CN116730679A - 一种耐久性再生骨料混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种耐久性再生骨料混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种耐久性再生骨料混凝土及其制备方法。混凝土包括以下原料：改性再生粗骨料、改性再生细骨料、再生微粉、水泥、粉煤灰、矿粉、增强纤维、减水剂、水和环氧树脂乳液；其中改性再生粗骨料和改性再生细骨料均通过改性液浸泡5‑6h后干燥得到，改性液包括以下重量份的原料制成：8‑10份壳聚糖、6‑8份乙酸、100‑120份水、20‑30份纳米氧化锆、20‑30份纳米二氧化硅和10‑20份膨润土；本申请制备的再生骨料混凝土具有抗裂性能好、力学性能好以及耐久性好的优点。

Description

一种耐久性再生骨料混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种耐久性再生骨料混凝土及其制备方法。
背景技术
随着城市化进程的发展，随之而来的是建筑垃圾大量堆积以及天然骨料资源的减少。建筑垃圾是指个人、建设单位或施工单位对各类建筑物、构筑物等进行铺设、建设或拆除过程中残留的弃土、弃料、渣土、淤泥及其他废弃物。废弃混凝土通常是建筑垃圾的最大组成部分，经过破碎筛分及一些其他工艺的废弃混凝土可以用来代替混凝土中的天然骨料，由废弃混凝土制备的骨料称为再生骨料。
利用废弃混凝土破碎加工而成的再生骨料(主要是再生粗骨料)部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。再生混凝土技术可实现对废弃混凝土的循环利用，部分或全部恢复其原有性能，形成新的建材产品，不但解决了部分环保问题，而且最大限度的利用了资源，符合建筑业可持续发展战略，是发展绿色生态混凝土的重要措施之一。
但是再生骨料在破碎过程中损伤累积在内部会造成大量微裂纹，因此与天然骨料相比，再生骨料存在许多问题，如自身的孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、压碎指标高、粘结性能弱等。因此，再生骨料制作的混凝土的耐久性较普通混凝土差，寿命更短，经不起日晒雨淋，容易渗水和抗压强度下降，只能用于简单的地基及墙体填充，无法用于建筑物表面及承重材料。
发明内容
为了提高再生骨料混凝土的耐久性，本申请提供一种耐久性再生骨料混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种耐久性再生骨料混凝土，采用如下的技术方案：
一种耐久性再生骨料混凝土，包括以下重量份的原料制成：80-100份改性再生粗骨料、30-40份改性再生细骨料、20-30份再生微粉、30-40份水泥、10-15份粉煤灰、10-15份矿粉、60-70份增强纤维、1-2份减水剂、20-25份水和15-20份环氧树脂乳液；
其中改性再生粗骨料和改性再生细骨料均通过改性液浸泡5-6h后干燥得到，改性液包括以下重量份的原料制成：8-10份壳聚糖、6-8份乙酸、100-120份水、20-30份纳米氧化锆、20-30份纳米二氧化硅和10-20份膨润土。
通过采用上述技术方案，矿粉的加入可以减少用水量，减少水泥的用量，降低水泥的水化热；并且矿粉还可以填充到混凝土中的水泥与骨料之间的缝隙中，提高混凝土的致密性，提高混凝土的强度；粉煤灰与矿粉的作用类似，含有火山活性成分，可以减少水泥的用量，降低水泥的水化热；粉煤灰不仅可以填充至混凝土的缝隙中，提高混凝土的致密性，还可以改善混凝土拌合料的流动性，改善混凝土的和易性；
