CN117342833B - 超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法 - Google Patents
超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117342833B CN117342833B CN202311653595.6A CN202311653595A CN117342833B CN 117342833 B CN117342833 B CN 117342833B CN 202311653595 A CN202311653595 A CN 202311653595A CN 117342833 B CN117342833 B CN 117342833B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parts
- concrete
- ultra
- geopolymer
- recycled concrete
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 title claims abstract description 34
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 51
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 46
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 33
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 26
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 25
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 25
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 25
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 21
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 11
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 10
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 10
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 claims description 9
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 claims description 8
- 229920005551 calcium lignosulfonate Polymers 0.000 claims description 8
- RYAGRZNBULDMBW-UHFFFAOYSA-L calcium;3-(2-hydroxy-3-methoxyphenyl)-2-[2-methoxy-4-(3-sulfonatopropyl)phenoxy]propane-1-sulfonate Chemical compound [Ca+2].COC1=CC=CC(CC(CS([O-])(=O)=O)OC=2C(=CC(CCCS([O-])(=O)=O)=CC=2)OC)=C1O RYAGRZNBULDMBW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000009775 high-speed stirring Methods 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 4
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 claims description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 229920005552 sodium lignosulfonate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 abstract description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 description 36
- 229920003041 geopolymer cement Polymers 0.000 description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 4
