采用上述技术方案，金尾矿中含有大量的SiO2和较多的Fe2O3、A12O3，化学成分与粉煤灰相似，本发明采用金尾矿代替天然砂，不仅缓解了天然砂日趋枯竭的压力，而且还实现了大规模铁尾矿砂的回收利用；将橡胶颗粒掺入水泥砂浆中，增强水泥砂浆的延展性，但由于橡胶颗粒疏水特性无法与水泥基体粘结，因此使得水泥砂浆的力学性能产生不利影响，稻壳中富含硅元素，其燃烧产物富含大量二氧化硅，具备优良的火山灰活性以及微集料填充效应，且价格低廉，因此在橡胶水泥砂浆中加入稻壳二氧化硅能够减弱橡胶颗粒带来的不利影响，但由于二氧化硅表面是亲水性的，与橡胶、塑料等相容性较差，因此对橡胶颗粒以及稻壳二氧化硅进行改性变化提高两者之间的粘结性，使得表面改性橡胶颗粒周围聚集改性稻壳二氧化硅，利用改性稻壳二氧化硅提高橡胶颗粒与水泥基体的粘结能力，实现表面改性橡胶颗粒在提高混凝土延展性的同时，补偿表面改性橡胶颗粒对水泥砂浆力学性能的缺陷，改性稻壳二氧化硅与表面改性橡胶颗粒对水泥砂浆性能的改善起叠加作用，提高混凝土的抗折性能的同时有效提高混凝土的抗压性能；粉煤灰以及矿渣的添加有助于提高混凝土的力学性能；本申请提供一种绿色环保、性能优良的混凝土。
优选的，所述表面改性橡胶颗粒由如下方法制成：
步骤一：将橡胶颗粒与氢氧化钠溶液混合，搅拌反应1h，水洗至溶液PH值为7，干燥得到氢氧化钠改性的橡胶颗粒；
步骤二：将氢氧化钠改性的橡胶颗粒与聚氨酯乳液溶液混合，搅拌1h，水洗干燥。
通过采用上述技术方案，氢氧化钠溶液处理后去除由于制造过程而存在于轮胎橡胶表面的硬脂酸锌层，再与聚氨酯乳液混合，使得橡胶颗粒表面均匀覆盖聚氨酯乳液，提高橡胶颗粒的粘结性能。
优选的，所述改性稻壳二氧化硅由如下方法制成：
步骤一：将干燥的稻壳二氧化硅与硝酸溶液混合，在70℃～80℃水浴反应2～3h，洗涤过滤至中性；
步骤二：加入氢氧化钠，在80℃～90℃下搅拌反应1～3h，再加入稀盐酸调节PH值到7～9，然后加入烯醇，继续搅拌2～3h；
步骤三：将步骤二中得到的溶液进行抽滤、洗涤并在120℃条件下进行干燥得到改性稻壳二氧化硅。
通过采用上述技术方案，稻壳二氧化硅表面存在两种官能团：硅氧烷(Si—O—Si)和硅羟基(Si—OH)，且其表面羟基易与含羟基化合物反应、易吸附阴离子，与硝酸混合由于硝酸的氧化作用，使得稻壳二氧化硅表面的羟基增加，当环境PH在7～9时，二氧化硅粒子和水的界面含有大量的硅羟基，这些硅羟基在碱性条件下产生负电荷，水分子在这个时候起到桥键的作用，一面与硅表面羟基相连，一面与烯醇分子的羟基相连，因此使得稻壳二氧化硅表面的羟基与烯醇分子相连，干燥过程中脱水，烯醇分子上连接的碳正离子与硅羟基相连，得到含有碳碳双键的改性稻壳二氧化硅产物。
优选的，所述预处理剂为过氧化苯甲酰。
通过采用上述技术方案，通过采用上述技术方案，过氧化苯甲酰作为预处理剂，有助于将表面改性橡胶颗粒表面的碳碳双键与改性稻壳二氧化硅表面的碳碳双键发生自由基聚合反应，使得改性稻壳二氧化硅包裹在表面改性橡胶颗粒周围，提高橡胶颗粒与水泥基体的相容性，且稻壳二氧化硅与水泥基体中的氢氧化钙反应生成产物提高橡胶颗粒周围致密程度，进而提高抗压以及抗折强度。
优选的，所述砂粒径为5mm-10mm。
通过采用上述技术方案，通过采用上述技术方案，采用粒径为5mm-10mm的中砂，与金尾矿复配，克服金尾矿粒径偏细的问题，改善混凝土的和易性。
优选的，所述碎卵石由粒径为5mm-10mm以及10mm-20mm的碎石按照4:6复配得到。
通过采用上述技术方案，通过采用上述技术方案，按此粒径配比得到的碎卵石作为粗骨料加入混凝土，混凝土的强度性能较佳。
第二方面，本申请提供一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土的制备方法，制备步骤如下：
S1：将表面改性橡胶颗粒以及改性稻壳二氧化硅混合，并加入预处理剂进行预处理；
