CN115417636B - 基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土及其制备方法和应用，包括以下原料：水泥、S105级粒化高炉矿渣粉、硅灰、再生轻质粗骨料、再生细骨料、空心玻璃微珠、塑钢纤维、高效减水剂和水；该基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土及其制备方法和应用能够保证强度、耐久性等性能的情况下，减少构件的自重，进而减少预制构件的尺寸、运输费用、吊装费用。

Description

基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
为了实现“碳达峰、碳中和”的可持续性发展目标，节能环保已经成为国家发展的重要环节。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种能够保证强度、耐久性等性能的情况下，减少构件的自重，进而减少预制构件的尺寸、运输费用、吊装费用的基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土及其制备方法和应用。
基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土，包括以下原料：水泥、S105级粒化高炉矿渣粉、硅灰、再生轻质粗骨料、再生细骨料、空心玻璃微珠、塑钢纤维、高效减水剂和水。
进一步的，包括以下重量份的原料：水泥240～392份、S105级粒化高炉矿渣粉120～224份、硅灰24～56份、再生轻质粗骨料538～651份、再生细骨料286～432份、空心玻璃微珠6～35份、塑钢纤维5～13份、高效减水剂4～14份和水98～139份。
进一步的，该水泥为P.O 52.5级普通硅酸盐水泥，该S105级粒化高炉矿渣粉的比表面积大于或等于500m2/kg，28天活性指数大于或等于105％，该硅灰的比表面积大于或等于15m2/g，其成分中SiO2的质量百分比含量大于或等于96％。
进一步的，该再生轻质粗骨料为污泥、粉煤灰和建筑弃土混合烧结而成，其中，各成分占质量百分比为：污泥10％～30％、粉煤灰60％～80％、建筑弃土5％～15％。
进一步的，该污泥为含有SiO2、AL2O3、CaO和Fe2O3成分的污泥，且其中SiO2和AL2O3的质量百分比含量大于或等于40％、Fe2O3的质量百分比含量大于或等于4％。
进一步的，该建筑弃土为含有SiO2、AL2O3和CaO成分的建筑废土，且其中SiO2和AL2O3的质量百分比含量大于或等于70％。
进一步的，该再生细骨料为废旧混凝土构件破碎、清洗而成，经筛分为粒径小于或等于4.75mm的颗粒，细度模数为2.31～2.72，该空心玻璃微珠的粒径为10～250微米，该塑钢纤维的抗拉强度大于或等于540MPa，弹性模量大于或等于7GPa,断裂伸长率为10～20％。
进一步的，该高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂、萘磺酸甲醛缩合物减水剂和氨基磺酸系高效减水剂中的一种。
本发明所要解决的另一技术问题为提供一种基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
取污泥、粉煤灰和建筑弃土称量、造粒和烘干，接着进行烧结和冷却，得到再生轻质粗骨料；
取废旧混凝土构件投入进料口进行筛分，筛去小于20mm的部分，然后投入破碎机进行破碎，接着进行除铁，并在除铁后再进行返料筛分，筛分出小于或等于30mm的部分，然后再进行进一步筛分，并将大于30mm的部分重新投入破碎机循环前述步骤，而小于30mm的部分则分为0-5mm再生细骨料、5-10mm再生粗骨料和10-30mm再生粗骨料；
将再生轻质粗骨料、空心玻璃微珠、水泥、S105级粒化高炉矿渣粉、硅灰和0-5mm再生细骨料混合搅拌均匀，得到均匀混合料；
将水和高效减水剂搅拌均匀后加入至均匀混合料中进行均匀搅拌，得到均匀混合浆体；
将均匀混合浆体加入塑钢纤维进行均匀搅拌，即可。
本发明所要解决的另一技术问题为提供一种如上述的基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土在RC构件中的应用。
本发明的有益效果是：
由污水厂污泥和煤电厂粉煤灰烧结而成的轻质陶粒、废旧混凝土构件破碎得到的再生细骨料制成的高性能轻骨料混凝土，该混凝土密度在1624～1846kg/m3，抗压强度可达75.1～83.1MPa，由该混凝土制成的RC构件能够保证强度、耐久性等性能的情况下，减少构件的自重，进而减少预制构件的尺寸、运输费用、吊装费用等。
附图说明
图1为本发明的一种基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土的制备流程图；
