CN117430360A - 一种复合强化改性再生骨料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合强化改性再生骨料的方法，包括利用胶凝材料强化与化学溶液浸泡强化的复合强化改性方法，具体为：首先，对再生骨料进行以活性矿物为掺料的复合水泥浆液包裹强化改性；其次，进行二次强化，以硅酸钠溶液、聚乙烯醇溶液、纳米硅溶胶溶液为复合化学溶液对再生骨料进行浸泡，最后得到改性后的再生骨料。本发明利用胶凝材料强化与化学溶液浸泡强化的复合强化改性方法对再生骨料的进行复合强化，使再生骨料的吸水率降低，其效果优于普通单一的强化方式，不仅对再生骨料内部微裂纹进行有效填充并且对再生骨料表面进行改性强化，使得复合强化后的再生骨料具有优异的力学性能与低吸水率。
Description
技术领域
本发明涉及再生骨料复合强化领域。更具体地说，本发明涉及一种复合强化改性再生骨料的方法。
背景技术
城市的高质量发展模式对建筑资源的需求加大，天然粗骨料的过度开发，导致资源短缺的问题。此外，旧建筑的拆除和改造产生了大量了建筑垃圾亟需解决。因此，对拆除后的废弃混凝土材料进行再生高效利用，既能解决天然骨料资源日趋紧缺的局面，保护生态环境，又能解决城市废弃混凝土的堆放、占地和环境污染等问题。用这种再生骨料代替天然粗骨料生产的混凝土通常被称为再生骨料混凝土。然而再生骨料相比于天然骨料表面存在微裂缝，且吸水率与孔隙率高不利于工程应用，针对这些问题需对再生骨料进行改性。
目前，相关的再生骨料的强化措施主要分为两种：一是物理强化，通过机器研磨整形，利用不同相之间热膨胀系数与热变形的差异，相与相的界面在加热过程中有相对运动或错动的趋势而产生应力集中，在机械力的作用下易分离，容易对骨料造成损伤。二是化学强化，相比于物理强化，化学强化法的实际操作过程简单方便，不会对再生骨料造成其他损伤。主要包括溶液浸润强化，利用酸性溶液去除再生骨料表面水泥砂浆来提高吸水率；浆液填充强化，通过具有一定化学活性的试剂填充再生骨料表面的孔隙与裂缝，达到强化再生骨料的目的。
目前针对再生骨料强化方式主要以单一的某种强化手段为主，但单一的强化方式强化效果并不明显，对再生骨料的强化效果不全面，不能同时兼顾填充再生骨料表面微裂纹有效填充、吸水率、抗压等性能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种复合强化改性再生骨料的方法，其利用胶凝材料强化与化学溶液浸泡强化的复合强化改性方法对再生骨料的进行复合强化，使再生骨料的吸水率降低，其效果优于普通单一的强化方式，不仅对再生骨料内部微裂纹进行有效填充并且对再生骨料表面进行改性强化，使得复合强化后的再生骨料具有优异的力学性能与低吸水率。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种复合强化改性再生骨料的方法，包括利用胶凝材料强化与化学溶液浸泡强化的复合强化改性方法，具体为：首先，对再生骨料进行以活性矿物为掺料的复合水泥浆液包裹强化改性；其次，进行二次强化，以硅酸钠溶液、聚乙烯醇溶液、纳米硅溶胶溶液为复合化学溶液对再生骨料进行浸泡，最后得到改性后的再生骨料。
优选的是，利用胶凝材料强化再生骨料包括如下步骤：
步骤S11、制备水泥浆液，分别称取按重量计的水泥60-100份、硅灰5-10份、粉煤灰20-40份、水20-50份，将称取的水泥、硅灰、粉煤灰按比例混掺得到复合胶凝材料，再加入称取的水搅拌制备得到复合水泥浆液；
