一种含有再生骨料的混凝土及其制备方法与应用

1.本发明涉及再生混凝土技术领域，具体涉及一种含有再生骨料的混凝土及其制备方法与应用。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.由于天然砂石骨料的来源广泛、价格低廉，导致对天然砂石的肆意开采、浪费，而且因过度、不合理开采等造成的环境破坏的情况时有发生。同时，随着社会建设的不断发展以及新旧建筑物、桥梁等的更替，产生了大量的废弃混凝土。
4.为了克服上述问题，再生混凝土的研究应运而生，再生混凝土的一个重要特征是以废弃混凝土为再生骨料替代砂石等天然骨料，以对废旧混凝土进行资源化利用。而所述再生骨料一般是由上述的废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后所得。然而，这种再生骨料中含有大量的孔隙，导致再生混凝土的强度、抗渗性能均不如天然骨料的混凝土。另外，还存在再生骨料与混凝土体系相容性不佳的问题，导致再生混凝土的强度降低，这也是导致再生混凝土的应用范围受到较大的限制的重要因素。因此，虽然再生混凝土是一种很好的天然砂石骨料的代替物，但还需对其进一步改进，以提升其性能，使之能够早日代替天然骨料混凝土而得到更大范围的应用，不仅可以大规模利用废弃混凝土，使其资源化，而且有助于降低对天然砂石这种不可再生资源的依赖。


技术实现要素：

5.本发明提供一种含有再生骨料的混凝土及其制备方法与应用，其不仅降低了混凝土再生骨料的孔隙率，而且加强了再生骨料与混凝土基体之间的相容性，使再生骨料与混凝土基体结合更加紧密，有效改善了再生混凝土的力学性能。为实现上述目的，本发明公开如下的技术方案。
6.在本发明的第一方面，提供一种含有再生骨料的混凝土，以重量份计，所述混凝土主要包括如下组分：硅酸盐水泥238～270份、预处理再生粗骨料745～810份、预处理再生细骨料514～588份、水130～152份。其中，所述预处理再生粗骨料或预处理再生细骨料的预处理方法包括步骤：
7.(1)将硅酸盐水泥、黄铁矿尾矿粉、石灰粉、粉煤灰、炉渣灰、减水剂、水混合均匀形成改性浆料，备用。
8.(2)将再生粗骨料或再生细骨料浸入所述改性浆料中，然后振荡、搅拌，使改性浆料更充分地进入所述骨料中，完成后取出再生粗骨料或再生细骨料，即得再生粗骨料或再生细骨料前驱体，备用。
9.(3)将所述前驱体进行自然养护，即得所述预处理再生粗骨料或预处理再生细骨
料。
10.进一步地，步骤(1)中，所述硅酸盐水泥、黄铁矿尾矿粉、石灰粉、粉煤灰、炉渣灰的重量份比为：25～31份：34～39份、5.0～8.0份：30～35 份：22～27份。由上述组分形成的改性浆料进入再生骨料孔隙中后各组分协同反应，不仅能够对再生骨料的孔隙进行有效的密实，而且后期还能够参与新混凝土体系的水化反应过程，提高再生骨料和新混凝土体系之间的结合力，进而提高新混凝土体系的强度。
11.进一步地，步骤(1)中，所述减水剂掺量为3.4～4.2重量份。可选地，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂等中的任一种。
12.进一步地，步骤(1)中，所述改性浆料的含固量为20～33wt.％。本步骤中，所述减水剂的主要作用是降低各物料颗粒间的滑动阻力，使所述改性浆料的流动性进一步提高，便于进入再生骨料的孔隙中。
13.进一步地，步骤(2)中，所述振荡搅拌的时间为10～30min，以便所述改性浆料充分进入再生粗骨料或再生细骨料的孔隙中。
