专利名称：混凝土骨料表面改性的处理方法
技术领域：
本发明涉及混凝土骨料表面改性的处理方法，尤其涉及高吸水性混凝土骨料表面改性的处理方法。
背景技术：
尽管混凝土材料的使用寿命较长，但混凝土构筑物和建筑物在经过一段时间使用后，终将由于各种原因而必须拆除，从而产生大量废弃混凝土块。
另一方面，随着社会经济的发展、混凝土用量的增大，混凝土的可持续发展与骨料供需矛盾日益突出。因此，若能将废弃混凝土就地回收再利用，则不仅能降低成本，节约天然骨料资源，缓解供需矛盾，还能减轻城市环境污染。
来源于拆除废建筑物的再生骨料已经被用于混凝土的生产。已经提议用再生骨料混凝土替代传统混凝土，以减少拆除建筑物所产生的建筑废料。目前将废弃混凝土加工成再生骨料的工艺流程如图1所示。
经过上述工艺流程处理过得到的再生骨料通常吸水速率和吸水率都很大。这是因为再生骨料颗粒的棱角多，表面粗糙，组成中包含着相对数量的硬化水泥砂浆(包裹在普通骨料的表面或以碎屑形式存在)，砂浆体中水泥石本身孔隙率比较大，且在破碎过程中，其内部往往会产生大量具有一定尺寸的裂纹。根据废弃混凝土强度和密度的不同，再生骨料的30分钟吸水率一般为7％～15％。因此，与普通骨料相比，再生骨料的吸水率和吸水速度要大得多，其品质控制是有难度的，主要有以下两个缺点(1)与普通骨料相比，再生骨料有较高的吸水率；(2)不同批次的再生骨料吸水率是不一致的。再生骨料的高吸水率使混凝土的工作性能很难控制。因此为适应再生骨料的高吸水性，在搅拌混凝土之前，都要对骨料进行预湿处理，预湿处理过程在混凝土生产过程中是很费时而且效率低的工序。事实上，预湿骨料时吸水率的控制是很困难的，多余的水分在预湿的骨料表面产生高的水灰比，从而导致水泥石基体和骨料之间形成的粘结力较弱，混凝土的品质也会受到影响。这对于再生混凝土的推广使用是一个很不利的因素。
为减少建筑的地基负荷，轻骨料混凝土也在世界范围内被广泛采用。轻质预制模组的使用能有效地缩短施工周期和降低工程造价。然而，由于多孔轻质骨料的高吸水性，轻骨料混凝土的应用也同样受到了限制。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种混凝土骨料表面改性的处理方法。该方法包括表面改性步骤和清洗步骤，其中，表面改性步骤是采用表面改性剂处理高吸水性骨料，使骨料吸水性降低；清洗步骤是采用清洗剂清除骨料表面的改性剂，使骨料表面粗糙，易于与水泥石进行粘结。采用本发明的骨料表面改性的处理方法不仅使处理后的骨料的吸水率大大降低，而且还使骨料与水泥石的界面区域粘结性能良好。
本发明的表面改性处理方法中的表面改性步骤是采用表面改性剂处理高吸水性骨料，使骨料吸水性降低。表面改性剂的种类无需特别限定，其选用标准与本领域常规方法相同，只要所选改性剂能够适用于待处理骨料即可。表面改性步骤的操作方法也无需特别限定，只要能达到将改性剂涂覆在骨料表面上的目的即可。可以是在搅拌罐里搅拌改性剂与骨料的混合物，也可以是将表面改性剂喷涂在骨料表面上，如将骨料放在传送带上喷洒改性剂。表面改性剂的加入量也无需限定，只要能够润湿骨料表面即可，表面改性剂进入骨料是靠骨料自身的吸水作用。
