CN115403323B - 一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法，建筑垃圾经过粗破、分选、磁选、细破、筛分，加入铝掺杂酸性硅溶胶中浸渍后焙烧再与激发剂混合球磨，获得的再生骨料，将所述再生骨料与水泥、硅灰、石英砂、氨基化纤维素、聚硅氧烷包覆聚合物纤维、钢纤维加入搅拌机中，干拌40‑80s，充分搅拌均匀后，然后加入第一份数的水与水性氟碳聚氨酯乳液于搅拌机中继续搅拌80‑150s，最后将外加剂与剩余的水加入搅拌机中，搅拌80‑150s即完成制备，本发明所制备高强度混凝土力学性能优良，利用建筑垃圾作为混凝土的再生骨料，扩大了建筑垃圾的再利用范围，实现建筑垃圾资源化，具有经济、社会和环境效益。

Description

一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体为一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法。
背景技术
建筑垃圾是工业化和城市化的副产物，我国人口众多，城市规模大，建筑垃圾问题尤为突出，据有关资料表明，我国建筑垃圾年排放量1.4亿吨，并且以每年8-10%的速度递增。目前，建筑垃圾大都采用露天堆放或填埋的方式进行处理，大量建筑垃圾的堆放、填埋不但占用了大量土地、影响市容，同时也对土壤、水源等产生着严重污染，建筑垃圾的处理成为我们急需解决的难题，将建筑垃圾破碎加工成再生骨料，对解决天然砂石资源短缺和减轻建筑垃圾堆填危害具有重要的现实意义，但是将建筑垃圾破碎后直接作为骨料加入，所制作的混凝土强度较差，难以满足使用要求。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法。
所采用的技术方案如下：
一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法：
建筑垃圾经过粗破、分选、磁选、细破、筛分，加入铝掺杂酸性硅溶胶中浸渍后焙烧再与激发剂混合球磨，获得的再生骨料，将所述再生骨料与水泥、硅灰、石英砂、氨基化纤维素、聚硅氧烷包覆聚合物纤维、钢纤维加入搅拌机中，干拌40-80s，充分搅拌均匀后，然后加入第一份数的水与水性氟碳聚氨酯乳液于搅拌机中继续搅拌80-150s，最后将外加剂与剩余的水加入搅拌机中，搅拌80-150s即完成制备。
进一步地，以重量份数计，各原料的组成如下：
水泥50-60份、再生骨料25-35份、硅灰5-10份、石英砂80-100份、氨基化纤维素10-20份、聚硅氧烷包覆聚合物纤维10-20份、钢纤维20-30份、水性氟碳聚氨酯乳液10-15份、外加剂10-20份、水20-25份。
进一步地，所述铝掺杂酸性硅溶胶的制备方法如下：
将铝盐溶解在稀盐酸中，再滴加正硅酸甲酯，滴加完成后30-35℃反应1-1.5h，即可得到铝掺杂酸性硅溶胶。
进一步地，焙烧温度为580-620℃，焙烧时间为1-2h。
进一步地，所述激发剂包括生石灰、碳酸钠、硫酸钙；
所述生石灰、碳酸钠、硫酸钙的质量比为3-5：1：6-8。
进一步地，所述聚硅氧烷包覆聚合物纤维的制备方法如下：
将聚合物纤维、三(羟甲基)氨基甲烷加入盐酸多巴胺溶液中，搅拌反应12-18h，离心，水洗后干燥得到第一预制纤维，氮气保护下，将第一预制纤维加入(3-氨丙基)三甲氧基硅烷中，搅拌反应24-48h，离心干燥得到第二预制纤维，将水、乙醇和乙烯基三乙氧基硅烷混合，用乙酸调节pH至2.5-3.5，再将第二预制纤维加入，搅拌反应12-18h，离心，乙醇洗涤后，真空干燥至恒重即可。
进一步地，所述聚合物纤维为聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维中的任意一种或多种组合。
进一步地，所述氨基化纤维素的制备方法如下：
将纤维素加入水中，溶胀12-24h后，搅拌下加入聚乙烯亚胺和戊二醛，35-45℃下搅拌反应3-5h，离心后水洗至中性，真空干燥至恒重即可。