14.进一步地，步骤(3)中，所述自然养护的时间为三天至五天，以便使所述改性浆液中各组分进行反应对再生骨料的孔隙进行密实，并为后续提高再生骨料与新混凝土体系之间的结合力奠定基础。
15.进一步地，所述再生骨料的混凝土中还包括减水剂、消泡剂等助剂。
16.可选地，该减水剂为所述硅酸盐水泥质量的1.5～2.7％。所述减水剂包括如聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂等中的任意一种。
17.可选地，所述消泡剂为1.6～2.4重量份。所述消泡剂包括：有机硅消泡剂、矿物油消泡剂、聚硅氧烷消泡剂等中的任意一种。
18.进一步地，所述再生骨料的混凝土中还包括30～40重量份填料。可选地，所述填料包括二氧化硅粉、钛白粉、滑石粉等中的至少一种。所述填料可填充在混凝土基体的孔隙中提高密实度，有利于改善混凝土的强度。
19.在本发明的第二方面，提供所述含有再生骨料的混凝土的制备方法，包括如下步骤：将所述硅酸盐水泥、预处理再生粗骨料、预处理再生细骨料混合均匀后再加水拌和，即得混凝土。
20.在本发明的第三方面，提供所述含有再生骨料的混凝土在建筑、桥梁、公路、隧道等工程领域中的应用。
21.相较于现有技术，本发明至少具有以下方面的有益效果：
22.废弃混凝土制成的再生骨料是一种重要的天然砂石骨料的替代品，目前已经应用于混凝土中，但由于这种再生骨料存在孔隙率高、与新混凝土体系相容性差等问题而导致制备的混凝土的力学性能不佳，导致再生骨料的使用受限。为此，本发明采用了以硅酸盐水泥、黄铁矿尾矿粉、石灰粉、粉煤灰、炉渣灰为主要原料形成的改性浆料对再生骨料进行处理，不仅降低了再生骨料的孔隙，而且加强了再生骨料与新混凝土体系间的相容性，使再生骨料与新混凝土体系结合更加紧密，有效改善了再生混凝土的力学性能。其原因在于：首先，当所述改性浆料进入再生骨料孔隙中后养护时，由于所述硅酸盐水泥中的熟料水化速率快，其首先快速水化形成水化产物将黄铁矿尾矿粉包裹固定在其中，同时使所述黄铁矿尾矿粉周围固定大量的粉煤灰和炉渣灰。随着养护时间的增加，所述黄铁矿尾矿粉中的硫
化物 (二硫化铁)逐渐开始酸化释放硫酸根离子，这些硫酸根与部分氧化钙形成的氢氧化钙形成硫酸钙，这些硫酸钙再与氢氧化钙形成碱性激发剂促使所述黄铁矿尾矿粉周围的粉煤灰、炉渣灰中的硅氧四面体中的si-o、al-o 键断裂后重新聚合形成c-(a)-s-h凝胶，其将再生骨料孔隙中的各组分胶结为一体，可对所述孔隙形成良好的填充，而且由于形成的胶结体强度高，能够有效提高再生骨料的强度。同时，由于所采用粉煤灰和炉渣灰包围所述黄铁矿尾矿粉的方式，在实现再生骨料孔隙填充的同时，还有效克服了黄铁矿尾矿粉酸化容易产生膨胀性钙矾石而导致再生骨料产生裂纹，甚至破坏的问题。进一步地，经过上述处理的再生骨料进入新混凝土体系后，再生骨料表面和表层中的黄铁矿尾矿粉继续酸化释放硫酸根，其和新混凝土体系中的水泥水化产物氢氧化钙反应形成硫酸钙，所述硫酸钙进一步与新混凝土体系中的水化产物硅酸三钙(3cao
·
al2o3)反应生成膨胀性钙矾石晶体，其可以有效对再生骨料与新混凝土体系之间的薄弱过渡层进行填充和强化，这是因为本发明发现所述再生骨料与新混凝土体系之间的界面是固-液-气形成的三相多孔过渡层，其孔隙率较大，导致再生骨料与新混凝土体系之间的界面区呈现出疏松的多孔状形态，导致再生骨料与新混凝土体系之间的结合力较弱，受到外界较大的载荷后容易造成混凝土产生破坏。而本发明利用所述再生骨料提供的黄铁矿尾矿粉的反应特点与新混凝土体系之间的协同产生的产物的具有膨胀性对所述过渡层的孔隙进行填充，有效增强了过渡层的强度，增加了再生骨料与新混凝土体系之间结合力，增强了新混凝土体系的强度。另外，所述再生骨料孔隙中的改性浆料在后续继续酸化促进所述粉煤灰、炉渣灰反应，可以进一步密实再生骨料的孔隙，提高再生骨料强度。