环氧树脂为胶凝材料，能够显著提高再生骨料透水混凝土的抗压强度和抗渗性能，还可以有效的隔绝再生骨料与水的接触，降低再生骨料的透水性，除此之外，壳聚糖在再生粗骨料表面形成不透水薄膜，能够进一步降低再生骨料的透水性，并且壳聚糖表面具有丰富的官能团，能够提高与环氧树脂交联，进一步提高再生骨料混凝土的抗压强度，提高再生骨料混凝土的耐久性；乙酸为壳聚糖的溶解提供酸性环境，还能缓解碱骨料反应，从而减少再生骨料混凝土裂缝的生成，提高混凝土的耐久性。
在改性液加入膨润土可起到润滑的作用，膨润土使改性液中的纳米二氧化硅和纳米氧化锆快速浸入到再生骨料的破损空隙中，并且能使得壳聚糖在再生骨料表面快速成膜，除此之外，膨润土还具有一定的粘性，能够与壳聚糖配合，提高纳米二氧化硅和纳米氧化锆在再生骨料缝隙内的附着力，进而提高再生骨料的抗压强度和抗渗性能；纳米二氧化硅颗粒具有超细、高比表面积和高活性的优点，在浆液中形成纳米二氧化硅溶胶，具有填充效应，可以填充再生粗骨料中的微裂缝，减少内部孔隙的数量，改善再生粗骨料的密实程度，纳米二氧化硅可以与再生骨料中的氢氧化钙发生化学反应生成CSH凝胶从而填充在再生粗骨料缝隙处，使得再生粗骨料更加密实，降低空隙率，提高强度；纳米氧化锆硬度大，填充在再生骨料中，能够有效提高再生骨料的抗压强度；
因此，在本申请中，膨润土、纳米氧化硅和纳米氧化锆相互配合填充在再生骨料中，提高再生骨料的粘性和密实性，它们再配合壳聚糖和环氧树脂进一步提高再生骨料粘性并且降低再生骨料的透水性，从而提高再生骨料混凝土的抗压强度和耐久性。
优选的，所述纳米氧化锆、膨润土和纳米二氧化硅的质量比为6：5：3。
通过采用上述技术方案，纳米氧化锆、膨润土和纳米二氧化硅的质量比为6：5：3时，能够较好的发挥相互之间的协同作用，进一步提高再生骨料的抗压强度。
优选的，所述改性再生粗骨料粒径为20-40mm，所述改性再生细骨料粒径为5-20mm。
通过采用上述技术方案，上述改性再生粗骨料和改性再生细骨料的粒径级配，能够显著提高再生骨料混凝土的抗压性能。
优选的，所述增强纤维包括玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维。
通过采用上述技术方案，上述三种弹性、粗糙度不同的增强纤维混合在一起掺入混凝土，能够在混凝土中形成多向分布的三维网络支撑体系，增加混凝土韧性与致密性，提高混凝土抗压强度的同时，能够减少裂缝的产生，提高再生骨料混凝土的耐久性。
优选的，所述玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维的质量比为(2-3)：(1-2)：1。
通过采用上述技术方案，玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维的质量比为(2-3)：(1-2)：1，能够显著增强混凝土的抗压强度和耐久性。
优选的，所述增强纤维还经过以下改性步骤：
将增强纤维置于硅烷偶联剂KH550溶液中浸渍，静置干燥后制得改性后的增强纤维。
通过采用上述技术方案，采用硅烷偶联剂KH550改性增强纤维，使增强纤维表面带有氨基，氨基能与环氧树脂的环氧基团发生反应，提升增强纤维与混凝土之间的界面结合力，进一步提高混凝土的抗压强度和耐久性。
优选的，还添加有10-20份的空心玻璃微珠。
通过采用上述技术方案，空心玻璃微珠能够提高混凝土的和易性，还能减少水化热对混凝土的影响，从而减少裂缝生成，提高混凝土的耐久性。
第二方面，本申请提供一种耐久性再生骨料混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
包括以下步骤：
S1：将再生微粉、水泥、粉煤灰、矿粉混合均匀后加入减水剂、水和环氧树脂乳液，充分搅拌，制得预制混凝土；