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000004574 high-performance concrete Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- JLDKGEDPBONMDR-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane;hydrate Chemical compound O.[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O JLDKGEDPBONMDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100136092 Drosophila melanogaster peng gene Proteins 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- YAIQCYZCSGLAAN-UHFFFAOYSA-N [Si+4].[O-2].[Al+3] Chemical compound [Si+4].[O-2].[Al+3] YAIQCYZCSGLAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 229920005601 base polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001595 contractor effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229930014626 natural product Natural products 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/006—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B16/00—Use of organic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of organic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B16/04—Macromolecular compounds
- C04B16/06—Macromolecular compounds fibrous
- C04B16/0616—Macromolecular compounds fibrous from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B16/0625—Polyalkenes, e.g. polyethylene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
- C04B18/08—Flue dust, i.e. fly ash
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
- C04B18/141—Slags
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/16—Waste materials; Refuse from building or ceramic industry
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/02—Treatment
- C04B20/04—Heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
本发明涉及地聚物基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法，通过对地聚物混凝土进行纤维增韧处理，并配合经工艺处理得到的改性再生砂，经陶瓷颗粒的引导分布形成缓冲层从而缓解砂料和胶凝材料之间的摩擦和冲击，改善地聚物混凝土的脆性，进而制备一种低碳经济、力学性能优异的具有应变硬化特性的超高延性矿渣‑粉煤灰基地聚物再生混凝土，实现了工业固体废料和废弃混凝土的循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及地聚物基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法。
背景技术
地聚物混凝土是一种新型建筑环保材料，具有快速凝结和早期强度高的特点，同时还具备出色的耐火性、耐酸腐蚀性和抗冻融性等优异性能。
地聚物混凝土的制备原料来源广泛，主要来源于工业固体废料。
区别于传统混凝土，地聚物混凝土的液化过程需要合适的碱激发剂进行活化，相同等级下的地聚物混凝土成本较普通混凝土低11%左右。
此外，大量的建筑垃圾，经过对回收和再利用的废弃混凝土一系列工艺处理得到的改性再生砂能够在很大程度上替代天然砂，进一步降低混凝土制备成本。
因此将地聚物与再生砂结合制备混凝土，不仅可以节约成本，也可实现建筑材料的低碳制备。
然而，地聚物混凝土却如普通水泥一样是一种高脆性材料，抗拉性能和延性较差，制约了地聚物混凝土的应用。
地聚物混凝土的脆性主要是由于材料在承受荷载作用时缺少传统混凝土中胶凝材料和骨料之间的缓冲作用，需要进行掺加原料进行试验来补充这种缓冲作用。
