CN116177913A - 基于碳氟化合物的再生骨料强化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及再生骨料强化技术领域，公开了一种基于碳氟化合物的再生骨料强化剂及其制备方法和应用，本发明强化剂包括硅源、氨基酸，所述硅源上枝接有氟碳基团；在实现对水泥硬化浆体再生骨料强化的同时，部分氨基酸通过羧基与硅源上羟基反应被接枝在硅源上，而未参与接枝的氨基酸在骨料热处理过程中，能够发生聚合反应并在骨料表面或孔隙内生成蛋白质三维结构，可阻止硅源向外迁移，保障强化剂中硅源与水化产物的反应；此外氟碳基团通过硅源接枝，进一步的硅源与水泥浆体反应，牢固接枝在孔隙内部水泥浆体表面，使其具备长期附着稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及再生骨料强化技术领域，涉及一种基于碳氟化合物的再生骨料强化剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国城市化进程的不断加快，高层、超高层建筑、高速道路、大型桥梁等土木工程的建设得到快速发展。尤其是废弃建筑工程中，废弃的水泥硬化浆体的量大，是难以处理的建筑垃圾之一。
水泥硬化浆体作为建筑垃圾再生骨料具有孔隙率高、吸水率高、表面微裂纹多、强度低等缺陷，难以在高等级混凝土中直接应用，需要进一步强化其力学性能。常见的强化方法有包覆与渗透强化两类方法，包覆方法骨料内部孔隙未被填充，骨料强度未有实质性提升；渗透强化可解决这一问题，主要分为硅酸盐溶液、纳米材料溶液、渗透结晶材料等渗透强化方法，但是因表面张力等原因，渗透深度和效率有限，直接影响强化效率与效果；而且，建筑垃圾再生骨料的高吸水率也是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少部分地克服现有技术中存在的上述和/或其他潜在的问题：提供一种基于碳氟化合物的再生骨料强化剂及其制备方法和应用，本发明强化剂在实现对水泥硬化浆体再生骨料强化的同时，部分氨基酸通过羧基与硅源上羟基反应被接枝在硅源上，而未参与接枝的氨基酸在骨料热处理过程中，能够发生聚合反应并在骨料表面或孔隙内生成蛋白质三维结构，可阻止硅源向外迁移，保障强化剂中硅源与水化产物的反应；此外氟碳基团通过硅源接枝，进一步的硅源与水泥浆体反应，牢固接枝在孔隙内部水泥浆体表面，使其具备长期附着稳定性，可以进一步减少废弃水泥硬化浆体作为骨料时的吸水、吸减水剂现象的同时，还能长期保持该特性，从而降低其用于制备混凝土时水与减水剂用量，保障混凝土性能。
本发明的技术解决方案如下：一种基于碳氟化合物的再生骨料强化剂，包括硅源、氨基酸，所述硅源上枝接有氟碳基团。
进一步地，硅源为纳米二氧化硅或者硅溶胶中的一种或者两种的混合物。
进一步地，氟碳基团是采用氟碳表面活性剂与硅源酯化或脱水的方式在硅源上接枝而得。
进一步地，氟碳表面活性剂为全氟辛酸或全氟辛基磺酸中的一种或两种的混合物。
为实现上述技术效果，本发明还提供了基于碳氟化合物的再生骨料强化剂的制备方法，将氟碳表面活性剂和硅源加入溶剂水中进行加热，加热温度为40-100℃，保持5min-2h后冷却至10-30℃，再向冷却后的混合液中加入氨基酸，混和均匀而得。
进一步地，强化剂中硅源的含量为0.1-10%，所述氟碳表面活性剂用量为硅源的0.1-3%，所述氨基酸用量为硅源的0.03%-3%，余量为水。
本发明还提供了基于碳氟化合物的再生骨料强化剂在建筑垃圾强化中的应用，包括如下步骤：
