本发明涉及建筑材料混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种再生凝土及其制备方法。
背景技术：
混凝土是现代工程结构中最大宗的建筑材料之一，随着我国经济建设的快速发展和基础设施建设的不断完善，对混凝土的消耗量也急剧增加。混凝土是由胶凝材料和骨料胶结成整体的工程复合材料，每年通过混凝土消耗的天然骨料超过20亿吨，对骨料资源的大量开采易引起耕地破坏、山林遭毁和资源匮乏等问题。为了减少开采天然砂石料对环境的破坏以及开采耗能，目前出现了再生混凝土技术，再生混凝土是将建筑垃圾通过清洗、破碎、筛分后作为混凝土骨料，部分或全部取代天然骨料应用于混凝土生产的技术。再生混凝土有利于节约资源和能源，有利于保护环境和实现可持续发展，但再生骨料的棱角较多，孔隙率大，骨料的再生处理过程会在其内部产生大量微细裂缝，导致其吸水率高，影响再生混凝土的性能。
现有技术中，公告号为cn108558324a的中国专利公开了一种抗渗再生混凝土，由50-70份的水泥、30-45份的天然细骨料、70-80份的改性再生粗骨料、5-10份的粉煤灰、0.5-2份的减水剂、8-12份的添加剂、5-6份的脲酶和25-30份的水组成，通过对再生粗骨料进行改性，在废弃混凝土内部填充正硅酸乙酯和尿素，促使再生粗骨料中二氧化硅和碳酸钙对内部孔隙进行填充，以提高再生混凝土的致密度和抗压、抗渗性。但再生粗骨料是再生混凝土中的主要组成成分，该方案中采用氢氟酸、尿素、凝胶、戊二醛、正硅酸乙酯和表面活性剂等多种试剂对废弃混凝土进行改性，改性过程中还要采用旋蒸浓缩、球磨、冷冻等工艺方法，对设备的要求很高、改性成本极大，这样会导致再生混凝土的造价成本增大，不利于再生混凝土的应用推广和普及。
技术实现要素：
本发明的第一个目的在于提供一种再生混凝土，具有和易性好、力学性能好、质量稳定且成本较低的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种再生混凝土的制备方法，具有工艺简单、制备出的再生混凝土质量稳定、性能优异的优点。
本发明的上述第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种再生混凝土，由包含以下重量份的原料制成：140～150份的水泥、580～590份的再生粗骨料、260～270份的再生细骨料、95～105份的机制砂、35～45份的河砂、70～80份的矿物掺和料、15～32份的混杂纤维、4.2～4.6份的混凝土外加剂和80～90份的水；所述矿物掺和料包括粉煤灰、矿粉和硅微粉中的至少一种，所述混杂纤维包括有机仿钢纤维、塑钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、钢纤维、玄武岩纤维和硼纤维中的至少两种，所述混凝土外加剂包括减水剂、引气剂和保坍剂中的至少一种。
通过采用上述技术方案，以水泥为胶凝材料，再生粗骨料为粗骨料，再生细骨料、机制砂和河砂为细骨料，添加矿物掺和料、混杂纤维和混凝土外加剂，组成再生混凝土。其中，再生粗骨料和再生细骨料是将建筑垃圾通过清洗、破碎、筛分后得到的骨料颗粒，再生粗骨料是颗粒粒径在4.75～25mm范围内、连续颗粒级配的物料，再生细骨料的颗粒粒径小于4.75mm。采用再生粗骨料代替天然细骨料、再生细骨料部分代替天然细骨料，实现了对建筑垃圾的充分利用，有利于节约天然资源、减少建筑垃圾对土地的占用及对环境的污染。以再生细骨料、机制砂和河砂共同作为细骨料有利于改善再生混凝土的孔隙率，削弱再生细骨料对再生混凝土的不良影响。矿物掺和料是有利于减少再生混凝土中水泥用量，并提高再生混凝土拌和性能的矿物类物质，如粉煤灰、矿粉和硅微粉，三种矿物质均能部分取代水泥。
混杂纤维是由两者或两者以上纤维构成的复合材料，对再生混凝土有增强作用，有利于提高再生混凝土的力学性能。有机仿钢纤维是以合成树脂为原料制备的钢纤维的代替品，具有断裂强度高、在混凝土中分散性好、握裹力强的特点，有利于提高再生混凝土的抗拉、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能。塑钢纤维是以聚丙烯改性高分子聚合物为主要原料制成的高强度纤维，有利于提高再生混凝土的韧性和抗击性能，能够替代传统钢筋网和钢纤维，有利于降低建设成本。碳纤维是含碳量在95％以上高强度、高模量的无机高分子纤维材料，具有耐疲劳性、耐腐蚀性好的优点。聚丙烯纤维是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料制得的合成纤维，有利于提高再生混凝土的抗冲击强度。钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比为40～80的纤维，有增强再生混凝土的作用。玄武岩纤维是以天然玄武岩拉制的无机环保高性能纤维材料，由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成，具有强度高、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，有利于提高再生混凝土的强度。硼纤维是指在金属丝上沉积硼而形成的无机纤维，具有质轻、压缩强度高的特点，有利于改善再生混凝土的强度。