一般再生砂是由废弃混凝土经过处理得到的，其形状和大小可能会有较大的变化和不均匀性，这会导致在地聚物中存在颗粒聚集、空隙或不均匀分散的问题，影响地聚物的物理力学性能。因此需要对再生砂进行改性处理来改善再生砂的颗粒形状。
此外，进一步提高地聚物混凝土韧性的方法是在混凝土基体中加入具有较高延伸率的短切纤维。
UHDC(Ultra-high Ductile Concrete，UHDC)是一种具有卓越工程性能的新型建筑材料，经过优化材料组成、控制颗粒级配和添加短切聚乙烯纤维，在受拉伸荷载作用下能够表现出多缝稳态开裂的特性。
这种多缝稳态开裂的特性使得UHDC能够承受更大的变形，从而提高了结构的延性和塑性变形能力。
如能借鉴UHDC的纤维增韧强化方法，并配合改性再生砂对基体的缓冲作用，得到具有高变形能力的地聚物混凝土对于其推广应用具有重要意义。
专利1（陈加耘，李兵，陈栋，磨细高钛矿渣粉煤灰复合高性能混凝土，CN101514088A，20081008）公布了一种掺入高钛矿渣、粉煤灰而后通过机械或物理活化制备而成的高性能混凝土，该发明的高性能混凝土其高性能表现在抗压强度高，干缩性能优异。
但其抗拉强度、韧性及抗裂性能没有提升。
专利2（范小春，张宇，汪阳，一种矿渣粉煤灰基碱激发胶凝材料及其制备方法，CN115259702A，20221096）公布了一种以矿渣和粉煤灰为主要灰体材料经碱激发剂活化制备成胶凝材料，该发明的胶凝材料的抗压强度有所提高，但没有利用矿渣粉煤灰的胶凝体系来提高其抗拉强度，增韧效果不明显。
专利3（白礼太，范兴木，张鹏，马超，王斌，马露，高勇，一种矿渣-粉煤灰基地聚物复合胶凝材料的制备方法，CN116751001A，20231083）公布了一种掺合料以矿渣为主，辅以粉煤灰为改性材料，并加入聚丙烯醇纤维制备成一种地聚物复合胶凝材料，其抗压强度与抗折强度较普通混凝土有所提高，但并未增强其抗拉强度及韧性方面。
现有技术中采用地聚物作为胶凝材料，并采用再生细骨料制备高延性混凝土的记载很少，如何利用地聚物和再生细骨料制备超高延性混凝土，实现固体废弃物的大宗利用，提高建材绿色低碳化，具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法，本发明通过对地聚物混凝土进行纤维增韧处理，并配合经工艺处理得到的改性再生砂，经陶瓷颗粒的引导分布形成缓冲层从而缓解砂料和胶凝材料之间的摩擦和冲击，改善地聚物混凝土的脆性，进而制备一种低碳经济、力学性能优异的具有应变硬化特性的超高延性矿渣-粉煤灰基地聚物再生混凝土，实现了工业固体废料和废弃混凝土的循环利用。
具体的，本发明超高延性地聚物再生混凝土，由如下重量份原料组成：矿渣粉400-560份，粉煤灰600-750份，改性再生砂430-970份，聚乙烯纤维8-20份，氢氧化钠溶液10-20份，水玻璃25-50份，陶瓷颗粒40-90份，减水剂5-10份，水230-430份。
优选的，所述改性再生砂制备工艺为：
a.将废弃混凝土利用旋回破碎机进行首次破碎，
b.将步骤a首次破碎得到的碎块经过反击式破碎机进行二次破碎处理，筛分，得到直径小于4.75mm的骨料，
c.将步骤b所得骨料进行磁选除铁，
d.将磁选除铁后的骨料洗涤、烘干，
e.将烘干后的骨料放置在时效热处理炉中进行热处理，即得。
优选的，步骤d烘干采用电热鼓风干燥箱。
优选的，步骤e热处理温度为200-350℃，通过热胀冷缩效应改善再生砂的颗粒形状，提高材料的均匀性和性能稳定性。
优选的，所述陶瓷颗粒的粒径为0.5-1.0mm。
优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐。
优选的，所述矿渣粉等级为S105，密度≥2.8g/m3，比表面积≥700m2/kg。矿渣可在碱激发剂的活化下与粉煤灰形成胶凝产物，促进混凝土早期的强度发展。
矿渣比表面积大，具有良好的流动性和吸附性，能更好的填充因碱激发剂造成混凝土内部大量细小的孔隙；矿渣表面活性高，地聚物混凝土中掺入一定量的矿渣后，可以显著提高其反应活性；矿渣中Ca2+含量较高，可与碱激发剂中的OH-反应生成 C-S-H 凝胶，使地聚物的微观结构更致密，从而有助于抗压强度的提高。
优选的，所述粉煤灰为F类粉煤灰，粒径范围为50-400μm，比表面积≥600m2/kg。
粉煤灰与碱激发剂的活化反应稳定，粉煤灰中的硅铝氧化物与碱激发剂反应生成水化硅酸钙（C-S-H）的凝胶结构，有助于增强混凝土的强度和耐久性。
粉煤灰的粒径小，可填充混凝土中细小孔隙，减少混凝土的收缩和裂缝的产生；同时粉煤灰中的高硅酸含量和球形颗粒结构可有效改善混凝土的渗透性和开裂倾向，防止外界侵蚀物质的渗入，有效降低混凝土的腐蚀、开裂和老化的风险。
粉煤灰还能够吸附和稳定有害物质，如重金属离子，减少它们对混凝土的损害。
适量的粉煤灰掺量还可降低基体与纤维之间的摩擦粘结强度，有利于纤维在基体中的滑移。
因此掺入适量的粉煤灰会使混凝土有更高的强度与韧性。
本发明改性再生砂经首次破碎、二次破碎、磁选、洗涤干燥、热处理所得到，首先将得到的废弃混凝土进行首次破碎，使用旋回破碎机将废弃混凝土打碎为碎块，将得到的碎块通过反击式破碎机进行二次破碎处理，使用细网筛进行筛分，得到直径小于4.75mm的骨料。
随后将所得骨料置于滚筒式磁选机的进料口进行磁选分离，装料时确保均匀分布。
在磁选机的作用下，附着在滚筒表面的含铁杂质会被磁力所吸附，随着滚筒的旋转，含铁杂质会被带到滚筒式磁选机的非磁性区域。
