一种再生骨料自密实混凝土及其制备方法与流程

1.本技术涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种再生骨料自密实混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.自密实混凝土是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好匀质性，并且不需要附加振动的混凝土。而再生骨料以其良好的环保效益逐渐得到认可，它不仅减少了建筑垃圾，也降低了工程造价，如果将再生骨料应用于自密实混凝土的配制，充分利用两者的优点，必将会带来良好的经济效益和社会效益。
3.现有技术中，申请号为cn201410158353.4的中国发明专利文件中公开了一种c30级单粒级再生自密实混凝土，按照重量分数计原料组分为水泥1重量份数；再生粗骨料0.70～1.53重量份数；天然粗骨料0.66～1.64重量份数；细骨料1.90重量份数；水0.47重量份数；附加水0.04～0.08重量份数；粉煤灰0.26重量份数；外加剂0.006～0.007重量份数。
4.针对上述中的相关技术，发明人发现，将废弃混凝土经分拣、破碎和筛分值得的再生粗骨料因孔隙率大，吸水率高，吸水速度快，其吸收的水分在混凝土拌合过程中参与水化反应，使得再生骨料和新水泥界面过渡区水灰比增大，界面结构疏松，孔隙率较大，混凝土的力学性能降低。


技术实现要素：

5.为了提高再生骨料配制的自密实混凝土的致密性，以改善混凝土的力学强度，本技术提供一种再生骨料自密实混凝土及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种再生骨料自密实混凝土，采用如下的技术方案：一种再生骨料自密实混凝土，包括以下重量份的组分：290-310份水泥、800-900份改性再生骨料、700-800份砂子、75-85份粉煤灰、80-100份矿粉、5-9份外加剂、160-200份水、10-20份植物纤维；所述改性再生骨料由以下方法制成：(1)将废弃混凝土经粉碎、分拣和过筛后，制成骨料颗粒；(2)将水玻璃、pva、纳米二氧化硅、磷酸和水混合均匀，制成复合液，将骨料颗粒置于复合液中，在120-140℃下浸泡1-2h，捞出骨料颗粒；(3)将浸泡复合液后的骨料颗粒置于密闭容器中，抽真空至-(0.1-0.2)mpa，保压1-1.5min，通入二氧化碳气体，升压至0.1-0.4mpa，保压20-24h，制成强化骨料颗粒；(4)将强化骨料颗粒在质量浓度为25-50％的水性有机硅树脂乳液中浸泡30-40min，在160-180℃下℃下干燥3-4h。
7.通过采用上述技术方案，废弃混凝土经粉碎后，其表面充满细微裂纹，首先将其放入含有水玻璃、pva和磷酸、纳米二氧化硅的水溶液中，因为磷酸的加入，使得复合液呈酸性，聚乙烯醇的羟基与在酸性条件下的硅酸钠反应形成交联结构，pva的羟基减少，结晶度
下降，pva的耐水性提高，然后通入二氧化碳时，二氧化碳能与硅酸钠反应生成无定形凝胶，且通入的二氧化碳能在骨料颗粒表面进行碳化反应，细化骨料颗粒的孔结构，增加骨料表面附着的砂浆的强度，从而提升再生骨料的强度，最后再用有机硅树脂乳液与强化骨料颗粒混合，有机硅树脂具有优异的憎水性，包裹在强化骨料颗粒上以后，能有效阻断水分的进入，固化后的有机硅树脂乳液封闭了骨料颗粒的开口孔隙，使得开口孔隙逐渐减少并消失，有机硅树脂提高再生骨料表面水泥砂浆的整体性能，对孔隙有很好的填充效果，提高再生骨料强度的同时，改善其憎水性，使水分不易留存在混凝土内部，从而改善混凝土的抗冻性。