混凝土外加剂是指为改善和调节混凝土性能而掺加的物质，如减水剂、引气剂和保坍剂，减水剂能够改善混凝土拌和物的流变性能，有利于增强水泥颗粒的分散作用，在维持混凝土坍落度不变的前提下减少水的用量。引气剂能够在混凝土的拌和过程中引入大量均匀分布的、闭合而稳定的微小气泡，有利于改善混凝土的耐久性和流变性。保坍剂是能够保持混凝土的坍落度不快速损失的外加剂，有利于延缓水泥水化凝结，降低再生骨料吸水率高带来的不良影响。
本发明进一步设置为，所述混凝土外加剂包括减水剂和保坍剂，所述减水剂包括萘系减水剂、干酪素和聚羧酸系减水剂中的至少两种，所述保坍剂包括酒石酸和葡萄糖酸钠中的至少一种；所述减水剂、保坍剂与再生粗骨料的质量比为1：(0.12～0.15):(178～180)。
通过采用上述技术方案，减水剂与保坍剂共同作用有利于改善再生骨料的吸水率高引起的再生混凝土性能不佳的情况，常用的减水剂包括木质素磺酸盐、萘磺酸减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐减水剂、脂肪系高效减水剂、聚羧酸酯、干酪素和聚羧酸系减水剂，由于再生混凝土中再生骨料的吸水率较高，采用萘系减水剂或聚羧酸系减水剂与干酪素复配，或者萘系减水剂与聚羧酸系减水剂复配，均能产生较高的减少率，有利于改善再生混凝土的再生性能。常用的保坍剂包括柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、酒石酸钾、丙烯酸、丙烯酸钠、六偏磷酸钠、多聚磷酸钠及骨胶等，均能延缓水泥初凝，采用酒石酸和葡萄糖酸钠均能抑制再生混凝土的坍落度损失，对再生混凝土的施工性能有良好的改善作用。
本发明进一步设置为，所述机制砂的石粉含量为5～7％。
通过采用上述技术方案，石粉是机制砂在制备过程中产生的颗粒粒径小于75μm的石质粉末，机制砂中的石粉能够起填充作用，有利于提高机制砂混凝土的强度和密实性，进而提高其抗渗、抗裂和耐磨性，并能改善水泥石的孔隙结构，有助于改善混凝土的保水性、泌水性和粘聚性，使混凝土易于成型振捣、和易性得到改善。如果机制砂中的石粉含量过少，会影响机制砂混凝土的和易性，如果石粉含量过高，易导致混凝土的抗冻性和抗低温硫酸盐侵蚀能力下降，石粉中混有的泥粉还会吸附在机制砂表面，影响机制砂与水泥之间的粘结作用。
本发明进一步设置为，所述混杂纤维包括有机仿钢纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维，所述有机仿钢纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维的质量比为(0.5～0.8)：(2.5～3)：1。
通过采用上述技术方案，有机仿钢纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维均能够改善再生混凝土的力学性能，有机仿钢纤维对再生混凝土的韧性有较好的改善作用，有利于提高再生纤维的抗拉、抗剪、阻裂能力。聚丙烯纤维对再生混凝土的抗冲击能力有良好的改善作用，玄武岩纤维对再生混凝土的强度有较好的提高作用，有机仿钢纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维三者配合有利于提高再生混凝土的综合力学性能。
本发明进一步设置为，所述混凝土外加剂还包括增稠剂，所述增稠剂包括纤维素醚、瓜尔胶、聚乙烯醇、黄原胶和聚丙烯酰胺的至少一种。优选的，所述增稠剂包括瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，所述瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的质量比为1：(0.35～0.5)：(2～3)。
通过采用上述技术方案，增稠剂能够提高再生混凝土拌合物的稠度，堵塞再生骨料内部的裂缝，降低再生骨料的吸水率。纤维素酶、瓜尔胶、聚乙烯醇、黄原胶和聚丙烯酰胺均对再生混凝土均匀良好的增稠作用，采用瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺按照上述比例混合时，增稠剂对再生混凝土的改善作用最佳，又不影响再生混凝土中物料的分散。
