CN116102316A - 一种环保型再生混凝土及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种环保型再生混凝土及其制备工艺。环保型再生混凝土由混凝土拌和物经过入模养护后得到，混凝土拌和物包括如下重量份的组分：再生粗骨1160‑1180份，细骨料780‑800份，防水剂36‑40份，硅酸盐水泥250‑270份，粉煤灰100‑120份，水118‑122份，减水剂3.5‑3.9份。本申请通过激发剂激发废弃混凝土颗粒的水化活性，再通过第二改性液促进废弃混凝土颗粒的碳化，消耗废弃混凝土颗粒中残留的胶凝材料，得到了再生粗骨料。本申请的再生粗骨料在混凝土拌和物中不容易释放氢氧化钙，因此与直接使用废弃混凝土颗粒的情况相比降低了混凝土拌和物的碱度，有助于缓解碱骨料反应。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种环保型再生混凝土及其制备工艺。
背景技术
再生骨料指的是将废弃混凝土、废弃粘土砖等建筑废料破碎后，再经过筛分、清洗等处理后得到的骨料。使用再生骨料生产再生混凝土是处置建筑废料的合理方式之一，能够减少对天然骨料的消耗，减少对环境的破坏。
相关技术中有一种再生混凝土，由混凝土拌和物经过入模养护后得到，该混凝土拌和物包括如下重量份的组分：再生粗骨料1170份，细骨料790份，硅酸盐水泥260份，粉煤灰110份，水120份，减水剂3.7份，细骨料为石英砂，再生粗骨料为废弃混凝土的破碎产物。
针对上述中的相关技术，发明人认为，在相关技术中，再生粗骨料的颗粒内仍然保存有一部分尚未水化的胶凝材料，这部分胶凝材料在混凝土拌和物中发生水化后，会导致混凝土拌和物的碱度提高，存在使碱骨料反应加剧的风险，容易造成混凝土的膨胀。
发明内容
相关技术中，再生粗骨料会使得混凝土拌和物的碱度提高，进而使碱骨料反应加剧，容易造成混凝土的膨胀。为了改善这一缺陷，本申请提供一种环保型再生混凝土及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种环保型再生混凝土，采用如下的技术方案：
一种环保型再生混凝土，所述环保型再生混凝土由混凝土拌和物经过入模养护后得到，所述混凝土拌和物包括如下重量份的组分：再生粗骨料1160-1180份，细骨料780-800份，防水剂36-40份，硅酸盐水泥250-270份，粉煤灰100-120份，水118-122份，减水剂3.5-3.9份，所述再生粗骨料由废弃混凝土颗粒依次在第一改性液、第二改性液中浸泡后得到，所述第一改性液的组分包括水和激发剂，所述激发剂用于激发废弃混凝土颗粒的水化活性，所述第二改性液的组分包括水、二氧化碳和碳酸丙烯酯，所述第二改性液中水和碳酸丙烯酯的重量比为1:(0.9-1.1)，所述二氧化碳在第二改性液中为溶解饱和状态。
通过采用上述技术方案，本申请通过第一改性液对废弃混凝土颗粒进行初步改性，第一改性液中的激发剂对废弃混凝土颗粒进行激发活化，促使废弃混凝土颗粒中尚未发生水化的胶凝材料与水反应，将未水化的胶凝材料转化为氢氧化钙。然后，经过第二改性液的处理，氢氧化钙和二氧化碳发生反应，完成了进一步的碳化，得到了再生粗骨料。本申请的再生粗骨料经过第一改性液和第二改性液的连续处理，消耗了尚未水化的胶凝材料，减少了混凝土拌和物中氢氧化钙的产生量，降低了混凝土拌和物的碱度，有助于缓解碱骨料反应，缓解了再生混凝土的膨胀。另外，防水剂能够减小混凝土的内部湿度，限制了碱性成分的扩散，同样有助于抑制碱骨料反应。
当二氧化碳的来源是工业二氧化碳尾气时，使用碳酸丙烯酯吸收二氧化碳是可选的处理方式之一。而本申请利用水和碳酸丙烯酯的混合液来吸收二氧化碳，是通过水的加入来为二氧化碳和氢氧化钙反应提供了反应条件，实现了二氧化碳的固定，同时也是对二氧化碳尾气处理方式的优化。