在非磁性区域内，含铁杂质会失去磁力吸附脱离滚筒表面，骨料会继续前进至滚筒式磁选机的出料口排出。将磁选后的骨料进行洗涤，去除表面的杂质和有机物，使用烘干设备进行烘干处理。
将经洗涤脱水后的骨料装载时效热处理炉的进料口进行热处理，封闭设备并确保温度控制系统正常工作。
启动时效热处理炉，将温度逐渐提高到设定的热处理温度。
维持设定温度一段时间，保持再生砂处于高温状态，以促使颗粒膨胀。
完成加热过程后，将温度逐渐降低，进行冷却过程，以使骨料颗粒收缩。
冷却完毕后，取出经过热处理的骨料，由此得到本发明所采用的改性再生砂。
该改性再生砂的粒径较小，细度模数在1.6-2.2，改性再生砂作为细骨料具有适当的粒度分布和较好的填充性能。
当改性再生砂被掺入地聚物混凝土中时，在陶瓷颗粒的引导分布下，其颗粒能够填充混凝土中的孔隙空间，减少混凝土的孔隙率，提高混凝土的致密性，增强混凝土的强度和耐久性。
同时，改性再生砂与胶凝材料之间形成的界面粘结作用是重要的缓冲机制，当改性再生砂与胶凝材料接触时，将形成一层薄膜覆盖在改性再生砂和胶凝材料表面，这种包覆作用在改性再生砂和胶凝材料之间形成了一个缓冲层，在材料承受荷载作用时缓解改性再生砂和胶凝材料之间的摩擦和冲击，提升了地聚物混凝土的延性和拉伸应变能力。
并且，本发明添加陶瓷颗粒可以填充砂料之间的空隙，填补不规则砂料之间的间隙，进一步改善改性再生砂颗粒形状的均匀性。
同时，陶瓷颗粒具有规则的形状和大小，添加到改性再生砂中可以引导砂料分布，使砂料在地聚物中分布更加均匀。
另外，将陶瓷颗粒掺加到地聚物中可以调节改性再生砂与地聚物之间的界面粘结作用。
适当的界面粘结作用可以改善改性再生砂与地聚物的粘合力和相容性，提高材料的强度和稳定性。
优选的，所述聚乙烯纤维长度为12-24 mm，直径为20-30μm，抗拉强度＞2800MPa，弹性模量＞100GPa。
本发明所采用聚乙烯纤维能在地聚物基体中形成致密的三维网状结构，通过纤维桥接效应可以有效控制混凝土裂缝的扩展，减少由荷载、温度变化等引起的裂缝产生；聚乙烯纤维的拉伸和屈服行为可以吸收部分能量，减缓应力的集中。
同时，聚乙烯纤维可与地聚物进行协同作用：因地聚物是一种高流动性的材料，聚乙烯纤维之间的空隙可由地聚物填充，还能将聚乙烯纤维均匀地分散在混凝土中，避免聚乙烯纤维团聚和沉积；地聚物也是一种具有高粘性的材料，聚乙烯纤维表面能够地聚物与形成良好的界面粘结作用，可有效地固定聚乙烯纤维的位置，提高聚乙烯纤维与基体的相互作用。因此聚乙烯纤维的掺加大幅度提升了地聚物混凝土的延性与拉伸应变能。
此外，纤维的掺量对超高延性矿渣-粉煤灰基再生混凝土的制备尤为重要，其表现在若纤维的掺量过小，混凝土的延性提升不明显，对微小裂缝的扩展难以限制；若纤维的掺量过大时，其表现在制备过程中加入纤维后的浆体流动性差，纤维在浆体的搅拌过程中会出现结团现象，搅拌难以继续进行，当此种混凝土浇筑成型后，基体内部因大量孔隙结构的存在而难以致密。
纤维的长度也是制备超高延性矿渣-粉煤灰基再生混凝土的关键，其表现在若纤维的长度过短时，基体产生裂缝时纤维易被拨出；若纤维的长度过长时，浆体内的纤维因缠绕易发生结团现象，浆体流动性变差，难以搅拌制备。
优选的，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙的至少一种。
本发明所采用的减水剂为木质素磺酸盐，与常用聚羧酸系减水剂有所不同，木质素磺酸盐可以在碱性环境中稳定发挥作用。
木质素磺酸盐掺入后对矿渣、粉煤灰的颗粒产生分离作用和滑移作用，有利于经碱激发剂活化形成的胶凝体系的解体，提高混凝土的可加工性，促进混凝土的流动性和可塑性。
同时木质素磺酸盐是从纤维素材料中提取的天然产物，对环境友好，符合可持续发展的理念。
本发明还涉及上述超高延性地聚物再生混凝土的制备方法，具体的，具体制备步骤为：
1）将水玻璃、氢氧化钠溶液和水混合，搅拌均匀，陈化，得碱激发剂，
2）将矿渣粉、粉煤灰、改性再生砂、陶瓷颗粒、减水剂加入搅拌机进行低速搅拌，得干粉料，
3）向干粉料加入碱激发剂，低速搅拌，混合均匀，
4）将聚乙烯纤维少量多次加入，先低速搅拌，后高速搅拌，使纤维分散均匀，得混合料，
5）将混合料成型，塑料膜密封，脱模，养护，即得。
优选的，步骤1）陈化时间为20-30h。
优选的，步骤2）低速搅拌时间为1-3min，步骤3）低速搅拌时间为1-2min，步骤4）低速搅拌时间为2-4min，高速搅拌时间为1-2min。
优选的，低速搅拌转速为140±10r/min，高速搅拌转速为250±10r/min。
优选的，步骤5）采用振捣成型，振捣时间为3-4min，养护为标准养护至28d。
本发明具有以下技术优势：
1.本发明通过掺加改性再生砂和聚乙烯纤维对地聚物混凝土进行增韧处理，配合基体与改性再生砂的缓冲机制，利用基体与聚乙烯纤维的界面粘结作用，材料拉伸应变能力可达8%，解决了地聚物混凝土高脆性的问题；
2.本发明采用的矿渣粉具有良好的分散性和吸附性，可以填充和改善碱激发剂活化后在胶凝材料内部形成的细小孔隙，提升材料在受力时抑制裂缝扩展的能力，解决了地聚物混凝土因结构不致密导致强度较差的问题；
3.本发明所使用的矿渣粉和粉煤灰来源于工业固体废料，再生砂来源于建筑垃圾废弃混凝土，将上述废料作为混凝土的材料来源不仅可以降低能耗，减少对环境的污染，同时也降低了超高延性地聚物基再生混凝土的制备成本。
具体实施方式
为表征本发明技术效果，制备超高延性地聚物再生混凝土并对其性能进行测试。