本发明进一步设置为，所述混杂纤维与增稠剂的质量比为(30～36)：1。
通过采用上述技术方案，混杂纤维与增稠剂的用量比例在该范围内有较好的配合效果，增稠剂有效提高了骨料与水泥的粘结作用，降低了再生骨料的吸水率，同时，混杂纤维也在再生混凝土中良好分散，并与水泥的粘结作用良好，对再生混凝土的力学性能有良好的改善作用。
本发明进一步设置为，由包含以下重量份的原料制成：140～145份的水泥、585～590份的再生粗骨料、265～270份的再生细骨料、95～100份的机制砂、35～45份的河砂、45～50份的粉煤灰、25～30份的矿粉、2～5份的有机仿钢纤维、8～18份的聚丙烯纤维、5～9份的玄武岩纤维、3.2～3.4份的减水剂、0.4～0.5份的保坍剂、0.15～0.17份的瓜尔胶、0.05～0.08份的聚乙烯醇、0.4～0.45份的聚丙烯酰胺和80～90份的水。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：按配方比例称取各原料，将粗骨料、再生细骨料、机制砂与河砂混合，然后加入水泥、矿物掺和料和混杂纤维，搅拌均匀后加入混凝土外加剂和水，拌和均匀得到再生混凝土。优选的，所述再生粗骨料和再生细骨料在与机制砂、河砂混合前经过预处理步骤，所述预处理步骤包括向再生粗骨料和再生细骨料中添加瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，将再生粗骨料、再生细骨料与瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺混合均匀。
通过采用上述技术方案，再生粗骨料、再生细骨料先于瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺三种增稠剂混合，有利于物料混合的均匀性，部分增稠剂的粉末会进入再生粗骨料和再生细骨料的内部缝隙，加入水和其他混凝土外加剂后，再生粗骨料和再生细骨料缝隙内的增稠剂与水作用起到封闭缝隙的作用，能够有限降低再生粗骨料和再生细骨料的吸水率，矿物掺和料、混杂纤维和混凝土外加剂相互配合，有利于提高再生混凝土的力学性能和工作性能。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
一、通过采用再生粗骨料取代天然粗骨料、再生细骨料部分取代细骨料，有利于实现对建筑垃圾的资源化利用，有利于节约天然资源，减少建筑垃圾对土地的占用和对环境的破坏。同时，通过添加混杂纤维、矿物掺和料和混凝土外加剂，改善因再生骨料表面粗糙、棱角较多、孔隙率大及吸水率高的问题。
二、通过添加减水剂、保坍剂和增稠剂，有利于改再生混凝土的拌合性和工作性能，减少再生混凝土拌和过程中水的用量和坍落度损失，提高骨料、混杂纤维与水泥之间的粘结作用，有利于改善再生混凝土的力学性能。
三、通过采用再生细骨料、机制砂和河砂共同作为细骨料，并掺加矿物掺和料，有利于提高再生混凝土的密实性，降低再生混凝土的制备成本。
四、本发明的方法，通过先将再生粗骨料、再生细骨料先于增稠剂混合，再与其他细骨料、矿物掺和料、混杂纤维及水泥等混合，有利于提高混合的均匀性，向混合物中添加水后，增稠剂有利于提高对再生粗骨料和再生细骨料内部裂缝的封闭作用，减少再生粗骨料和再生细骨料对其他外加剂成分的吸附作用，有利于提高再生混凝土的质量稳定性。
具体实施方式
下面对本发明实施例的技术方案进行描述。
实施例一
本实施例提供一种再生混凝土的制备方法：包括以下步骤：称取280kg的水泥、1160kg的再生粗骨料、520kg的再生细骨料、190kg的机制砂、70kg的河砂、90kg的粉煤灰、50kg的矿粉、4kg的有机仿钢纤维、16kg的聚丙烯纤维、10kg的玄武岩纤维、4kg的萘系减水剂、2.4kg的干酪素、0.8kg的葡萄糖酸钠、0.3kg的瓜尔胶、0.1kg的聚乙烯醇、0.8kg的聚丙烯酰胺和160kg的水。其中，本实施例采用的再生粗骨料为粒径范围在4.75-25mm范围内的连续级配，表观密度为2500kg/m3，本实施例采用的矿粉为高炉矿渣粉，本实施例采用的萘系减水剂为β-萘磺酸亚甲基缩合物，本实施例采用的机制砂中石粉含量为5％。
向再生粗骨料和再生细骨料中添加瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，混合搅拌均匀后添加机制砂和河砂，再次搅拌均匀后加入水泥、粉煤灰、矿粉、有机仿钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维，混合均匀后加入萘系减水剂、干酪素、葡萄糖酸钠和水，拌和均匀后即得。