步骤S12、将再生骨料浸没在水泥浆液中浸泡，随后取出再生骨料并筛除多余水泥浆液；
步骤S13、将上述浸泡后的再生骨料置于加速养护箱中养护，养护箱温度为40-80℃，养护时间为6-8h，完成后烘干备用。
优选的是，所述步骤S11中，水泥浆液的水胶比为0.2-0.3。
优选的是，所述步骤S12中，再生骨料浸泡在水泥浆液中时，在水泥初凝前，每隔5-15min进行离心搅拌60-90s，重复操作3次。
优选的是，利用复合化学溶液浸泡强化再生骨料包括如下步骤：
步骤S21、将上述胶凝材料强化后的再生骨料放入真空室中，排尽气泡；
步骤S22、上述再生骨料在由硅酸钠溶液和聚乙烯醇溶液组成的复合化学溶液中浸泡1-4h后捞出，随后置于纳米硅溶胶中浸泡6-8h后捞出烘干，即为改后再生骨料。
优选的是，所述步骤S22中，化学溶液浸泡在真空室中进行，且密封浸泡。
优选的是，所述步骤S22中，各种化学溶液与再生骨料的浸泡质量比的比例为2-4:1。
优选的是，所述步骤S22中，所述步骤S22中，硅酸钠溶液和聚乙烯醇溶液组成的复合化学溶液制备方法如下：
首先，制备聚乙烯醇溶液，在100℃下，将聚乙烯醇与水按照质量比1:9混合搅拌，其中按重量计的聚乙烯醇10份，水90份直至聚乙烯醇完全溶解，冷却后得到质量分数10％的聚乙烯醇溶液；
其次，在上述所制备的聚乙烯醇溶液中加入按重量计的4-9份水玻璃，混合搅拌制备得到复合化学溶液。
优选的是，所述步骤S22中，所述步骤S22中，纳米硅溶胶硅源由甲基三甲氧基硅烷提供，制备方法如下：
首先，将按重量计的0.1-0.3份质量的十六烷基三甲基溴化铵与100份水混合搅拌，加入8-11份甲基三甲氧基硅烷，搅拌至溶液透明；
其次，逐滴滴加按重量计的0.3-0.6份1mol/L的氨水得到纳米硅溶胶溶液。
优选的是，在强化再生骨料之前还包括获取再生骨料，具体为：废弃混凝土经过物理机械破碎后得到再生骨料。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明提供的一种利用水泥浆体包裹强化再生骨料的方法，通过改变浆料中掺量组分及配比，使再生骨料性能最优。再生骨料在进行水泥浆体包裹强化后，其表面形成一层“硬壳”，针片状颗粒含量明显降低；将微粉颗粒填充到再生骨料表面孔隙和微裂缝中，发生火山灰反应生成C-S-H胶凝产物进一步填充孔隙与微裂纹，消耗界面过渡区的氢氧化钙从而改善界面过渡区的微观结构，基于以上两点，再生骨料的力学性能增强。
2.本发明提供的一种利用化学溶液浸泡的二次强化方法，针对水泥浆体包裹强化薄弱的吸水率环节进行了加强，利用水玻璃溶液对上述再生骨料进行补充强化，硬化时析出硅酸钠胶体填充再生骨料孔隙与微裂缝，可以提高骨料密实度。纳米硅溶胶浸泡在增加骨料强度的同时与聚乙烯醇溶液协同作用形成拒水膜降低吸水率。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明提供一种复合强化改性再生骨料的方法，包括利用胶凝材料强化与化学溶液浸泡强化的复合强化改性方法，具体为：首先，对再生骨料进行以活性矿物为掺料的复合水泥浆液包裹强化改性；其次，进行二次强化，以硅酸钠溶液、聚乙烯醇溶液、纳米硅溶胶溶液为复合化学溶液对再生骨料进行浸泡，最后得到改性后的再生骨料。废弃混凝土经过PEX150×750细碎鄂式破碎机、PYB1200圆锥破碎机等物理机械破碎后得到再生骨料。
其中，利用胶凝材料强化再生骨料包括如下步骤：
步骤S11、制备水泥浆液，分别称取按重量计的水泥60-100份、硅灰5-10份、粉煤灰20-40份、水20-50份，将称取的水泥、硅灰、粉煤灰按比例混掺得到复合胶凝材料，再加入称取的水搅拌制备得到复合水泥浆液，水泥浆液的水胶比为0.2-0.3；