其中，改性再生砂制备工艺为：a.将废弃混凝土利用旋回破碎机进行首次破碎，b.将步骤a首次破碎得到的碎块经过反击式破碎机进行二次破碎处理，筛分，得到直径小于4.75mm的骨料，c.将步骤b所得骨料进行磁选除铁，d.将磁选除铁后的骨料洗涤、烘干，e.将烘干后的骨料放置在时效热处理炉中进行300℃热处理2h，即得。
陶瓷颗粒的粒径为0.5-1.0mm。
矿渣粉等级为S105。
粉煤灰为F类一级粉煤灰。
试件标准养护至28d。
实施例1
超高延性地聚物再生混凝土，由以下重量份原料组成：矿渣粉530份，粉煤灰735份，改性再生砂455份，聚乙烯纤维15份，氢氧化钠溶液15份，水玻璃37.5份，陶瓷颗粒50份，木质素磺酸钙5份，水370份。
经检测，纤维在混凝土基体中分散均匀，混凝土表现出明显的应变硬化特征，混凝土抗拉强度6.32MPa，拉伸应变能力8.14%，裂缝宽度113.2μm，该试块能稳定开裂且变形能力优异。
实施例2
超高延性地聚物再生混凝土，由以下重量份原料组成：矿渣粉565份，粉煤灰720份，改性再生砂443份，聚乙烯纤维14份，氢氧化钠溶液15份，水玻璃37.5份，陶瓷颗粒47份，木质素磺酸钙5份，水365份。
经检测，纤维在混凝土基体中分散均匀，混凝土表现出明显的应变硬化特征，混凝土抗拉强度6.12MPa，拉伸应变能力8.07%，裂缝宽度102.6μm，该试块能稳定开裂且变形能力优异。
实施例3
超高延性地聚物再生混凝土，由以下重量份原料组成：矿渣粉539份，粉煤灰725份，改性再生砂463份，聚乙烯纤维17份，氢氧化钠溶液15份，水玻璃37.5份，陶瓷颗粒43份，木质素磺酸钙5份，水353份。
经检测，纤维在混凝土基体中分散均匀，混凝土表现出明显的应变硬化特征，混凝土抗拉强度6.67MPa，拉伸应变能力8.59%，裂缝宽度106.9μm，该试块能稳定开裂且变形能力优异。
对比例1
混凝土，由以下重量份原料组成：矿渣粉539份，粉煤灰725份，改性再生砂463份，聚乙烯醇纤维17份，氢氧化钠溶液15份，水玻璃37.5份，陶瓷颗粒43份，木质素磺酸钙5份，水353份。
经检测，纤维在混凝土基体中分散不均，混凝土抗拉强度3.9MPa，拉伸应变能力达5.22%，裂缝宽度不均。
对比例2
混凝土，由以下重量份原料组成：矿渣粉539份，粉煤灰725份，改性再生砂463份，聚乙烯纤维17份，氢氧化钠溶液15份，水玻璃37.5份，1.0-3.0mm石英砂43份，木质素磺酸钙5份，水353份。
经检测，纤维在浆料中结团，抗拉强度和拉伸应变能力较低，不具备良好的拉伸应变能力。
对比例3
混凝土，由以下重量份原料组成：矿渣粉539份，粉煤灰725份，细度模数2.4的再生砂500份，聚乙烯纤维17份，氢氧化钠溶液15份，水玻璃37.5份，木质素磺酸钙5份，水353份。
经检测，该试块发生脆性破坏，不具备良好的拉伸应变能力。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式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方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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方式技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种超高延性地聚物再生混凝土，其特征在于，由如下重量份原料组成：矿渣粉400-560份，粉煤灰600-750份，改性再生砂430-970份，聚乙烯纤维8-20份，氢氧化钠溶液10-20份，水玻璃25-50份，陶瓷颗粒40-90份，减水剂5-10份，水230-430份；
所述改性再生砂制备工艺为：
a.将废弃混凝土利用旋回破碎机进行首次破碎，
b.将步骤a首次破碎得到的碎块经过反击式破碎机进行二次破碎处理，筛分，得到直径小于4.75mm的骨料，
c.将步骤b所得骨料进行磁选除铁，
d.将磁选除铁后的骨料洗涤、烘干，
e.将烘干后的骨料放置在时效热处理炉中进行热处理，即得；
所述陶瓷颗粒的粒径为0.5-1.0mm，
所述减水剂为木质素磺酸盐。
2.根据权利要求1所述超高延性地聚物再生混凝土，其特征在于，所述矿渣粉等级为S105，密度≥2.8g/m3，比表面积≥700m2/kg。
3.根据权利要求1所述超高延性地聚物再生混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为F类粉煤灰，粒径范围为50-400μm，比表面积≥600m2/kg。
4.根据权利要求1所述超高延性地聚物再生混凝土，其特征在于，所述聚乙烯纤维长度为12-24 mm，直径为20-30μm，抗拉强度＞2800MPa，弹性模量＞100GPa。
5.根据权利要求1所述超高延性地聚物再生混凝土，其特征在于，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述超高延性地聚物再生混凝土的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
1）将水玻璃、氢氧化钠溶液和水混合，搅拌均匀，陈化，得碱激发剂，
2）将矿渣粉、粉煤灰、改性再生砂、陶瓷颗粒、减水剂加入搅拌机进行低速搅拌，得干粉料，