附图说明
23.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案。
24.图1是下列各实施例采用的再生粗骨料的效果图。
25.图2是下列各实施例采用的再生细细料的效果图。
26.图3是下列实施例1制备的含有再生骨料的混凝土试块抗压强度测试效果图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。需要说明的是，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同，除非另行定义。
28.另外，本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。现结合下列的具体实施例方式对本发明的含有再生骨料的混凝土的制备技术进一步说明。
29.实施例1
30.1、一种预处理再生骨料的制备方法，结合图1和图2，包括如下步骤：
31.(1)将硅酸盐水泥、黄铁矿尾矿粉、石灰粉、粉煤灰、炉渣灰按照 29重量份：36重量份、7.0重量份：34重量份：23重量份的比例混合15min，然后加入3.8重量份聚羧酸减水剂，
并加入清水搅拌均匀，形成含固量为 28wt.％的改性浆料，备用。
32.(2)将废弃混凝土破碎制备的再生粗骨料浸入所述改性浆料中，然后振荡、搅拌20min，使改性浆料进入所述骨料中，同时所述再生混凝土表面包裹改性浆料，完成后取出再生粗骨料，得再生粗骨料前驱体，备用。
33.(3)将所述前驱体在室温下自然养护5天，即得预处理再生粗骨料。
34.(4)采用如上述相同的方法制备预处理再生细骨料。所述预处理再生细骨料的粒径在3～4.5mm之间，所述预处理再生粗骨料的粒径在 6～20mm之间。
35.2、一种含有再生骨料的混凝土的制备方法，包括如下步骤：将硅酸盐水泥、预处理再生粗骨料、预处理再生细骨料按照255重量份：780重量份：570重量份的比例混合后搅拌10min，然后加入5.8重量份聚羧酸减水剂、2.2重量份有机硅消泡剂、140重量份水后搅拌均匀，即得含有再生骨料的混凝土。
36.实施例2
37.1、一种预处理再生骨料的制备方法，结合图1和图2，包括如下步骤：
38.(1)将硅酸盐水泥、黄铁矿尾矿粉、石灰粉、粉煤灰、炉渣灰按照 31重量份：39重量份、8.0重量份：35重量份：27重量份的比例混合15min，然后加入4.2重量份萘系减水剂，并加入清水搅拌均匀，形成含固量为 33wt.％的改性浆料，备用。
39.(2)将废弃混凝土破碎制备的再生粗骨料浸入所述改性浆料中，然后振荡、搅拌30min，使改性浆料进入所述骨料中，同时所述再生混凝土表面包裹改性浆料，完成后取出再生粗骨料，得再生粗骨料前驱体，备用。
40.(3)将所述前驱体在室温下自然养护5天，即得预处理再生粗骨料。
41.(4)采用如上述相同的方法制备预处理再生细骨料。所述预处理再生细骨料的粒径在3～4.5mm之间，所述预处理再生粗骨料的粒径在 6～20mm之间。
42.2、一种含有再生骨料的混凝土的制备方法，包括如下步骤：将硅酸盐水泥、预处理再生粗骨料、预处理再生细骨料、二氧化硅粉按照238重量份：745重量份：514重量份：40重量份的比例混合后搅拌10min，然后加入3.57重量份萘系减水剂、1.6重量份有机硅消泡剂、130重量份水后搅拌均匀，即得含有再生骨料的混凝土。
