一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土的制作方法

本发明属于混凝土制备技术领域，尤其涉及一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土及其制备方法。

背景技术：

本发明背景技术中，公开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。

众所周知，海洋环境中氯离子侵蚀是引起钢筋锈蚀进而导致混凝土结构劣化的最重要原因之一。当氯离子从外部环境向混凝土内部侵入时，一部分会与水泥水化产物吸附形成结合氯离子，另一部分则作为自由氯离子溶于孔溶液并向深处迁移。自由cl^-具有离子半径小，穿透能力强，并且能够被金属表面较强吸附的特点，自由氯离子可以降低材质表面钝化膜形成的可能或加速钝化膜的破坏，氯离子容易吸附在钝化膜上，把氧原子挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物，造成腐蚀。因此降低自由氯离子的浓度是保护钢筋不被侵蚀的有效手段。

与此同时，随着中国城市化进程日益加快，大量老龄建筑工程被拆除重建、道路基础设施被翻修改造，进而产生了体量日益庞大的建筑垃圾。如果将这些废弃混凝土当做废物处理，不仅污染环境，占用土地资源，且不符合可持续发展的原则。但利用建设和拆除的废弃混凝土块经过破碎、清洗、混合等一系列流程可以得到再生骨料，其能够取代天然骨料来配置混凝土，再生骨料在实际工程中的应用呈现出巨大的经济效益和环保效益。

目前，国内外学者在混凝土吸附、固化氯离子领域取得了一定的研究成果。除了在混凝土中添加粉煤灰、矿渣等矿物掺合料外，一些研究还通过掺入纳米al2o3等提升水泥基材料的氯离子固化能力。但均未涉及利用再生骨料提高氯离子固化能力，因此可以考虑使用再生骨料制备混凝土，但是再生骨料的强度较低，无法满足新的混凝土材料的使用要求。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在于提供一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土。本发明通过使用再生骨料提高混凝土的氯离子的固化能力，降低自由氯离子的含量；本发明的方法在延长混凝土的使用寿命、降低混凝土的生产成本，以及减少环境污染等方面具有明显优势。

为了延长混凝土的使用寿命，本发明的目的之一是提供一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土。

为了获得上述混凝土，本发明的目的之二是提供一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土的制备方法。

本发明的目的之三是提供上述绿色混凝土在房产、道路、桥梁修建中应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土，包括以下重量份数的原料：

所述细骨料为天然细骨料和再生细骨料的混合物；

所述胶凝材料为水泥可选用硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或多种；

所述粗骨料为天然粗骨料。

氯离子的固化与水化产物密切相关。水泥水化产物主要包括水化硅酸钙凝胶(c-s-h凝胶)，氢氧化钙(ca(oh)2)，钙矾石(aft)，单硫型化合物(afm)等。这些水化产物可以结合氯离子。相比于再生粗骨料，再生细骨料中硬化水泥浆体含量相对更高，因此更适合替代部分天然细骨料来提高氯离子固化能力。

其次，本发明公开一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)再生细骨料预处理：将再生细骨料浸泡在饱和氢氧化钙溶液中7-15h，然后取出放于通风处自然晾干；

(2)原料混合：按比例加入粗骨料、细骨料，先加入50％水搅拌,然后加入水泥搅拌，最后加剩余50％水和聚羧酸减水剂搅拌；

(3)入模与脱模：在模具内涂抹脱模油，将拌和好的混凝土装入试模并振捣，在保湿条件下养护后拆模。

(4)拆模后在标准养护室中继续养护。

最后，本发明公开一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土在房产、道路、桥梁修建中应用。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明中的细骨料中包含再生细骨料，利用再生细骨料代替天然细骨料，既能实现对再生骨料的利用，实现对建筑垃圾的再利用，同时利用再生骨料中的水化产物固化氯离子，减少了自由氯离子的含量，延长了混凝土的使用寿命。

(2)在制备混凝土之前，预先将再生细骨料用氢氧化钙溶液浸泡，浸泡过程中氢氧化钙溶液会进入再生细骨料孔隙内部与空气中的co2反应生成大量碳酸钙，从而降低再生骨料使用对混凝土原有力学性能和耐久性的负面影响。

