CN115611576A - 一种利用建筑垃圾制备的uhpc板及其制备方法 - 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制备的UHPC板及其制备方法，以重量份数计，由以下原料制备而成：水泥55‑70份、再生建筑垃圾20‑40份、磨细石英砂80‑100份、硅灰10‑15份、聚羧酸减水剂2‑5份、聚醚改性硅油消泡剂1‑2份、高弹性模量纤维5‑10份、低弹性模量纤维5‑10份、聚合物乳液10‑20份、水20‑30份，本发明所制备UHPC板的力学性能优良，具有优异的抗压、抗折、抗拉性能，而且抗冲击性能良好，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
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制备的UHPC板及其制备方法。
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。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。现代建筑工程结构要求混凝土具备更高的强度，普通混凝土已难以胜任，超高性能混凝土(UItra-high performance concrete，以下简称UHPC)以其超高的强度和优异的耐久性逐渐成为研究热点。目前，建筑垃圾多被用于路基填料，在UHPC中的研究与应用较少。
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制备的 UHPC板及其制备方法。
所采用的技术方案如下：
一种利用建筑垃圾制备的UHPC板，以重量份数计，由以下原料制备而成：
水泥55-70份、再生建筑垃圾20-40份、磨细石英砂80-100份、硅灰10-15 份、聚羧酸减水剂2-5份、聚醚改性硅油消泡剂1-2份、高弹性模量纤维5-10 份、低弹性模量纤维5-10份、聚合物乳液10-20份、水20-30份。
进一步地，所述再生建筑垃圾为建筑物建设、修缮、拆除过程中所产生的废弃物，经过粗破、分选、磁选、细破、筛分后铝掺杂酸性硅溶胶浸渍、焙烧与激发剂混合球磨后获得的。
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，所述高弹性模量纤维为石棉纤维、玻璃纤维、钢纤维、碳纤维中的任意一种或多种组合。
进一步地，所述低弹性模量纤维为聚乙烯醇纤维、尼龙纤维或聚丙烯纤维中的任意一种或多种组合。
进一步地，所述聚合物乳液为有机氟硅改性丙烯酸酯互穿网络聚合物乳液。
进一步地，有机氟硅改性丙烯酸酯互穿网络聚合物乳液的制备方法如下：
将八甲基环四硅氧烷、KH-570、乙烯基三乙氧基硅烷、水、乳化剂、十二烷基苯磺酸混合均匀，在一定温度下聚合后，冷却至室温，用氢氧化钠溶液调节体系pH至7-8，得到有机硅乳液，再将有机硅乳液与丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸十二氟庚酯、水、引发剂混合，溶胀24-48h后在 70-80℃聚合，并在聚合过程中适时补加适量的乳化剂，即可得到所述有机氟硅改性丙烯酸酯互穿网络聚合物乳液。
本发明还提供了一种利用建筑垃圾制备的UHPC板的制备方法：
将水泥、再生建筑垃圾、磨细石英砂、硅灰、高弹性模量纤维、低弹性模量纤维混合均匀得到第一混合物，将聚羧酸减水剂、聚醚改性硅油消泡剂加入水中混合均匀得到第二混合物，先将聚合物乳液加入第一混合物中搅拌至均匀后分多次加入第二混合物，得到拌合物，将拌合物倒入模具中，第一次振动30-50s后，间隔10-20s后，再次振动20-30s，使拌和物成型，放入标准养护箱中养护18-24h后拆模，进行蒸汽养护，最后放入标准养护箱中养护至规定龄期即可。