将表面改性后的骨料再经过清洗步骤进行处理，使骨料表面上的表面改性剂被清除掉，使骨料表面粗糙，易于与水泥石进行粘结。清洗步骤是采用清洗剂清洗骨料表面上的改性剂，使骨料表面的改性剂被清除，因而只有骨料内部才含有不透水改性剂涂层，即涂层与骨料表面有一定的距离，从而利于骨料与水泥石的粘结。清洗步骤避免了由于“壁效应”在骨料和水泥浆体的界面而产生的局部较高的水灰比，使骨料与水泥石的界面存在良好的粘结力，从而对混凝土的品质不造成不利影响。清洗剂的选择原则为能有效降低高吸水性骨料表面的表面改性剂的浓度，从而能提高骨料与水泥浆体的粘结性能的清洗剂。清洗剂无需特别限定，只要能满足将骨料表面的表面改性剂清除即可。清洗步骤采用的清洗时间和清洗方式都无需特别限定，只要达到清除骨料表面的表面改性剂的目的即可。在实际应用中要对清洗后的表面改性的骨料进行检测，以达到实际工程封骨料吸水率的要求为准。
通过本发明的方法处理后的骨料吸水性大大降低，且骨料表面更易于与水泥石相粘结。在实际应用中，高吸水性骨料不需要提前预湿，利用处理后的高吸水性骨料制成的混凝土的坍落度经时损失小，硬化后的混凝土的力学性能和耐久性也优于不经表面处理的骨料所配制的混凝土。
本发明提供的混凝土骨料表面改性的处理方法适用于任何高吸水性骨料，如再生骨料和轻骨料，其中轻骨料可以是粘土骨料、粉煤灰骨料、页岩骨料和矿渣骨料等。
图1是目前将废弃混凝土加工成再生骨料的工艺流程图。
图2是加入本发明的表面改性处理方法的再生骨料的工艺流程图；图3是本发明的表面改性处理方法的一个实例示意图。
图4A与图4B是经过清洗步骤与不经过清洗步骤的骨料与水泥石的界面粘结状况比较图。其中，图4A是不经清洗步骤的表面改性骨料与水泥石的界面粘结状况(电子显微镜照片，放大2000倍)。界面区域粘结不好，有明显裂缝。图4B是经过清洗步骤后的表面改性骨料与水泥石的界面粘结状况(电子显微镜照片，放大2000倍)。界面区域粘结良好，无明显裂缝。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图3所示，图3示意了本发明表面改性处理步骤的一个实例。该图中分为工艺1区和工艺2区。在工艺1区中对高吸水性骨料的表面处理是通过固定在顶部的喷洒装置，以一定的喷洒速度S1，对在传送装置上如传送带通过的高吸水性骨料喷洒表面改性剂。工艺1区的传送装置以V1速度向前运送高吸水性骨料。在工艺1区中表面改性剂的喷洒速度S1和传送装置的传送速度V1都是可调节的，以达到预定的表面改性效果。改性效果和喷涂速度对改性剂的用量都会有影响，改性剂的用量一般为骨料重量的2～3％。喷涂时间主要是由骨料的传送速度控制，骨料的传送速度又由改性效果而定，喷涂时间通常为5～20秒。改性剂的喷涂速度和传送系统的传送速度可以调节，以使骨料能够不同程度的吸收表面改性剂。喷涂速度是根据改性要求来定的，其也与传送中的骨料量和喷涂速度相关，骨料的量越大，喷涂速度就越大；传送带的规格及传送速度在实际应用中也是变化的。研究表明，喷涂的表面改性剂，只要能保证将高吸水性骨料完全润湿了就满足要求。喷涂速度和传送速度与骨料的量有关系，骨料量少，喷涂速度小；骨料量大，喷涂速度大。优选的喷涂速度和骨料传送速度要根据改性剂的品种和改性要求而定。在实验室的研究中，我们设定的改性要求为将原来1小时吸水为7.6％的高吸水性骨料改性为1小时吸水为0.8％的骨料。实验中采用的表面改性剂为下列组合物占总重量0.06-0.1重量％的硫酸铝、占总重量1.25-2重量％的硫酸钙，占总重量2.5-4重量％的甲基硅酸钠，以及余量的水。具体实例可以是含0.1重量％的硫酸铝、2.0重量％的硫酸钙、4重量％甲基硅酸钠和余量水的组合物。骨料运输量为0.5kg/s，在喷涂速度S1为40ml/s的喷涂装置下，喷涂15秒，就可以满足这个要求。喷涂速度和传送速度的关系需相互调整，以达到最好的表面改性效果。