将含有硬化水泥浆的建筑垃圾浸入所述的强化剂中或将所述强化剂喷洒在建筑垃圾骨料上，然后在对附着或浸渍有强化剂的建筑垃圾骨料加热至80-100℃，并保持5min-2h，得到对应的建筑垃圾再生骨料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在强化剂的硅源上接枝氟碳链，使得硅源表面张力显著下降，提升硅源在建筑垃圾骨料中渗透效率与渗透深度，从而填充在硬化水泥浆体的孔隙或间隙处；同时，强化剂中氨基酸在强化剂加热处理骨料过程中，部分氨基酸中羧基与硅源上羟基反应，被接枝在硅源上；而未参与接枝的氨基酸在骨料热处理过程中，发生聚合反应并在建筑垃圾骨料表面、孔隙内部生成蛋白质三维结构，能够显著增大自身大小，可防止强化剂在硅源与水泥水化产物未充分反应前向骨料外迁移脱除，弱化强化效果。此外，游离的氨基酸及枝接在硅源的氨基酸的聚合也能填充在骨料孔隙内，尤其是能够弥补硅源未能填充的孔隙部分，可在硅源未与水化产物充分反应的前期产生骨料强化作用；直至后期，强化剂中硅源与骨料孔隙的中水化产物间的水化反应，进一步对水泥硬化浆体的内部孔隙产生密实效应，强化骨料。
通过硅源、氨基酸的多种封堵效应协同作用强化骨料，并且可减少废弃水泥硬化浆体作为骨料时的吸水现象；另外，因氟碳链通过在硅源上接枝，且硅源中亲水羟基与氨基酸的亲水基团充分聚合反应或与水化产物反应而被消耗，氟碳的憎水、憎油效果得以出现，而硅源进一步与骨料孔隙表面水泥浆体反应，使氟碳基团牢固锚固在水泥浆体表面，使其具备长期稳定的憎水、憎油功能，从而降低减水剂与水的用量，且长期具备该能力，从而保障该骨料制备混凝土性能。
附图说明
图1为实施例2中采用强化剂浸渍后的建筑垃圾骨料的扫描电镜图；
图2为实施例2中直接采用纳米二氧化硅溶液浸渍后的建筑垃圾骨料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
实施例1
基于碳氟化合物的再生骨料强化剂，包括硅源、氨基酸，所述硅源上枝接有氟碳基团。
氟碳基团是采用氟碳表面活性剂与硅源酯化或脱水方式在硅源上接枝而得。本实施例中的氟碳表面活性剂为全氟辛酸。
本实施例中，基于碳氟化合物的再生骨料强化剂可以由如下方法制得：
将氟碳表面活性剂和硅源加入溶剂水中进行加热，加热温度为40-100℃，保持5min-2h后冷却至10-30℃，再向冷却后的混合液中加入氨基酸，混和均匀而得。强化剂中硅源的含量为0.1-10%，所述氟碳表面活性剂用量为硅源的0.1-3%，所述氨基酸用量为硅源的0.03%-3%，余量为水。
本实施例中基于碳氟化合物的再生骨料强化剂可应用于建筑垃圾强化，具体强化流程包括如下步骤：
将含有硬化水泥浆的建筑垃圾浸入强化剂中或将所述强化剂喷洒在建筑垃圾骨料上，然后在对附着或浸渍有强化剂的建筑垃圾骨料加热至80-100℃，并保持5min-2h，得到对应的建筑垃圾再生骨料。
在本实施例中，在强化剂中的硅源上接枝氟碳基团，因氟碳基团具有良好的表面张力降低的能力，可以降低带硅源强化剂溶液的表面张力，提升强化剂中的硅源在建筑垃圾骨料孔隙中的渗透效率与渗透深度，从而填充在硬化水泥浆体的孔隙或间隙处，后续渗入的建筑垃圾骨料孔隙中的硅源与骨料中水化产物间的二次水化反应，生成二次水化产物，能够对水泥硬化浆体的内部孔隙产生更好的密实效应。但是，由于硅源渗入孔隙中并与水化产物反应是一个动态平衡过程，硅源既有渗入过程，也有渗出过程；为了规避硅源的渗出，使更多的硅源填充在含硬化水泥浆体的建筑垃圾骨料孔隙内提升建筑垃圾骨料的强度，本实施例中的强化剂中氨基酸可以通过加热处理浸渍或喷淋强化剂的骨料，部分氨基酸中羧基与硅源上羟基反应，被接枝在硅源上；而未参与接枝的氨基酸在骨料热处理过程中，发生聚合反应并在建筑垃圾骨料孔隙及表面生成蛋白质三维结构，能够显著增大自身大小，可防止强化剂中的硅源与水泥水化产物未充分反应前向骨料外迁移脱除，从而规避硅源从建筑垃圾骨料孔隙内渗出后弱化强化效果的问题。除此之外，游离的氨基酸及枝接在硅源的氨基酸的聚合也能填充在骨料孔隙内，尤其是能够弥补硅源未能填充的孔隙部分，可在硅源未与水化产物充分反应的前期产生骨料强化作用；直至后期，强化剂中硅源与骨料孔隙的中水化产物间的水化反应，进一步对水泥硬化浆体的内部孔隙产生密实效应，强化骨料。