实施例二
本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的再生混凝土的制备方法：包括以下步骤：称取280kg的水泥、1170kg的再生粗骨料、530kg的再生细骨料、192kg的机制砂、72kg的河砂、92kg的粉煤灰、50kg的硅微粉、10kg的塑钢纤维、20kg的聚丙烯纤维、10kg的硼纤维、4kg的聚羧酸减水剂、2.8kg的干酪素、0.6kg的酒石酸、0.4kg的葡萄糖酸钠、0.2kg的纤维素醚、0.6kg的黄原胶、0.6kg的聚丙烯酰胺和164kg的水。其中，本实施例采用的聚羧酸减水剂为巴斯夫的sc-11，本实施例采用的机制砂中石粉含量为7％。
向再生粗骨料和再生细骨料中添加纤维素醚、黄原胶和聚丙烯酰胺，混合搅拌均匀后添加机制砂和河砂，再次搅拌均匀后加入水泥、粉煤灰、硅微粉、塑钢纤维、聚丙烯纤维、硼纤维，混合均匀后加入聚羧酸减水剂、干酪素、酒石酸、葡萄糖酸钠和水，拌和均匀后即得。
实施例三
本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的再生混凝土的制备方法：包括以下步骤：称取286kg的水泥、1176kg的再生粗骨料、536kg的再生细骨料、196kg的机制砂、76kg的河砂、96kg的粉煤灰、56kg的矿粉、6kg的有机仿钢纤维、30kg的聚丙烯纤维、12kg的玄武岩纤维、4kg的萘系减水剂、2.6kg的干酪素、0.6kg的酒石酸、0.3kg的葡萄糖酸钠、0.32kg的瓜尔胶、0.12kg的聚乙烯醇、0.86kg的聚丙烯酰胺和170kg的水，其中，本实施例采用的机制砂中石粉含量为6％。
向再生粗骨料和再生细骨料中添加瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，混合搅拌均匀后添加机制砂和河砂，再次搅拌均匀后加入水泥、粉煤灰、矿粉、有机仿钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维，混合均匀后加入萘系减水剂、干酪素、酒石酸、葡萄糖酸钠和水，拌和均匀后即得。
实施例四
本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的再生混凝土的制备方法：包括以下步骤：称取290kg的水泥、1178kg的再生粗骨料、540kg的再生细骨料、200kg的机制砂、80kg的河砂、98kg的粉煤灰、58kg的矿粉、8kg的碳纤维、24kg的聚丙烯纤维、12kg的钢纤维、4.6kg的萘系减水剂、2kg的干酪素、0.4kg的酒石酸、0.4kg的葡萄糖酸钠、0.32kg的瓜尔胶、0.14kg的聚乙烯醇、0.9kg的聚丙烯酰胺和178kg的水，其中，本实施例采用的机制砂中石粉含量为5％。
向再生粗骨料和再生细骨料中添加瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，混合搅拌均匀后添加机制砂和河砂，再次搅拌均匀后加入水泥、粉煤灰、矿粉、碳纤维、聚丙烯纤维、钢纤维，混合均匀后加入萘系减水剂、干酪素、酒石酸、葡萄糖酸钠和水，拌和均匀后即得。
实施例五
本实施例与实施例二的区别主要在于：本实施例的再生混凝土的制备方法：包括以下步骤：称取300kg的水泥、1180kg的再生粗骨料、538kg的再生细骨料、540kg的机制砂、90kg的河砂、100kg的粉煤灰、60kg的矿粉、10kg的有机仿钢纤维、36kg的聚丙烯纤维、18kg的玄武岩纤维、3.8kg的聚羧酸减水剂、3kg的干酪素、0.4kg的葡萄糖酸钠、0.6kg的酒石酸、0.34kg的瓜尔胶、0.16kg的聚乙烯醇、0.7kg的聚丙烯酰胺和180kg的水，其中，本实施例采用的机制砂中石粉含量为6％。
向再生粗骨料和再生细骨料中添加瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，混合搅拌均匀后添加机制砂和河砂，再次搅拌均匀后加入水泥、粉煤灰、矿粉、有机仿钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维，混合均匀后加入聚羧酸减水剂、干酪素、葡萄糖酸钠、酒石酸和水，拌和均匀后即得。
实施例六
