本发明涉及混凝土技术领域，更具体的说，它涉及一种抗冻再生混凝土及其制备方法。
背景技术：
普通的混凝土是指用水泥作胶凝材料，以砂、石作骨料，根据需求，添加外加剂后与水按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土；由于混凝土的原材料丰富，成本低，具有很好的可塑性，因此我国每年混凝土的产量呈递增的趋势。但是随着我国现代化的发展，新城市的建设和旧城的改造会使混凝土废弃物逐渐增加，因此混凝土废弃物的循环利用也越来越被人们重视，这也促进了再生混凝土的发展。
再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料，再加入水泥、水等配而成的新混凝土。再生混凝土按集料的组合形式可以有以下几种情况：集料全部为再生集料；粗集料为再生集料、细集料为天然砂；粗集料为天然碎石或卵石、细集料为再生集料；再生集料替代部分粗集料或细集料。
与天然集料相比，再生集料的内部具有大量微细裂缝，孔隙率较大，这使得其具有比天然集料更大的吸水率；这导致以再生集料为原料的再生混凝土有较高的含水量，在低温的条件下，混凝土中的水分就会冻结，冻结之后则混凝土更容易产生裂纹，会降低混凝土的耐久性，影响混凝土的使用寿命，因此如何提高再生混凝土的抗冻性，是一个需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种抗冻再生混凝土，其原料中的再生粗骨料以及再生胶粉均属于工业废弃物，既能节约成本，又能实现资源的再利用，其与改性聚丙烯纤维、木质素纤维以及其他原料并用时，可以提高混凝土的抗折强度，改善混凝土的抗冻性能以及抗裂性能，改善混凝土的抗压强度，提高混凝土的耐久性以及使用寿命。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种抗冻再生混凝土，以重量份数计，包括如下组分：水泥140-160份、粗骨料450-470份、再生粗骨料400-420份、细骨料500-520份、粉煤灰60-80份、矿渣粉40-60份、硅微粉30-50份、再生胶粉10-20份、引气剂3-5份、减水剂6-10份、改性聚丙烯纤维10-20份、木质素纤维5-7份以及水130-150份。
通过采用上述技术方案，再生粗骨料以及再生胶粉均属于工业废弃物，既能节约成本，又能实现资源的再利用，其与改性聚丙烯纤维、木质素纤维以及其他原料并用时，可以提高混凝土的抗折强度，可以改善混凝土的抗冻性能以及抗裂性能，改善混凝土的抗压强度，提高混凝土的耐久性以及使用寿命。
进一步地，所述改性聚丙烯纤维采用如下方法制备：以重量份数计：
①将10-15份聚丙烯纤维浸入50-90wt％的乙醇溶液中，浸泡10-15min，然后将其置于80-90℃的温度下，干燥10-20min；
②取40-50份重量比为30:8:1的丙烯酸、乙二醇丁醚以及n，n-二甲基丙烯酰胺的混合物，将10-20份经过步骤①处理后的聚丙烯纤维置于该混合物中，升温至160-170℃，以1600-2000r/min的速度搅拌20-30min；然后取出聚丙烯纤维，将其置于180-190℃的温度下，干燥10-20min，得到改性聚丙烯纤维。
通过采用上述技术方案，聚丙烯纤维经过改性处理之后，可以提高混凝土的抗冻、抗裂性能，并且还能提高其与再生粗骨料之间的粘结力，提高混凝土的力学强度。
进一步地，所述粗骨料为5-25mm连续级配的天然碎石，含泥量<1％。
通过采用上述技术方案，连续级配的天然碎石可以堆积形成密实填充的搭接骨架，减少混凝土的孔隙率，降低吸水率，提高混凝土的抗冻性能。
进一步地，所述再生粗骨料的表观密度为2700-2720kg/m3，含泥量<1.5％，吸水率为4.0-4.5％。
通过采用上述技术方案，控制再生粗骨料的含泥量以及吸水率，可以提高混凝土的性能的稳定性。
进一步地，所述细骨料为ⅱ区中砂，表观密度为2650-2670kg/m3，颗粒直径为0.5-0.25mm，含泥量<1.0％。
通过采用上述技术方案，ⅱ区中砂的级配较好，颗粒比较圆润、光滑、粒形良好，其与混凝土拌合物的和易性较好，其能填充到水泥与粗骨料之间的缝隙中，减少混凝土的空隙，提高混凝土强度以及抗冻性能。