(3)生成的大量碳酸钙更重要的是这些碳酸钙形成了一层保护膜，防止外部了co2对再生细骨料所含硬化浆体的进一步碳化，对再生细骨料中的水化产物进行保护,延长了水化产物的作用时间，从而增加了混凝土氯离子的固化效果,而且混凝土内部碱性越高c-s-h凝胶的钙硅比越高，单位质量浆体能够固化的氯离子越多，因此利用处理后再生细骨料制备的混凝土氯离子固化能力也越强。

附图说明

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。

图1为实施例1-7制得样品28d的抗压强度示意图。

图2为实施例1-7制得样品的氯离子固化能力示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术中所介绍的，氯离子侵蚀是造成钢筋混凝土结构劣化的主要原因，为解决该问题，本申请提供一种利用再生骨料的混凝土，提高对氯离子固化能力，降低自由氯离子的含量，混凝土包括胶凝材料460-550份；水175-200份；粗骨料1000-1100份；细骨料650-750份；聚羧酸减水剂3-6份。所述细骨料包括0％-100％的天然细骨料和0％-100％的再生细骨料；所述胶凝材料为水泥；所述粗骨料为天然粗骨料。

再生骨料表面往往存在着硬化水泥浆体附着，而这些硬化水泥浆体含有大量c-s-h凝胶。而本发明考虑到再生骨料表面往往附着有大量硬化水泥浆体，而这些硬化水泥浆体又含有大量c-s-h凝胶等水化产物，因此可以考虑使用经过处理的再生骨料制备混凝土。

而且相比于再生粗骨料，再生细骨料中硬化水泥浆体含量相对更高，因此更适合替代部分天然细骨料来提高氯离子固化能力。在制备混凝土之前，预先将再生细骨料用氢氧化钙溶液浸泡，然后摊平自然晾干备用。再生细骨料通常孔隙率较大，因此浸泡过程中氢氧化钙溶液会进入再生细骨料孔隙内部。那么在自然晾干过程中，再生细骨料表面及内部的缺陷或空隙中的氢氧化钙都会与空气中的co2反应生成大量碳酸钙。这些碳酸钙可以填充在再生细骨料空隙中使其更加密实，从而降低再生骨料使用对混凝土原有力学性能和耐久性的负面影响；更重要的是这些碳酸钙形成了一层保护膜，防止外部了co2对再生细骨料所含硬化浆体的进一步碳化，从而保证了硬化浆体内部的碱性以及硬化浆体中c-s-h凝胶的钙硅比不会因碳化降低。由于混凝土内部碱性越高c-s-h凝胶的钙硅比越高，单位质量浆体能够固化的氯离子越多，因此利用处理后再生细骨料制备的混凝土氯离子固化能力也越强。

在本发明优选的实施方案中，所述胶凝材料为水泥，可选用硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种；

在本发明优选的实施方案中，所述粗骨料为天然碎石；

在本发明优选的实施方案中，所述细骨料包括0％-100％的天然细骨料和0％-100％的再生细骨料；所述天然细骨料为细石或河砂中的一种，再生细骨料为废弃混凝土细骨料混合物；

在本发明优选的实施方案中，细骨料中天然细骨料与再生细骨料的配比为3:7时，混凝土的氯离子固化能力最强。

在本发明优选的实施方案中，步骤(2)中，按比例加入粗骨料、细骨料，先加入50％水搅拌30-60s,然后加入水泥搅拌30-60s，最后加剩余50％水和聚羧酸减水剂搅拌1-2min,搅拌时间过短无法促进原料充分混合，如果搅拌时间过长，混凝土会开始凝固，长时间搅拌占用混凝土凝固时间，无法在模具中振捣压实；