作为优选，所述混凝土拌和物包括如下重量份的组分：再生粗骨料1165-1175份，细骨料785-795份，防水剂37-39份，硅酸盐水泥255-265份，粉煤灰105-115份，水119-121份，减水剂3.6-3.8份。
通过采用上述技术方案，优选了混凝土拌和物的原料配比，有助于对碱骨料反应进行抑制。
作为优选，所述再生粗骨料按照如下方法制备：
(1)将废弃混凝土破碎，得到废弃混凝土颗粒；将水、激发剂混合，得到第一改性液；将水、碳酸丙烯酯混合，再通入二氧化碳至饱和，得到第二改性液；
(2)将废弃混凝土颗粒和第一改性液混合，在负压条件下浸渍40-60min，然后过滤回收废弃混凝土颗粒；
(3)将回收的废弃混凝土颗粒投入第二改性液中搅拌4-5h，浸渍过程中持续向第二改性液中通入二氧化碳，浸渍结束后进行过滤和干燥，得到再生粗骨料。
通过采用上述技术方案，本申请先在负压条件下使用第一改性液对废弃混凝土颗粒进行浸渍处理，使第一改性液中的激发剂充分进入废弃混凝土颗粒的孔隙中，并对废弃混凝土颗粒进行激发活化，然后通过第二改性液的处理消耗掉因激发活化而产生的氢氧化钙，得到了再生粗骨料。
作为优选，所述第一改性液的组分还包括碳酸钠。
通过采用上述技术方案，当废弃混凝土颗粒中残留的胶凝材料发生水化反应后，产生的氢氧化钙与碳酸钠反应产生碳酸钙和氢氧化钠，氢氧化钠易溶于水，因此容易从废弃混凝土颗粒中溶出，相当于提前消耗了废弃混凝土颗粒中具有水化活性的成分，降低了混凝土拌和物的碱度，有助于缓解碱骨料反应。另外，氢氧化钠能够促进废弃混凝土颗粒中残留胶凝材料的硅氧键和铝氧键断裂，使得残留的胶凝材料反应活性提高，促进了废弃混凝土颗粒水化活性的充分释放，降低了混凝土拌和物的碱度，有助于缓解碱骨料反应。
作为优选，所述激发剂选用三乙醇胺。
通过采用上述技术方案，三乙醇胺能够促进废弃混凝土颗粒中剩余的水泥颗粒中的铝酸三钙相发生水化反应，并且三乙醇胺中氮原子容易与废弃混凝土颗粒中的金属离子发生络合，有利于加快水化产物的扩散速率，实现了对废弃混凝土颗粒的激发活化效果。三乙醇胺的激发作用提高了浸渍过程中氢氧化钙的生成总量，提前消耗了废弃混凝土颗粒中具有水化活性的成分，有助于降低混凝土拌和物的碱度，缓解了再生混凝土中的碱骨料反应。
作为优选，所述激发剂选用氯化钙。
通过采用上述技术方案，氯化钙能够电离出的钙离子和氯离子能够扩散到废弃混凝土内的玻璃体相中，并与玻璃体相中的氧化铝成分反应生产水化氯铝酸钙，激发了废弃混凝土颗粒的活性。同时，氯化钙还能够与氢氧化钙反应产生氧氯化钙复盐，实现了对氢氧化钙的消耗，提前消耗了废弃混凝土颗粒中具有水化活性的成分，缓解了再生混凝土中的碱骨料反应。
作为优选，在制备所述再生粗骨料的步骤(2)中，负压条件下的真空度为140-200mbar。
通过采用上述技术方案，优选了负压条件下的真空度，在140-200mbar的真空度下，激发剂容易向废弃混凝土颗粒中渗透，真空度高于200mbar时激发剂的渗透效果不理想，而真空度低于140mbar时激发剂的渗透效果增加不明显。
作为优选，所述防水剂的组分包括硅酸钠。
通过采用上述技术方案，硅酸钠在混凝土中能够形成防水膜，阻碍水分的渗透，同时硅酸钠能够与硅酸盐水泥水化产生的氢氧化钙反应产生硅酸钙，有助于降低混凝土的碱度，有助于缓解碱骨料反应。
作为优选，所述防水剂的组分还包括十二烷基三乙氧基硅烷。
通过采用上述技术方案，十二烷基三乙氧基硅烷能够在混凝土拌和物中发生水解，并在水泥颗粒表面接枝十二烷基，增强了水泥颗粒的疏水性，增强了防水效果，有助于缓解碱骨料反应。
第二方面，本申请提供一种环保型再生混凝土的制备工艺，采用如下的技术方案。
一种环保型再生混凝土的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将水和减水剂混合，得到减水剂溶液；将再生粗骨料、细骨料、防水剂硅酸盐水泥和粉煤灰混合，得到干料；
(2)将干料和减水剂溶液混合，经过搅拌后得到混凝土拌和物；
(3)对混凝土拌和物进行入模养护，达到指定龄期后得到环保型再生混凝土。
通过采用上述技术方案，本申请的方法分别预备了干料和减水剂溶液，再将干料和减水剂溶液混合后得到了混凝土拌和物，混凝土拌和物经过入模养护后得到了环保型再生混凝土。本申请的环保型再生混凝土通过再生粗骨料对二氧化碳进行了固定，有助于实现碳中和与节能环保。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请通过激发剂激发废弃混凝土颗粒的水化活性，再通过第二改性液促进废弃混凝土颗粒的碳化，消耗废弃混凝土颗粒中残留的胶凝材料，得到了再生粗骨料。本申请的再生粗骨料在混凝土拌和物中不容易释放氢氧化钙，因此与直接使用废弃混凝土颗粒的情况相比降低了混凝土拌和物的碱度，有助于缓解碱骨料反应，减少了再生混凝土的膨胀。
2、本申请中优选激发剂选用氯化钙，氯化钙能够激发废弃混凝土颗粒的活性，同时氯化钙还能够与氢氧化钙反应产生氧氯化钙复盐，实现了对氢氧化钙的消耗，提前消耗了废弃混凝土颗粒中具有水化活性的成分，缓解了再生混凝土中的碱骨料反应。
具体实施方式
以下结合实施例、制备例和对比例对本申请作进一步详细说明，本申请涉及的原料均可通过市售获得。
再生粗骨料的制备例
以下以制备例1为例说明。
制备例1
本制备例中，再生粗骨料按照以下方法制备：
(1)将1400kg强度等级C40的废弃混凝土破碎，得到废弃混凝土颗粒；将1000kg水、30kg碳酸钠、10kg激发剂混合，得到第一改性液；将500kg水、500kg碳酸丙烯酯混合，再向混合物中通入二氧化碳至饱和，得到第二改性液；本步骤中，激发剂为三乙醇胺；
(2)将废弃混凝土颗粒和第一改性液混合，在真空度220mbar的负压条件下浸渍45min，然后过滤回收废弃混凝土颗粒；
(3)将回收的废弃混凝土颗粒投入第二改性液中搅拌4.5h，浸渍过程中持续通入二氧化碳，将第二改性液中的二氧化碳维持在饱和状态，浸渍结束后进行过滤，在105℃对过滤回收的颗粒进行干燥，得到再生粗骨料。
制备例2
本制备例与制备例1的不同之处在于，激发剂选用氯化钙。
制备例3-6
如表1，制备例3-6与制备例1的不同之处在于，在制备再生粗骨料的步骤(2)中，负压条件下的真空度不同。
表1负压条件下的真空度
| 样本 | 制备例1 | 制备例3 | 制备例4 | 制备例5 | 制备例6 |
| 真空度/mbar | 220 | 200 | 170 | 140 | 120 |
制备例7
本制备例与制备例1的不同之处在于，第一改性液的组分不包括激发剂。
制备例8
本制备例与制备例1的不同之处在于，第一改性液的组分不包括碳酸钠。
实施例
实施例1-5
以下以实施例1为例进行说明。
实施例1
本实施例中，再生粗骨料按照制备例1的方法制备，细骨料为满足《GB/T 14684-2011建设用砂》规定的2区天然石英砂，硅酸盐水泥的型号为P.O42.5，粉煤灰为火电厂生产的I级粉煤灰，聚羧酸减水剂的平均分子量为58000，水满足《JGJ 63-2006混凝土用水标准》的规定，混凝土的生产过程符合《GB 50164-2011混凝土质量控制标准》的规定。
本实施例中，环保型再生混凝土按照以下步骤制备：
(1)将122kg水和3.5kg减水剂混合，得到减水剂溶液；将1160kg再生粗骨料、780kg细骨料、36kg防水剂、250kg硅酸盐水泥和100kg粉煤灰混合，得到干料；本步骤中，防水剂为硅酸钠；
