CN115321914A - 抗冻融型再生混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗冻融型再生混凝土及其制备方法，涉及再生混凝土技术领域，包括如下重量份的组分：水200～220份；水泥400～460份；强化再生粗骨料1115～1190份；天然砂子602～630份；玄武岩纤维2～8份；减水剂3～6份；其中，所述强化再生粗骨料的制备过程为：将简单破碎的再生粗骨料加热5～10h，加热温度为300～600℃，之后冷却至室温；将冷却后的再生粗骨料进行研磨以去除其表面的旧砂浆；然后将其浸泡到乙酸溶液中1～3h；将乙酸溶液预处理后的再生粗骨料清洗干净、风干后，浸泡在水泥浆液中，持续搅拌20～30min，静置10～20min后取出，风干后即得到强化再生粗骨料。本发明通过强化再生粗骨料，进一步提高再生混凝土的抗冻性能。
Description
技术领域
本发明涉及再生混凝土技术领域，具体涉及一种抗冻融型再生混凝土及其制备方法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快发展，建筑垃圾排放量逐年增长。建筑垃圾中可再生物体的组成比例也不断地提高，其主要材料是废弃混凝土，大约占40％。中国作为最大的发展中国家，年产道路废弃混凝土达几十亿吨，其综合循环再生利用率仅约30％，处理这些建筑垃圾的最主要方法是掩埋、堆放等，既造成巨大的经济损失和资源消耗，又对环境造成严重的威胁。
在我国北方地区，尤其是高纬度比较寒冷的东北地区等，因季节交替变化，建筑结构容易发生冻融破坏，几乎每一座建筑都会受到冻融侵蚀。许多混凝土建筑物存在因冻融作用引发结构局部或大面积破坏的现象，严重影响建筑的正常使用状态，而且每年需要花费高额的费用进行建筑物的维修和养护，浪费了大量的人力和物力，造成不必要的损失。再生混凝土因为粗骨料品质差等原因，强度更低、抗冻性更差，更容易产生裂缝，导致结构或试件发生破坏而失效，极大地限制了再生混凝土在寒冷地区工程中的广泛应用。究其原因在于，作为再生混凝土制作的主要材料—再生粗骨料，与天然骨料相比，其表面依附了大量的水泥砂浆，加之在生产过程中自身产生了众多微裂纹，导致由其制备的再生混凝土存在复杂的骨料-砂浆界面过渡区等薄弱环节，且易引发微裂缝，进而降低了再生混凝土的强度和抗冻性能。
为了有效消化废弃混凝土，现有技术也对废弃混凝土进行了多方再生利用，比如公开号为CN110372285A的专利申请，公开了一种有机-无机复合橡胶再生混凝土，其通过橡胶、壳聚糖、明胶得到改性橡胶粉末，并结合水泥、花生壳、尿素、砂、再生粗骨料等，改善抗拉强度和抗压强度；公开号为CN110590289A的专利申请，公开了一种玄武岩纤维增强再生混凝土，其采用再生粗骨料作为混凝土材料，采用陶粒替代碎石或卵石，减轻混凝土的重量，还可以起到保温隔热作用。使用粉煤灰、硅灰和矿粉代替部分水泥，进一步增加混凝土的密实度，减少、减小混凝土的孔隙，提高混凝的抗压强度、抗渗、抗冻融性能。通过添加玄武岩纤维进一步提高混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、抗冻融性能、抗渗性能、抗冲击性能。但均未对再生骨料进行改性，在抗冻融上仍然难以满足在寒冷地区工程中的广泛应用。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种抗冻融型再生混凝土及其制备方法，以进一步解决现有再生混凝土抗冻融性能差的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种抗冻融型再生混凝土，包括如下重量份的组分：
水200～220份；
水泥400～460份；
强化再生粗骨料1115～1190份；
天然砂子602～630份；
玄武岩纤维2～8份；
减水剂3～6份；
其中，所述强化再生粗骨料的制备过程为：将简单破碎的再生粗骨料加热5～10h，加热温度为300～600℃，之后冷却至室温；将冷却后的再生粗骨料进行研磨以去除其表面的旧砂浆；然后将其浸泡到乙酸溶液中1～3h；将乙酸溶液预处理后的再生粗骨料清洗干净、风干后，浸泡在水泥浆液中，持续搅拌20～30min，静置10～20min后取出，风干后即得到强化再生粗骨料。