S2：将水泥、砂、金尾矿、水以及S1中的物质混合形成浆料A，将碎石、粉煤灰、矿渣、水以及减水剂混合形成浆料B；
S3：先将浆料A搅拌均匀，再加入浆料B，搅拌均匀。
通过采用上述技术方案，水泥、砂、金尾矿、碎石、粉煤灰、矿渣以及减水剂分组制备，将表面改性橡胶颗粒以及改性稻壳二氧化硅、预处理剂进行预处理后再加入溶液中搅拌，有利于各组分混合均匀，提高混凝土拌合均匀度。
优选的，所述预处理为：将表面改性橡胶颗粒、改性稻壳二氧化硅、过氧化苯甲酰以及适量蒸馏水，在氧化锆球磨罐中进行湿法球磨，湿磨后产物水洗、过滤并干燥。
通过采用上述技术方案，将表面改性橡胶颗粒、改性稻壳二氧化硅以及过氧化苯甲酰混合，在氧化锆球磨罐中进行湿法球磨，使得改性稻壳二氧化硅包裹在表面改性橡胶颗粒周围。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
本申请采用对橡胶颗粒以及稻壳二氧化硅进行改性变化提高两者之间的粘结性，使得表面改性橡胶颗粒周围聚集改性稻壳二氧化硅，利用改性稻壳二氧化硅提高橡胶颗粒与水泥基体的粘结能力，实现表面改性橡胶颗粒在提高混凝土延展性的同时，补偿表面改性橡胶颗粒对水泥砂浆力学性能的缺陷，提供一种绿色环保、性能优良的混凝土。
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。
本申请中使用的原料来源如下所示：
P.O 42.5硅酸盐水泥；S95级矿渣微粉；Ⅱ级粉煤灰；减水剂选用羧酸系高效减水剂；Ⅱ区中砂，粒径为5mm-10mm；碎卵石由粒径为5mm-10mm以及10mm-20mm的碎石按照4:6复配得到；
橡胶颗粒制备：表面改性橡胶颗粒是将汽车废旧轮胎经过粉碎机机械粉碎其交联网状结构得到的，橡胶颗粒大小为1-3mm；
稻壳二氧化硅制备：将稻壳用自来水反复冲洗3-4次，以除去稻壳表面附带的泥土和其它污物，然后用l0％盐酸溶液在90℃回流4h，放置12h后用氢氧化钠中和至pH值为7，并用蒸馏水冲洗3次。在600℃下煅烧4h，得到稻壳Si02。
制备例
制备例1
表面改性橡胶颗粒，其制备方法如下：
步骤一：将1mm～3mm橡胶颗粒与质量分数为10％氢氧化钠溶液混合，搅拌反应1h，水洗至溶液PH值为7，干燥得到氢氧化钠改性的橡胶颗粒；
步骤二：将氢氧化钠改性的橡胶颗粒与聚氨酯乳液溶液混合，搅拌1h，水洗，自然干燥。
制备例2
表面改性橡胶颗粒，与制备例1的不同之处在于，1mm～3mm橡胶颗粒与质量分数为10％氢氧化钠溶液混合，搅拌反应1h，水洗至溶液PH值为7，干燥得到表面改性橡胶颗粒。
制备例3
表面改性橡胶颗粒，与制备例1的不同之处在于，橡胶颗粒粒径选取0.15mm～0.3mm。
制备例4
表面改性橡胶颗粒，与制备例1的不同之处在于，橡胶颗粒粒径选取0.3mm～1mm。
制备例5
改性稻壳二氧化硅，其制备方法如下：
步骤一：将干燥的稻壳二氧化硅与质量分数为14％硝酸溶液混合，在80℃水浴反应2h，洗涤过滤至中性；
步骤二：加入氢氧化钠，在90℃下搅拌反应2h，再加入稀盐酸调节PH值到8，然后加入烯醇，继续搅拌2.5h；
步骤三：将步骤二中得到的溶液进行抽滤、洗涤并在120℃条件下进行干燥得到改性稻壳二氧化硅。
制备例6
改性稻壳二氧化硅，与制备例4不同之处在于，稻壳二氧化硅、氢氧化钠与水混合，在90℃下搅拌反应2h，再加入稀盐酸调节PH值到8，然后加入烯醇，继续搅拌2.5h，将溶液进行抽滤、洗涤并在120℃条件下进行干燥得到改性稻壳二氧化硅。
实施例
实施例1
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，由以下原料制成，水230kg；水泥322kg；砂465kg；碎石1082kg；金尾矿245kg；粉煤灰140kg；矿渣80kg；表面改性橡胶颗粒35kg；改性稻壳二氧化硅9kg；减水剂2.5kg；过氧化苯甲酰3.5kg。
S1：首先将35kg制备例1中的表面改性橡胶颗粒、3.5kg制备例5中的改性稻壳二氧化硅以及3.5kg过氧化苯甲酰加入200ml蒸馏水中，搅拌均匀，然后在400ml的氧化锆球磨罐中进行湿法球磨，球磨条件：转速为400r/min，时间为3h，球料比为10:1，湿磨后产物用蒸馏水洗涤并过滤，在真空干燥箱中50℃干燥35h。
S2：将水泥、砂、金尾矿、水以及S1中的物质混合形成浆料A，将碎石、粉煤灰、矿渣、水以及减水剂混合形成浆料B，先将浆料A搅拌均匀，再加入浆料B，搅拌均匀。
实施例2-3
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，其原料各组分及其相应的重量份数如表2所示。
表1实施例1-3中各原料及其重量(kg)
组分 实施例1 实施例2 实施例3
水 230 220 240
水泥 315 300 330
砂 465 450 480
碎石 1082 1000 1100
金尾矿 245 230 250
粉煤灰 140 130 150
矿渣 80 60 90
表面改性橡胶颗粒 35 25 45
改性稻壳二氧化硅 9 6 8
减水剂 2.5 2 3
实施例4
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，表面改性橡胶颗粒由制备例2制得。
实施例5
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，表面改性橡胶颗粒由制备例3制得。
实施例6
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，表面改性橡胶颗粒由制备例4制得。
实施例7
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，改性稻壳二氧化硅由制备例6制得。
对比例
对比例1
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，由以下原料制成，水230kg；水泥322kg；砂465kg；碎石1082kg；金尾矿245kg；粉煤灰140kg；矿渣80kg；橡胶颗粒35kg；减水剂2.5kg；过氧化苯甲酰3.5kg
对比例2
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，由以下原料制成，水230kg；水泥322kg；砂465kg；碎石1082kg；金尾矿245kg；粉煤灰140kg；矿渣80kg；橡胶颗粒35kg；稻壳二氧化硅9kg；减水剂2.5kg；过氧化苯甲酰3.5kg。
对比例3
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，由以下原料制成，水230kg；水泥322kg；砂465kg；碎石1082kg；金尾矿245kg；粉煤灰140kg；矿渣80kg；表面改性橡胶颗粒35kg；稻壳二氧化硅9kg；减水剂2.5kg；过氧化苯甲酰3.5kg。
对比例4
一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，与实施例1的不同之处在于，由以下原料制成，水230kg；水泥322kg；砂465kg；碎石1082kg；金尾矿245kg；粉煤灰140kg；矿渣80kg；橡胶颗粒35kg；改性稻壳二氧化硅9kg；减水剂2.5kg；过氧化苯甲酰3.5kg。
性能检测试验
1、抗压强度：参照《普通混凝土力学性能实验方法标准》(GB/T50081-2002)进行抗压强度测试。
2、抗折强度：参照《普通混凝土力学性能实验方法标准》(GB/T50081-2002)进行抗折强度测试。
3、坍落度：根据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行坍落度测试。
表2
Figure BDA0003785164260000071
Figure BDA0003785164260000081
结合实施例1-3和实施例5-6并结合表2可以看出，不同粒径的橡胶颗粒的加入均能够有效提高混凝土的流动性能以及抗折性能，其中橡胶颗粒越小，橡胶的比表面积越大，提高混凝土流动性能的同时，使得掺入混凝土中水泥基体的薄弱面增多，使得混凝土抗折能力以及抗压能力减弱。
结合实施例1-3和对比例1-4并结合表2可以看出，对比例3以及对比例4中分别对橡胶颗粒以及稻壳二氧化硅进行改性，对比例3以及对比例4中混凝土的抗压强度以及抗折强度均低于实施例1且均高于对比例2，即表面改性橡胶颗粒以及改性稻壳二氧化硅复配使用能够有效提高混凝土的抗折强度、抗压强度以及流动性等综合性能。
结合实施例1、实施例4以及实施例2并结合表3可以看出，表面改性橡胶颗粒步骤中，聚氨酯乳液溶液提高橡胶颗粒与水泥基体的粘结性能，从而提高混凝土的抗折强度以及抗压强度，硝酸溶液的氧化性对稻壳二氧化硅的影响，提高二氧化硅与橡胶颗粒之间的粘结性能，进而提高橡胶颗粒周围与水泥基体的粘结性，且二氧化硅的火山灰反应提升橡胶颗粒周围的密实性能，进一步提高混凝土的抗压性能。
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 (3)

1.一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料制成：
水220-240份；
水泥300-330份；
砂450-480份；
碎石1000-1200份；
金尾矿230-250份；
粉煤灰130-150份；
矿渣60-90份；
表面改性橡胶颗粒25-45份；
改性稻壳二氧化硅6-8份；
减水剂2-3份；
预处理剂：2-5份；
所述预处理剂用于将所述表面改性橡胶颗粒与所述改性稻壳二氧化硅进行预处理，提高两者之间的粘结性能；
所述表面改性橡胶颗粒由如下方法制成：
步骤一：将橡胶颗粒与氢氧化钠溶液混合，搅拌反应1h，水洗至溶液PH值为7，干燥得到氢氧化钠改性的橡胶颗粒；
步骤二：将氢氧化钠改性的橡胶颗粒与聚氨酯乳液溶液混合，搅拌1h，水洗干燥；
所述改性稻壳二氧化硅由如下方法制成：
步骤一：将干燥的稻壳二氧化硅与硝酸溶液混合，在70℃~80℃水浴反应2~3h，洗涤过滤至中性；
步骤二：加入氢氧化钠，在80℃~90℃下搅拌反应1~3h，再加入稀盐酸调节PH值到7~9，然后加入烯醇，继续搅拌2~3h；
步骤三：将步骤二中得到的溶液进行抽滤、洗涤并在120℃条件下进行干燥得到改性稻壳二氧化硅；
所述预处理剂为过氧化苯甲酰；
所述预处理为：将表面改性橡胶颗粒、改性稻壳二氧化硅、过氧化苯甲酰以及适量蒸馏水，在氧化锆球磨罐中进行湿法球磨，湿磨后产物水洗、过滤并干燥；
砂粒径为5mm-10mm。
2.根据权利要求1所述的一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土，其特征在于：所述碎石由粒径为5mm-10mm以及10mm-20mm的碎石按照4:6复配得到。
3.如权利要求1-2任一所述的一种金尾矿和废弃橡胶的再生混凝土的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：
S1：将表面改性橡胶颗粒以及改性稻壳二氧化硅混合，并加入预处理剂进行预处理；
S2：将水泥、砂、金尾矿、水以及S1中的物质混合形成浆料A，将碎石、粉煤灰、矿渣、水以及减水剂混合形成浆料B；
S3：先将浆料A搅拌均匀，再加入浆料B，搅拌均匀。
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