S2:将改性再生粗骨料、改性再生细骨料与增强纤维骨料混合均匀后，制得共混物；然后将共混物与加入预制混凝土中，搅拌均匀后制得再生骨料混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、环氧树脂为胶凝材料，能够显著提高再生骨料透水混凝土的抗压强度和抗渗性能，还可以有效的隔绝再生骨料与水的接触，降低再生骨料的透水性，除此之外，壳聚糖在再生粗骨料表面形成不透水薄膜，能够进一步降低再生骨料的透水性，并且壳聚糖表面具有丰富的官能团，能够提高与环氧树脂交联，进一步提高再生骨料混凝土的抗压强度，提高再生骨料混凝土的耐久性；乙酸为壳聚糖的溶解提供酸性环境，还能缓解碱骨料反应，从而减少再生骨料混凝土裂缝的生成，提高混凝土的耐久性。
2、在改性液加入膨润土可起到润滑的作用，膨润土使改性液中的纳米二氧化硅和纳米氧化锆快速浸入到再生骨料的破损空隙中，并且能使得壳聚糖在再生骨料表面快速成膜，除此之外，膨润土还具有一定的粘性，能够与壳聚糖配合，提高纳米二氧化硅和纳米氧化锆在再生骨料缝隙内的附着力，进而提高再生骨料的抗压强度和抗渗性能；纳米二氧化硅颗粒具有超细、高比表面积和高活性的优点，在浆液中形成纳米二氧化硅溶胶，具有填充效应，可以填充再生粗骨料中的微裂缝，减少内部孔隙的数量，改善再生粗骨料的密实程度，纳米二氧化硅可以与再生骨料中的氢氧化钙发生化学反应生成CSH凝胶从而填充在再生粗骨料缝隙处，使得再生粗骨料更加密实，降低空隙率，提高强度；纳米氧化锆硬度大，填充在再生骨料中，能够有效提高再生骨料的抗压强度。
3、采用硅烷偶联剂KH550改性增强纤维，使增强纤维表面带有氨基，氨基能与环氧树脂的环氧基团发生反应，提升增强纤维与混凝土之间的界面结合力，进一步提高混凝土的抗压强度和耐久性。
具体实施方式
原料来源：
壳聚糖来自青岛悦康生物技术有限公司；
纳米氧化锆来自山东豪顺化工有限公司；
纳米二氧化硅来自山东万花天合新材料有限公司；
膨润土来自天津市燕东矿产品有限公司；
再生粗骨料、再生细骨料、再生微粉包括以下质量份数的原料制成：35％的硅酸盐水泥、25％的矿粉、27％的粉煤灰，1％减水剂，其余原料为水；
水泥来自文水县阳光水泥有限公司；
粉煤灰灵寿县海滨矿产品贸易有限公司；
矿粉来自灵寿县晶佳矿产品加工厂；
环氧树脂乳液来自山东昌耀新材料有限公司。
以下结合制备例和实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1
改性再生粗骨料和改性再生细骨料均通过改性液浸泡5h后干燥得到，其中改性液包括以下原料混合制成：8kg壳聚糖、6kg乙酸、100kg份水、20kg纳米氧化锆、20kg纳米二氧化硅和10kg膨润土。
制备例2
改性再生粗骨料和改性再生细骨料均通过改性液浸泡5.5h后干燥得到，其中改性液包括以下原料混合制成：9kg壳聚糖、7kg乙酸、110kg份水、25kg纳米氧化锆、25kg纳米二氧化硅和15kg膨润土。
制备例3
改性再生粗骨料和改性再生细骨料均通过改性液浸泡6h后干燥得到，其中改性液包括以下原料混合制成：10kg壳聚糖、8kg乙酸、120kg份水、30kg纳米氧化锆、30kg纳米二氧化硅和20kg膨润土。
制备例4
制备例4与制备例3的不同之处在于，未添加壳聚糖，其余步骤均与制备例3相同。
制备例5
制备例5与制备例3的不同之处在于，将壳聚糖替换为羧甲基纤维素，其余步骤均与制备例3相同。
制备例6
制备例6与制备例3的不同之处在于，未添加乙酸，其余步骤均与制备例3相同。
制备例7
制备例7与制备例3的不同之处在于，将纳米氧化锆替换为等量纳米二氧化硅，其余步骤均与制备例3相同。
制备例8
制备例8与制备例3的不同之处在于，将纳米二氧化硅替换为等量氧化锆，其余步骤均与制备例3相同。
制备例9
制备例9与制备例3的不同之处在于，将膨润土替换为等量纳米二氧化硅，其余步骤均与制备例3相同。
制备例10-14
制备例10-14与制备例3的不同之处在于，纳米氧化锆、纳米二氧化硅和膨润土的质量以及质量比不同，具体质量如下表所示：
表1制备例10-14中纳米氧化锆、纳米二氧化硅和膨润土的质量以及质量比表
制备例15