本实施例与实施例二的区别主要在于：本实施例的再生混凝土的制备方法：包括以下步骤：称取284kg的水泥、1164kg的再生粗骨料、526kg的再生细骨料、194kg的机制砂、78kg的河砂、94kg的粉煤灰、52kg的矿粉、6kg的有机仿钢纤维、30kg的聚丙烯纤维、14kg的玄武岩纤维、4kg的聚羧酸减水剂、2.4kg的干酪素、0.9kg的酒石酸、0.34kg的瓜尔胶、0.16kg的聚乙烯醇、0.9kg的聚丙烯酰胺和176kg的水，其中，本实施例采用的机制砂中石粉含量为6％。
向再生粗骨料和再生细骨料中添加瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，混合搅拌均匀后添加机制砂和河砂，再次搅拌均匀后加入水泥、粉煤灰、矿粉、有机仿钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维，混合均匀后加入聚羧酸减水剂、干酪素、酒石酸和水，拌和均匀后即得。
实施例七
本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的再生混凝土的制备方法：包括以下步骤：称取296kg的水泥、1172kg的再生粗骨料、532kg的再生细骨料、206kg的机制砂、86kg的河砂、92kg的粉煤灰、54kg的矿粉、8kg的有机仿钢纤维、24kg的聚丙烯纤维、16kg的玄武岩纤维、3.6kg的萘系减水剂、3kg的干酪素、1kg的葡萄糖酸钠和166kg的水，其中，本实施例采用的机制砂中石粉含量为7％。
将再生粗骨料和再生细骨料混合搅拌均匀后添加机制砂和河砂，再次搅拌均匀后加入水泥、粉煤灰、矿粉、有机仿钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维，混合均匀后加入萘系减水剂、干酪素、葡萄糖酸钠和水，拌和均匀后即得。
对比例
对比例一
本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的再生混凝土中不添加混杂纤维。
对比例二
本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的再生混凝土中不添加矿物掺和料。
产品检测
根据规范《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(gb/t50080-2016)对各实施例和对比例制得的再生混凝土的坍落度和扩展度进行试验。根据规范《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t50081-2002)对各实施例和对比例制得的再生混凝土的抗压性能进行试验，各实施例和对比例制得的再生混凝土的试验结果如表1所示。
表1各实施例和对比例的检测结果
由表1可见,各实施例制得的再生混凝土的抗压强度均明显优于各对比例，结合各实施例制得的再生混凝土的坍落度及拓展度表现，各实施例制得的再生混凝土的和易性也优于各对比例，即按照本发明的技术方案掺加混杂纤维和矿物掺和料有利于改善再生混凝土的和易性和抗压性，使再生混凝土具有良好的工作性能。在多个实施例中，实施例一及三至六的坍落度、拓展度表现优于实施例二和七，可见采用本发明优选的配方(含增稠剂配方和特定混杂纤维配方的技术方案)有利于改善再生混凝土的和易性。同时，实施例七制备的再生混凝土在抗压强度方面明显低于其他实施例，证明在再生混凝土中添加增稠剂有助于提高再生混凝土的抗压强度。
此外，实施例三至六制得的再生混凝土的抗压强度均优于实施例一，证明采用的增稠剂为瓜尔胶、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，且三者用量质量比在1：(0.35～0.5)：(2～3)范围内有较好的复配效果。实施例三、四、六制得的再生混凝土的抗压强度优于实施例五，证明混杂纤维与满足上述比例关系的增稠剂的用量质量比在(30～36)：1范围内的配合效果更好。实施例三和四制得的再生混凝土的抗压强度优于实施例六，证明减水剂、保坍剂和再生骨料的用量质量比在1：(0.12～0.15):(178～180)范围内的配合作用更好，有利于提高再生混凝土的抗压强度。实施例三制得的再生混凝土的抗压强度优于实施例四，证明混杂纤维中，采用有机仿钢纤维、聚丙烯和玄武岩纤维，且三者用量质量比在(0.5～0.8)：(2.5～3)：1范围内对再生混凝土的增强效果更好。本发明采用再生粗骨料和再生细骨料为主要骨料，辅以机制砂和河砂，与水泥、混杂纤维、矿物掺和料及外加剂共同组成再生混凝土，实现了对建筑垃圾的资源化利用，有利于节约天然资源减少建筑垃圾对土地的占用和对环境的破坏，制得的再生混凝土工作性能和力学性能良好、制备成本低。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。