3）向干粉料加入碱激发剂，低速搅拌，混合均匀，
4）将聚乙烯纤维少量多次加入，先低速搅拌，后高速搅拌，使纤维分散均匀，得混合料，
5）将混合料成型，塑料膜密封，脱模，养护，即得。
7.根据权利要求6所述超高延性地聚物再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤1）陈化时间为20-30h。
8.根据权利要求6所述超高延性地聚物再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤2）低速搅拌时间为1-3min，步骤3）低速搅拌时间为1-2min，步骤4）低速搅拌时间为2-4min，高速搅拌时间为1-2min。
9.根据权利要求6所述超高延性地聚物再生混凝土的制备方法，其特征在于，低速搅拌转速为140±10r/min，高速搅拌转速为250±10r/min。
10.根据权利要求6所述超高延性地聚物再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤5）采用振捣成型，振捣时间为3-4min，养护为标准养护至28d。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311653595.6A CN117342833B (zh) | 2023-12-05 | 2023-12-05 | 超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311653595.6A CN117342833B (zh) | 2023-12-05 | 2023-12-05 | 超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117342833A CN117342833A (zh) | 2024-01-05 |
| CN117342833B true CN117342833B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=89367118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311653595.6A Active CN117342833B (zh) | 2023-12-05 | 2023-12-05 | 超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117342833B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013079877A1 (fr) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Ciments Francais | Beton ou mortier leger structurel, son procede de fabrication et son utilisation en tant que beton auto-placant |
| CN107954656A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-04-24 | 同济大学 | 一种具有超高延性的再生微粉混凝土及其制备方法 |
| CN109053080A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-21 | 郑州大学 | 一种环境友好型高延性水泥基复合材料及其制备方法 |
| CN112521082A (zh) * | 2019-09-19 | 2021-03-19 | 苏州科技大学 | 一种采用再生玻璃作为辅助胶凝材料制备ecc的方法 |
| CN112979223A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-18 | 上海力阳道路加固科技股份有限公司 | 一种导热抗裂高延性地聚合物复合材料及其制备方法 |
| CN115448647A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-09 | 东南大学 | 一种高延性再生粉体地聚合物基加固修补材料及其制备方法 |
| CN116354679A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-06-30 | 石家庄铁道大学 | 一种应变硬化型再生粗骨料混凝土及其制备方法 |
-
2023
- 2023-12-05 CN CN202311653595.6A patent/CN117342833B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013079877A1 (fr) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Ciments Francais | Beton ou mortier leger structurel, son procede de fabrication et son utilisation en tant que beton auto-placant |