在工艺2区中进行清洗步骤，通过固定在顶部的喷洒装置，以一定的喷洒速度S2，对在运输装置上通过的高吸水性骨料喷洒清洗剂，具体的速度要根据实际的皮带运送的骨料的数量和骨料堆积的量来定。工艺2区的传动装置以速度V2向前运送高吸水性骨料，V2与喷洒时间有关系，不同的喷洒时间有不同的传送速度。在实验室的研究中，我们设定的改性要求为将原来1小时吸水为7.6％的高吸水性骨料改性为1小时吸水为0.8％的骨料。骨料运输量为0.5kg/s，喷涂速度S1为100ml/s，使用水为清洗剂，5秒的清洗时间就可以满足这个改性要求。在实际的骨料处理厂中，骨料的运输速率和清洗剂的喷涂速度都应有相应的变化。实验室研究中，通常5～10秒的清洗时间就能满足我们设定的改性要求。在工艺2区中清洗剂的喷洒速度S2和运输装置的传送速度V2都是可调节的，这就可以改变清洗剂对高吸水性骨料的喷洒时间和喷洒数量，从而控制高吸水性骨料的吸水率程度。在实际应用中要对清洗后的表面改性的骨料进行检测，以达到实际工程封骨料吸水率的要求为准。我们的研究中采用的吸水率的测量方法为测量混凝土骨料的吸水率方法，其吸水率为质量百分比。
通过表1和附图4A与图4B，对表面改性的处理方法中含有清洗步骤和不含清洗步骤的效果进行比较。
表1包含与不包含清洗步骤的表面改性骨料的吸水率对比
从表1可以看出，包含清洗步骤的改性骨料的吸水率仍然維持在低水平。从图4B可以看出，骨料与水泥石的界面区域粘结良好，无明显裂缝。
可见，采用本发明的骨料表面改性的处理方法不仅使处理后的骨料的吸水率大大降低，而且还使骨料与水泥石的界面区域粘结性能良好。
权利要求
1.一种混凝土骨料表面改性的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括表面改性步骤和清洗步骤，其中表面改性步骤是采用表面改性剂处理高吸水性骨料，使骨料吸水性降低；清洗步骤是采用清洗剂清除骨料表面的改性剂。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述表面改性剂为占总重量0.06-0.1重量％的硫酸铝、占总重量1.25-2重量％的硫酸钙，占总重量2.5-4重量％的甲基硅酸钠、余量的水所组成的组合物。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，清洗剂为水。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，混凝土骨料是在传送装置上传送中进行处理的。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的处理方法，其特征在于，所述高吸水性骨料选自再生骨料和人造轻骨料。
6.根据权利要求5的处理方法，其特征在于，人造轻骨料选自粘土骨料、粉煤灰骨料、页岩骨料和矿渣骨料。
全文摘要
本发明涉及一种混凝土骨料表面改性的处理方法，尤其涉及高吸水性混凝土骨料表面改性的处理方法。该方法包括表面改性步骤和清洗步骤，其中，表面改性步骤是采用表面改性剂处理高吸水性骨料，使骨料吸水性降低；清洗步骤是采用清洗剂清除骨料表面的改性剂。采用本发明的骨料表面改性的处理方法不仅使处理后的骨料的吸水率大大降低，而且还使骨料与水泥石的界面区域粘结性能良好。该处理方法适用于任何吸水大的建筑用骨料，如再生骨料或人造轻骨料，其中人造轻骨料包括粘土骨料，粉煤灰骨料，页岩骨料，矿渣骨料。
文档编号C04B20/00GK1903777SQ20051008791
公开日2007年1月31日 申请日期2005年7月29日 优先权日2005年7月29日
发明者卢耀, 崔宏志 申请人:香港城市大学