此外，随着硅源中亲水羟基与氨基酸等亲水基团充分聚合反应或与水化产物反应而被消耗，氟碳的憎水、憎油效果得以出现，使处理后的建筑垃圾骨料具备憎水、憎油功能；而硅源进一步与骨料孔隙内表面或表面水泥浆体反应，使得枝接在硅源上的氟碳基团更加牢固地被锁定在硬化水泥浆体的表面、孔隙或微裂纹处，提高氟碳基团的附着稳定性，可以降低含水泥硬化浆体再生骨料的长期吸水率，可以降低混凝土拌和时减水剂与水的用量。因此，经该强化剂处理的再生骨料应用于混凝土中时，可以规避混凝土拌和用水量以及减水剂的用量的上升的问题，改善混凝土性能，且能使混凝土具有良好的防水效果。
实施例2
本实施例以纳米二氧化硅作为硅源，氟碳表面活性剂选用全氟辛酸，氨基酸选用天冬氨酸，将全氟辛酸和纳米二氧化硅加入水中进行加热，加热温度为90℃，保持2h后冷却至25℃，再向冷却后的混合液中加入天冬氨酸，搅拌均匀后得到浸渍处理液。浸渍处理液中以质量百分比含量计，纳米二氧化硅含量为5%，氟碳表面活性剂含量为纳米二氧化硅总质量的1%，氨基酸含量为纳米二氧化硅总质量的1%，余量为水。
将废弃的水泥硬化浆体骨料（压碎值9.4%，粒径5-10mm）放入浸渍处理液中进行浸渍。对比试验采用纳米二氧化硅溶液直接进行浸渍处理。在浸渍1小时后取出浸渍的骨料，进行渗透深度、压碎值测试，到达相关龄期后进行骨料吸水率测试。相关数据如下表所示：
以上试验数据表明：在硅源上接枝氟碳基团和氨基酸，可以提升硅源在含水泥硬化浆体的建筑垃圾骨料中的渗透效率与渗透深度，浸渍1小时后的压碎值明显降低，而且能够降低废弃水泥硬化浆体再生骨料的长期吸水率，从而增大废弃硬化水泥浆体再生骨料的长期耐水性。此外，图1为本专利强化剂浸渍建筑垃圾骨料的扫描电镜图（SEM），图2为直接采用纳米二氧化硅溶液浸渍建筑垃圾骨料的扫描电镜图（SEM）。从图中可以看出，采用本专利强化剂浸渍建筑垃圾骨料的密实程度明显高于直接采用纳米二氧化硅溶液浸渍建筑垃圾骨料，也能够证明可以降低其长期吸水率，且能够提升建筑垃圾骨料的强度。
以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于碳氟化合物的再生骨料强化剂，其特征在于，包括硅源、氨基酸，所述硅源上枝接有氟碳基团。
2.根据权利要求1所述的基于碳氟化合物的再生骨料强化剂，其特征在于：所述硅源为纳米二氧化硅或者硅溶胶中的一种或者两种的混合物。
3.根据权利要求1所述的基于碳氟化合物的再生骨料强化剂，其特征在于：所述氟碳基团是采用氟碳表面活性剂与硅源酯化或脱水的方式在硅源上接枝而得。
4.根据权利要求3所述的基于碳氟化合物的再生骨料强化剂，其特征在于：所述氟碳表面活性剂为全氟辛酸或全氟辛基磺酸中的一种或两种的混合物。
5.一种权利要求1-5任一项基于碳氟化合物的再生骨料强化剂的制备方法，其特征在于，将氟碳表面活性剂和硅源加入溶剂水中进行加热，加热温度为40-100℃，保持5min-2h后冷却至10-30℃，再向冷却后的混合液中加入氨基酸，混和均匀而得。
6.根据权利要求5所述的基于碳氟化合物的再生骨料强化剂的制备方法，其特征在于：所述强化剂中硅源的含量为0.1-10%，所述氟碳表面活性剂用量为硅源的0.1-3%，所述氨基酸用量为硅源的0.03%-3%，余量为水。
7.基于碳氟化合物的再生骨料强化剂在建筑垃圾强化中的应用，其特征在于，包括如下步骤：将含有硬化水泥浆的建筑垃圾浸入所述强化剂中或将所述强化剂喷洒在建筑垃圾骨料上，然后在对附着或浸渍有强化剂的建筑垃圾骨料加热至80-100℃，并保持5min-2h，得到对应的建筑垃圾再生骨料。
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2023
- 2023-02-14 CN CN202310112335.1A patent/CN116177913A/zh active Pending
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