在本发明优选的实施方案中，步骤(3)中，在模具内的底部与四周均涂抹脱模油，便于脱模处理；

在本发明优选的实施方案中，步骤(3)中，将拌和好的混凝土装入试模并振捣，促进气体的排出，使混凝土紧实，增加密度，获得较高强度；

在本发明优选的实施方案中，步骤(3)中，在模具中养护条件为在温度为20±2℃、相对湿度不低于95％的标准养护室中放置24小时。

在本发明优选的实施方案中，步骤(4)中，所述养护条件为在温度为20±2℃、相对湿度不低于95％的标准养护室中养护28d。

实施例1

本发明公开的一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土，包括以下重量份数的原料：

其中，水泥采用山水牌p.o42.5水泥，28d抗压强度46mpa，28d抗折强度7mpa，细度355m²/kg。粗骨料为级配良好的天然碎石，粒径范围为5-20mm。细骨料为河砂(中砂)其中，河砂的细度模数为3，减水剂为聚羧酸类高效减水剂。

再生混凝土通过以下步骤进行制备：

(1)将再生细骨料浸泡在饱和氢氧化钙溶液中12h，然后取出放于通风处自然晾干7天；

(2)加入粗骨料与细骨料，粗骨料为碎石、细骨料为河砂，并加入50％水先搅拌30再加水泥搅拌60s；最后加剩余50％水和聚羧酸减水剂搅拌60s；

(3)在模具的内侧和底部用刷子均匀的涂抹一层脱模油，将拌和好的混凝土装入试模，用振动台振捣90s使其密实，振捣完成后用抹子将混凝土表面处理光滑，覆盖一层塑料膜保湿，在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中放置24小时后拆模，而后继续在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中养护28d。

实施例2

本发明公开的一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土，包括以下重量份数的原料：

其中，水泥采用山水牌p.o42.5水泥，28d抗压强度46mpa，28d抗折强度7mpa，细度355m²/kg。粗骨料为级配良好的天然碎石，粒径范围为5-20mm。细骨料为质量百分比为70％的河砂(中砂)和30％的预处理后的废弃混凝土细骨料混合物。其中，河砂的细度模数为3；再生细骨料的细度模数为2.7，最大粒径为5mm，含水率为5％。减水剂为聚羧酸类高效减水剂。

再生混凝土通过以下步骤进行制备：

(1)将再生细骨料浸泡在饱和氢氧化钙溶液中12h，然后取出放于通风处自然晾干7天；

(2)加入粗骨料与细骨料，粗骨料为碎石、细骨料按照70％河砂、30％再生细骨料，并加入50％水先搅拌30s再加水泥搅拌60s；最后加剩余50％水和聚羧酸减水剂搅拌60s；

(3)在模具的内侧和底部用刷子均匀的涂抹一层脱模油，将拌和好的混凝土装入试模，用振动台振捣90s使其密实，振捣完成后用抹子将混凝土表面处理光滑，覆盖一层塑料膜保湿，在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中放置24小时后拆模，而后继续在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中养护28d。

实施例3

本发明公开的一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土，包括以下重量份数的原料：

其中，水泥采用山水牌p.o42.5水泥，28d抗压强度46mpa，28d抗折强度7mpa，细度355m²/kg。粗骨料为级配良好的天然碎石，粒径范围为5-20mm。细骨料为质量百分比为50％的河砂(中砂)和50％的预处理后的废弃混凝土细骨料混合物。其中，河砂的细度模数为3；再生细骨料的细度模数为2.7，最大粒径为5mm，含水率为5％。减水剂为聚羧酸类高效减水剂。

再生混凝土通过以下步骤进行制备：

(1)将再生细骨料浸泡在饱和氢氧化钙溶液中12h，然后取出放于通风处自然晾干7天；

(2)加入粗骨料与细骨料，粗骨料为碎石、细骨料按照50％河砂、50％再生细骨料，并加入50％水先搅拌30再加水泥搅拌60s；最后加剩余50％水和聚羧酸减水剂搅拌60s；

(3)在模具的内侧和底部用刷子均匀的涂抹一层脱模油，将拌和好的混凝土装入试模，用振动台振捣90s使其密实，振捣完成后用抹子将混凝土表面处理光滑，覆盖一层塑料膜保湿，在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中放置24小时后拆模，而后继续在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中养护28d。