将增强纤维(玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维)置于质量浓度为5％的硅烷偶联剂KH550溶液中浸渍10min，静置干燥后制得改性后的增强纤维。
制备例16
将增强纤维(玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维)置于质量浓度为5％的聚甲基三乙氧基硅烷溶液中浸渍10min，静置干燥后制得改性后的增强纤维。
实施例
实施例1
一种耐久性再生骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：将20kg再生微粉、30kg水泥、10kg粉煤灰、10kg矿粉混合均匀后加入1kg聚羧酸减水剂、20kg水、10kg空心玻璃微珠和15kg环氧树脂乳液，充分搅拌，制得预制混凝土；
S2:将80kg粒径为20-40mm的改性再生粗骨料、30kg粒径为5-20mm的改性再生细骨料与60kg增强纤维(30kg玻璃纤维、15kg木质素纤维和15kg聚丙烯纤维)骨料混合均匀后，制得共混物；然后将共混物与加入预制混凝土中，搅拌均匀后制得再生骨料混凝土；其中改性再生粗骨料和改性再生细骨料来自制备例1。
实施例2
一种耐久性再生骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：将25kg再生微粉、35kg水泥、12kg粉煤灰、13kg矿粉混合均匀后加入1.5kg聚羧酸减水剂、22kg水、15kg空心玻璃微珠和18kg环氧树脂乳液，充分搅拌，制得预制混凝土；
S2:将90kg粒径为20-40mm的改性再生粗骨料、35kg粒径为5-20mm的改性再生细骨料与65kg增强纤维(35kg玻璃纤维、15kg木质素纤维和15kg聚丙烯纤维)骨料混合均匀后，制得共混物；然后将共混物与加入预制混凝土中，搅拌均匀后制得再生骨料混凝土；其中改性再生粗骨料和改性再生细骨料来自制备例1。
实施例3
一种耐久性再生骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：将30kg再生微粉、40kg水泥、15kg粉煤灰、15kg矿粉混合均匀后加入2kg聚羧酸减水剂、25kg水、20kg空心玻璃微珠和20kg环氧树脂乳液，充分搅拌，制得预制混凝土；
S2:将100kg粒径为20-40mm的改性再生粗骨料、40kg粒径为5-20mm的改性再生细骨料与70kg增强纤维(30kg玻璃纤维、20kg木质素纤维和20kg聚丙烯纤维)骨料混合均匀后，制得共混物；然后将共混物与加入预制混凝土中，搅拌均匀后制得再生骨料混凝土；其中改性再生粗骨料和改性再生细骨料来自制备例1。
实施例4-5
实施例4-5与实施例3的不同之处在于，改性再生粗骨料和改性再生细骨料分别依次来自制备例2-3，其余步骤均与实施例3相同。
实施例6-16
实施例6-16与实施例5的不同之处在于，改性再生粗骨料和改性再生细骨料分别依次来自制备例4-14，其余步骤均与实施例5相同。
实施例17
实施例17与实施例15的不同之处在于，改性再生粗骨料粒径为30-50mm，改性再生细骨料粒径为5-10mm，其余步骤均与实施例15相同。
实施例18
实施例18与实施例15的不同之处在于，未添加玻璃纤维，其余步骤均与实施例15相同。
实施例19
实施例19与实施例15的不同之处在于，未添加木质素纤维，其余步骤均与实施例15相同。
实施例20
实施例20与实施例15的不同之处在于，未添加聚丙烯纤维，其余步骤均与实施例15相同。
实施例21-25
实施例21-25与实施例15的不同之处在于，玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维的质量以及质量比不同，具体质量如下表所示：
表2实施例21-25玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维的质量以及质量比表
