本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种水泥基再生混凝土。
背景技术：
花岗岩石材因其结构细密，质地坚硬的优点被广泛应用于城市建筑、市政道路及园林雕塑、建筑小品等硬质景观建造中。然而，花岗岩开采加工过程中还会产生大量石材废料及废弃石粉，回收利用困难，造成了严重的资源浪费与环境污染问题。大量研究表明花岗岩石粉属于惰性物质，基本没有活性，导致花岗岩石粉回收利用率低，而要使其更大程度的应用于再生混凝土的制备中需要复合其他活性材料。
现有的活性掺合料有粉煤灰、高炉矿渣、硅灰等，其中粉煤灰与高炉矿渣资源相对短缺，硅灰相较于前两者而言储量大，且更具火山灰活性。虽然掺杂硅灰可以一定程度上促进水化反应，但同时也存在水化热较大而使得凝胶体系体积易膨胀的缺点，从而导致混凝土在固化时易产生开裂。
因此，如何在重新利用废弃花岗岩废料制备水泥基再生混凝土的同时，还能够提高水泥基再生混凝土固化后的性能成为目前亟需解决的难题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种水泥基再生混凝土，本发明提供的水泥基再生混凝土能够重新利用废弃花岗岩废料替代部分水泥，在实现资源再利用的同时，还能够使水泥基再生混凝土具有良好的力学性能和耐久性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种水泥基再生混凝土，按质量份数计，由包括如下组分的原料制备得到：水泥16.2～34.2份，废弃花岗岩石粉7.2～21.6份，硅灰2.88～3.6份，河砂45.57～65.1份，碎石0～120.9份，水18～22.5份和减水剂0.3～0.4份；所述废弃花岗岩石粉和硅灰的质量比为(2～6):1。
优选的，按质量份数计，制备所述水泥基再生混凝土的原料还包括废弃花岗岩骨料79.98～140.43份。
优选的，所述废弃花岗岩石粉的粒径为1～200μm。
优选的，所述硅灰的组分按重量百分比计，包括：sio292.5～94.5％，al2o33.06～4.26％，fe2o31.51～2.71％，cao1.32～1.52％和mgo0.47～0.67％。
优选的，所述硅灰的粒径＜0.3μm。
优选的，所述废弃花岗岩骨料包括废弃花岗岩粗骨料和废弃花岗岩细骨料；其中，所述废弃花岗岩粗骨料和废弃花岗岩细骨料的质量比为(3～6.2)：1。
优选的，所述废弃花岗岩粗骨料的粒径为5～9.5mm；所述废弃花岗岩细骨料的粒径为3～4.9mm。
优选的，所述河砂的粒径＜5mm。
优选的，所述碎石的粒径为5～9.5mm。
优选的，所述减水剂的减水率为16～20％。
本发明提供了一种水泥基再生混凝土，按质量份数计，由包括如下组分的原料制备得到：水泥16.2～34.2份，废弃花岗岩石粉7.2～21.6份，硅灰2.88～3.6份，河砂45.57～65.1份，碎石0～120.9份，水18～22.5份和减水剂0.3～0.4份；所述废弃花岗岩石粉和硅灰的质量比为(2～6):1。本发明通过同时掺入废弃花岗岩石粉和硅灰替代部分水泥，并调整废弃花岗岩石粉与硅灰的比例，在减少水泥原料使用的条件下，废弃花岗岩石粉与硅灰能够发挥良好的协同作用以及“互补效应”，从而克服了掺杂花岗岩废弃石粉活性低的问题和硅灰水化体积膨胀导致的固化阶段开裂的问题，进而有效改善了水泥基再生混凝土的力学性能和耐久性能；使水泥基再生混凝土性能满足使用要求的同时，有效提高了废弃花岗岩的再利用率，实现了资源再利用。
本发明实施例的结果表明，本发明实施例制备的水泥基再生混凝土，其抗压强度养护3d时为15.32～25.34mpa，7d时21.63～33.89mpa，28d时28.93～41.06mpa，其抗折强度养护3d时为1.65～2.89mpa，7d时2.03～3.58mpa，28d时2.366～4.42mpa，养护28d后再分别进行3d、7d、14d和28d的碳化实验，其碳化深度3d时为4.63～4.71mm，7d时为4.71～5.34mm，14d时为5.28～5.98mm，28d时为6.24～7.57mm。可见，本发明提供的水泥基再生混凝土3d时的力学性能和耐久性最佳，即体现为可有效提高水泥基再生混凝土的早期强度，但最终制备的水泥基再生混凝土的性能能够达到c40普通水泥基混凝土的使用要求。
具体实施方式
本发明提供了一种水泥基再生混凝土，按质量份数计，由包括如下组分的原料制备得到：水泥16.2～34.2份，废弃花岗岩石粉7.2～21.6份，硅灰2.88～3.6份，河砂45.57～65.1份，碎石0～120.9份，水18～22.5份和减水剂0.3～0.4份；所述废弃花岗岩石粉和硅灰的质量比为(2～6)：1。
按质量份数计，制备本发明所述水泥基再生混凝土的原料包括水泥16.2～34.2份，优选为19.8～30.6份，更优选为21.6～27.0份。本发明通过添加少量的水泥即可保证水泥基再生混凝土具有良好的力学性能和耐久性能。
在本发明中，所述水泥的粒径优选为5～45μm，更优选为10～35μm。本发明通过选择上述粒径范围，更有利于保证其在较大比表面积条件下与其他灰分形成水化效果良好的胶凝体系，从而使其充分粘结骨料形成力学性能和耐久性能良好的水泥基再生混凝土。
在本发明中，所述水泥优选为硅酸盐水泥，更优选为p·o42.5硅酸盐水泥。本发明通过选择上述种类的水泥，更有利于改善废弃花岗岩石粉的性能，提高胶凝体系的活性。
以水泥的质量份数为16.2～34.2份计，制备本发明所述水泥基再生混凝土的原料还包括废弃花岗岩石粉7.2～21.6份，优选为10.8～14.4份，更优选为11.52～14.5份。本发明通过添加上述质量份数的花岗岩石粉，能够使其在较大回收利用率的基础上保证水泥基再生混凝土的力学性能和耐久性。
在本发明中，所述废弃花岗岩石粉的粒径优选为1～200μm。本发明通过选择废弃花岗岩石粉的粒径在上述范围内，能够使其配合水泥的粒径，使其充分接触并有效提高废弃花岗岩的活性，从而改善胶凝体系的水化效果。
以水泥的质量份数为16.2～34.2份计，制备本发明所述水泥基再生混凝土的原料还包括硅灰2.88～3.6份，优选为2.95～3.3份，更优选为3.0～3.1份。本发明通过将硅灰含量控制在上述范围内，能够使其与水泥共同配合提高废弃花岗岩石粉的活性，从而在较大花岗岩石粉的掺量下获得力学性能和耐久性能优良的水泥基再生混凝土。
在本发明中，所述硅灰的组分按重量百分比计优选包括：sio292.5～94.5％，al2o33.06～4.26％，fe2o31.51～2.71％，cao1.32～1.52％和mgo0.47～0.67％，更优选包括：sio293.24％，al2o33.16％，fe2o31.61％，cao1.42％和mgo0.57％。本发明通过控制硅灰的组分在上述范围内，能够使废弃花岗岩石粉与硅灰的混合浆体中含有大量的sio2，sio2可以为β-c2s和c3s的水化提供活性位点，为水化产物提供了充裕的空间，让水泥得到完全水化，也避免了局部区域水化产物的过度聚集，使水化产物分布的更均匀，特别是能降低了ch的定向富集，减少了骨料表面大粒径ch的产生，使得浆体体系的强度得以提升。
在本发明中，所述硅灰的粒径优选＜0.3μm，更优选为0.1～0.3μm。本发明通过选择＜0.3μm的硅灰，具有较大的比表面积，能够有效改善胶凝体系的水化反应效果；同时本发明所述水泥基再生混凝土中的水泥、废弃花岗岩石粉、硅灰三者粒径不同，使得微集料填充效应发挥作用，而且由于废弃花岗岩石粉与硅灰以不同粒径配合掺入，使硬化后水泥浆体当中的毛细孔隙变得越来越细，其孔隙率也随之下降，结构的密实性也因此而提高，进一步改善了水泥基混凝土的力学性能和耐久性。
在本发明中，所述废弃花岗岩石粉和硅灰的质量比为(2～6)：1，优选为(3～5)：1，更优选为4:1。本发明通过控制花岗岩石粉和硅灰的质量配比，能够使花岗岩石粉和硅灰发挥良好的协同作用以及“互补效应”，从而克服掺杂花岗岩废弃石粉活性低的问题和硅灰水化体积膨胀导致的固化阶段开裂的问题。
以水泥的质量份数为16.2～34.2份计，制备本发明所述水泥基再生混凝土的原料还优选包括废弃花岗岩骨料79.98～140.43份，更优选为82～135份，最优选为85～130份。本发明还可以将废弃花岗岩作为骨料添加，并将其添加量控制在上述范围更有利于在保证水泥基再生混凝土的力学性能和耐久性的基础上提高废弃花岗岩回收利用率。
在本发明中，所述废弃花岗岩骨料优选包括废弃花岗岩粗骨料和废弃花岗岩细骨料；其中，所述废弃花岗岩粗骨料和废弃花岗岩细骨料的质量比优选为(3～6.2)：1，优选为(3.5～5.5)：1，更优选为(4.5～5.0)：1。
在本发明中，所述废弃花岗岩粗骨料的粒径优选为5～9.5mm，更优选为6～8mm；所述废弃花岗岩细骨料的粒径优选为3～4.9mm，更优选为3.5～4mm。本发明通过将废弃花岗岩粗骨料和细骨料的粒径控制在上述范围内，能够使废弃花岗岩骨料具有良好的级配，从而获得更高的密实度，更有利于提高水泥基再生混凝土的力学性能和耐久性。
以水泥的质量份数为16.2～34.2份计，制备本发明所述水泥基再生混凝土的原料还包括河砂45.57～65.1份，优选为50～62份，更优选为55～60份。本发明通过控制河砂的添加量在上述范围内，能够有效改善水泥基再生混凝土的力学性能和耐久性能。
本发明对所述河砂的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售或者天然开采的河砂均可。
在本发明中，所述河砂的粒径优选＜5mm。本发明通过控制河砂的粒径在上述范围内，即作为天然细骨料添加，更有利于提高混凝土的密实度。
以水泥的质量份数为16.2～34.2份计，制备本发明所述水泥基再生混凝土的原料还包括碎石0～120.9份，优选为60.45～100份，更优选为80～90份。本发明通过将碎石的添加量控制在上述范围内，能够使其与河砂协同配合，从而保证废弃花岗岩在较大回收利用率的条件下使水泥基再生混凝土具有良好的力学性能和耐久性能。
在本发明中，所述碎石优选为天然碎石，更优选为卵石。
本发明中，所述碎石的粒径优选为5～9.5mm。本发明通过将碎石的粒径控制在上述范围内，即作为天然粗骨料添加，能够更好的配合河砂协同改善水泥基再生混凝土的力学性能和使用性能。
以水泥的质量份数为16.2～34.2份计，本发明提供的水泥基再生混凝土的组分还包括水18～22.5份，优选为19～21份，更优选为20～20.5份。本发明通过控制水的添加量在上述范围内，能够保证拌合后形成的胶凝体系具有适宜的粘度，更有利于将骨料充分粘结在一起，从而有效改善水泥基再生混凝土的力学性能和耐久性能。
以水泥的质量份数为16.2～34.2份计，制备本发明所述水泥基再生混凝土的原料还包括减水剂0.3～0.4份，优选为0.32～0.38份，更优选为0.35～0.36份。在本发明中，所述减水剂的减水率优选为16～20％，更优选为17～19％。本发明通过控制减水剂的添加量和减水率在上述范围内，能够在有效减少水份添加的条件下，保证拌合体系的均匀性，避免较多水分的掺入导致硅灰水化时体积膨胀，并降低固化干燥时水分的大量蒸发导致的开裂问题。
本发明提供的水泥基再生混凝土将废弃花岗岩作为石粉的同时，还可以作为骨料使用，以替代部分水泥以及河砂和碎石，在保证水泥基再生混凝土性能满足使用要求的同时，进一步提高了废弃花岗岩的再利用率，实现了资源再利用。
本发明对所述水泥基再生混凝土的制备方法和养护方法没有特殊要求，采用本领域熟知的现场施工标准进行制备和养护即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备的水泥基再生混凝土，由以下原料组成：
p·o42.5硅酸盐水泥21.6份，0.1～75μm的废弃花岗岩石粉11.52份，0.1～0.3μm的硅灰2.88份，1～5mm的河砂45.57份，5～10mm的碎石60.45份，水18份和减水剂0.335份；
其中，废弃花岗岩石粉和硅灰的质量比为4:1，减水剂的减水率为18％，硅灰的组成为sio293.24％，al2o33.16％，fe2o31.61％，cao1.42％和mgo0.57％。
实施例2
本实施例制备的水泥基再生混凝土，由以下原料组成：
p·o42.5硅酸盐水泥21.6份，0.1～75μm的废弃花岗岩石粉11.52份，0.1～0.3μm的硅灰2.88份，废弃花岗岩骨料79.98份，1～5mm的河砂45.57份，5～10mm的碎石60.45份，水18份和减水剂0.335份；
其中，废弃花岗岩石粉和硅灰的质量比为4:1，废弃花岗岩骨料为废弃花岗岩粗骨料和废弃花岗岩细骨料，废弃花岗岩粗骨料的粒径为5～9.5mm，废弃花岗岩细骨料的粒径为3～4.9mm，且废弃花岗岩粗骨料和废弃花岗岩细骨料的质量比为3.10：1，减水剂的减水率为18％，硅灰的组成为sio293.24％，al2o33.16％，fe2o31.61％，cao1.42％和mgo0.57％。
实施例3
将实施例2中的废弃花岗岩粗骨料和废弃花岗岩细骨料的质量比替换为6.19：1，碎石的质量份数替换为0，其余技术特征与实施例2均相同。
对比例1
本对比例制备的水泥基混凝土，由以下原料组成：
p·o42.5硅酸盐水泥21.6份，1～5mm的河砂65.1份，5～10mm的碎石12.09份，水18份和减水剂0.335份；其中，减水剂的减水率为18％。
性能检测：本发明实施例1～3制备的水泥基再生混凝土和对比例1制备的水泥基混凝土按照常规制备方法拌合，养护方法为将成型试块放在温度为(20±2)℃的室内，1d后拆模，拆模后移至温度(20±2)℃，湿度大于95％的标准养护室分别养护3d、7d和28d。
1、抗压强度检测
检测标准按照gbt50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行混凝土立方体试块的抗压强度测定，本发明实施例1～3制备的水泥基再生混凝土和对比例1制备的水泥基混凝土分别为四组试样，每组3个，试样尺寸为100mm×100mm×100mm的非标准试件，故计算时应乘以换算系数0.95；检测所用压力机为waw-600d微机控制电液伺服万能试验机，其最大压力为3000kn，试验机的精准度≤±1％，试验机的上下压板大于试块尺寸，符合技术要求。测试时以0.3mpa/s～0.5mpa/s的速度，均匀且持续加载，待试块即将被破坏时不再调整油门，直至其完全被破坏，记录破坏峰值，按照下式1.1计算得到该试块的抗压强度，每组计算结果分别取平均值，其结果如表1所示；
式1.1中：fcc—该试件的抗压强度(mpa)，计算结果的偏差不可超出0.1mpa；f—试件破坏荷载(n)；a—试件承压面积(mm2)。
2、抗折强度检测
检测标准按照gbt50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行混凝土立方体试块的抗折强度测定，水泥混凝土的抗折强度采用标准梁式试件，本发明实施例1～3制备的水泥基再生混凝土和对比例1制备的水泥基混凝土分别为四组试样，每组3个，试样尺寸为100mm×100mm×400mm；检测设备为waw-600d微机控制电液伺服万能试验机，量程上限为300kn，试验时通过手动调整的方式对压力机的加荷速度进行调整，保证其加载速度为0.3mpa/s～0.5mpa/s，待试件趋近被破坏时，不再对试验机油门进行调整，直到其完全被破坏之后，记下破坏荷载及试件下边缘断裂位置，抗折强度值按式1.2计算，每组计算结果分别取平均值，其结果如表1所示；
式1.2中：ff—混凝土抗折强度(mpa)，计算结果应精确至0.1mpa；f—试件破坏荷载(n)；l—支座间跨度(mm)；b—试件截面宽度(mm)；h—试件截面高度(mm)。
3、耐久性能检测
耐久性能检测采用碳化试验，根据gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》要求进行试验，抗碳化性能试验采用棱柱体混凝土试块进行，本发明实施例1～3制备的水泥基再生混凝土和对比例1制备的水泥基混凝土分别为四组试样，每组3个，试样尺寸为100mm×100mm×400mm。碳化试验前将养护28d的试块放入60℃的烘烤箱中恒温48h，烘干后在试块上取一个相对侧面，沿长度方向用铅笔每隔10mm间距画出平行线，以作为检测点，其余侧面用石蜡密封。试块放置在co2浓度为(20±3)％、湿度为(70±5)％、温度为(20±2)℃的碳化试验箱内加速碳化，待碳化到3d、7d、14d及28d时，分别取出试件，破型测定碳化深度；通过劈裂法从一端开始破型；每次切除的厚度应为试件宽度的一半，切后应用石蜡将破型后试件的切断面封好，再放人箱内继续碳化，直到下一个试验期；随后应将切除所得的试件部分刷去断面上残存的粉末，然后应喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液(酒精溶液含20％的蒸馏水)；约经30s后，应按原先标划的每10mm一个测量点用钢板尺测出各点碳化深度；当测点处的碳化分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒，可取该颗粒两侧处碳化深度的算术平均值作为该点的深度值，不同加速碳化龄期下的碳化深度试验结果见表1。
表1本发明实施例1～3和对比例1制备的混凝土力学性能和耐久性结果
由表1可知，随着养护龄期的增加，实施例1～3的水泥基再生混凝土抗压强度和抗折强度在不同掺配比例下的水泥基混凝土于不同龄期增降变化趋势基本相同，呈现出先增后降趋势；其中，实施例1在同等龄期下比对比例1的抗压强度提高了1.38mpa、1.78mpa、1.03mpa，即分别提高了约5.76％、5.54％、2.53％，说明本发明制备的水泥基再生混凝土的早期强度要优于普通水泥基混凝土，其中3d时体现最为明显，说明废弃花岗岩石粉与硅灰协同工作有益于水泥基混凝土早期强度提高。其中，实施例2～3均利用废弃花岗岩作为粗细骨料，其抗压强度和抗折有所下降，其下降原因在于废弃花岗岩粗细集料的级配无法满足碎石河砂的级配，但是制备得到的水泥基再生混凝土的力学性能和耐久性能均能满足c40普通混凝土的使用要求，实现了废弃花岗岩的高回收再用率。
由表1可知，实施例1～3的水泥基再生混凝土碳化深度随碳化龄期的增加而加深，但是实施例1～3水泥基再生混凝土由于添加废弃花岗岩石粉与硅灰提高了水泥基混凝土后期抗碳化性能，然而随着粗细骨料发生替代，抗碳化性能有所下降，但是依然能够满足基本的使用要求，实现了废弃花岗岩的高回收再用率。
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。