步骤S12、将再生骨料浸没在水泥浆液中浸泡，随后取出再生骨料并筛除多余水泥浆液；再生骨料浸泡在水泥浆液中时，在水泥初凝前，每隔5-15min进行离心搅拌60-90s，重复操作3次；
步骤S13、将上述浸泡后的再生骨料置于加速养护箱中养护，养护箱温度为40-80℃，养护时间为6-8h，完成后烘干备用。
通过上述胶凝材料强化再生骨料，水泥浆液在离心搅拌作用下被填充到再生骨料的微裂缝和较大的孔隙结构当中，复合水泥浆体在硬化过程中发挥矿物掺合料的火山灰效应和微集料效应等作用机理，水化产物交织充填在骨料微裂缝中，并在骨料外表面形成一个结构致密的“水泥壳”，厚度约为70～100pm，显著改善了再生骨料的结构粒形和强度并降低了再生骨料的针片状含量。
其中，利用复合化学溶液浸泡强化再生骨料包括如下步骤：
步骤S21、将上述胶凝材料强化后的再生骨料放入真空室中，负压2kpa，放置2小时左右，排尽气泡；将胶凝材料强化后的再生骨料置于真空室下，负压环境使骨料孔隙中的空气排尽，有利于后续化学浸泡法；
步骤S22、上述再生骨料在由硅酸钠溶液和聚乙烯醇溶液组成的复合化学溶液中浸泡1-4h后捞出，随后置于纳米硅溶胶中浸泡6-8h后捞出烘干，即为改后再生骨料。化学溶液浸泡在真空室中进行，且密封浸泡。各种化学溶液与再生骨料的浸泡质量比的比例为2-4:1。
硅酸钠溶液和聚乙烯醇溶液组成的复合化学溶液制备方法如下：首先，制备聚乙烯醇溶液，在100℃下，将聚乙烯醇与水按照质量比1:9混合搅拌，其中按重量计的聚乙烯醇10份，水90份直至聚乙烯醇完全溶解，冷却后得到质量分数10％的聚乙烯醇溶液；其次，在上述所制备的聚乙烯醇溶液中加入按重量计的4-9份水玻璃，混合搅拌制备得到复合化学溶液。
纳米硅溶胶硅源由甲基三甲氧基硅烷提供，制备方法如下：首先，将按重量计的0.1-0.3份质量的十六烷基三甲基溴化铵与100份水混合搅拌，加入8-11份甲基三甲氧基硅烷，搅拌至溶液透明；其次，逐滴滴加按重量计的0.3-0.6份1mol/L的氨水得到纳米硅溶胶溶液。
通过上述复合化学溶液浸泡强化再生骨料，在真空环境下，水玻璃溶液渗透骨料表面的“水泥壳”，利用水玻璃由液相到固相的相变过程，并且凝结硬化，析出的硅酸钙凝胶体能够填充堵塞再生骨料的内部孔隙，使其坚固性得到提高，并且可降低吸水率。纳米硅溶胶的加入在一方面可以填充孔隙，在新界面形成时，通过微裂纹进入再生骨料的内部发生反应，达到强化界面效果。同时，以甲基三甲氧基硅烷作为硅源水解产生的纳米二氧化硅从一定程度上避免了团聚现象，并且水解产生的甲基与聚乙烯醇溶液共同渗透再生骨料孔隙，在其表面形成拒水膜，从而降低再生骨料吸水率。
具体实施例
各实施例中的原料来源如下所示：水泥：采用P·O42.5级水泥；超细硅灰：比表面积为19.827m2/g，SiO2含量≥90％；I级粉煤灰：粉磨后比表面积为1.367m2/g；水玻璃：模数为3.34，密度(20℃)为1.387g/cm3；聚乙烯醇：山西三维集团生产；甲基三甲氧基硅烷：麦克林试剂；十六烷基三甲基溴化铵：麦克林试剂；氨水：国药试剂。
实施例1
一种强化改性再生骨料的方法，主要包括以下步骤：
S1获取再生骨料，桥梁混凝土经过PEX150×750细碎鄂式破碎机、PYB1200圆锥破碎机等物理机械破碎后得到再生骨料。
S2制备原材料，按重量计，分别称取水泥100份、水20份。
S3将水泥按比例混掺得到复合胶凝材料，加入水搅拌制备得到复合水泥浆液，水胶比为0.2。