进一步地，所述粉煤灰为f类ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)<6％，需水量比<94％，烧失量<3.2％，含水量<0.2％。
通过采用上述技术方案，粉煤灰中含有火山活性成分，可以减少水泥的用量，降低水泥的水化热；通过控制粉煤灰细度、需水量比、烧失量以及含水量，使粉煤灰可以填充至混凝土的缝隙中，提高混凝土的致密性，改善混凝土的抗渗性能；粉煤灰还可以改善混凝土拌合料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌合料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。
进一步地，所述矿渣粉为s95级矿渣粉，密度为2.8-3.0g/cm3，比表面积为420-440m2/kg，活性指数(7d)为85-90％，活性指数(28d)为95-100％，流动度比≥96％，含水量<0.2％。
通过采用上述技术方案，矿渣粉的加入可以降低用水量，减少水泥的用量，降低水泥的水化热，矿渣粉具有很好的化学活性，矿渣粉与水混合后可以填充到混凝土中的水泥与细骨料之间的缝隙中，提高混凝土的致密性；控制粉煤灰的含水量，可以提高混凝土的抗冻性能。
进一步地，所述引气剂为松香酸钠引气剂。
通过采用上述技术方案，松香酸钠引气剂成本低，可以改善混凝土拌合物的和易性、保水性和粘聚性，改善混凝土的力学性能，提高混凝土的耐久性。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸系高效减水剂属于新一代的高效减水剂，可以降低用水量，减少水泥的用量，且对混凝土的其他性能影响小，具有吸附分散、润湿以及润滑的作用，可以改善混凝土的和易性。
本发明的目的之二在于提供一种抗冻再生混凝土的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种抗冻再生混凝土的制备方法，包括如下步骤：
s1：对废弃混凝土进行破碎，筛选后得到粒径为5-25mm的预制再生粗骨料；
s2：将预制再生粗骨料置于10-20wt％的稀盐酸中浸泡1-2h，预制再生粗骨料与稀盐酸的重量比为1:2；然后将预制再生粗骨料浸入水中10-20s，取出沥干3-5h，然后将其置于60-70℃的温度下烘烤1-2h，得到再生粗骨料；
s3：将粗骨料以及再生粗骨料置于重量比为2:1:1:1的乙二醇、二甲基丙烯酸乙二醇酯、木质磺酸钙以及丙酮的混合液中浸泡30-50min；然后再将粗骨料以及再生粗骨料用水冲洗3-5次，取出沥干3-5h，然后将其置于80-90℃的温度下烘烤2-3h，备用；
s4：以重量份数计，将经过s2处理后的粗骨料450-470份、再生粗骨料400-420份与水泥140-160份、细骨料500-520份、粉煤灰60-80份、矿渣粉40-60份、硅微粉30-50份、再生胶粉10-20份、引气剂3-5份、减水剂6-8份、改性聚丙烯纤维10-20份、木质素纤维5-8份以及130-150份水，搅拌均匀，得到抗冻再生混凝土。
通过采用上述技术方案，预制再生粗骨料经过稀盐酸的浸泡后，h+可以与预制再生粗骨料上的水泥水化物反应，去除包裹在预制再生粗骨料外的砂浆，降低其表面粗糙度，改善预制再生粗骨料的表面性能；将粗骨料、细骨料以及再生粗骨料浸泡在乙二醇、二甲基丙烯酸乙二醇酯、木质磺酸钙以及丙酮的混合液中，可以降低混凝土中水的凝固点，从而提高混凝土的抗冻性能；并且经过处理后的粗骨料以及再生粗骨料可以提高混凝土拌合物的流动性，提高其与改性聚丙烯纤维以及木质素纤维的粘结力，提高混凝土的力学强度。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.原料中的再生粗骨料以及再生胶粉均属于工业废弃物，既能节约成本，又能实现资源的再利用，其与改性聚丙烯纤维、木质素纤维以及其他原料并用时，可以提高混凝土的抗折强度，改善混凝土的抗冻性能以及抗裂性能，改善混凝土的抗压强度，提高混凝土的耐久性以及使用寿命；
2.聚丙烯纤维经过改性处理之后，可以提高混凝土的抗冻、抗裂性能，并且还能提高其与再生粗骨料之间的粘结力，提高混凝土的力学强度；