玻璃纤维/kg 木质素纤维/kg 聚丙烯纤维/kg 三者质量比
实施例21 35 17.5 17.5 2:1:1
实施例22 35 21 14 2.5:1.5:1
实施例23 35 23.3 11.7 3:2:1
实施例24 21 35 14 1.5:2.5:1
实施例25 49 7 14 3.5:0.5:1
实施例26-27
实施例26-27与实施例22的不同之处在于，增强纤维还经过改性，改性方法分别依次来自制备例15-16，其余步骤均与实施例22相同。
实施例28
实施例28与实施例26的不同之处在于，未添加空心玻璃微珠，其余步骤均与实施例26相同。
对比例
对比例1
对比例1与实施例5的不同之处在于，再生粗骨料和再生细骨料未经过改性液改性，其余步骤均与实施例5相同。
对比例2
对比例2与实施例5的不同之处在于，未添加环氧树脂乳液，其余步骤均与实施例5相同。
性能检测试验
检测方法
参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，将混凝土产品制作成若干边长为150mm的立方体标准试块，室温养护，进行抗裂性能、抗压强度和劈裂抗拉强度测试。
抗裂性能按照下述方法进行：参照GB/T50082-2009中对再生骨料混凝土抗裂性能进行检测，测得28d再生骨料混凝土的单位面积上的总开裂面积(mm2/㎡)，检测结果如表3所示。
抗压性能测试：参照《普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002》对实施例128和对比例12提供的混凝土进行28天抗压强度进行检测,检测结果见表3所示。
抗劈裂强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对实施例128和对比例12提供的混凝土进行28d抗劈裂强度测试。
对实施例1-28以及对比例1-2制备的混凝土进行老化实验后测试28d总开裂面积、抗劈裂强度和抗压强度，老化条件为：将混凝土试块放入紫外老化箱，紫外线强度为210W/m2，老化温度为60℃，紫外老化时间为1d，然后浸入水中，-20℃下冰冻，冰冻时间为1d,循环14次。
表3实施例128以及对比例12混凝土的性能测试
结合实施例1-3以及表3的数据可以看出，实施例1-3制备的再生骨料混凝土抗压强度和抗劈裂强度高，28天抗压强度均达到44.3MPa以上，28天抗劈裂强度达到7.3MPa以上，经过老化实验的再生骨料混凝土，与未经过老化实验的再生骨料相比，总开裂面积略微增加，抗压强度和抗劈裂强度略有下降，证明本申请制备的再生骨料混凝土的耐久性较好。
结合实施例3-5以及表1的数据可以看出，实施例5制备的再生骨料混凝土的抗裂性能、抗压强度和抗劈裂强度较好，即制备例3制备的改性再生粗骨料和改性再生细骨料的性能较优。
结合实施例5-7以及表3的数据可以看出，壳聚糖改性再生骨料，并且与环氧树脂配合，能够显著提高混凝土的抗裂性能、抗压强度和抗劈裂强度，并且未经过壳聚糖改性或者经过羧甲基纤维素改性的再生骨料制成的混凝土的耐久性显著下降。
结合实施例5和实施例8以及表3的数据可以看出，再生骨料改性过程中添加乙酸能够提高再生骨料性能，从而提高混凝土的抗裂性能，主要是由于乙酸为壳聚糖提供一定的溶解环境，还能缓解碱骨料反应。
结合实施例5、实施例9-11以及表3的数据可以看出，膨润土、纳米氧化硅和纳米氧化锆相互配合填充在再生骨料中，并且与壳聚糖和环氧树脂配合，能够提高混凝土的抗裂性能、抗压性能、抗劈裂性能和耐久性。
结合实施例5、实施例12-16以及表3的数据可以看出，实施例15的抗裂性能、力学性能以及耐久性能较好，即纳米氧化锆、膨润土和纳米二氧化硅的质量比为6：5：3时，能够较好的发挥相互之间的协同作用，使得改性后的再生骨料制成混凝土的性能较优。
结合实施例15、实施例17以及表3的数据可以看出，改性再生粗骨料粒径为20-40mm，改性再生细骨料粒径为5-20mm时，制备的混凝土的力学性能较优。
