本发明涉及一种利用CO2强化处理再生混凝土细骨料的方法，属于建筑废弃物再生利用与建筑材料生产技术领域。
背景技术：
将废弃混凝土加工成再生骨料用于再生混凝土的制备不仅解决了环境污染问题，也实现了资源再利用,减少了资源和能源的浪费。但与天然骨料相比，再生骨料内部存在大量微细裂纹、压碎指标值高、吸水率大，利用其制备的再生水泥制品的工作性能、力学性能与耐久性也难以满足工程要求。因此，强化再生细骨料以提高再生砂浆性能，对混凝土循环利用和可持续发展具有重要意义。为改善再生骨料的性能缺陷，众多学者利用不同方法改善再生骨料表面结构，减少微裂纹或孔洞，如利用聚合物溶液、水玻璃溶液、有机硅憎水剂，以及酸液浸泡处理再生骨料。其中酸液清洗法的作用有限而且还会引入酸根离子，影响附着砂浆的pH值；聚合物处理法能有效减小再生混凝土骨料的吸水率，但对强度的提高有限；上述研究多对再生骨料级配有要求，如筛除再生微粉颗粒，而这无疑增加了强化再生细骨料的工艺复杂性以及成本负担，也降低了再生骨料的利用率。此外，目前已有关于利用CO2碳化处理以强化再生骨料性能的研究报道和专利，但这些公开的文献采用再生骨料来自废弃混凝土试块，龄期较短（不超过12个月），含有较多的可碳化物质，使得碳化改性效果良好。然而建筑拆迁垃圾中的混凝土已经使用了几十年，由其制备的再生骨料，可碳化物质含量低，现有文献方法对其并不适用。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用二氧化碳强化再生混凝土细骨料的方法，能够有效改善再生骨料与再生砂浆性能。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种利用二氧化碳强化再生混凝土细骨料的方法，包括以下步骤：（1）氢氧化钙溶液或钙盐加钙处理处理：取由建筑垃圾制备的再生细骨料平铺于托盘中，后喷洒氢氧化钙或钙盐溶液并搅拌均匀；（2）CO2强化处理：将经氢氧化钙溶液或钙盐加钙处理后的再生细骨料置于密闭碳化箱中，碳化处理至表面碳化完全；（3）再生砂浆的制备：利用处理过的再生细骨料制备取代率为100%的再生砂浆。进一步的，步骤（1）中，增钙处理的效果取决于钙盐的溶解度，以选择溶解度较高的钙盐，如氯化钙或硝酸钙。进一步的，步骤（1）中，再生细骨料粒径小于4.75mm。进一步的，步骤（1）中，考虑到氢氧化钙的溶解度较低，定义氢氧化钙溶液参数C，C为所用氢氧化钙物质的量与其处理骨料的质量的比值，C值范围为0.01mol/kg~0.05mol/kg。进一步的，步骤（1）中，氢氧化钙或钙盐溶液的溶剂质量由碳化处理时再生骨料的含水率决定，再生骨料含水率控制在0.2%~10%。进一步的，步骤（2）中，碳化处理时控制温度为10℃~50℃。进一步的，步骤（2）中，碳化处理时相对湿度20%~75%。进一步的，步骤（2）中，碳化处理时CO2浓度20%~100%。进一步的，步骤（2）中表面碳化完全的检验方法是：平铺再生骨料，喷洒酚酞试剂，样品完全碳化表面不变色，样品部分碳化则变红。本发明利用CO2处理强化再生骨料的原理如下：混凝土碳化是指空气中的CO2等酸性气体与混凝土中的碱性物质发生反应，造成混凝土碱性下降和混凝土中化学成分改变的中性化反应过程。可碳化物质主要是氢氧化钙或钙盐和水化硅酸钙等，以氢氧化钙为例，反应方程式如下所示。（1）（2）本发明的有益效果是：研究表明，未经强化处理的再生骨料表面含有大量微裂缝，导致再生骨料孔隙率较大、吸水率较高。经本发明的方法中氢氧化钙溶液或钙盐溶液处理在提高再生骨料中的可碳化物质含量时，经碳化处理后，形成的碳酸钙有效填充微裂纹，并有效降低再生骨料孔隙率，进而减小骨料压碎值、降低骨料吸水率。此外，由建筑垃圾破碎筛分得到的再生细骨料中再生微粉含量可高达20%，高微粉含量导致再生砂浆新拌浆体的流动性较低，而按照本发明方法处理后，再生骨料的级配发生变化，细度模数略有增加，从而使得再生砂浆流动性提高近38.5%。同时，再生砂浆的抗压强度提高近20%。本发明与现有专利和文献报道不同之处：（1）已有专利和文献处理的是废弃混凝土试块，龄期一般不超过1年，含有较高的CH等可碳化物质，而我们处理的是废旧建筑的混凝土，可碳化物质极少。（2）碳化前，采用增钙溶液浸泡。