实施例4

本发明公开的一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土，包括以下重量份数的原料：

其中，水泥采用山水牌p.o42.5水泥，28d抗压强度46mpa，28d抗折强度7mpa，细度355m²/kg。粗骨料为级配良好的天然碎石，粒径范围为5-20mm。细骨料为质量百分比为30％的河砂(中砂)和70％的预处理后的废弃混凝土细骨料混合物。其中，河砂的细度模数为3；再生细骨料的细度模数为2.7，最大粒径为5mm，含水率为5％。减水剂为聚羧酸类高效减水剂。

再生混凝土通过以下步骤进行制备：

(1)将再生细骨料浸泡在饱和氢氧化钙溶液中12h，然后取出放于通风处自然晾干7天；

(2)加入粗骨料与细骨料，粗骨料为碎石、细骨料按照30％河砂、70％再生细骨料，并加入50％水先搅拌30再加水泥搅拌60s；最后加剩余50％水和聚羧酸减水剂搅拌60s；

(3)在模具的内侧和底部用刷子均匀的涂抹一层脱模油，将拌和好的混凝土装入试模，用振动台振捣90s使其密实，振捣完成后用抹子将混凝土表面处理光滑，覆盖一层塑料膜保湿，在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中放置24小时后拆模，而后继续在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中养护28d。

实施例5

本发明公开的一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土，包括以下重量份数的原料：

其中，水泥采用山水牌p.o42.5水泥，28d抗压强度46mpa，28d抗折强度7mpa，细度355m²/kg。粗骨料为级配良好的天然碎石，粒径范围为5-20mm。细骨料为预处理后的废弃混凝土细骨料。再生细骨料的细度模数为2.7，最大粒径为5mm，含水率为5％。减水剂为聚羧酸类高效减水剂。

再生混凝土通过以下步骤进行制备：

(1)将再生细骨料浸泡在饱和氢氧化钙溶液中12h，然后取出放于通风处自然晾干7天；

(2)加入粗骨料与细骨料，粗骨料为碎石、细骨料为再生细骨料，并加入50％水先搅拌30再加水泥搅拌60s；最后加剩余50％水和聚羧酸减水剂搅拌60s；

(3)在模具的内侧和底部用刷子均匀的涂抹一层脱模油，将拌和好的混凝土装入试模，用振动台振捣90s使其密实，振捣完成后用抹子将混凝土表面处理光滑，覆盖一层塑料膜保湿，在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中放置24小时后拆模，而后继续在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中养护28d。

实施例6

本发明公开的一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土，包括以下重量份数的原料：

其中，水泥采用山水牌p.o42.5水泥，28d抗压强度46mpa，28d抗折强度7mpa，细度355m²/kg。粗骨料为级配良好的天然碎石，粒径范围为5-20mm。细骨料为质量百分比为30％的河砂(中砂)和70％的预处理后的废弃混凝土细骨料混合物。其中，河砂的细度模数为3；再生细骨料的细度模数为2.7，最大粒径为5mm，含水率为5％。减水剂为聚羧酸类高效减水剂。

再生混凝土通过以下步骤进行制备：

(1)加入粗骨料与细骨料，粗骨料为碎石、细骨料按照30％河砂、70％再生细骨料，并加入50％水先搅拌30再加水泥搅拌60s；最后加剩余50％水和聚羧酸减水剂搅拌60s；

(2)在模具的内侧和底部用刷子均匀的涂抹一层脱模油，将拌和好的混凝土装入试模，用振动台振捣90s使其密实，振捣完成后用抹子将混凝土表面处理光滑，覆盖一层塑料膜保湿，在温度为20℃、相对湿为95％的标准养护室中放置24小时后拆模，而后继续在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中养护28d。

实施例7

本发明公开的一种具有高氯离子固化能力的绿色混凝土，包括以下重量份数的原料：

其中，水泥采用山水牌p.o42.5水泥，28d抗压强度46mpa，28d抗折强度7mpa，细度355m²/kg。粗骨料为级配良好的天然碎石，粒径范围为5-20mm。细骨料为质量百分比为30％的河砂(中砂)和70％的预处理后的废弃混凝土细骨料混合物。其中，河砂的细度模数为3；再生细骨料的细度模数为2.7，最大粒径为5mm，含水率为5％。减水剂为聚羧酸类高效减水剂。