(2)将干料和减水剂溶液混合，经过搅拌后得到混凝土拌和物；
(3)对混凝土拌和物进行入模养护，达到指定龄期后得到环保型再生混凝土。
如表1,实施例1-5的不同之处主要在于原料配比不同。
表1
实施例6-10
如表2，实施例6-10与实施例3的不同之处在于，再生粗骨料的制备例不同。
表2再生粗骨料的制备例
| 样本 | 实施例3 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 |
| 制备例 | 制备例1 | 制备例2 | 制备例3 | 制备例4 | 制备例5 | 制备例6 |
实施例11
本实施例与实施例3的不同之处在于，防水剂由硅酸钠和十二烷基三乙氧基硅烷按照20:1的重量比混合而成。
对比例
对比例1
本对比例中，细骨料为满足《GB/T 14684-2011建设用砂》规定的2区天然石英砂，再生粗骨料为C40废弃混凝土的破碎产物，再生粗骨料粒径满足5-31.5mm连续级配。硅酸盐水泥的型号为P.O42.5，粉煤灰为火电厂生产的I级粉煤灰，聚羧酸减水剂的平均分子量为58000，水满足《JGJ 63-2006混凝土用水标准》的规定，混凝土的生产过程符合《GB 50164-2011混凝土质量控制标准》的规定。
本对比例提供一种再生混凝土，由混凝土拌和物经过入模养护后得到，该混凝土拌和物包括如下重量份的组分：再生粗骨料1170kg，细骨料790kg，硅酸盐水泥260kg，粉煤灰110kg，水120kg，减水剂3.7kg。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于，混凝土拌和物的组分不包括防水剂。
对比例3
本对比例与实施例3的不同之处在于，再生粗骨料按照制备例7的方法制备。
对比例4
本对比例与实施例3的不同之处在于，再生粗骨料按照制备例8的方法制备。
性能检测试验方法
以各实施例、对比例的混凝土拌和物为原料，参照《SL/T 352-2020-3.39骨料碱活性检验(混凝土棱柱体法)》进行入模成型和养护，并根据试样的初始长度和52周龄期时测得的长度计算膨胀率，每个实施例、对比例的膨胀率结果均为5个试件所测结果的平均值。
得到膨胀率后，计算各实施例、对比例的试样膨胀率与对比例1的试样膨胀率之比，结果记为相对膨胀率，结果见表3。
表3相对膨胀率
| 样本 | 相对膨胀率/％ | 样本 | 相对膨胀率/％ |
| 实施例1 | 76.4 | 实施例9 | 75.0 |
| 实施例2 | 76.3 | 实施例10 | 75.0 |
| 实施例3 | 76.2 | 实施例11 | 72.7 |
| 实施例4 | 76.2 | 对比例1 | 100.0 |
| 实施例5 | 76.1 | 对比例2 | 84.3 |
| 实施例6 | 74.6 | 对比例3 | 94.3 |
| 实施例7 | 75.4 | 对比例4 | 89.2 |
| 实施例8 | 75.1 | / | / |
结合实施例1-5和对比例1并结合表3可以看出，实施例1-5测得的相对膨胀率小于对比例1，说明本申请的环保型再生混凝土发生碱骨料反应的程度相当于对比例1有所减轻，因此混凝土试件产生的膨胀减少。
结合实施例3和对比例2并结合表3可以看出，实施例3测得的相对膨胀率小于对比例2，说明实施例3中防水剂通过阻碍水分的扩散抑制了碱骨料反应，从而减小了膨胀。
结合实施例3和对比例3并结合表3可以看出，实施例3测得的相对膨胀率小于对比例3，说明在没有激发剂存在的情况下，废弃混凝土颗粒自身发生水化的程度较低，不足以消耗足够的残余胶凝材料，残留的胶凝材料在水化后导致碱度升高，仍然会加剧碱骨料反应，并造成更严重的膨胀。
结合实施例3和对比例4并结合表3可以看出，实施例3测得的相对膨胀率小于对比例4，说明在未添加碳酸钠时，废弃混凝土颗粒的碳化程度较低，残留的氢氧化钙仍然有可能加剧碱骨料反应。