作为优选地，对再生粗骨料进行研磨的研磨机的研磨频率为15～20Hz，研磨时间为3～7min。
作为优选地，所述乙酸溶液的浓度为1-3％。
作为优选地，所述水泥浆液的水灰比为0.9～1.6。
作为优选地，所述玄武岩纤维为束状，长度为10-20mm，玄武岩纤维单丝直径为15μm，弹性模量为96GPa，密度为2.65g/cm3。该玄武岩纤维能够发挥增韧、阻裂效应，提高再生混凝土的延性，并产生桥接作用，抑制内部裂缝的产生和扩展，阻止再生混凝土在冻融环境下裂隙不断扩大并崩坏现象的发生。
作为优选地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率为25％。
一种上述任意所述的抗冻融型再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、按配方所需重量份，准备水泥、水、天然砂子、强化再生粗骨料、玄武岩纤维、减水剂；
S2、将强化再生粗骨料和天然砂子混合均匀，得到混合物A；
S3、将玄武岩纤维和水泥混合均匀，得到混合物B；
S4、将水、减水剂混合均匀，得到混合物C；
S5、将混合物A、B、C依次加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到抗冻融再生混凝土。
更进一步地，所述步骤S5中的搅拌机为振动搅拌机，振动搅拌机搅拌输入功率4kW，振动输入功率3kW。通过本技术方案制备方法的制备，玄武岩纤维不易断开，振动搅拌工艺可以增加物料之间的对流和扩散运动，改善纤维在砂浆中的分散效果，增加再生混凝土的密实性，进而提高再生混凝土的抗冻融性能。
综上所述，相比于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
1、本发明通过强化再生粗骨料，对再生粗骨料进行加热处理，通过采用上述技术方案，由于温度的变化，骨料和旧砂浆发生热胀冷缩，骨料表面的旧砂浆在温度交替作用下发生剥离，并利用再生骨料中材料热膨胀系数的不同，使旧砂浆从再生骨料表面脱离；通过研磨机进行研磨，去除骨料表面脱离的旧砂浆，减少旧砂浆-骨料界面过渡区等薄弱环节；乙酸溶液能够消除旧砂浆中的Ca(OH)2等碱性物，改善旧砂浆的结构，乙酸与旧砂浆中的氢氧化钙、碳酸钙和水合硅酸钙反应，消耗了旧砂浆，产生的二氧化硅等化合物可以附着在粗骨料表面，填充骨料表面的缝隙，而且不引入有害离子；水泥浆液能够填充再生粗骨料的微裂缝，进而降低再生混凝土的吸水率、孔隙率，进一步提高再生混凝土的抗冻性能；
2、本发明采用强化再生粗骨料全部代替天然粗骨料，能够实现建筑垃圾的资源化利用，有效缓解了资源短缺与环境污染的双重难题；
3、本发明掺加了一种绿色无污染的玄武岩纤维，该纤维具有高耐化学性、高耐热性、高抗拉强度、应用温度范围广、成本低以及环境友好性等优势。玄武岩纤维能够发挥增韧、阻裂效应，提高再生混凝土的延性，并产生桥接作用，抑制宏观和微观裂纹的萌生和扩展，阻止再生混凝土在冻融环境下裂隙不断扩大并崩坏现象的发生；
4、采用振动搅拌工艺生产抗冻融型再生混凝土，改善了传统拌合方式中玄武岩纤维材料易结团、分布不均匀的状况，使材料处于震颤状态，增加物料之间的对流和扩散运动，改善纤维在砂浆中的分散效果，增加再生混凝土的密实性，从而提高再生混凝土的抗冻融性；
5、本发明是基于工程实践提出的一种具体详细的抗冻融型再生混凝土及其制备方法，采用“骨料强化-掺加纤维-搅拌工艺优化”三级复合强化方式制备再生混凝土，具有操作简单、实用性强、增加再生混凝土密实度，降低吸水率和孔隙率，减少内部微裂纹的产生，便于实现工业化生产等优点，较大程度地提升再生混凝土抗冻性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合各实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明在各实施例及对比例中采用的乙酸溶液为冰乙酸调配得到；水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥；所述的强化再生粗骨料为连续级配粗骨料，粒径为5～20mm；天然细骨料为连续级配的天然河砂，粒径为0.075～4.75mm；玄武岩纤维弹性模量为96GPa，密度为2.65g/cm3；高效聚羧酸减水剂的固含量(减水率)为25％。