S4将预湿处理的再生骨料浸没在水泥浆液中。在水泥初凝前，每隔10min进行离心搅拌60s，使骨料表面的气泡排出充分吸收浆液，重复操作3次。随后，取出再生骨料并筛除多余浆液。
S5将再生骨料置于加速养护箱中，在60℃环境下养护6h，完成后烘干备用。
实施例2
一种强化改性再生骨料的方法，基于实施例1的基础上，复合胶凝材料的掺量不同，其中水泥为95份，硅灰为5份，其余掺料为0，其余步骤同上。
实施例3
一种强化改性再生骨料的方法，基于实施例1的基础上，复合胶凝材料的掺量不同，其中水泥为80份，粉煤灰为20份，其余掺料为0，其余步骤同上。
实施例4
一种强化改性再生骨料的方法，基于实施例1的基础上，复合胶凝材料的掺量不同，其中水泥为80份，硅灰为5份，粉煤灰为15份，其余步骤同上。
实施例5
一种复合强化改性再生骨料的方法，基于实施例4的基础上，进行化学溶液强化，其主要步骤包括：
S1复合化学溶液的制备方法：在100℃下，将聚乙烯醇与水按照质量比1:9混合搅拌，其中聚乙烯醇10份，水90份直至聚乙烯醇完全溶解，冷却后得到质量分数10％的聚乙烯醇溶液。在上述所制备的聚乙烯醇溶液中加入6份水玻璃，混合搅拌制备得到复合化学溶液。
S2纳米硅溶胶的制备方法：将0.1份十六烷基三甲基溴化铵与100份水混合搅拌，加入10份甲基三甲氧基硅烷，搅拌至溶液透明。逐滴滴加0.5份1mol/L的氨水得到纳米硅溶胶溶液备用。
S3将上述胶凝材料强化后的再生骨料放入真空室中，排尽气泡，在复合化学溶液中浸泡时间为2h，在纳米硅溶胶溶液中浸泡时间为6h，且密封浸泡。各种化学溶液与再生骨料的浸泡比例为3:1。
S4取出再生骨料烘干备用。
实施例6
一种复合强化改性再生骨料的方法，基于实施例5的基础上，其不同在于无纳米硅溶胶浸泡，其余步骤同上。
实施例7
一种复合强化改性再生骨料的方法，基于实施例6的基础上，其不同在于无复合化学溶液浸泡，浸泡的化学溶液为6wt％的硅酸钠溶液，其余步骤同上。
实施例8
一种复合强化改性再生骨料的方法，基于实施例6的基础上，其不同在于无复合化学溶液浸泡，浸泡的化学溶液为10wt％的聚乙烯醇溶液，其余步骤同上。
对比例：没有利用任何处理方式的再生骨料。
各实施例及对比例处理后的再生骨料性能测试方法包括：
1.根据《混凝土用再生粗骨料》(GB/T25177-2010)测定再生骨料的基本性能。
2.采用原始的再生骨料和经强化处理的再生骨料制备再生骨料混凝土，并测定其基本力学性能。基本配合比为：骨胶比为3.7，水胶比0.32，减水剂掺量为0.2％。试件尺寸为150mm×150mm×150mm，搅拌工艺采用“水泥裹石法”，成型方式为静压成型，在标准环境下进行养护。按照GB/T50081-2019中规定的方法进行测试。
由表一可得实施例5的性能最优，表观密度提高5.6％，吸水率降低89.4％，压碎指标值降低了66.3％，从数据中可以看出，复合强化对再生骨料进行改性后，吸水率和压碎指标值改善情况明显且优异。
表一
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (10)
1.一种复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，包括利用胶凝材料强化与化学溶液浸泡强化的复合强化改性方法，具体为：首先，对再生骨料进行以活性矿物为掺料的复合水泥浆液包裹强化改性；其次，进行二次强化，以硅酸钠溶液、聚乙烯醇溶液、纳米硅溶胶溶液为复合化学溶液对再生骨料进行浸泡，最后得到改性后的再生骨料。