图2为污泥、粉煤灰和建筑弃土质量比对密度和抗压强度的影响示意图；
图3为塑钢纤维掺量对密度和抗压强度的影响示意图；
图4为硅灰掺量对密度和抗压强度的影响示意图；
图5为空心玻璃微珠对密度和抗压强度的影响示意图；
图6为水胶比对密度和抗压强度的影响示意图；
图7为砂率对密度和抗压强度的影响示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土，按重量份数计，具体组分如下：
水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料595.2份、再生细骨料353.9份、空心玻璃微珠18.6份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
绿色高性能混凝土是指强度低于70MPa、抗渗等级不小于P12、抗硫酸盐等级不小于KS120的混凝土。
该水泥为P.O 52.5级普通硅酸盐水泥，该S105级粒化高炉矿渣粉的比表面积大于或等于500m2/kg，28天活性指数大于或等于105％，该硅灰的比表面积大于或等于15m2/g，其成分中SiO2的质量百分比含量大于或等于96％。
该污泥为含有SiO2、AL2O3、CaO和Fe2O3成分的污泥，且其中SiO2和AL2O3的质量百分比含量大于或等于40％、Fe2O3的质量百分比含量大于或等于4％，该建筑弃土为含有SiO2、AL2O3和CaO成分的建筑废土，且其中SiO2和AL2O3的质量百分比含量大于或等于70％，该粉煤灰为F类I级粉煤灰。
该再生细骨料为废旧混凝土构件破碎、清洗而成，经筛分为粒径小于或等于4.75mm的颗粒，细度模数为2.31～2.72，该空心玻璃微珠的粒径为10～250微米，该塑钢纤维的抗拉强度大于或等于540MPa，弹性模量大于或等于7GPa,断裂伸长率为10～20％。
该高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂、萘磺酸甲醛缩合物减水剂和氨基磺酸系高效减水剂中的一种；该水为自来水，且满足《混凝土用水标准》(JGJ 63-2006)的要求。
参阅图1所示，上述基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
取污泥、粉煤灰和建筑弃土称量、造粒和烘干，接着进行烧结和冷却，得到再生轻质粗骨料；
取废旧混凝土构件投入进料口进行筛分，筛去小于20mm的部分，然后投入破碎机进行破碎，接着进行除铁，并在除铁后再进行返料筛分，筛分出小于或等于30mm的部分，然后再进行进一步筛分，并将大于30mm的部分重新投入破碎机循环前述步骤，而小于30mm的部分则分为0-5mm再生细骨料、5-10mm再生粗骨料和10-30mm再生粗骨料；
将再生轻质粗骨料、空心玻璃微珠、水泥、S105级粒化高炉矿渣粉、硅灰和0-5mm再生细骨料混合搅拌均匀，得到均匀混合料；
将水和高效减水剂搅拌均匀后加入至均匀混合料中进行均匀搅拌，得到均匀混合浆体；
将均匀混合浆体加入塑钢纤维进行均匀搅拌，即可。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料595.2份、再生细骨料353.9份、空心玻璃微珠18.6份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝3：6：1烧结而成。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料595.2份、再生细骨料353.9份、空心玻璃微珠18.6份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝1：8：1烧结而成。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料595.2份、再生细骨料353.9份、空心玻璃微珠18.6份、塑钢纤维4.8份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料595.2份、再生细骨料353.9份、空心玻璃微珠18.6份、塑钢纤维12.4份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥325份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰26份、再生轻质粗骨料595.2份、再生细骨料353.9份、空心玻璃微珠18.6份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
实施例7