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种利用建筑垃圾制备的UHPC板，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，高弹性模量纤维和低弹性模量纤维的加入可以发挥很好的协同作用，能够改善孔结构，降低了孔隙率，抑制UHPC的多尺度裂纹，聚合物乳液形成互穿网络结构，改善了所形成聚合物膜的柔韧性和耐冲击性，提高了UHPC板的抗压强度和耐久性，还能形成类似弹簧的缓冲效应，阻滞基体裂缝的形成与扩展，使得UHPC由脆性破坏变为塑性破坏，本发明所制备UHPC板的力学性能优良，具有优异的抗压、抗折、抗拉性能，而且抗冲击性能良好，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为本发明实施例1制备UHPC板的微观照片。
具体实施方式
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。
水泥：普通硅酸盐P.O 42.5R海螺水泥；
再生建筑垃圾：自制；
磨细石英砂：100-120目，江苏中盛硅材料科技；
硅灰：江苏中盛硅材料科技；
聚羧酸减水剂：昆明市生威混凝土外加剂有限责任公司；
聚醚改性硅油消泡剂：烟台恒鑫化工科技有限公司；
钢纤维：安平县联筑钢纤维制造有限公司生产的镀铜端钩型钢纤维；
聚丙烯纤维：山东良品新材料有限公司；
聚合物乳液：自制。
实施例1：
一种利用建筑垃圾制备的UHPC板，以重量份数计，由以下原料制备而成：
水泥64份、再生建筑垃圾25份、磨细石英砂90份、硅灰12份、聚羧酸减水剂4份、聚醚改性硅油消泡剂1.5份、钢纤维8份、聚丙烯纤维5份、聚合物乳液15份、水25份；
其中，再生建筑垃圾为建筑物建设、修缮、拆除过程中所产生的废弃物，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后干燥获得的。
铝掺杂酸性硅溶胶制备方法为：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，即可得到铝掺杂酸性硅溶胶。
聚合物乳液为有机氟硅改性丙烯酸酯互穿网络聚合物乳液，制备方法如下：
将88g八甲基环四硅氧烷、0.6g KH-570、1.2g乙烯基三乙氧基硅烷、500mL 水、1g乳化剂SDS、0.5g十二烷基苯磺酸混合均匀，在80℃下聚合1.5h后，冷却至室温，用5wt％氢氧化钠溶液调节体系pH至7-8，得到有机硅乳液，再将有机硅乳液与150g丙烯酸丁酯、5g甲基丙烯酸羟丙酯、12g丙烯酸十二氟庚酯、500mL水、2g引发剂AIBN混合，溶胀48h后在75℃聚合2h，在聚合过程中适时补加约0.5g的乳化剂SDS，即可得到所述有机氟硅改性丙烯酸酯互穿网络聚合物乳液。
上述利用建筑垃圾制备的UHPC板的制备方法：
将水泥、再生建筑垃圾、磨细石英砂、硅灰、钢纤维、聚丙烯纤维混合均匀得到第一混合物，将聚羧酸减水剂、聚醚改性硅油消泡剂加入水中混合均匀得到第二混合物，先将聚合物乳液加入第一混合物中搅拌至均匀后分多次加入第二混合物，得到拌合物，将拌合物倒入模具中，第一次振动35s后，间隔15s后，再次振动30s，使拌和物成型，放入标准养护箱中养护24h后拆模，进行蒸汽养护，最后放入标准养护箱中养护至规定龄期即可。
实施例2：
一种利用建筑垃圾制备的UHPC板，以重量份数计，由以下原料制备而成：
水泥70份、再生建筑垃圾40份、磨细石英砂100份、硅灰15份、聚羧酸减水剂5份、聚醚改性硅油消泡剂2份、钢纤维10份、聚丙烯纤维10份、聚合物乳液20份、水30份；
其中，再生建筑垃圾、聚合物乳液的制备方法同实施例1；
上述利用建筑垃圾制备的UHPC板的制备方法：
将水泥、再生建筑垃圾、磨细石英砂、硅灰、钢纤维、聚丙烯纤维混合均匀得到第一混合物，将聚羧酸减水剂、聚醚改性硅油消泡剂加入水中混合均匀得到第二混合物，先将聚合物乳液加入第一混合物中搅拌至均匀后分多次加入第二混合物，得到拌合物，将拌合物倒入模具中，第一次振动50s后，间隔20s后，再次振动30s，使拌和物成型，放入标准养护箱中养护24h后拆模，进行蒸汽养护，最后放入标准养护箱中养护至规定龄期即可。
实施例3：
一种利用建筑垃圾制备的UHPC板，以重量份数计，由以下原料制备而成：
