CN115636612A - 一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，且公开了一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法,包括以下步骤：将破碎得到的再生骨料先使用清水多次清洗,将纳米二氧化硅利用分散剂在去离子水中形成分散液，然后用于浸泡破碎之后的再生骨料，自然风干，之后将处理后的再生骨料浸泡在氢氧化钙溶液之中，同样自然风干之后便得到改性完成的再生骨料。该利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，通过采用该方法制得的再生骨料，不仅可以有很好的填充再生骨料的孔隙和裂缝，而且在碱性氢氧化钙溶液中能够促进水化，生成一些胶凝物质可以进一步填充和修补再生骨料的孔隙和裂缝，能够大大提升其物理性能，达到了强化效果好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法。
背景技术
随着我国城镇化进程的发展，建筑垃圾排放量逐年增长，大部分建筑垃圾未经任何处理，被运往郊外或城市周边进行简单填埋或露天堆存，这不仅浪费了土地和资源，还污染了环境；另一方面，随着人口的日益增多，建筑业对砂石骨料的需求量不断增长。长期以来，由于砂石骨料来源广泛易得，价格低廉，被认为是取之不尽、用之不竭的原材料而被随意开采，从而导致资源枯竭、山体滑坡、河床改道，严重破坏了自然环境。为了缓解这两方面的问题，我们决定对建筑固体废弃物进行重新利用，将其破碎、筛分、分选、洁净后作为再生骨料，最后用于混凝土的生产。不过通过机械破碎得到的再生骨料存在微裂纹多、吸水率大和品质差等的缺陷，需要对其进行强化改性。
目前，再生骨料的物理性能的提升几乎成为阻碍再生混凝土工业化生产的“瓶颈”。现阶段改性强化再生骨料的方法有：物理强化，主要就是磨法、立式偏心轮高速研磨法、卧式回转机械研磨法、加热研磨法等，该方法能够有效去除部分或者全部附着的砂浆，但是通常需要用到一些特殊的机械，操作较为繁杂，并且单一的处理方式在提升骨料性能的同时，也增加了能耗和时间成本；化学强化，主要是通过化学浆液的浸泡来改善再生骨料表面的孔隙结构以及加强其密实度来达到强化效果，但该方法对环境污染较大且改善效果有限；纳米强化，主要利用纳米材料的微集料作用可填充再生骨料表面和内部裂缝，同时纳米材料活性极高，可与骨料的旧水泥浆界面孔隙内部富集的Ca(OH)2发生二次水化反应，其生成物C-S-H凝胶能够充分填充孔隙并改善旧水泥浆界面，但该种方法不够经济且改性效果还有提升空间。
在强化再生骨料领域，中国专利(CN201911043904.1)“一种废弃混凝土再生骨料的清洗强化方法”对再生骨料进行超声波洗涤，然后将洗涤后的再生骨料加入再生骨料强化剂和洗涤用水，进行超声波强化处理,其中再生骨料强化剂按质量份数计，由渗透剂20-40份、硅灰15-20份,纳米材料5-10份和催化组剂1-2份组成。该方法操作简单，能大大减少清洗时间和用水量，提高清洗效率，降低清洗成本，通过清洗强化，有效减少再生骨料吸水率，提高骨料强度。中国专利(CN201010558423.7)“一种全再生混凝土骨料的纳米强化方法”，将再生粗骨料经纳米碳酸钙溶液浸泡来填充再生骨料的微裂缝和开口孔隙，提高再生骨料本身的强度。截至目前，还未见到利用纳米二氧化硅分散液和氢氧化钙溶液共同对再生骨料进行复合改性进行以此强化其物理性能。韩国专利(KR20200117424A)“一种利用热冲击的再生骨料分离方法及其分离系统”，通过对加热的再生骨料迅速冷却步骤来分离基质和砂浆以得到高质量的再生骨料。韩国专利(KR101118581B1)“一种再生骨料水泥砂浆剥离方法”，通过由主分离单元和子分离单元组成的再生骨料水泥砂浆剥离系统，连续进行第一分离过程和第二分离过程，提供一种再生骨料的水泥砂浆剥离方法，从而获得高质量的再生骨料。
为了克服目前纳米二氧化硅分散液价格昂贵以及化学改性效果有限，选择对纳米二氧化硅在分散剂中进行超声分散，制备出纳米二氧化硅分散液进行纳米改性和化学改性相结合的复合改性，因此提出一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法来解决上述所提出的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，具备强化效果好等优点，解决了再生骨料强化效果较差，严重影响了再生骨料使用效果的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，包括以下步骤：
1)将破碎得到的再生骨料先使用清水多次清洗，然后放入105±5℃烘箱中烘干至恒重以备用；
2)将分散剂和聚羧酸减水剂在机械搅拌作用下加入到去离子水中，一分钟后缓慢均匀加入纳米二氧化硅，直至成为透明的分散液；
3)将步骤1)中处理过的再生骨料浸泡在步骤2)中制得的分散液中24h，每8h人工匀速搅拌两分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干；
4)将步骤3)中晾干的再生骨料浸泡在5％的氢氧化钙溶液中8h，每隔2h人工均匀搅拌一分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干便得到强化完成的再生骨料。