结合实施例15、实施例18-20以及表3的数据可以看出，玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维三种弹性、粗糙度不同的增强纤维混合在一起掺入混凝土，能够相互配合在混凝土中形成多向分布的三维网络支撑体系，增加混凝土的抗裂性能、力学性能和耐久性。
结合实施例15、实施例21-25以及表3的数据可以看出，玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维的质量比为(2-3)：(1-2)：1时，能够充分发挥彼此的配合作用，显著增强混凝土的抗压强度和耐久性。
结合实施例22、实施例26-27以及表3的数据可以看出，增强纤维经过硅烷偶联剂KH550改性，能够显著提高混凝土的抗压强度和耐久性。
结合实施例22、实施例28以及表3的数据可以看出，空心玻璃微珠能够提高混凝土的抗压强度和耐久性。
结合实施例5、实施例6-7、对比例1-2以及表1的数据可以看出，本申请制备的改性液能够显著提高再生骨料的性能，在本申请中，膨润土、纳米氧化硅和纳米氧化锆相互配合填充在再生骨料中，提高再生骨料的粘性和密实性，再配合壳聚糖和环氧树脂进一步提高再生骨料粘性并且降低再生骨料的透水性，从而提高再生骨料混凝土的抗裂性能、力学性能和耐久性。
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 (8)

1.一种耐久性再生骨料混凝土，其特征在于：包括以下重量份的原料制成：80-100份改性再生粗骨料、30-40份改性再生细骨料、20-30份再生微粉、30-40份水泥、10-15份粉煤灰、10-15份矿粉、60-70份增强纤维、1-2份减水剂、20-25份水和15-20份环氧树脂乳液；
其中改性再生粗骨料和改性再生细骨料均通过改性液浸泡5-6h后干燥得到，改性液包括以下重量份的原料制成：8-10份壳聚糖、6-8份乙酸、100-120份水、20-30份纳米氧化锆、20-30份纳米二氧化硅和10-20份膨润土。
2.根据权利要求1所述的一种耐久性再生骨料混凝土，其特征在于：所述纳米氧化锆、膨润土和纳米二氧化硅的质量比为6：5：3。
3.根据权利要求1所述的一种耐久性再生骨料混凝土，其特征在于：所述改性再生粗骨料粒径为20-40mm，所述改性再生细骨料粒径为5-20mm。
4.根据权利要求1所述的一种耐久性再生骨料混凝土，其特征在于：所述增强纤维包括玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维。
5.根据权利要求4所述的一种耐久性再生骨料混凝土，其特征在于：所述玻璃纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维的质量比为（2-3）：（1-2）：1。
6.根据权利要求5所述的一种耐久性再生骨料混凝土，其特征在于：所述增强纤维还经过以下改性步骤：
将增强纤维置于硅烷偶联剂KH550溶液中浸渍，静置干燥后制得改性后的增强纤维。
7.根据权利要求1所述的一种耐久性再生骨料混凝土，其特征在于：还添加有10-20份的空心玻璃微珠。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的耐久性再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将再生微粉、水泥、粉煤灰、矿粉混合均匀后加入减水剂、水和环氧树脂乳液，充分搅拌，制得预制混凝土；
S2:将改性再生粗骨料、改性再生细骨料与增强纤维骨料混合均匀后，制得共混物；然后将共混物与加入预制混凝土中，搅拌均匀后制得再生骨料混凝土。
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