43.实施例3
44.1、一种预处理再生骨料的制备方法，结合图1和图2，包括如下步骤：
45.(1)将硅酸盐水泥、黄铁矿尾矿粉、石灰粉、粉煤灰、炉渣灰按照 25重量份：34重量份、5.0重量份：30重量份：22重量份的比例混合10min，然后加入3.4重量份聚羧酸减水剂，并加入清水搅拌均匀，形成含固量为 20wt.％的改性浆料，备用。
46.(2)将废弃混凝土破碎制备的再生粗骨料浸入所述改性浆料中，然后振荡、搅拌10min，使改性浆料进入所述骨料中，同时所述再生混凝土表面包裹改性浆料，完成后取出再生粗骨料，得再生粗骨料前驱体，备用。
47.(3)将所述前驱体在室温下自然养护3天，即得预处理再生粗骨料。
48.(4)采用如上述相同的方法制备预处理再生细骨料。所述预处理再生细骨料的粒径在3～4.5mm之间，所述预处理再生粗骨料的粒径在 6～20mm之间。
49.2、一种含有再生骨料的混凝土的制备方法，包括如下步骤：将硅酸盐水泥、预处理再生粗骨料、预处理再生细骨料、钛白粉按照270重量份： 810重量份：588重量份：30重量份
的比例混合后搅拌10min，然后加入 7.3重量份聚羧酸减水剂、2.4重量份有机硅消泡剂、152重量份水后搅拌均匀，即得含有再生骨料的混凝土。
50.实施例4
51.一种含有再生骨料的混凝土的制备方法，包括如下步骤：将硅酸盐水泥、未经预处理废弃混凝土再生粗骨料(图1所示)、未经预处理废弃混凝土再生细骨料(图2所示)按照255重量份：780重量份：570重量份的比例混合后搅拌10min，然后加入5.8重量份聚羧酸减水剂、2.2重量份有机硅消泡剂、140重量份水后搅拌均匀，即得含有再生骨料的混凝土。
52.实施例5
53.一种含有再生骨料的混凝土的制备方法，同实施例1，区别在于：预处理再生骨料的制备采用如下方法：
54.(1)将硅酸盐水泥、黄铁矿尾矿粉、石灰粉、粉煤灰、炉渣灰按照 29重量份：36重量份、7.0重量份：34重量份：23重量份的比例混合15min，然后加入3.8重量份聚羧酸减水剂，并加入清水搅拌均匀，形成含固量为 28wt.％的改性浆料，备用。
55.(2)将废弃混凝土破碎制备的再生粗骨料浸入所述改性浆料中，然后振荡、搅拌20min，使改性浆料进入所述骨料中，同时所述再生混凝土表面包裹改性浆料，完成后取出再生粗骨料，得预处理再生粗骨料，备用。
56.(3)采用如上述相同的方法制备预处理再生细骨料。所述预处理再生细骨料的粒径在3～4.5mm之间，所述预处理再生粗骨料的粒径在 6～20mm之间。上述预处理再生细骨料、预处理再生粗骨料不进行专门的自然养护工序，制备完成后即用于含有再生骨料的混凝土试块的制备。
57.实施例6
58.一种含有再生骨料的混凝土的制备方法，同实施例2，区别在于：预处理再生骨料的制备采用如下方法：
59.(1)将硅酸盐水泥、石灰粉、粉煤灰、炉渣灰按照31重量份：8.0 重量份：35重量份：27重量份的比例混合15min，然后加入4.2重量份萘系减水剂，并加入清水搅拌均匀，形成含固量为33wt.％的改性浆料，备用。
60.(2)将废弃混凝土破碎制备的再生粗骨料浸入所述改性浆料中，然后振荡、搅拌30min，使改性浆料进入所述骨料中，同时所述再生混凝土表面包裹改性浆料，完成后取出再生粗骨料，得再生粗骨料前驱体，备用。
61.(3)将所述前驱体在室温下自然养护5天，即得预处理再生粗骨料。
62.(4)采用如上述相同的方法制备预处理再生细骨料。所述预处理再生细骨料的粒径在3～4.5mm之间，所述预处理再生粗骨料的粒径在 6～20mm之间。