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。实施例1本实施例包括以下步骤：（1）Ca(OH)2溶液处理：将再生细骨料平铺于托盘中，喷洒参数C为0.01mol/kg的Ca(OH)2水溶液并搅拌均匀，控制其含水率为5%。（2）CO2强化处理：将经Ca(OH)2水溶液处理后的再生细骨料置于密闭碳化箱中，控制温度为30℃、相对湿度为50%、CO2浓度为75%，碳化处理至表面碳化完全。（3）再生砂浆的制备：利用处理过的再生细骨料制备取代率为100%的再生砂浆。参照标准GB/T25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》和GB/T14684-2011《建设用砂》考察碳化处理前后骨料的基本性能，如表1所示，结果表明加钙后碳化处理可有效减少再生混凝土细骨料的吸水率和压碎值指标，微粉含量显著降低，再生胶砂需水量比显著降低，表观密度略有降低。表1碳化前后再生骨料性能名称细度模数吸水率/%压碎指标/%微粉含量/%表观密度/（kg/m3）再生胶砂需水量比未处理再生细骨料2.84.101814.1726401.17处理后再生细骨料3.02.35119.1426361.10将本实施例得到的经CO2强化处理后的再生混凝土骨料和未经处理的再生细骨料，分别按照胶砂比1：4，水灰比0.7制成砂浆试件；利用未处理再生细骨料分别按照灰砂比为1：4、水灰比为0.75制备再生砂浆。测试砂浆新拌浆体稠度及其7d、28d抗压强度如表2所示。结果表明，在相同水灰比条件下，碳化处理可有效改善再生砂浆流动性，使其满足工程应用；与同稠度条件下的未经处理的再生砂浆相比，7d抗压强度提高约15.1%，28d抗压强度提高近18.1%。表2再生砂浆稠度及抗压强度名称水灰比稠度/mm7d抗压强度/Mpa28d抗压强度/Mpa骨料处理前再生砂浆0.7529.114.0骨料处理前再生砂浆0.75745.38.3骨料处理后再生砂浆0.7726.19.8实施例2本实施例包括以下步骤：（1）Ca(OH)2溶液处理：将再生细骨料平铺于托盘中，喷洒参数C为0.05mol/kg的Ca(OH)2水溶液并搅拌均匀，控制其含水率为0.2%。（2）CO2强化处理：将经Ca(OH)2水溶液处理后的再生细骨料置于密闭碳化箱中，控制温度为10℃、CO2浓度为100%，碳化处理至表面碳化完全。（3）再生砂浆的制备：利用处理过的再生细骨料制备取代率为100%的再生砂浆。结果表明加钙后碳化处理可有效减少再生混凝土细骨料的吸水率和压碎值指标，如表3所示。表3碳化前后再生骨料性能名称细度模数吸水率/%压碎指标/%微粉含量/%表观密度/（kg/m3）再生胶砂需水量比未处理再生细骨料2.42.191122.0026361.20处理后再生细骨料2.51.77919.8426211.12将本实施例得到的经CO2强化处理后的再生混凝土骨料按照灰砂比1：4，水灰比0.875制成砂浆试件；利用未处理再生混凝土骨料按照灰砂比为1：4、水灰比为0.870制备再生砂浆。测试砂浆新拌浆体稠度及其7d、28d抗压强度如表4所示。结果表明，碳化处理可有效改善再生砂浆流动性，使其满足工程应用；同时，由碳化骨料制备的再生砂浆7d和28d抗压强度分别提高约26.36%和23.84%。表4再生砂浆稠度及抗压强度名称水灰比稠度/mm7d抗压强度/Mpa28d抗压强度/Mpa骨料处理前再生砂浆0.875757.5111.20骨料处理后再生砂浆0.825729.4913.87实施例3本实施例包括以下步骤：（1）氯化钙溶液处理：将再生细骨料平铺于托盘中，喷洒参数C为0.01mol/kg的氯化钙水溶液并搅拌均匀，控制再生骨料含水率为10%。（2）CO2强化处理：将经氯化钙水溶液处理后的再生细骨料置于密闭碳化箱中，控制温度为50℃、相对湿度为20%、CO2浓度为20%，碳化处理至表面碳化完全。（3）再生砂浆的制备：利用处理过的再生细骨料制备取代率为100%的再生砂浆。如表5所示。表5碳化前后再生骨料性能名称细度模数吸水率/%压碎指标/%微粉含量/%表观密度/（kg/m3）再生胶砂需水量比未处理再生细骨料2.42.191122.0026361.20处理后再生细骨料2.51.03618.3526321.15将本实施例得到的经CO2强化处理后的再生混凝土骨料按照灰砂比1：4，水灰比0.875制成砂浆试件；利用未处理再生混凝土骨料按照灰砂比为1：4、水灰比为0.870制备再生砂浆。测试砂浆新拌浆体稠度及其7d、28d抗压强度如表6所示。结果表明，碳化处理可有效改善再生砂浆流动性，使其满足工程应用；同时，由碳化骨料制备的再生砂浆7d和28d抗压强度分别提高近18.38%和17.50%。表6再生砂浆稠度及抗压强度名称水灰比稠度/mm7d抗压强度/Mpa28d抗压强度/Mpa骨料处理前再生砂浆0.875757.5111.20骨料处理后再生砂浆0.825748.8913.16实施例4本实施例包括以下步骤：（1）Ca(NO3)2溶液处理：将再生细骨料平铺于托盘中，喷洒参数C为0.01mol/kg的Ca(NO3)2水溶液并搅拌均匀，控制其含水率为5%。（2）CO2强化处理：将经Ca(NO3)2水溶液处理后的再生细骨料置于密闭碳化箱中，控制温度为30℃、相对湿度为50%、CO2浓度为75%，碳化处理至表面碳化完全。（3）再生砂浆的制备：利用处理过的再生细骨料制备取代率为100%的再生砂浆。参照标准GB/T25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》和GB/T14684-2011《建设用砂》考察碳化处理前后骨料的基本性能，如表7所示，结果表明加钙后碳化处理可有效减少再生混凝土细骨料的吸水率和压碎值指标，微粉含量显著降低，再生胶砂需水量比显著降低，表观密度略有降低。表7.碳化前后再生骨料性能名称细度模数吸水率/%压碎指标/%微粉含量/%表观密度/（kg/m3）再生胶砂需水量比未处理再生细骨料2.42.191122.0026361.20处理后再生细骨料2.551.535.4219.4526171.10将本实施例得到的经CO2强化处理后的再生混凝土骨料按照灰砂比1：4，水灰比0.875制成砂浆试件；利用未处理再生混凝土骨料按照灰砂比为1：4、水灰比为0.825制备再生砂浆。测试砂浆新拌浆体稠度及其7d、28d抗压强度如表8所示。结果表明，碳化处理可有效改善再生砂浆流动性，使其满足工程应用；同时，由碳化骨料制备的再生砂浆7d和28d抗压强度分别提高近13%和22%。表8再生砂浆稠度及抗压强度名称水灰比稠度/mm7d抗压强度/Mpa28d抗压强度/Mpa骨料处理前再生砂浆0.875757.5111.20骨料处理后再生砂浆0.825768.4913.67对比例本对比例包括以下步骤：（1）CO2强化处理：将原状再生细骨料（调节含水率为5%）置于密闭碳化箱中，控制温度为30℃、相对湿度为50%、CO2浓度为75%，碳化处理至表面碳化完全。（2）再生砂浆的制备：利用处理过的再生细骨料制备取代率为100%的再生砂浆。参照标准GB/T25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》和GB/T14684-2011《建设用砂》考察碳化处理前后骨料的基本性能，如表9所示，结果表明未加钙后碳化处理的再生混凝土细骨料基本性能无明显变化。表9碳化前后再生骨料性能名称细度模数吸水率/%压碎指标/%微粉含量/%表观密度/（kg/m3）再生胶砂需水量比未处理再生细骨料2.42.191122.0026361.20处理后再生细骨料2.42.101121.3226381.17将本对比例得到的经CO2强化处理后的再生混凝土骨料按照灰砂比1：4，水灰比0.875制成砂浆试件；利用未处理再生混凝土骨料按照灰砂比为1：4、水灰比为0.870制备再生砂浆。测试砂浆新拌浆体稠度及其7d、28d抗压强度如表10所示。结果表明，未经加钙而直接碳化骨料对改善再生砂浆流动性和力学性能效果并不明显，这也充分说明钙源处理的重要性和必要性。表10再生砂浆稠度及抗压强度名称水灰比稠度/mm7d抗压强度/Mpa28d抗压强度/Mpa骨料处理前再生砂浆0.875757.5111.20骨料处理后再生砂浆0.870737.9810.97以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。