水泥55份、再生建筑垃圾20份、磨细石英砂80份、硅灰10份、聚羧酸减水剂2份、聚醚改性硅油消泡剂1份、钢纤维5份、聚丙烯纤维5份、聚合物乳液10份、水20份；
其中，再生建筑垃圾、聚合物乳液的制备方法同实施例1；
上述利用建筑垃圾制备的UHPC板的制备方法：
将水泥、再生建筑垃圾、磨细石英砂、硅灰、钢纤维、聚丙烯纤维混合均匀得到第一混合物，将聚羧酸减水剂、聚醚改性硅油消泡剂加入水中混合均匀得到第二混合物，先将聚合物乳液加入第一混合物中搅拌至均匀后分多次加入第二混合物，得到拌合物，将拌合物倒入模具中，第一次振动30s后，间隔10s后，再次振动20s，使拌和物成型，放入标准养护箱中养护18h后拆模，进行蒸汽养护，最后放入标准养护箱中养护至规定龄期即可。
实施例4：
一种利用建筑垃圾制备的UHPC板，以重量份数计，由以下原料制备而成：
水泥70份、再生建筑垃圾20份、磨细石英砂100份、硅灰10份、聚羧酸减水剂5份、聚醚改性硅油消泡剂1份、钢纤维10份、聚丙烯纤维5份、聚合物乳液20份、水20份；
其中，再生建筑垃圾、聚合物乳液的制备方法同实施例1；
上述利用建筑垃圾制备的UHPC板的制备方法：
将水泥、再生建筑垃圾、磨细石英砂、硅灰、钢纤维、聚丙烯纤维混合均匀得到第一混合物，将聚羧酸减水剂、聚醚改性硅油消泡剂加入水中混合均匀得到第二混合物，先将聚合物乳液加入第一混合物中搅拌至均匀后分多次加入第二混合物，得到拌合物，将拌合物倒入模具中，第一次振动50s后，间隔10s后，再次振动30s，使拌和物成型，放入标准养护箱中养护18h后拆模，进行蒸汽养护，最后放入标准养护箱中养护至规定龄期即可。
实施例5：
一种利用建筑垃圾制备的UHPC板，以重量份数计，由以下原料制备而成：
水泥55份、再生建筑垃圾40份、磨细石英砂80份、硅灰15份、聚羧酸减水剂2份、聚醚改性硅油消泡剂2份、钢纤维5份、聚丙烯纤维10份、聚合物乳液10份、水30份；
其中，再生建筑垃圾、聚合物乳液的制备方法同实施例1；
上述利用建筑垃圾制备的UHPC板的制备方法：
将水泥、再生建筑垃圾、磨细石英砂、硅灰、钢纤维、聚丙烯纤维混合均匀得到第一混合物，将聚羧酸减水剂、聚醚改性硅油消泡剂加入水中混合均匀得到第二混合物，先将聚合物乳液加入第一混合物中搅拌至均匀后分多次加入第二混合物，得到拌合物，将拌合物倒入模具中，第一次振动30s后，间隔20s后，再次振动20s，使拌和物成型，放入标准养护箱中养护24h后拆模，进行蒸汽养护，最后放入标准养护箱中养护至规定龄期即可。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，再生建筑垃圾为建筑物建设、修缮、拆除过程中所产生的废弃物，经过粗破、分选、磁选、细破、筛分、过80目筛网后直接加入。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，再生建筑垃圾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，再生建筑垃圾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，不加入聚合物乳液。
对比例5：
与实施例1基本相同，区别在于，用市售丙烯酸酯乳液(上海保立佳化工有限公司生产，最低成膜温度(MFT)0℃，固含量52.5％，PH值7～9)代替自制有机氟硅改性丙烯酸酯互穿网络聚合物乳液。
性能测试：
将本发明实施例1-5及对比例1-5中所制备UHPC板作为试样进行性能测试；
抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度测定依据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行。
根据CECS13：2009《纤维混凝土试验方法标准》，采用落锤冲击仪器对试样进行落锤冲击试验，试验的冲击荷载由3kg的钢质实心球体从冲击高程为300mm作自由落体运动产生，在进行冲击试验前，先将试样的表面清理干净，然后无偏心安装在冲击试验装置上。在试验过程中，将冲击球提升至指定高度后释放，冲击球在自身重力下作自由落体运动撞击试样。每次冲击加载完成后，使用裂缝测宽仪和裂缝测深仪仔细检测试件表面的开裂和破坏情况。当试件出现第一条可视裂缝且裂缝宽度达到0.05mm时，记录此时的冲击次数即试件初裂的抗冲击次数为N1；当主裂缝贯穿试件截面时，定义为试样破坏，记录此时的冲击次数为破坏抗次数N2，以评价试样的抗冲击耗能。