再生混凝土通过以下步骤进行制备：

(1)将再生细骨料放入旋转的偏心筒中，相互碰撞摩擦，将再生细骨料表面硬化水泥浆体进行清除。

(2)加入粗骨料与细骨料，粗骨料为碎石、细骨料按照30％河砂、70％再生细骨料，并加入50％水先搅拌30再加水泥搅拌60s；最后加剩余50％水和聚羧酸减水剂搅拌60s；

(2)在模具的内侧和底部用刷子均匀的涂抹一层脱模油，将拌和好的混凝土装入试模，用振动台振捣90s使其密实，振捣完成后用抹子将混凝土表面处理光滑，覆盖一层塑料膜保湿，在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中放置24小时后拆模，而后继续在温度为20℃、相对湿度为95％的标准养护室中养护28d。

混凝土的氯离子固化性能检测：

(1)取样：将7个实施例中养护28d后的混凝土破碎，选取除粗骨料外的其他部分做结合氯离子含量测试实验。

(2)将样品继续破碎成粒径不大于3mm的颗粒，并称取40g左右，放入真空干燥箱，于50℃下做完全干燥处理；

(3)利用分析天平精确称取3份完全干燥的样品，每份10g；

(4)将样品放入50ml塑料离心管中，并加入20ml浓度为2mol/l的标准氯化钠溶液混合均匀；

(5)将样品密封，并在20℃环境下放置2个月；

(6)放置2个月后，将样品离心并将悬浮液过滤，然后用浓度为0.1mol/l的硝酸银溶液滴定以测定悬浮液中自由氯离子含量；

测定出悬浮液中自由氯离子含量后，用式(1)计算样品的氯离子结合率r，来表示不同样品对氯离子的固化能力。最终氯离子固化能力取三份样品测试结果的平均值。

式中，r表示单位质量样品固化氯离子能力，mg/g；c0为暴露前标准氯化钠溶液浓度，mol/l；c1为暴露后悬浮液中氯离子浓度，mol/l；v为浸样品的标准氯化钠溶液体积，ml；m为氯元素的摩尔质量，g/mol；m为粉末样品质量，g。

各组分按重量百分比计及预处理情况见表1。

表1各实施例成分区别对比

根据gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试混凝土试件的抗压强度，抗压实验取0.5mpa/s的加载速度。利用上述氯离子固化性能检测方法测试样品的氯离子固化性能。各组样品的28d抗压强度及氯离子固化能力见表2。

表2试件28d抗压强度和氯离子固化效率

由表2可见，不同掺量再生骨料混凝土的28d抗压强度均低于普通混凝土，且随着再生骨料掺量的增加而降低。但相同掺量下经氢氧化钙预处理后的试件抗压强度明显增加，这是由于预处理后生成的碳酸钙可填充再生骨料微裂缝，降低孔隙率，所以可以在一定程度上克服了硬化水泥浆体孔隙率大、吸水率高、微裂纹多的不利因素；另外，设计时所采用的配合比也考虑了这些不利因素，进一步克服了不利因素的影响，保证了混凝土强度。

而且结合表1与表2可知,将实施例4与实施例6进行对比也可看出经过ca(oh)2浸泡预处理的混凝土的氯离子固化能力高于不经ca(oh)2浸泡预处理的混凝土,这是因为浸泡过程中氢氧化钙溶液会进入再生细骨料孔隙内部与空气中的co2反应生成大量碳酸钙，生成的大量碳酸钙更重要的是这些碳酸钙形成了一层保护膜，防止外部了co2对再生细骨料所含硬化浆体的进一步碳化，对再生细骨料中的水化产物进行保护,延长了水化产物的作用时间，从而增加了混凝土氯离子的固化效果。

由图1和图2还可看出，相同掺量下，去除再生细骨料表面水泥浆体的试件抗压强度也有所增加。但是，相同掺量下去除再生细骨料表面水泥浆体的试件，由于减少了csh凝胶等能够结合氯离子的主要水化产物的含量，所以其抗氯离子固化能力明显下降。由图2还可看出，随着再生细骨料掺量的增加，试件的氯离子结合能力也显著增加，且相同掺量下经本发明所示方法预处理后的混凝土氯离子固化效率有了进一步的提高。

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。