2.如权利要求1所述的复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，利用胶凝材料强化再生骨料包括如下步骤：
步骤S11、制备水泥浆液，分别称取按重量计的水泥60-100份、硅灰5-10份、粉煤灰20-40份、水20-50份，将称取的水泥、硅灰、粉煤灰按比例混掺得到复合胶凝材料，再加入称取的水搅拌制备得到复合水泥浆液；
步骤S12、将再生骨料浸没在水泥浆液中浸泡，随后取出再生骨料并筛除多余水泥浆液；
步骤S13、将上述浸泡后的再生骨料置于加速养护箱中养护，养护箱温度为40-80℃，养护时间为6-8h，完成后烘干备用。
3.如权利要求2所述的复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，所述步骤S11中，水泥浆液的水胶比为0.2-0.3。
4.如权利要求2所述的复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，所述步骤S12中，再生骨料浸泡在水泥浆液中时，在水泥初凝前，每隔5-15min进行离心搅拌60-90s，重复操作3次。
5.如权利要求2所述的复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，利用复合化学溶液浸泡强化再生骨料包括如下步骤：
步骤S21、将上述胶凝材料强化后的再生骨料放入真空室中，排尽气泡；
步骤S22、上述再生骨料在由硅酸钠溶液和聚乙烯醇溶液组成的复合化学溶液中浸泡1-4h后捞出，随后置于纳米硅溶胶中浸泡6-8h后捞出烘干，即为改后再生骨料。
6.如权利要求5所述的复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，所述步骤S22中，化学溶液浸泡在真空室中进行，且密封浸泡。
7.如权利要求5所述的复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，所述步骤S22中，各种化学溶液与再生骨料的浸泡质量比的比例为2-4:1。
8.如权利要求5所述的复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，所述步骤S22中，所述步骤S22中，硅酸钠溶液和聚乙烯醇溶液组成的复合化学溶液制备方法如下：
首先，制备聚乙烯醇溶液，在100℃下，将聚乙烯醇与水按照质量比1:9混合搅拌，其中按重量计的聚乙烯醇10份，水90份直至聚乙烯醇完全溶解，冷却后得到质量分数10％的聚乙烯醇溶液；
其次，在上述所制备的聚乙烯醇溶液中加入按重量计的4-9份水玻璃，混合搅拌制备得到复合化学溶液。
9.如权利要求5所述的复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，所述步骤S22中，所述步骤S22中，纳米硅溶胶硅源由甲基三甲氧基硅烷提供，制备方法如下：
首先，将按重量计的0.1-0.3份质量的十六烷基三甲基溴化铵与100份水混合搅拌，加入8-11份甲基三甲氧基硅烷，搅拌至溶液透明；
其次，逐滴滴加按重量计的0.3-0.6份1mol/L的氨水得到纳米硅溶胶溶液。
10.如权利要求1至9任一项所述的复合强化改性再生骨料的方法，其特征在于，在强化再生骨料之前还包括获取再生骨料，具体为：废弃混凝土经过物理机械破碎后得到再生骨料。
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