| CN107954656A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-04-24 | 同济大学 | 一种具有超高延性的再生微粉混凝土及其制备方法 |
| CN109053080A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-21 | 郑州大学 | 一种环境友好型高延性水泥基复合材料及其制备方法 |
| CN112521082A (zh) * | 2019-09-19 | 2021-03-19 | 苏州科技大学 | 一种采用再生玻璃作为辅助胶凝材料制备ecc的方法 |
| CN112979223A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-18 | 上海力阳道路加固科技股份有限公司 | 一种导热抗裂高延性地聚合物复合材料及其制备方法 |
| CN115448647A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-09 | 东南大学 | 一种高延性再生粉体地聚合物基加固修补材料及其制备方法 |
| CN116354679A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-06-30 | 石家庄铁道大学 | 一种应变硬化型再生粗骨料混凝土及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117342833A (zh) | 2024-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110790552B (zh) | 一种废弃砖再生超高韧性混合料及其制备方法和应用 | |
| CN113087460B (zh) | 一种环保抗冻型混凝土及其制备方法 | |
| CN107117909B (zh) | 一种掺有粉煤灰的活性粉末混凝土及其制备方法 | |
| CN116354679B (zh) | 一种应变硬化型再生粗骨料混凝土及其制备方法 | |
| Cheng et al. | Effect of fly ash cenospheres on properties of multi-walled carbon nanotubes and polyvinyl alcohol fibers reinforced geopolymer composites | |
| CN115893959B (zh) | 一种3d打印沙漠砂超高延性混凝土及其制备方法 | |
| CN111646764A (zh) | 一种晶须改性水化硅酸镁材料及其制备方法和应用 | |
| CN115959865B (zh) | 一种橡胶粉、塑料粉、耐磨超大应变新型绿色工程水泥基复合材料及其制备方法 | |
| CN114315188A (zh) | 一种用于垃圾焚烧底灰处理的碱激发胶凝材料制备工艺 | |
| Manzoor et al. | Performance of geopolymer concrete at elevated temperature− A critical review | |
| CN114014594A (zh) | 一种全固废超高性能地聚合物混凝土及其制备方法 | |
| CN112408875A (zh) | 一种再生地聚物砂浆及其制备方法和应用 | |
| CN117342833B (zh) | 超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法 | |
| CN111548087A (zh) | 一种抗裂混凝土 | |
| CN111348871B (zh) | 一种高钛矿渣砂活性粉末混凝土及其制备方法 | |
| CN116283168A (zh) | 一种自应力沙漠砂超高延性混凝土及其制备方法 | |
| CN115448659A (zh) | 一种基于早期碳化和早期干湿循环耦合作用的固废不锈钢渣再生混凝土及其制备方法 | |
| CN115448647A (zh) | 一种高延性再生粉体地聚合物基加固修补材料及其制备方法 | |
| CN115959870B (zh) | 一种抗裂低碳高性能混凝土及其制备方法 | |
| CN116354652B (zh) | 一种耐高温碱激发白炭黑再生砂浆及其制备方法 | |
| CN114988797B (zh) | 一种不锈钢纤维再生混凝土在硫酸盐干湿循环下强度提高的方法 | |
| CN118063172B (zh) | 一种基于硅烷改性的抗侵彻超高性能混凝土及其制备方法与应用 | |
| CN117510158B (zh) | 一种超高性能混凝土及其制备方法和应用 | |
| CN117361956A (zh) | 一种耐热低碳混凝土及其制备方法 | |
| Ahmad et al. | Effect of different curing conditions on compressive strength and durability of kenaf fibre reinforced blended cementitious composites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |