本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种再生混凝土及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着我国的快速发展，建筑行业也得到了迅猛的发展，使得混凝土的用量逐年增加。日益增长的混凝土需求需要大量开采砂石资源，造成许多地区已出现了严重的原材料资源危机。而我国废弃混凝土除小部分被用作建筑物以及道路的基础垫层外，大部分被运往郊区，采用堆放或填埋的方式进行处理，不仅占用土地资源，而且每年的占地和处理费用数额庞大，因此，再生混凝土也越来越被人重视。
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(主要是粗集料)，再加入水泥、水等配制成的新混凝土。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。
由于废旧混凝土在解体、破碎的过程中需要受到较大的外力作用，在集料内部容易出现微细裂痕，加之再生集料表面会残留多孔的水泥旧砂浆，使得再生集料的孔隙率增大，进而使得再生集料的吸水率以及吸水速率增大。因此，采用再生集料制得的再生混凝土的抗压强度容易受到影响，甚至影响再生混凝土的使用寿命。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一提供一种再生混凝土，其具有较好的抗压强度的效果。
本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种再生混凝土，按重量份计，包含以下组分：水泥150-280份，水90-130份，改性再生粗骨料800-950份，细骨料400-530份，粉煤灰40-85份，矿粉80-100份，沸石粉50-140份，环氧树脂30-60份，减水剂4-10份，引气剂2-6份；改性再生粗骨料的制备方法包括如下步骤：
s1：取废旧混凝土，将其经过破碎处理，筛分后得到粒径为10-25mm的再生粗骨料；
s2：将步骤s1中的再生粗骨料浸入质量浓度为2-7％的醋酸溶液中浸泡1-2h后，晾干；
s3：按重量份计，将80-110份聚乙烯醇、60-110份硅灰、40-80份硅酸钠和800-1000份的水混合后进行充分搅拌得改性液，备用；
s4：将步骤s2中得到的再生粗骨料浸泡至步骤s3中得到的改性液中，浸泡1-2h，取出后，置于150-200℃的温度下，烘烤1-2h，得到改性再生粗骨料。
再生混凝土的抗压强度较差主要是由于再生粗骨料内部微细裂痕以及其表面残留的多孔的水泥旧砂浆，导致再生粗骨料的孔隙率较大，使得再生混凝土的密实度较差，导致抗压强度降低。本发明通过采用上述技术方案，通过对再生粗骨料进行改性，填充并封闭再生粗骨料的孔隙，提高再生粗骨料的密实度，从而有效提高再生混凝土的密实度，从而提高其抗压强度和耐久性。
通过醋酸溶液对再生粗骨料进行浸泡，能够将残留在再生粗骨料上的旧砂浆溶解，降低再生粗骨料表面粘附的旧砂浆，从而降低再生粗骨料的孔隙率和吸水率。同时，醋酸将粘附在再生粗骨料表面的旧砂浆溶解后，对再生粗骨料的外表形貌进行改善，提高再生粗骨料的球形度，进而增加再生粗骨料的流动性，有助于提高再生混凝土的密实度和抗压强度。
经醋酸浸泡后的再生粗骨料，再通过聚乙烯醇、硅灰和硅酸钠制成的改性液进行改性，首先，硅灰的平均粒径较小，能够填充至再生粗骨料的裂缝中，填充再生粗骨料的缝隙，提高再生粗骨料的密实度。同时，聚乙烯醇进一步填充再生粗骨料中的裂缝与空隙，聚乙烯醇具有较好的粘接作用，能够增加与再生粗骨料的粘接强度，从而提高对再生粗骨料的填充效果。此外，聚乙烯醇能够增加硅灰与再生粗骨料的粘接强度，提高再生粗骨料的密实度，降低其吸水率。硅酸钠和聚乙烯醇能够促进硅灰的水化，并混合交织在一起形成复合胶凝材料，填充于再生粗骨料的空隙、缝隙等缺陷处，使再生粗骨料的整体结构强度提高。
此外，硅酸钠能够与醋酸反应，生成硅酸，降低改性再生粗骨料中粘附的醋酸，从而降低对再生混凝土的腐蚀，提高再生混凝土的耐久性。经过改性液浸泡后，在150-200℃的温度下烘烤，使生成的硅酸分解避免硅酸对再生混凝土腐蚀，硅酸分解生成的二氧化硅能够作为混凝土的胶凝材料填充再生混凝土的空隙，提高再生混凝土的密实度，从而提高抗压强度。
粉煤灰、矿粉和沸石粉的掺入代替了部分水泥，减少了水泥的用量，能够降低混凝土的水化热，使混凝土的温变过程比较平稳，从而减少混凝土温度开裂的危险。
沸石粉本身含有活性二氧化硅、活性三氧化二铝以及含水氧化硅、含水氧化铝，当沸石粉加入混凝土中，在水泥活性的激发下，沸石粉中的二氧化硅、活性三氧化二铝以及含水氧化硅、含水氧化铝与水泥水化时产生的氢氧化钙作用，生成含水的硅酸钙凝胶与含水铝酸钙凝胶，提高了水泥水化程度，降低混凝土的孔隙率，使混凝土结构更加致密，提高混凝土的抗压强度以及混凝土耐久性，沸石粉的加入在改善混凝土性能的同时，还可以节约水泥，降低成本。
同时，沸石粉具有较强的吸附性，能够吸附混凝土中的钾离子、钠离子等以及硅酸钠中的钠离子，降低钠离子的迁移速度，从而降低混凝土中的钾离子、钠离子与改性再生粗骨料、细骨料中的活性硅发生反应，即能够抑制混凝土中碱骨料反应，降低混凝土结构膨胀或开裂，提高混凝土的耐久性。
环氧树脂结构中含有活性极大的环氧基、醚键和羟基，使环氧树脂的分子和相邻界面产生化学键形成三维网状结构的大分子，使环氧树脂具有较强的粘附力，增加再生混凝土中新砂浆与旧混凝土界面处的连接强度，降低再生混凝土界面处的微裂缝，提高界面结合性，从而提高再生混凝土的抗压强度。另外，再生粗骨料通过聚乙烯醇改性，则再生粗骨料的表面粘附有聚乙烯醇，聚乙烯醇与环氧树脂配合，进一步增加在改性再生粗骨料与新砂浆界面连接强度，提高混凝土的密实度和耐久性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述聚乙烯醇、硅灰、硅酸钠的重量比为1.0:(1.0-1.2):(0.6-0.8)。
通过采用上述技术方案，硅酸钠能够与水泥中的氢氧化钙生成水化硅酸钙胶凝，水化硅酸钙胶凝本身具有吸水性，降低改性再生骨料的吸水率，并能够填充再生混凝土的密实度，使再生骨料表面更加密实。但是，当生成的水化硅酸钙胶凝过多时，会吸收大量的水，使得再生骨料的吸水率重新增加，因此，当聚乙烯醇、硅灰、硅酸钠重量比为1.0:(1.0-1.2):(0.6-0.8)时效果最佳。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：按重量份计，所述原料中还包括6-15份的钢纤维。
通过采用上述技术方案，钢纤维在混凝土中呈三维乱向分布，当再生混凝土即将出现裂缝或裂缝出现后，钢纤维通过与再生混凝土基体界面的粘接力传递荷载，减小裂缝边缘处再生混凝土的拉应力，从而达到阻止裂缝的产生与发展的效果，能够降低再生混凝土的剥落，提高再生混凝土的抗压强度和抗断裂强度。
但是，由于钢纤维与混凝土基体的界面粘结主要是物理性的，即以摩擦剪力的传递为主，所以当再生混凝土受到破坏时，由于钢纤维与再生混凝土的粘接性较差，钢纤维容易被拔出，从而影响再生混凝土的抗断裂强度。而环氧树脂填充钢纤维与再生混凝土之间的空隙，增加钢纤维与再生混凝土界面的粘接性，降低钢纤维被拔出的情况，进一步降低再生混凝土出现裂缝的情况，使再生混凝土内部结构缺陷减少，提高再生混凝土的抗压强度、抗折强度和耐久性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述钢纤维采用表面粗糙型钢纤维，其制备方法包括如下步骤：
a、对钢丝表面进行除油后用清水冲洗至冲洗液呈中性；
b、将步骤a中的钢丝放入含铜的电镀浴槽中，对钢丝进行镀铜，镀铜完成后对钢丝进行干燥，得粗糙度大于20μm的钢丝；
c、对步骤b中获得的钢丝进行压制成型并切断，得到表面粗糙型钢纤维。
通过采用上述技术方案，表面粗糙型钢纤维的表面凹凸不平，增加钢纤维与再生混凝土的咬合力和摩擦阻力，增加钢纤维与再生混凝土的连接强度，便于更好通过桥接作用把荷载传递给相连但未开裂的部分，增加再生混凝土的韧性，从而提高混凝土的抗拉性能、抗折性能和抗压性能。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述表面粗糙型钢纤维的长径比为40-90。
通过采用上述技术方案，表面粗糙型钢纤维的长径比较小时，对混凝土的连接强度较差，再生混凝土开裂时，对再生混凝土的拉扯强度较小，但同时又会影响再生混凝土的密实度，大大减弱表面粗糙型钢纤维的增强效果；当表面粗糙型钢纤维的长径比较大时，在搅合过程中容易出现打结和成团的现象，从而降低表面粗糙型钢纤维的增强效果，在表面粗糙型钢纤维的长径比为40-90时，对混凝土的抗拉强度和抗折强度提升效果最佳。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述改性前再生粗骨料的表观密度范围为2300-2400kg/m3，堆积密度为1250-1300kg/m3，吸水率为6-12％，压碎指标数值为15-20％。
通过采用上述技术方案，再生粗骨料的表观密度、堆积密度和吸水率均低于国标中对粗骨料的要求，通过对再生粗骨料进行改性后，能够制得抗压强度较好的再生混凝土，说明根据该改性方法能够有效改性再生粗骨料的性能。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述细骨料采用天然砂，细度模数为3.0-2.3。
通过采用上述技术方案，细度模数偏大的天然砂，会导致再生混凝土离析、泌浆、包裹性差，从而使得再生混凝土中的改性再生粗骨料容易裸露在外，降低再生混凝土的强度。细度模数偏小的机制砂，会使再生混凝土流动性差、坍落度小，且不能满足现场施工要求，主要原因是天然砂中石粉含量偏多，在再生混凝土中能代替部分胶材，需水量增大，导致再生混凝土干硬、无流动度、无法捣实，从而严重影响再生混凝土的抗压强度。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述减水剂采用聚羧酸减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸是一种高性能减水剂，是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂，在保持水泥流动性及用量不变的条件下，可减少拌和用水量，从而降低水灰比，可以减少混凝土在凝固过程中水泥水化多余的水分形成的连通孔隙，增加混凝土的密实度，提高混凝土的抗压强度，进而提高混凝土耐久性。
本发明的目的二：提供一种权利要求1-2中任一再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：按重量份数计，
s1：将改性再生粗骨料、细骨料、重量份数一半的水混合后，搅拌均匀，得骨料混合物；
s2：将水泥、粉煤灰、矿粉、沸石粉、环氧树脂、减水剂、引气剂和余量的水，加入至步骤s1中制备的骨料混合物中，搅拌均匀，得到再生混凝土。
本发明的目的三：提供一种权利要求3-8中任一再生混凝土的制备方法，包括以下步骤，按重量份数计，
s1：将改性再生粗骨料、细骨料、钢纤维和重量份数一半的水混合后，搅拌均匀，得骨料混合物；
s2：将水泥、粉煤灰、矿粉、沸石粉、环氧树脂、减水剂、引气剂和余量的水，加入至步骤s1中制备的骨料混合物中，搅拌均匀，得到再生混凝土。
通过采用上述技术方案，首先，采用一半的水对改性再生粗骨料、细骨料和钢纤维进行预湿，一方面便于使改性再生粗骨料、细骨料和钢纤维分散均匀，另一方面减少了再生粗骨料表面的非活性粉尘，有利于提高再生混凝土的强度；然后，加入水泥、粉煤灰、矿粉等原料，使水泥、粉煤灰、矿粉填充一些孔隙和裂缝，增加再生混凝土的密实度，从而提高抗压强度。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1、通过对再生粗骨料进行醋酸浸泡和改性液浸泡，对再生粗骨料进行改性，从而改善再生粗骨料的密实度和球形度，提高其表观密度，从而降低吸水率；改性粗骨料与沸石粉、环氧树脂配合，增加与再生混凝土的界面粘接强度，降低界面处的裂缝，提高再生混凝土的抗压强度。
2、表面粗糙型钢纤维在混凝土中呈三维乱向分布，表面粗糙型钢纤维通过与再生混凝土基体界面的粘接力传递荷载，减小裂缝边缘处再生混凝土的拉应力，从而达到阻止裂缝的产生与发展的效果，提高再生混凝土的抗压强度和抗断裂强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
以下实施例及对比例中：
水泥采用阳泉冀东水泥厂生产的p.o42.5普通硅酸盐水泥；
粉煤灰采用东莞市丽辉矿产品有限公司生产的ⅱ级粉煤灰；
矿粉采用东莞市丽辉矿产品有限公司生产的s95矿粉；
再生粗骨料的表观密度范围为2300-2400kg/m3，吸水率为6-12％，压碎指标数值为15-20％；细骨料采用寿阳永兴石料厂生产的天然砂，天然砂的细度模数为3.0-2.3；
沸石粉采用灵寿县山川矿产品加工厂生产的沸石粉；
钢纤维采用常州市天怡工程纤维有限公司生产的表面粗糙型钢纤维；
减水剂采用山西百川源新型建材有限公司生产的聚羧酸减水剂；
引气剂采用山西百川源新型建材有限公司生产的松香皂；
硅灰采购自济南鹏程硅业微硅粉公司；
环氧树脂采购自无锡长干化工有限公司；
聚乙烯醇、硅酸钠均购自山东济南市化工市场。
实施例1
一种再生混凝土，按重量份计，包含有水泥150份，水90份，改性再生粗骨料800份，天然砂400份，粉煤灰40份，矿粉80份，沸石粉50份，环氧树脂30份，减水剂4份，引气剂2份；
上述再生混凝土的制备方法包括如下步骤：
(一)改性再生粗骨料的制备方法包括如下步骤：
s1：取废旧混凝土，将其经过破碎处理，筛分后得到粒径为10-25mm的再生粗骨料；
s2：将步骤s1中的再生粗骨料浸入质量浓度为2％的醋酸溶液中浸泡1h后，晾干；
s3：按重量份计，将80份聚乙烯醇、60份硅灰、40份硅酸钠和800份的水混合后进行充分搅拌得改性液，备用；
s4：将步骤s2中得到的再生粗骨料浸泡至步骤s3中得到的改性液中，浸泡1h，取出后，置于150℃的温度下，烘烤1h，得到改性再生粗骨料。
(二)再生混凝土的制备方法包括如下步骤：
s5：将改性再生粗骨料、天然砂和重量份数一半的水混合，搅拌均匀，得骨料混合物；
s6：将水泥、粉煤灰、矿粉、沸石粉、环氧树脂、减水剂、引气剂和余量水，加入至步骤s5中制备的骨料混合物中，搅拌均匀，得到再生混凝土。
实施例2
一种再生混凝土，按重量份计，包含有水泥215份，水110份，改性再生粗骨料875份，天然砂465份，粉煤灰62.5份，矿粉90份，沸石粉95份，环氧树脂45份，减水剂7份，引气剂4份；
上述再生混凝土的制备方法包括如下步骤：
(一)改性再生粗骨料的制备方法包括如下步骤：
s1：取废旧混凝土，将其经过破碎处理，筛分后得到粒径为10-25mm的再生粗骨料；
s2：将步骤s1中的再生粗骨料浸入质量浓度为4.5％的醋酸溶液中浸泡1.5h后，晾干；
s3：按重量份计，将95份聚乙烯醇、85份硅灰、60份硅酸钠和900份的水进行充分搅拌得改性液，备用；
s4：将步骤s2中得到的再生粗骨料浸泡至步骤s3中得到的改性液中，浸泡1.5h，取出后，置于175℃的温度下，烘烤1.5h，得到改性再生粗骨料。
(二)再生混凝土的制备方法包括如下步骤：
s5：将改性再生粗骨料、天然砂、重量份数一半的水混合后搅拌均匀，得骨料混合物；
s6：将水泥、粉煤灰、矿粉、沸石粉、环氧树脂、减水剂、引气剂和余量的水，加入至步骤s5中制备的骨料混合物中，搅拌均匀，得到再生混凝土。
实施例3
一种再生混凝土，按重量份计，包含有水泥280份，水130份，改性再生粗骨料950份，天然砂530份，粉煤灰85份，矿粉100份，沸石粉140份，环氧树脂60份，减水剂10份，引气剂6份；
上述再生混凝土的制备方法包括如下步骤：
(一)改性再生粗骨料的制备方法包括如下步骤：
s1：取废旧混凝土，将其经过破碎处理，筛分后得到粒径为10-25mm的再生粗骨料；
s2：将步骤s1中的再生粗骨料浸入质量浓度为7％的醋酸溶液中浸泡2h后，晾干；
s3：按重量份计，将110份聚乙烯醇、110份硅灰、80份硅酸钠和1000份的水进行充分搅拌得改性液，备用；
s4：将步骤s2中得到的再生粗骨料浸泡至步骤s3中得到的改性液中，浸泡2h，取出后，置于200℃的温度下，烘烤2h，得到改性再生粗骨料。
(二)再生混凝土的制备方法包括如下步骤：
s5：将改性再生粗骨料、天然砂和重量份数一半的水混合，搅拌均匀，得骨料混合物；
s6：将水泥、粉煤灰、矿粉、沸石粉、环氧树脂、减水剂、引气剂和余量水，加入至步骤s5中制备的骨料混合物中，搅拌均匀，得到再生混凝土。
实施例4
一种再生混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤s3采用的组分中，聚乙烯醇90份，硅灰90份，硅酸钠54份，即聚乙烯醇、硅灰、硅酸钠的重量比为1.0:1.0:0.6。
实施例5
一种再生混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤s3采用的组分中，聚乙烯醇90份，硅灰99份，硅酸钠63份，即聚乙烯醇、硅灰、硅酸钠的重量比为1.0:1.1:0.7。
实施例6
一种再生混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤s3采用的组分中，聚乙烯醇90份，硅灰108份，硅酸钠72份，即聚乙烯醇、硅灰、硅酸钠的重量比为1.0:1.2:0.8。
实施例7
一种再生混凝土，与实施例2的不同之处在于，在步骤s5中加入6份钢纤维，其中钢纤维的长径比为40。
实施例8
一种再生混凝土，与实施例2的不同之处在于，在步骤s5中加入10.5份钢纤维，其中钢纤维的长径比为65。
实施例9
一种再生混凝土，与实施例2的不同之处在于，在步骤s5中加入15份钢纤维，其中钢纤维的长径比为90。
实施例10
一种再生混凝土，与实施例8的不同之处在于，钢纤维采用表面粗糙型钢纤维，其制备方法如下：
a、对钢丝表面进行除油后用清水冲洗至冲洗液呈中性；
b、将步骤a中的钢丝放入含铜的电镀浴槽中，对钢丝进行镀铜，镀铜完成后对钢丝进行干燥，得粗糙度大于20μm的钢丝；
c、对步骤b中获得的钢丝进行压制成型并切断，得到表面粗糙型钢纤维。
对比例1
一种再生混凝土，与实施例2的不同之处在于，采用的组分中，用同等份数的未改性的再生粗骨料替换改性再生粗骨料。
对比例2
一种再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，采用的组分中，聚乙烯醇80份，硅灰64份，硅酸钠40份，即聚乙烯醇、硅灰、硅酸钠重量比为1.0:0.8:0.5。
对比例3
一种再生混凝土，与实施例5的不同之处在于，采用的组分中，聚乙烯醇80份，硅灰104份，硅酸钠72份，即聚乙烯醇、硅灰、硅酸钠重量比为1.0:1.3:0.9。
对比例4
一种再生混凝土，与实施例8的不同之处在于，采用的组分中，采用长径比为30的钢纤维。
对比例5
一种再生混凝土，与实施例8的不同之处在于，采用的组分中，采用长径比为100的钢纤维。
性能检测
对实施例1-10、对比例1-5中的再生混凝土的性能采用如下方法进行测试。
①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7d以及28d的抗压强度。
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7d以及28d的抗折强度。
③根据astmc1585-2013《测量水硬水泥混凝土吸水率的标准试验方法》检测再生混凝土的吸水率(％)。
④抗氯离子渗透性能：按照gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中快速氯离子迁移系数法测试标准试块的氯离子渗透深度。
对实施例1-10、对比例1-5中的混凝土测试结果如表1所示。
表1混凝土耐久性能检测数据
从表1可知：
实施例1-10中再生混凝土的抗折强度、抗压强度、吸水率以及抗氯离子渗透性能均优于对比例1-5中再生混凝土的抗折强度、抗压强度、吸水率以及抗氯离子渗透性能，说明本发明的再生混凝土的配方之间的相互关系科学合理，能够有效改善再生混凝土的抗压强度和抗折强度，同时，能够提高再生混凝土的抗氯离子侵蚀性能，从整体上提高了混凝土的性能。
实施例1-3与实施例7-9相比，实施例7-9中再生混凝土的抗折强度、抗压强度、吸水率以及抗氯离子渗透性明显优于实施例1-3中再生混凝土的各项性能，说明钢纤维的加入能够阻止再生混凝土上裂缝的产生和发展，减少再生混凝土内部结构的缺陷，从而提高混凝土的抗压性能；同时，钢纤维与环氧树脂的配合增加钢纤维与再生混凝土截面粘接强度，降低钢纤维被拔出的情况，提高再生混凝土的抗折性能。
实施例7-9与实施例10相比，实施例10中再生混凝土的抗折强度、抗压强度、吸水率以及抗氯离子渗透性明显优于实施例7-9中再生混凝土的各项性能，说明钢纤维经过表面粗糙度处理后能够明显提高混凝土的性能，从而提高混凝土的耐久性。
实施例7-9与对比例4、5相比，实施例7-9中再生混凝土的抗折强度、抗压强度、吸水率以及抗氯离子渗透性明显优于对比例4和对比例5中再生混凝土的各项性能，说明钢纤维的长径比在40-90范围内效果最佳。
实施例1-2与对比例1相比，实施例1-2中再生混凝土的抗折强度、抗压强度、吸水率以及抗氯离子渗透性明显优于对比例1中再生混凝土的各项性能，说明采用本发明的方法对再生粗骨料的改性，能够有效提高再生粗骨料的性能，并使改性后粗骨料与组分中的其它组分配合，有效提高再生混凝土的抗压强度、抗折强度、吸水率以及抗氯离子渗透性，从整体上明显提高再生混凝土的耐久性。
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。