3.预制再生粗骨料经过稀盐酸的浸泡后，h+可以与预制再生粗骨料上的水泥水化物反应，去除包裹在预制再生粗骨料外的砂浆，降低其表面粗糙度，改善预制再生粗骨料的表面性能；将粗骨料、细骨料以及再生粗骨料浸泡在乙二醇、二甲基丙烯酸乙二醇酯、木质磺酸钙以及丙酮的混合液中，可以降低混凝土中水的凝固点，从而提高混凝土的抗冻性能；并且经过处理后的粗骨料以及再生粗骨料可以提高混凝土拌合物的流动性，提高其与改性聚丙烯纤维以及木质素纤维的粘结力，提高混凝土的力学强度。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、改性聚丙烯纤维的制备例
制备例1：①将10kg聚丙烯纤维浸入50wt％的乙醇溶液中，浸泡10min，然后将其置于80℃的温度下，干燥10min；
②取40kg重量比为30:8:1的丙烯酸、乙二醇丁醚以及n，n-二甲基丙烯酰胺的混合物，将10kg经过步骤①处理后的聚丙烯纤维置于该混合物中，升温至160℃，以1600r/min的速度搅拌20min；然后取出聚丙烯纤维，将其置于180℃的温度下，干燥10min，得到长度为6mm的改性聚丙烯纤维。
制备例2：①将12.5kg聚丙烯纤维浸入75wt％的乙醇溶液中，浸泡12.5min，然后将其置于85℃的温度下，干燥15min；
②取45kg重量比为30:8:1的丙烯酸、乙二醇丁醚以及n，n-二甲基丙烯酰胺的混合物，将15kg经过步骤①处理后的聚丙烯纤维置于该混合物中，升温至165℃，以1800r/min的速度搅拌25min；然后取出聚丙烯纤维，将其置于185℃的温度下，干燥15min，得到长度为6mm的改性聚丙烯纤维。
制备例3：①将15kg聚丙烯纤维浸入90wt％的乙醇溶液中，浸泡15min，然后将其置于90℃的温度下，干燥20min；
②取50kg重量比为30:8:1的丙烯酸、乙二醇丁醚以及n，n-二甲基丙烯酰胺的混合物，将20kg经过步骤①处理后的聚丙烯纤维置于该混合物中，升温至170℃，以2000r/min的速度搅拌30min；然后取出聚丙烯纤维，将其置于190℃的温度下，干燥20min，得到长度为6mm的改性聚丙烯纤维。
二、实施例
以下实施例中的硅微粉选自常州荣奥化工新材料有限公司生产的货号为ra-sp1250的硅微粉；再生胶粉选自灵寿县泰岳矿产品加工厂生产的型号为0061的再生胶粉；木质素纤维选自郑州康菲化工有限公司生产的型号为001的木质素纤维；松香酸钠引气剂选自郑州旭鑫化工有限公司生产的货号为18/9-56-9的松香酸钠；聚羧酸系减水剂选自衢州希维迈建材科技有限公司生产的xf-25型聚羧酸高效减水剂。
实施例1：一种抗冻再生混凝土采用如下方法制备而得：
s1：对废弃混凝土进行破碎，筛选后得到粒径为5-25mm的预制再生粗骨料；
s2：将预制再生粗骨料置于10wt％的稀盐酸中浸泡1h，预制再生粗骨料与稀盐酸的重量比为1:2；然后将预制再生粗骨料浸入清水中10s，取出沥干3h，然后将其置于60℃的温度下烘烤1h，得到再生粗骨料；
s3：将粗骨料、细骨料以及再生粗骨料置于重量比为2:1:1:1的乙二醇、二甲基丙烯酸乙二醇酯、木质磺酸钙以及丙酮的混合液中浸泡30min；然后再将粗骨料以及再生粗骨料用清水冲洗3次，取出沥干3h，然后将其置于80℃的温度下烘烤2h，备用；
s4：将经过s2处理后的粗骨料450kg、再生粗骨料400kg与水泥140kg、细骨料500kg、粉煤灰60-80kg、矿渣粉40kg、硅微粉30kg、再生胶粉10kg、松香酸钠引气剂3kg、聚羧酸系高效减水剂6kg、改性聚丙烯纤维10kg、木质素纤维5kg以及130kg水，搅拌均匀，得到抗冻再生混凝土；
其中，改性聚丙烯纤维选自制备例1制备的改性聚丙烯纤维；粗骨料为5-25mm连续级配的天然碎石，含泥量<1％；再生粗骨料的表观密度为2700kg/m3，含泥量<1.5％，吸水率为4.0％；所述细骨料为ⅱ区中砂，表观密度为2650kg/m3，颗粒直径为0.5-0.25mm，含泥量<1.0％；所述粉煤灰为f类ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)<6％，需水量比<94％，烧失量<3.2％，含水量<0.2％；所述矿渣粉为s95级矿渣粉，密度为2.8g/cm3，比表面积为420m2/kg，活性指数(7d)为85％，活性指数(28d)为95％，流动度比≥96％，含水量<0.2％。