进一步，步骤2)中所述分散剂和聚羧酸减水剂的机械搅拌转速为 400r/min-600r/min，步骤2)中所述纳米二氧化硅的机械搅拌转速为 300r/min-550r/min。
进一步，包括以下重量份数配比的原料：聚羧酸减水剂8-10g、分散剂 16-20g、纳米二氧化硅40-50g、去离子水720-900g，氢氧化钙溶液800-1000g。
进一步，包括以下重量份数配比的原料：聚羧酸减水剂8g、分散剂16g、纳米二氧化硅40g、去离子水720g，氢氧化钙溶液800g。
进一步，包括以下重量份数配比的原料：聚羧酸减水剂9g、分散剂18g、纳米二氧化硅45g、去离子水810g，氢氧化钙溶液900g。
进一步，包括以下重量份数配比的原料：聚羧酸减水剂10g、分散剂20g、纳米二氧化硅50g、去离子水900g，氢氧化钙溶液1000g。
进一步，聚羧酸减水剂是市面上常用的以丙烯酸为主链合成的，固含量为9％。
进一步，分散剂为圣诺普科SN5040分散剂，聚羧酸钠盐型，质量分数为 43％，pH为7.5，比重在常温下为1.29；氢氧化钙溶液质量分数为3％。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，具备以下有益效果：
1、该利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，通过采用该方法制得的再生骨料，不仅可以有很好的填充再生骨料的孔隙和裂缝，而且在碱性氢氧化钙溶液中能够促进水化，生成一些胶凝物质可以进一步填充和修补再生骨料的孔隙和裂缝，能够大大提升其物理性能，达到了强化效果好的优点，解决了再生骨料强化效果较差，严重影响了再生骨料使用效果的问题。
2、该利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，通过纳米二氧化硅分散液为实验室自行配置，能够有效节省一定的经济成本，通过实验采用常温常压的条件，实验设备要求低，操作简便，有利于工业化生产，且产品可多次循环利用，符合我国绿色循环的发展理念，达到了环保效果好的优点。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，包括以下步骤：
1)将破碎得到的再生骨料先使用清水多次清洗，然后放入105±5℃烘箱中烘干至恒重以备用；
2)将16g质量分数为43％的分散剂和8g质量分数为9％的聚羧酸减水剂在机械搅拌作用下加入到720g去离子水中，一分钟后缓慢均匀加入56纳米二氧化硅，直至成为透明的分散液；
3)将步骤1)中处理过的再生骨料浸泡在步骤2)中制得的分散液中24h，每8h人工匀速搅拌两分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干；
4)将步骤3)中晾干的再生骨料浸泡在5％的氢氧化钙溶液中8h，每隔 2h人工均匀搅拌一分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干便得到强化完成的再生骨料。
其中，步骤2)中所述分散剂和聚羧酸减水剂的机械搅拌转速为 400r/min-600r/min，步骤2)中所述纳米二氧化硅的机械搅拌转速为 300r/min-550r/min。
需要说明的是，该聚羧酸减水剂是市面上常用的以丙烯酸为主链合成的，固含量为9％，该分散剂为圣诺普科SN5040分散剂，聚羧酸钠盐型，质量分数为43％，pH为7.5，比重在常温下为1.29；该氢氧化钙溶液质量分数为3％。
实施例二：
利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，包括以下步骤：
1)将破碎得到的再生骨料先使用清水多次清洗，然后放入105±5℃烘箱中烘干至恒重以备用；
2)将14g质量分数为43％的分散剂和7g质量分数为9％的聚羧酸减水剂在机械搅拌作用下加入到731g去离子水中，一分钟后缓慢均匀加入48纳米二氧化硅，直至成为透明的分散液；
3)将步骤1)中处理过的再生骨料浸泡在步骤2)中制得的分散液中48h，每12h人工匀速搅拌两分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干；
4)将步骤3)中晾干的再生骨料浸泡在4％的氢氧化钙溶液中10h，每隔2h人工均匀搅拌一分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干便得到强化完成的再生骨料。
其中，步骤2)中所述分散剂和聚羧酸减水剂的机械搅拌转速为 400r/min-600r/min，步骤2)中所述纳米二氧化硅的机械搅拌转速为 300r/min-550r/min。
需要说明的是，该聚羧酸减水剂是市面上常用的以丙烯酸为主链合成的，固含量为9％，该分散剂为圣诺普科SN5040分散剂，聚羧酸钠盐型，质量分数为43％，pH为7.5，比重在常温下为1.29；该氢氧化钙溶液质量分数为3％。
实施例三：
利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，包括以下步骤：
1)将破碎得到的再生骨料先使用清水多次清洗，然后放入105±5℃烘箱中烘干至恒重以备用；
2)将12g质量分数为43％的分散剂和6g质量分数为9％的聚羧酸减水剂在机械搅拌作用下加入到742g去离子水中，30秒后缓慢均匀加入40g纳米二氧化硅，直至成为透明的分散液；