结合实施例3和实施例6并结合表3可以看出，实施例6测得的相对膨胀率小于实施例3，说明使用氯化钙作为激发剂能够起到更好的激发效果。
结合实施例3、实施例7-10并结合表3可以看出，在140-200mbar的真空度下，激发剂容易向废弃混凝土颗粒中渗透，真空度高于200mbar时激发剂的渗透效果不理想，而真空度低于140mbar时激发剂的渗透效果增加不明显。因此，将真空度优选为140-200mbar。
结合实施例3、实施例11并结合表3可以看出,硅酸钠和十二烷基三乙氧基硅烷共同使用时，能够进一步改善对碱骨料反应的抑制效果，从而减小了膨胀率。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种环保型再生混凝土，其特征在于，所述环保型再生混凝土由混凝土拌和物经过入模养护后得到，所述混凝土拌和物包括如下重量份的组分：再生粗骨料1160-1180份，细骨料780-800份，防水剂36-40份，硅酸盐水泥250-270份，粉煤灰100-120份，水118-122份，减水剂3.5-3.9份，所述再生粗骨料由废弃混凝土颗粒依次在第一改性液、第二改性液中浸泡后得到，所述第一改性液的组分包括水和激发剂，所述激发剂用于激发废弃混凝土颗粒的水化活性，所述第二改性液的组分包括水、二氧化碳和碳酸丙烯酯，所述第二改性液中水和碳酸丙烯酯的重量比为1:（0.9-1.1），所述二氧化碳在第二改性液中为溶解饱和状态。
2.根据权利要求1所述的环保型再生混凝土，其特征在于，所述混凝土拌和物包括如下重量份的组分：再生粗骨料1165-1175份，细骨料785-795份，防水剂37-39份，硅酸盐水泥255-265份，粉煤灰105-115份，水119-121份，减水剂3.6-3.8份。
3.根据权利要求1所述的环保型再生混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料按照如下方法制备：
（1）将废弃混凝土破碎，得到废弃混凝土颗粒；将水、激发剂混合，得到第一改性液；将水、碳酸丙烯酯混合，再通入二氧化碳至饱和，得到第二改性液；
（2）将废弃混凝土颗粒和第一改性液混合，在负压条件下浸渍40-60min，然后过滤回收废弃混凝土颗粒；
（3）将回收的废弃混凝土颗粒投入第二改性液中搅拌4-5h，浸渍过程中持续向第二改性液中通入二氧化碳，浸渍结束后进行过滤和干燥，得到再生粗骨料。
4.根据权利要求3所述的环保型再生混凝土，其特征在于，所述第一改性液的组分还包括碳酸钠。
5.根据权利要求3所述的环保型再生混凝土，其特征在于，所述激发剂选用三乙醇胺。
6.根据权利要求3所述的环保型再生混凝土，其特征在于，所述激发剂选用氯化钙。
7.根据权利要求3所述的环保型再生混凝土，其特征在于，在制备所述再生粗骨料的步骤（2）中，负压条件下的真空度为140-200mbar。
8.根据权利要求1所述的环保型再生混凝土，其特征在于，所述防水剂的组分包括硅酸钠。
9.根据权利要求8所述的环保型再生混凝土，其特征在于，所述防水剂的组分还包括十二烷基三乙氧基硅烷。
10.根据权利要求1-9任一所述的环保型再生混凝土的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将水和减水剂混合，得到减水剂溶液；将再生粗骨料、细骨料、防水剂硅酸盐水泥和粉煤灰混合，得到干料；
（2）将干料和减水剂溶液混合，经过搅拌后得到混凝土拌和物；
（3）对混凝土拌和物进行入模养护，达到指定龄期后得到环保型再生混凝土。
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