实施例1
一种抗冻融型再生混凝土，包括如下重量份的组分：
水200份；
水泥400份；
强化再生粗骨料1115份；
砂子602份；
玄武岩纤维2.6份；
减水剂3.2份；
强化再生粗骨料的制备过程如下：
将简单破碎的再生粗骨料加热5h，加热温度300℃，之后冷却至室温；将冷却后的再生粗骨料进行研磨以去除其表面的旧砂浆，研磨频率15HZ，研磨时间3min；然后将其浸泡到浓度为1％的乙酸溶液中1h；将乙酸溶液预处理后的再生粗骨料清洗干净、风干后，浸泡在水灰比为0.9的水泥浆液中，持续搅拌20min，静置10min后取出，风干得到强化再生粗骨料；
抗冻融型再生混凝土的制备过程包括如下步骤：
S1、按配方所需重量份，准备水泥、水、天然砂子、强化再生粗骨料、玄武岩纤维、聚羧酸高性能减水剂；
S2、将强化再生粗骨料和天然砂子混合均匀，得到混合物A；
S3、将玄武岩纤维和水泥混合均匀，得到混合物B；
S4、将水、减水剂混合均匀，得到混合物C；
S5、将混合物A、B、C依次加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到抗冻融再生混凝土。
实施例2
一种抗冻融型再生混凝土，包括如下重量份的组分：
水220份；
水泥460份；
强化再生粗骨料1190份；
砂子630份；
玄武岩纤维8份；
减水剂5份；
强化再生粗骨料的制备过程如下：
将简单破碎的再生粗骨料加热10h，加热温度600℃，之后冷却至室温；将冷却后的再生粗骨料进行研磨以去除其表面的旧砂浆，研磨频率20HZ，研磨时间7min；然后将其浸泡到浓度为3％的乙酸溶液中3h；将乙酸溶液预处理后的再生粗骨料清洗干净、风干后，浸泡在水灰比为1.5的水泥浆液中，持续搅拌30min，静置20min后取出，风干得到强化再生粗骨料；
抗冻融型再生混凝土的制备过程包括如下步骤：
S1、按配方所需重量份，准备水泥、水、天然砂子、强化再生粗骨料、玄武岩纤维、聚羧酸高性能减水剂；
S2、将强化再生粗骨料和天然砂子混合均匀，得到混合物A；
S3、将玄武岩纤维和水泥混合均匀，得到混合物B；
S4、将水、减水剂混合均匀，得到混合物C；
S5、将混合物A、B、C依次加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到抗冻融再生混凝土。
实施例3
一种抗冻融型再生混凝土，包括如下重量份的组分：
水210份；
水泥420份；
强化再生粗骨料1151份；
砂子619份；
玄武岩纤维5.3份；
减水剂3.8份；
强化再生粗骨料的制备过程如下：
将简单破碎的再生粗骨料加热7h，加热温度500℃，之后冷却至室温；将冷却后的再生粗骨料进行研磨以去除其表面的旧砂浆，研磨频率18HZ，研磨时间5min；然后将其浸泡到浓度为2％的乙酸溶液中2h；将乙酸溶液预处理后的再生粗骨料清洗干净、风干后，浸泡在水灰比为1.2的水泥浆液中，持续搅拌25min，静置15min后取出，风干得到强化再生粗骨料；
抗冻融型再生混凝土的制备过程包括如下步骤：
S1、按配方所需重量份，准备水泥、水、天然砂子、强化再生粗骨料、玄武岩纤维、聚羧酸高性能减水剂；
S2、将强化再生粗骨料和天然砂子混合均匀，得到混合物A；
S3、将玄武岩纤维和水泥混合均匀，得到混合物B；
S4、将水、减水剂混合均匀，得到混合物C；
S5、将混合物A、B、C依次加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到抗冻融再生混凝土。
实施例4
与实施例3的区别在于，再生粗骨料未进行乙酸溶液浸泡处理。
实施例5
与实施例3的区别在于，再生粗骨料未进行加热、研磨处理。
实施例6
与实施例3的区别在于，再生粗骨料未进行水泥浆液浸泡处理。
对比例1
与实施例3的区别在于，原再生粗骨料等质量替代强化再生粗骨料。
对比例2
与实施例3的区别在于，未掺加玄武岩纤维。
对比例3
与实施例3的区别在于，采用普通搅拌方式生产再生混凝土。
抗压强度测试：
参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)，对实施例1-6、对比例1-3的再生混凝土进行测试，测试其抗压强度，所得结果见表1。
抗冻性测试：
参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)中记载的快冻法，对实施例1-6、对比例1-3的再生混凝土进行测试，冻融循环200次，测试其质量损失率、强度损失率，所得结果见表1。
表1再生混凝土性能测试结果
由表1观察可得：
1、实施例1-3测试结果可得，本发明的再生混凝土具有优异的抗冻性能。
2、实施例3与实施例4测试结果对比可得，乙酸溶液浸泡处理可以有效消除旧砂浆含量，提升骨料品质，进而提升再生混凝土的抗冻性能。
3、实施例3与实施例5测试结果对比可得，加热、研磨处理可以有效去除再生粗骨料表面旧砂浆，减少旧砂浆-骨料界面过渡区，提高骨料品质，进而提升再生混凝土抗冻性能。
4、实施例3与实施例6测试结果对比可得，对再生粗骨料进行水泥浆液浸泡处理，可以提升再生混凝土的抗冻性能。
5、实施例3与对比例1测试结果对比可得，对再生粗骨料进行强化处理，能够有效提升再生混凝土的抗冻性能。
6、实施例3与对比例2测试结果对比可得，掺加玄武岩纤维，能够有效降低再生混凝土抗压强度损失率、质量损失率，提升再生混凝土的抗冻性能。
7、实施例3与对比例3测试结果对比可得，采用振动搅拌方式制备再生混凝土，可以增加再生混凝土的密实度，改善纤维分布不均匀的现象，进而提升再生混凝土的抗冻性能。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种抗冻融型再生混凝土，其特征在于，包括如下重量份的组分：
水200～220份；
水泥400～460份；
强化再生粗骨料1115～1190份；
天然砂子602～630份；
玄武岩纤维2～8份；
减水剂3～6份；
其中，所述强化再生粗骨料的制备过程为：将简单破碎的再生粗骨料加热5～10h，加热温度为300～600℃，之后冷却至室温；将冷却后的再生粗骨料进行研磨以去除其表面的旧砂浆；然后将其浸泡到乙酸溶液中1～3h；将乙酸溶液预处理后的再生粗骨料清洗干净、风干后，浸泡在水泥浆液中，持续搅拌20～30min，静置10～20min后取出，风干后即得到强化再生粗骨料。
2.如权利要求1所述的抗冻融型再生混凝土，其特征在于，对再生粗骨料进行研磨的研磨机的研磨频率为15～20Hz，研磨时间为3～7min。
3.如权利要求1所述的抗冻融型再生混凝土，其特征在于，所述乙酸溶液的浓度为1-3％。
4.如权利要求1所述的抗冻融型再生混凝土，其特征在于，所述水泥浆液的水灰比为0.9～1.6。
5.如权利要求1所述的抗冻融型再生混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维为束状，长度为10-20mm，玄武岩纤维单丝直径为15μm，弹性模量为96GPa，密度为2.65g/cm3。
6.如权利要求1所述的抗冻融型再生混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率为25％。
7.一种如权利要求1～6任意一项所述的抗冻融型再生混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按配方所需重量份，准备水泥、水、天然砂子、强化再生粗骨料、玄武岩纤维、减水剂；
S2、将强化再生粗骨料和天然砂子混合均匀，得到混合物A；
S3、将玄武岩纤维和水泥混合均匀，得到混合物B；
S4、将水、减水剂混合均匀，得到混合物C；
S5、将混合物A、B、C依次加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到抗冻融再生混凝土。
8.如权利要求7所述的抗冻融型再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的搅拌机为振动搅拌机，振动搅拌机搅拌输入功率4kW，振动输入功率3kW。
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2022
- 2022-08-22 CN CN202211009186.8A patent/CN115321914A/zh active Pending
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