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥299份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰52份、再生轻质粗骨料595.2份、再生细骨料353.9份、空心玻璃微珠18.6份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
实施例8
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料595.2份、再生细骨料353.9份、空心玻璃微珠7.5份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
实施例9
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料595.2份、再生细骨料353.9份、空心玻璃微珠29.6份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
实施例10
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料605.1份、再生细骨料360份、空心玻璃微珠18.9份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水106.3份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
实施例11
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料585.2份、再生细骨料348份、空心玻璃微珠18.3份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水129.1份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
实施例12
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料615.2份、再生细骨料314.7份、空心玻璃微珠16.6份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
实施例13
本实施例与实施例1的区别仅在于，按重量份数计，具体组分如下：
普通硅酸盐水泥312份、S105级粒化高炉矿渣粉169份、硅灰39份、再生轻质粗骨料574.2份、再生细骨料395份、空心玻璃微珠20.8份、塑钢纤维8.6份、减水剂5.3份、自来水117.7份。其中，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土＝2：7：1烧结而成。
对上述实施例中的混凝土的密度及抗压强度进行了测量，结果如下所示。
参阅图2所示，为污泥、粉煤灰和建筑弃土质量比对密度和抗压强度的影响测试结果，污水厂污泥、煤电厂粉煤灰和建筑弃土的质量比对该可再生轻骨料绿色高性能混凝土的密度影响较小，但对其抗压强度产生了一定影响。这是因为，不同质量比的污泥、粉煤灰和建筑弃土会对轻质高强陶粒的强度产生影响，进而影响可再生轻骨料绿色高性能混凝土的抗压强度。基于此，在本方案中，制作轻质高强陶粒的原材料中污水厂污泥、煤电厂粉煤灰和建筑弃土的最佳质量比为2：7：1。
参阅图3所示，为塑钢纤维掺量对密度和抗压强度的影响测试结果，在其他成分不变的情况下，仅改变塑钢纤维的掺量，所获得的可再生轻骨料绿色高性能的密度和抗压强度均有所变化。具体为，随着塑钢纤维掺量的增加，可再生轻骨料绿色高性能混凝土的密度呈略微上升趋势，而抗压强度呈现出先增加后减小的规律。若以抗压强度为主要研制目标，在本方案中，塑钢纤维的最佳体积率为0.9％。
参阅图4所示，为硅灰掺量对密度和抗压强度的影响测试结果，随着硅灰掺量的增加，可再生轻骨料绿色高性能混凝土的密度呈下降趋势。然而，可再生轻骨料绿色高性能混凝土的抗压强度呈现出先增长后下降的规律。若以抗压强度为主要研制目标，在本方案中，硅灰的最佳掺量为8％。
参阅图5所示，为空心玻璃微珠对密度和抗压强度的影响测试结果，空心玻璃微珠可明显降低可再生轻骨料混凝土的容重。但是，可再生轻骨料绿色高性能混凝土的抗压强度却并非随着空心玻璃微珠掺量的增加而始终呈上升趋势，而是其掺量超过一定值时，可再生轻骨料绿色高性能混凝土的抗压强度呈下降趋势。因此，单纯的降低混凝土的容重而忽略其他性能指标是不明智的。若以抗压强度为主要研制目标，在本方案中，空心玻璃微珠的最佳掺量为5％。
参阅图6所示，为水胶比对密度和抗压强度的影响测试结果，随着水胶比的增加，可再生轻骨料绿色高性能混凝土的密度呈上升趋势，而其抗压强度却呈现下降趋势。若仅以质量轻、强度高为目标，水胶比越低越好。但需要注意的是，水胶比是绿色高性能混凝土配合比设计中的非常重要的因素，除了考虑抗压强度指标以外，还需考虑抗渗性能、抗氯离子腐蚀等。因此，最佳的水胶比还需进一步研究。