实施例2：一种抗冻再生混凝土采用如下方法制备而得：
s1：对废弃混凝土进行破碎，筛选后得到粒径为5-25mm的预制再生粗骨料；
s2：将预制再生粗骨料置于15wt％的稀盐酸中浸泡1.5h，预制再生粗骨料与稀盐酸的重量比为1:2；然后将预制再生粗骨料浸入清水中15s，取出沥干4h，然后将其置于65℃的温度下烘烤1.5h，得到再生粗骨料；
s3：将粗骨料、细骨料以及再生粗骨料置于重量比为2:1:1:1的乙二醇、二甲基丙烯酸乙二醇酯、木质磺酸钙以及丙酮的混合液中浸泡40min；然后再将粗骨料以及再生粗骨料用清水冲洗4次，取出沥干4h，然后将其置于85℃的温度下烘烤2.5h，备用；
s4：将经过s2处理后的粗骨料460kg、再生粗骨料410kg与水泥150kg、细骨料510kg、粉煤灰70kg、矿渣粉50kg、硅微粉40kg、再生胶粉15kg、松香酸钠引气剂4kg、聚羧酸系高效减水剂7kg、改性聚丙烯纤维15kg、木质素纤维6.5kg以及140kg水，搅拌均匀，得到抗冻再生混凝土；
其中，改性聚丙烯纤维选自制备例2制备的改性聚丙烯纤维；粗骨料为5-25mm连续级配的天然碎石，含泥量<1％；再生粗骨料的表观密度为2710kg/m3，含泥量<1.5％，吸水率为4.25％；所述细骨料为ⅱ区中砂，表观密度为2660kg/m3，颗粒直径为0.5-0.25mm，含泥量<1.0％；所述粉煤灰为f类ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)<6％，需水量比<94％，烧失量<3.2％，含水量<0.2％；所述矿渣粉为s95级矿渣粉，密度为2.9g/cm3，比表面积为430m2/kg，活性指数(7d)为88％，活性指数(28d)为98％，流动度比≥96％，含水量<0.2％。
实施例3：一种抗冻再生混凝土采用如下方法制备而得：
s1：对废弃混凝土进行破碎，筛选后得到粒径为5-25mm的预制再生粗骨料；
s2：将预制再生粗骨料置于20wt％的稀盐酸中浸泡2h，预制再生粗骨料与稀盐酸的重量比为1:2；然后将预制再生粗骨料浸入清水中20s，取出沥干5h，然后将其置于70℃的温度下烘烤2h，得到再生粗骨料；
s3：将粗骨料、细骨料以及再生粗骨料置于重量比为2:1:1:1的乙二醇、二甲基丙烯酸乙二醇酯、木质磺酸钙以及丙酮的混合液中浸泡50min；然后再将粗骨料以及再生粗骨料用清水冲洗5次，取出沥干5h，然后将其置于90℃的温度下烘烤3h，备用；
s4：将经过s2处理后的粗骨料470kg、再生粗骨料420kg与水泥160kg、细骨料520kg、粉煤灰80kg、矿渣粉60kg、硅微粉50kg、再生胶粉20kg、松香酸钠引气剂5kg、聚羧酸系高效减水剂8kg、改性聚丙烯纤维20kg、木质素纤维8kg以及150kg水，搅拌均匀，得到抗冻再生混凝土；
其中，改性聚丙烯纤维选自制备例3制备的改性聚丙烯纤维；粗骨料为5-25mm连续级配的天然碎石，含泥量<1％；再生粗骨料的表观密度为2720kg/m3，含泥量<1.5％，吸水率为4.5％；所述细骨料为ⅱ区中砂，表观密度为2670kg/m3，颗粒直径为0.5-0.25mm，含泥量<1.0％；所述粉煤灰为f类ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)<6％，需水量比<94％，烧失量<3.2％，含水量<0.2％；所述矿渣粉为s95级矿渣粉，密度为3.0g/cm3，比表面积为420-440m2/kg，活性指数(7d)为90％，活性指数(28d)为100％，流动度比≥96％，含水量<0.2％。
三、对比例
对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，选用河北神鹏化工有限公司生产的货号为jbx011、长度为6mm的普通的聚丙烯纤维代替制备例1中的改性聚丙烯纤维。
对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，粗骨料以及再生粗骨料未经过s3处理。