3)将步骤1)中处理过的再生骨料浸泡在步骤2)中制得的分散液中72h，每18h人工匀速搅拌两分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干；
4)将步骤3)中晾干的再生骨料浸泡在3％的氢氧化钙溶液中12h，每隔2h人工均匀搅拌一分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干便得到强化完成的再生骨料。
其中，步骤2)中所述分散剂和聚羧酸减水剂的机械搅拌转速为 400r/min-600r/min，步骤2)中所述纳米二氧化硅的机械搅拌转速为 300r/min-550r/min。
需要说明的是，该聚羧酸减水剂是市面上常用的以丙烯酸为主链合成的，固含量为9％，该分散剂为圣诺普科SN5040分散剂，聚羧酸钠盐型，质量分数为43％，pH为7.5，比重在常温下为1.29；该氢氧化钙溶液质量分数为3％。
实验效果：
测定实施例1、2、3均为强化再生骨料的三种改性方案。
表1为实施例1、2、3所得到的再生骨料改性前后的主要物理性能的数据对比。
由表1数据可知，采用本发明所述的改性方案均能够使吸水率和压碎值分别降低11.11％、7.58％以上，强化效果还是较为明显的。
从实施例1中改性之后的再生骨料的场发射扫描电镜照片可看出，改性之前(a)的再生骨料存在许多孔隙和裂缝，且凹凸不平，而改性之后(b) 的再生骨料表面变得更加光滑、平整、密实，且裂缝和孔隙减少。
表1
本发明的有益效果是：
1、该利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，通过采用该方法制得的再生骨料，不仅可以有很好的填充再生骨料的孔隙和裂缝，而且在碱性氢氧化钙溶液中能够促进水化，生成一些胶凝物质可以进一步填充和修补再生骨料的孔隙和裂缝，能够大大提升其物理性能，达到了强化效果好的优点，解决了再生骨料强化效果较差，严重影响了再生骨料使用效果的问题。
2、该利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，通过纳米二氧化硅分散液为实验室自行配置，能够有效节省一定的经济成本，通过实验采用常温常压的条件，实验设备要求低，操作简便，有利于工业化生产，且产品可多次循环利用，符合我国绿色循环的发展理念，达到了环保效果好的优点。
以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将破碎得到的再生骨料先使用清水多次清洗，然后放入105±5℃烘箱中烘干至恒重以备用；
2)将分散剂和聚羧酸减水剂在机械搅拌作用下加入到去离子水中，一分钟后缓慢均匀加入纳米二氧化硅，直至成为透明的分散液；
3)将步骤1)中处理过的再生骨料浸泡在步骤2)中制得的分散液中24h，每8h人工匀速搅拌两分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干；
4)将步骤3)中晾干的再生骨料浸泡在5％的氢氧化钙溶液中8h，每隔2h人工均匀搅拌一分钟，浸泡完成放在通风处自然晾干便得到强化完成的再生骨料。
2.根据权利要求1所述的一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，其特征在于：步骤2)中所述分散剂和聚羧酸减水剂的机械搅拌转速为400r/min-600r/min，步骤2)中所述纳米二氧化硅的机械搅拌转速为300r/min-550r/min。
3.根据权利要求1所述的一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：聚羧酸减水剂8-10g、分散剂16-20g、纳米二氧化硅40-50g、去离子水720-900g，氢氧化钙溶液800-1000g。
4.根据权利要求1所述的一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：聚羧酸减水剂8份、分散剂16份、纳米二氧化硅40份、去离子水720份，氢氧化钙溶液800份。
5.根据权利要求1所述的一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：聚羧酸减水剂9g、分散剂18g、纳米二氧化硅45g、去离子水810g，氢氧化钙溶液900g。
6.根据权利要求1所述的一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：聚羧酸减水剂10g、分散剂20g、纳米二氧化硅50g、去离子水900g，氢氧化钙溶液1000g。
7.根据权利要求1所述的一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，其特征在于：聚羧酸减水剂是市面上常用的以丙烯酸为主链合成的，固含量为9％。
8.根据权利要求1所述的一种利用纳米分散液和化学溶液复合强化再生骨料的方法，其特征在于：分散剂为圣诺普科SN5040分散剂，聚羧酸钠盐型，质量分数为43％，pH为7.5，比重在常温下为1.29；氢氧化钙溶液质量分数为3％。
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2022
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