进一步地，所述外加剂为聚羧酸减水剂和磷酸三丁酯消泡剂。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法，利用铝掺杂酸性硅溶胶中浸渍和激发剂对建筑垃圾进行再生处理，可以在建筑垃圾内部和表面生成一层高强度的附着物，既降低其吸水率，又具有一定的保护作用，还可以填充建筑垃圾的孔隙，使结构更加致密，硅粉颗粒很细小，均匀地填充在水泥颗粒的周围，微集料填充效应明显，使混凝土更为致密；另一方面，它与水泥水化生成的氢氧化钙结合生成水化硅酸钙凝胶，这些凝胶堵塞在毛细管中，使毛细孔变小而且不连续，大大提高了混凝土的密实性，有效的提高了抗氯离子渗入能力和抗渗水性能，氨基化纤维素结构更加粗糙具有更好的吸附性能，水泥水化产物可以更好的对其进行包覆，从而发挥其增韧抗裂性能，能够减少裂缝的发生和发展，降低内部孔隙率，使得外部环境中的水分和化学介质如氯盐等的侵蚀、渗透减缓，聚硅氧烷包覆聚合物纤维改善了聚合物纤维与水泥、砂石间相容性差的问题，还改善了聚合物纤维的弹性和拉伸强度，氨基化纤维素、聚硅氧烷包覆聚合物纤维、钢纤维三者协同，通过纤维桥接基体吸收能量并提高延展性，限制裂纹的发展，有效地克服混凝土的脆性问题，水性氟碳聚氨酯乳液在水泥混凝土形成相互交织的三维网状结构，能改善混凝土的物理性能，同时能有效填充和水泥砂石及界面过渡区中的微小孔隙，从而有效的降低水分在混凝土中的扩散，本发明所制备高强度混凝土力学性能优良，利用建筑垃圾作为混凝土的再生骨料，扩大了建筑垃圾的再利用范围，实现建筑垃圾资源化，具有经济、社会和环境效益。
附图说明
图1为本发明抗压强度性能检测时所制备的标准试块。
实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术。
实施例1
一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法：
将133g氯化铝溶解在0.5mol/L稀盐酸中，再滴加1520g正硅酸甲酯，滴加完成后35℃反应1.5h，得到铝掺杂酸性硅溶胶，建筑垃圾经过粗破、分选、磁选、细破、筛分、过80目筛网再于铝掺杂酸性硅溶胶中浸渍24h，滤出后600℃焙烧2h加入行星球磨机的球磨罐中，再加入生石灰、碳酸钠、硫酸钙按质量比4：1：6组成的激发剂，激发剂用量为建筑垃圾质量的0.15倍，再以无水乙醇为球磨介质，混合球磨8h后干燥得到粒径小于0.2mm的再生骨料，将20g聚乙烯醇纤维、5g三(羟甲基)氨基甲烷加入2g/L盐酸多巴胺溶液中，搅拌反应16h，离心，水洗后干燥得到第一预制纤维，氮气保护下，将第一预制纤维加入(3-氨丙基)三甲氧基硅烷中，搅拌反应24h，离心干燥得到第二预制纤维，将水、乙醇和乙烯基三乙氧基硅烷以体积比2：7：1混合，用乙酸调节体系pH至3，再将第二预制纤维加入，搅拌反应15h，离心，乙醇洗涤后，60℃真空干燥至恒重得到聚硅氧烷包覆聚合物纤维，将20g纤维素加入1.5L水中，溶胀24h后，搅拌下加入20g聚乙烯亚胺和30g戊二醛，40℃下搅拌反应4h，离心后水洗至中性，60℃真空干燥至恒重得到氨基化纤维素；
以重量份数计，称取以下原料：
水泥55份、再生骨料30份、硅灰8份、石英砂80份、氨基化纤维素10份、聚硅氧烷包覆聚合物纤维15份、钢纤维25份、水性氟碳聚氨酯乳液15份、聚羧酸减水剂8份、磷酸三丁酯消泡剂2份、水22份；
将再生骨料与水泥、硅灰、石英砂、氨基化纤维素、聚硅氧烷包覆聚合物纤维、钢纤维加入搅拌机中，干拌60s，充分搅拌均匀后，然后加入2/3体积的水与水性氟碳聚氨酯乳液于搅拌机中继续搅拌120s，最后将聚羧酸减水剂、磷酸三丁酯消泡剂与剩余的水加入搅拌机中，搅拌150s即完成制备。
实施例2
一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法：
将133g氯化铝溶解在0.5mol/L稀盐酸中，再滴加1520g正硅酸甲酯，滴加完成后35℃反应1.5h，得到铝掺杂酸性硅溶胶，建筑垃圾经过粗破、分选、磁选、细破、筛分、过80目筛网再于铝掺杂酸性硅溶胶中浸渍24h，滤出后620℃焙烧2h加入行星球磨机的球磨罐中，再加入生石灰、碳酸钠、硫酸钙按质量比5：1：8组成的激发剂，激发剂用量为建筑垃圾质量的0.15倍，再以无水乙醇为球磨介质，混合球磨8h后干燥得到粒径小于0.2mm的再生骨料，将20g聚乙烯醇纤维、5g三(羟甲基)氨基甲烷加入2g/L盐酸多巴胺溶液中，搅拌反应18h，离心，水洗后干燥得到第一预制纤维，氮气保护下，将第一预制纤维加入(3-氨丙基)三甲氧基硅烷中，搅拌反应48h，离心干燥得到第二预制纤维，将水、乙醇和乙烯基三乙氧基硅烷以体积比2：7：1混合，用乙酸调节体系pH至3.5，再将第二预制纤维加入，搅拌反应18h，离心，乙醇洗涤后，60℃真空干燥至恒重得到聚硅氧烷包覆聚合物纤维，将20g纤维素加入1.5L水中，溶胀24h后，搅拌下加入20g聚乙烯亚胺和30g戊二醛，45℃下搅拌反应5h，离心后水洗至中性，60℃真空干燥至恒重得到氨基化纤维素；
以重量份数计，称取以下原料：
水泥60份、再生骨料35份、硅灰10份、石英砂100份、氨基化纤维素20份、聚硅氧烷包覆聚合物纤维20份、钢纤维30份、水性氟碳聚氨酯乳液15份、聚羧酸减水剂8份、磷酸三丁酯消泡剂2份、水25份；
将再生骨料与水泥、硅灰、石英砂、氨基化纤维素、聚硅氧烷包覆聚合物纤维、钢纤维加入搅拌机中，干拌80s，充分搅拌均匀后，然后加入2/3体积的水与水性氟碳聚氨酯乳液于搅拌机中继续搅拌150s，最后将聚羧酸减水剂、磷酸三丁酯消泡剂与剩余的水加入搅拌机中，搅拌150s即完成制备。
实施例3
一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法：
将133g氯化铝溶解在0.5mol/L稀盐酸中，再滴加1520g正硅酸甲酯，滴加完成后35℃反应1.5h，得到铝掺杂酸性硅溶胶，建筑垃圾经过粗破、分选、磁选、细破、筛分、过80目筛网再于铝掺杂酸性硅溶胶中浸渍24h，滤出后580℃焙烧1h加入行星球磨机的球磨罐中，再加入生石灰、碳酸钠、硫酸钙按质量比3：1：6组成的激发剂，激发剂用量为建筑垃圾质量的0.15倍，再以无水乙醇为球磨介质，混合球磨8h后干燥得到粒径小于0.2mm的再生骨料，将20g聚乙烯醇纤维、5g三(羟甲基)氨基甲烷加入2g/L盐酸多巴胺溶液中，搅拌反应12h，离心，水洗后干燥得到第一预制纤维，氮气保护下，将第一预制纤维加入(3-氨丙基)三甲氧基硅烷中，搅拌反应24h，离心干燥得到第二预制纤维，将水、乙醇和乙烯基三乙氧基硅烷以体积比2：7：1混合，用乙酸调节体系pH至2.5，再将第二预制纤维加入，搅拌反应12h，离心，乙醇洗涤后，60℃真空干燥至恒重得到聚硅氧烷包覆聚合物纤维，将20g纤维素加入1.5L水中，溶胀12h后，搅拌下加入20g聚乙烯亚胺和30g戊二醛，35℃下搅拌反应3h，离心后水洗至中性，60℃真空干燥至恒重得到氨基化纤维素；
以重量份数计，称取以下原料：
水泥50份、再生骨料25份、硅灰5份、石英砂80份、氨基化纤维素10份、聚硅氧烷包覆聚合物纤维10份、钢纤维20份、水性氟碳聚氨酯乳液10份、聚羧酸减水剂8份、磷酸三丁酯消泡剂2份、水20份；
将再生骨料与水泥、硅灰、石英砂、氨基化纤维素、聚硅氧烷包覆聚合物纤维、钢纤维加入搅拌机中，干拌40s，充分搅拌均匀后，然后加入2/3体积的水与水性氟碳聚氨酯乳液于搅拌机中继续搅拌80s，最后将聚羧酸减水剂、磷酸三丁酯消泡剂与剩余的水加入搅拌机中，搅拌80s即完成制备。
实施例4
与实施例1基本相同，区别在于，以重量份数计，称取以下原料：
水泥60份、再生骨料25份、硅灰10份、石英砂80份、氨基化纤维素20份、聚硅氧烷包覆聚合物纤维10份、钢纤维30份、水性氟碳聚氨酯乳液10份、聚羧酸减水剂8份、磷酸三丁酯消泡剂2份、水25份。
实施例5
与实施例1基本相同，区别在于，以重量份数计，称取以下原料：
水泥50份、再生骨料35份、硅灰5份、石英砂100份、氨基化纤维素10份、聚硅氧烷包覆聚合物纤维20份、钢纤维20份、水性氟碳聚氨酯乳液15份、聚羧酸减水剂8份、磷酸三丁酯消泡剂2份、水20份。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，建筑垃圾经过粗破、分选、磁选、细破、筛分、过80目筛网后作为再生骨料直接加入。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，再生骨料制备时不经过铝掺杂酸性硅溶胶浸渍。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，再生骨料制备时没有与激发剂混合球磨。
对比例4：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入氨基化纤维素。
对比例5：
与实施例1基本相同，区别在于，用纤维素代替氨基化纤维素。
对比例6：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入聚硅氧烷包覆聚合物纤维。
对比例7：
与实施例1基本相同，区别在于，直接加入聚乙烯醇纤维，代替聚硅氧烷包覆聚合物纤维。
性能测试：
对本发明实施例1-5及对比例1-7中所制备高强度混凝土进行性能测试；
抗压强度性能检测：按照GB/T50081-2019《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护7d、28d的抗压强度，单位MPa；
抗折强度性能检测：按照GB/T50081-2019《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护7d、28d的抗折强度，单位MPa；
劈裂抗拉强度性能检测：按照GB/T50081-2019《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护7d、28d的抗折强度，单位MPa；
抗水渗透性能检测：按照GB/T50082-2019《普通混凝士长期性能和耐久性能试验方法标准》中6.1节渗水高度法，测试标准试块的混凝土抗水渗透性能，单位mm；
测试结果如下表1所示：
表1：
由上表1可知，本发明所制备高强度混凝土力学性能优良，抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度大，具有一定的抗渗水性能，利用建筑垃圾作为混凝土的再生骨料，扩大了建筑垃圾的再利用范围，实现建筑垃圾资源化，具有经济、社会和环境效益。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法，其特征在于，建筑垃圾经过粗破、分选、磁选、细破、筛分，加入铝掺杂酸性硅溶胶中浸渍后焙烧再与激发剂混合球磨，获得的再生骨料，将所述再生骨料与水泥、硅灰、石英砂、氨基化纤维素、聚硅氧烷包覆聚合物纤维、钢纤维加入搅拌机中，干拌40-80s，充分搅拌均匀后，然后加入第一份数的水与水性氟碳聚氨酯乳液于搅拌机中继续搅拌80-150s，最后将外加剂与剩余的水加入搅拌机中，搅拌80-150s即完成制备；
以重量份数计，各原料的组成如下：
水泥50-60份、再生骨料25-35份、硅灰5-10份、石英砂80-100份、氨基化纤维素10-20份、聚硅氧烷包覆聚合物纤维10-20份、钢纤维20-30份、水性氟碳聚氨酯乳液10-15份、外加剂10-20份、水20-25份；
所述铝掺杂酸性硅溶胶的制备方法如下：
将铝盐溶解在稀盐酸中，再滴加正硅酸甲酯，滴加完成后30-35℃反应1-1.5h，即可得到铝掺杂酸性硅溶胶；
所述聚硅氧烷包覆聚合物纤维的制备方法如下：
将聚合物纤维、三(羟甲基)氨基甲烷加入盐酸多巴胺溶液中，搅拌反应12-18h，离心，水洗后干燥得到第一预制纤维，氮气保护下，将第一预制纤维加入(3-氨丙基)三甲氧基硅烷中，搅拌反应24-48h，离心干燥得到第二预制纤维，将水、乙醇和乙烯基三乙氧基硅烷混合，用乙酸调节pH至2.5-3.5，再将第二预制纤维加入，搅拌反应12-18h，离心，乙醇洗涤后，真空干燥至恒重即可；
所述激发剂包括生石灰、碳酸钠、硫酸钙；所述生石灰、碳酸钠、硫酸钙的质量比为3-5：1：6-8；
所述氨基化纤维素的制备方法如下：
将纤维素加入水中，溶胀12-24h后，搅拌下加入聚乙烯亚胺和戊二醛，35-45℃下搅拌反应3-5h，离心后水洗至中性，真空干燥至恒重即可。
2.如权利要求1所述的利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法，其特征在于，焙烧温度为580-620℃，焙烧时间为1-2h。
3.如权利要求1所述的利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法，其特征在于，所述聚合物纤维为聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维中的任意一种或多种组合。
4.如权利要求1所述的利用建筑垃圾再生骨料制备高强度混凝土的方法，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸减水剂和磷酸三丁酯消泡剂。
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