63.实施例7
64.一种含有再生骨料的混凝土的制备方法，同实施例2，区别在于：预处理再生骨料的制备采用如下方法：
65.(1)将硅酸盐水泥、黄铁矿尾矿粉、粉煤灰、炉渣灰按照31重量份： 39重量份、35重量份：27重量份的比例混合15min，然后加入4.2重量份萘系减水剂，并加入清水搅拌均匀，形成含固量为33wt.％的改性浆料，备用。
66.(2)将废弃混凝土破碎制备的再生粗骨料浸入所述改性浆料中，然后振荡、搅拌
30min，使改性浆料进入所述骨料中，同时所述再生混凝土表面包裹改性浆料，完成后取出再生粗骨料，得再生粗骨料前驱体，备用。
67.(3)将所述前驱体在室温下自然养护5天，即得预处理再生粗骨料。
68.(4)采用如上述相同的方法制备预处理再生细骨料。所述预处理再生细骨料的粒径在3～4.5mm之间，所述预处理再生粗骨料的粒径在6～20mm之间。
69.实施例8
70.一种含有再生骨料的混凝土的制备方法，同实施例3，区别在于：预处理再生骨料的制备采用如下方法：
71.(1)将硅酸盐水泥、黄铁矿尾矿粉、石灰粉按照25重量份：34重量份、5.0重量份的比例混合10min，然后加入3.4重量份聚羧酸减水剂，并加入清水搅拌均匀，形成含固量为20wt.％的改性浆料，备用。
72.(2)将废弃混凝土破碎制备的再生粗骨料浸入所述改性浆料中，然后振荡、搅拌10min，使改性浆料进入所述骨料中，同时所述再生混凝土表面包裹改性浆料，完成后取出再生粗骨料，得再生粗骨料前驱体，备用。
73.(3)将所述前驱体在室温下自然养护3天，即得预处理再生粗骨料。
74.(4)采用如上述相同的方法制备预处理再生细骨料。所述预处理再生细骨料的粒径在3～4.5mm之间，所述预处理再生粗骨料的粒径在 6～20mm之间。
75.实施例9
76.一种含有再生骨料的混凝土的制备方法，同实施例3，区别在于：预处理再生骨料的制备采用如下方法：
77.(1)将黄铁矿尾矿粉、石灰粉、粉煤灰、炉渣灰按照34重量份、5.0 重量份：30重量份：22重量份的比例混合10min，然后加入3.4重量份聚羧酸减水剂，并加入清水搅拌均匀，形成含固量为20wt.％的改性浆料，备用。
78.(2)将废弃混凝土破碎制备的再生粗骨料浸入所述改性浆料中，然后振荡、搅拌10min，使改性浆料进入所述骨料中，同时所述再生混凝土表面包裹改性浆料，完成后取出再生粗骨料，得再生粗骨料前驱体，备用。
79.(3)将所述前驱体在室温下自然养护3天，即得预处理再生粗骨料。
80.(4)采用如上述相同的方法制备预处理再生细骨料。所述预处理再生细骨料的粒径在3～4.5mm之间，所述预处理再生粗骨料的粒径在 6～20mm之间。
81.性能测试
82.按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(gb/t 50081-2019)测试上述实施例1～9制备的预处理再生粗骨料的抗压强度。同时，按照上述标准将实施例1～9制备的含有再生骨料的混凝土浇筑混凝土试件，并测试得到的各实施例混凝土试件的28d抗压强度(如图3所示)，结果如表1。
83.表1
[0084][0085]
从上述的结果可以看出，相对于实施例4的未经预处理废弃混凝土再生粗骨料，实施例1～3制备的预处理再生粗骨料以及混凝土的抗压强度得到了明显提升，而实施例5～9制备的预处理再生粗骨料以及混凝土的抗压强度相对于实施例4提升幅度低于实施例1～3相对于实施例4的提升幅度。
[0086]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。