参阅图7所示，为砂率对密度和抗压强度的影响测试结果，可再生轻骨料绿色高性能混凝土的密度随着砂率的增加而增加。这是因为，减轻混凝土容重的主要成分是轻质高强陶粒(粗骨料)和空心玻璃微珠(部分细骨料)，随着可再生细骨料的增加，可再生轻骨料绿色高性能混凝土的密度呈上升趋势。随着砂率的增加，可再生轻骨料绿色高性能混凝土的抗压强度呈现先增加后下降的趋势。若以抗压强度为主要研制目标，在本方案中，该可再生轻骨料绿色高性能混凝土的最佳砂率为39％。
本发明的有益效果是：
由污水厂污泥和煤电厂粉煤灰烧结而成的轻质陶粒、废旧混凝土构件破碎得到的再生细骨料制成的高性能轻骨料混凝土，该混凝土密度在1624～1846kg/m3，抗压强度可达75.1～83.1MPa，由该混凝土制成的RC构件能够保证强度、耐久性等性能的情况下，减少构件的自重，进而减少预制构件的尺寸、运输费用、吊装费用等。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.应用在RC构件中的基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：水泥 240～392 份、S105级粒化高炉矿渣粉 120～224份、硅灰 24～56份、再生轻质粗骨料538～651份、再生细骨料 286～432份、空心玻璃微珠6～35份、塑钢纤维 5～13份、高效减水剂4～14份和水98～139份，该再生轻质粗骨料为污泥、粉煤灰和建筑弃土混合烧结而成，其中，各成分占质量百分比为：污泥 10%～30%、粉煤灰 60%～80%、建筑弃土5%～15%，再生轻质粗骨料是按质量比污泥：粉煤灰：建筑弃土=2：7：1烧结而成。
2.根据权利要求1所述的基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土，其特征在于，该水泥为P.O 52.5级普通硅酸盐水泥，该S105级粒化高炉矿渣粉的比表面积大于或等于500 m2/kg，28天活性指数大于或等于105%，该硅灰的比表面积大于或等于15 m2/g，其成分中SiO2的质量百分比含量大于或等于96%。
3.根据权利要求1所述的基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土，其特征在于，该污泥为含有SiO2、AL2O3、CaO和Fe2O3成分的污泥，且其中SiO2和AL2O3的质量百分比含量大于或等于40%、Fe2O3的质量百分比含量大于或等于4%。
4.根据权利要求1所述的基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土，其特征在于，该建筑弃土为含有SiO2、AL2O3和CaO成分的建筑废土，且其中SiO2和AL2O3的质量百分比含量大于或等于70%。
5.根据权利要求1所述的基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土，其特征在于，该再生细骨料为废旧混凝土构件破碎、清洗而成，经筛分为粒径小于或等于4.75 mm的颗粒，细度模数为2.31～2.72，该空心玻璃微珠的粒径为10～250微米，该塑钢纤维的抗拉强度大于或等于540 MPa，弹性模量大于或等于7 GPa,断裂伸长率为10～20%。
6.根据权利要求1所述的基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土，其特征在于，该高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂、萘磺酸甲醛缩合物减水剂和氨基磺酸系高效减水剂中的一种。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的基于可再生轻骨料的绿色高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取污泥、粉煤灰和建筑弃土称量、造粒和烘干，接着进行烧结和冷却，得到再生轻质粗骨料；
取废旧混凝土构件投入进料口进行筛分，筛去小于20mm的部分，然后投入破碎机进行破碎，接着进行除铁，并在除铁后再进行返料筛分，筛分出小于或等于30mm的部分，然后再进行进一步筛分，并将大于30mm的部分重新投入破碎机循环前述步骤，而小于30mm的部分则分为0-5mm再生细骨料、5-10mm再生粗骨料和10-30mm再生粗骨料；
将再生轻质粗骨料、空心玻璃微珠、水泥、S105级粒化高炉矿渣粉、硅灰和0-5mm再生细骨料混合搅拌均匀，得到均匀混合料；
将水和高效减水剂搅拌均匀后加入至均匀混合料中进行均匀搅拌，得到均匀混合浆体；
将均匀混合浆体加入塑钢纤维进行均匀搅拌，即可。
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