将N1和N2代入下式，即可获得试样的抗初裂冲击耗能W1和抗破坏冲击耗能W2，这是评价抗冲击性能的重要指标。
W＝Nimgh
式中：W---冲击耗能，J；Ni---冲击次数；m---落锤质量，g---重力加速度，取9.8m/s2；h---冲击锤下落高度。
测试结果如下表1所示：
表1：
由上表1可知，本发明所制备UHPC板的力学性能优良，具有优异的抗压、抗折、抗拉性能，而且抗冲击性能良好。
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 (10)
1.一种利用建筑垃圾制备的UHPC板，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制备而成：
水泥55-70份、再生建筑垃圾20-40份、磨细石英砂80-100份、硅灰10-15份、聚羧酸减水剂2-5份、聚醚改性硅油消泡剂1-2份、高弹性模量纤维5-10份、低弹性模量纤维5-10份、聚合物乳液10-20份、水20-30份。
2.如权利要求1所述的利用建筑垃圾制备的UHPC板，其特征在于，所述再生建筑垃圾为建筑物建设、修缮、拆除过程中所产生的废弃物，经过粗破、分选、磁选、细破、筛分后铝掺杂酸性硅溶胶浸渍、焙烧与激发剂混合球磨后获得的。
3.如权利要求2所述的利用建筑垃圾制备的UHPC板，其特征在于，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。
4.如权利要求2所述的利用建筑垃圾制备的UHPC板，其特征在于，焙烧温度为580-620℃，焙烧时间为1-2h。
5.如权利要求2所述的利用建筑垃圾制备的UHPC板，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述的利用建筑垃圾制备的UHPC板，其特征在于，所述高弹性模量纤维为石棉纤维、玻璃纤维、钢纤维、碳纤维中的任意一种或多种组合。
7.如权利要求1所述的利用建筑垃圾制备的UHPC板，其特征在于，所述低弹性模量纤维为聚乙烯醇纤维、尼龙纤维或聚丙烯纤维中的任意一种或多种组合。
8.如权利要求1所述的利用建筑垃圾制备的UHPC板，其特征在于，所述聚合物乳液为有机氟硅改性丙烯酸酯互穿网络聚合物乳液。
9.如权利要求8所述的利用建筑垃圾制备的UHPC板，其特征在于，有机氟硅改性丙烯酸酯互穿网络聚合物乳液的制备方法如下：
将八甲基环四硅氧烷、KH-570、乙烯基三乙氧基硅烷、水、乳化剂、十二烷基苯磺酸混合均匀，在一定温度下聚合后，冷却至室温，用氢氧化钠溶液调节体系pH至7-8，得到有机硅乳液，再将有机硅乳液与丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸十二氟庚酯、水、引发剂混合，溶胀24-48h后在70-80℃聚合，并在聚合过程中适时补加适量的乳化剂，即可得到所述有机氟硅改性丙烯酸酯互穿网络聚合物乳液。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的利用建筑垃圾制备的UHPC板的制备方法，其特征在于，将水泥、再生建筑垃圾、磨细石英砂、硅灰、高弹性模量纤维、低弹性模量纤维混合均匀得到第一混合物，将聚羧酸减水剂、聚醚改性硅油消泡剂加入水中混合均匀得到第二混合物，先将聚合物乳液加入第一混合物中搅拌至均匀后分多次加入第二混合物，得到拌合物，将拌合物倒入模具中，第一次振动30-50s后，间隔10-20s后，再次振动20-30s，使拌和物成型，放入标准养护箱中养护18-24h后拆模，进行蒸汽养护，最后放入标准养护箱中养护至规定龄期即可。
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