对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，s3的步骤为：将粗骨料以及再生粗骨料置于乙二醇中浸泡30min；然后再将粗骨料以及再生粗骨料用清水冲洗3次，取出沥干3h，然后将其置于80℃的温度下烘烤2h，备用。
对比例4：本对比例与实施例1的不同之处在于，将粗骨料以及再生粗骨料置于重量比为2:1的乙二醇以及丙酮的混合液中浸泡30min；然后再将粗骨料以及再生粗骨料用清水冲洗3次，取出沥干3h，然后将其置于80℃的温度下烘烤2h，备用。
对比例5：本对比例与实施例1的不同之处在于，将粗骨料以及再生粗骨料置于重量比为2:1:1的乙二醇、木质磺酸钙以及丙酮的混合液中浸泡30min；然后再将粗骨料以及再生粗骨料用清水冲洗3次，取出沥干3h，然后将其置于80℃的温度下烘烤2h，备用。
对比例6：本对比例与实施例1的不同之处在于，将粗骨料以及再生粗骨料置于重量比为2:1:1的乙二醇、二甲基丙烯酸乙二醇酯以及丙酮的混合液中浸泡30min；然后再将粗骨料以及再生粗骨料用清水冲洗3次，取出沥干3h，然后将其置于80℃的温度下烘烤2h，备用。
对比例7：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中未添加再生胶粉。
四、性能测试：将实施例1-3以及对比例1-7制备的混凝土的性能按照如下标准进行试验，将试验结果示于表1。
①抗冻性能：按照gb/t50082-2009《普通混凝士长期性能和耐久性能试验方法标准》中的测定其抗冻性能，抗冻性采用慢冻法测试以最大冻融循环次数进行评价。
②抗折强度：按照gb/t50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护1d、7d以及28d的抗折强度。
③抗压强度：按照gb/t50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护1d、7d以及28d的抗压强度。
④早期抗裂性能：按照gb/t50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，计算混凝土浇注24h后测量得到单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积。
表1
由以上数据可以得出，本发明制得的再生混凝土具有良好的抗冻性能、抗折强度、抗压强度以及早期抗裂性能，其原料中采用再生粗骨料部分代替天然碎石，可以节约资源，降低成本，具有较强的实用性。
对比例1中的改性聚丙烯纤维用普通的聚丙烯纤维替代，相较于实施例1，混凝土的抗冻性能、抗折强度、抗压强度以及早期抗裂性能明显下降，说明本发明中的改性聚丙烯纤维可以进一步改善混凝土的抗冻性能、抗折强度、抗压强度以及早期抗裂性能。
对比例2中的粗骨料以及再生粗骨料未经过s3处理，相较于实施例1，混凝土的抗冻性能、抗压强明显降低，说明经过本发明的s3的步骤处理后的粗骨料以及再生粗骨料可以明显改善混凝土的抗冻性能以及早期抗裂性能。
对比例3中粗骨料以及再生粗骨料的浸泡液仅为乙二醇，相较于对比例2，对比例3中混凝土的抗冻性能明显增加，说明用乙二醇浸泡粗骨料以及再生粗骨料可以改善混凝土的抗冻性能；相较于实施例1，对比例3的混凝土的抗冻性能仍然较低，说明单独用乙二醇对混凝土的抗冻性能的改善较小。
对比例4中的粗骨料以及再生粗骨料的浸泡液仅为乙二醇以及丙酮的混合液，相较于对比例3，混凝土的抗冻性能无明显变化；对比例5中的粗骨料以及再生粗骨料的浸泡液仅为乙二醇、木质磺酸钙以及丙酮的混合液；对比例6中的粗骨料以及再生粗骨料的浸泡液仅为乙二醇、二甲基丙烯酸乙二醇酯以及丙酮的混合液；对比例4、对比例5以及对比例6相较于对比例3，混凝土的抗冻性能有较小幅度的变化，说明乙二醇、二甲基丙烯酸乙二醇酯、木质磺酸钙以及丙酮并用时，具有协同作用，可以显著提高混凝土的抗冻性能。
对比例7中的原料中未添加再生胶粉，相较于实施例1，混凝土的抗折性能明显降低，说明再生胶粉可以改善混凝土的抗折强度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。