8.优选的，所述改性再生骨料制备时，各原料重量份如下：100份骨料颗粒、30-40水玻璃、15-20份pva、20-30份纳米二氧化硅、4.5-9份磷酸、90-100份水、20-35份水性有机硅树脂乳液。
9.通过采用上述技术方案，合理控制制备改性再生骨料时各原料的用量，能充分填充骨料颗粒表面的孔隙，降低其表面孔隙率，提高致密度，改善混凝土的抗压强度。
10.优选的，所述水性有机硅树脂乳液包括质量比为1:0.3-0.5:0.1-0.3的有机硅树脂乳液、异丁基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
11.通过采用上述技术方案，异丁基三乙氧基硅烷作为渗透剂，能改善有机硅树脂乳液的渗透性，增强有机硅树脂乳液对骨料颗粒上孔隙的填充率，γ-氨丙基三乙氧基硅烷作为增粘剂，能提高有机硅树脂乳液与骨料颗粒的粘结力，提高混凝土的耐久性。
12.优选的，所述纳米二氧化硅经过硅烷偶联剂的预处理。
13.通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅的尺寸较小，容易产生团聚，使其不能很好的分散在水玻璃、pva形成的复合液中，因此将纳米二氧化硅使用硅烷偶联剂预处理，强化其界面作用，加强纳米二氧化硅与水玻璃和pva的分散性，从而使纳米二氧化硅能较好的分散在复合液中，从而有效的对骨料颗粒上的孔隙进行填充，改善骨料颗粒的致密度，提高混凝土的力学强度。
14.优选的，所述植物纤维为木纤维、秸秆纤维、稻草纤维中的一种或几种。
15.通过采用上述技术方案，木纤维、秸秆纤维等植物纤维为农林废弃物，直接抛弃会造成资源浪费和环境污染，将其用于混凝土中，能防止混凝土内部的裂缝扩展，提高抗裂性。
16.优选的，所述植物纤维经过以下预处理：将0.5-1份巴氏芽孢杆菌、1-2份尿素、3-5份氯化钙和10-15份水混合，制成沉积液；将沉积液均匀喷洒在7-10份植物纤维上，室温下静置1-2h，制成强化植物纤维；将1-3份玉米醇溶蛋白、1-3份海藻酸钠和3-5份ph值为12的氢氧化钠溶液混合，制成浸渍液，将强化植物纤维加入到浸渍液中，室温浸渍8-10h，捞出强化植物纤维，干燥。
17.因植物纤维具有湿胀干缩性和吸水性，使植物纤维与混凝土具有粘结破坏的缺陷，另外植物纤维还会因吸水而导致混凝土在低温条件下产生冻胀开裂，通过采用上述技术方案，首先将植物纤维与巴氏芽孢杆菌、尿素和氯化钙形成的沉积液混合，在室温下，巴氏芽孢杆菌能通过自身代谢的产物，即脲酶，分解尿素产生碳酸根，产生的碳酸根能与氯化钙中的钙离子结合生成碳酸钙沉淀，从而沉积在植物纤维上，降低了植物的湿胀干缩性和
吸水性，还增加植物纤维的强度，然后再将沉积了碳酸钙的植物纤维与玉米醇溶蛋白、海藻酸钠等形成的浸渍液混合，玉米醇溶蛋白和海藻酸钠混合后，玉米醇溶蛋白上的羧基电解成羧酸根带负电，当浸渍液与植物纤维上未被反应完的氯化钙中接触时，海藻酸钠与玉米醇溶蛋白上的羧酸根迅速与钙离子结合，形成交联网络，另外海藻酸钠和玉米醇溶蛋白的分子链相互缠绕，也能形成一定的交联，玉米醇溶蛋白具有一定的弹性，能抑制海藻酸钠所形成的凝结网络在碱性混凝土中的甭解，玉米醇溶蛋白与海藻酸钠交联后的凝胶网络具有疏水性，能降低植物纤维的吸水率，并防止渗入混凝土中的水分在植物纤维表面留存，从而提高了混凝土的抗冻性。
18.优选的，所述外加剂包括聚羧酸高效减水剂和有机硅憎水剂，聚羧酸高效减水剂和有机硅憎水剂的质量比为0.1-0.3:2-5。
19.通过采用上述技术方案，有机硅憎水剂能增加胶凝材料的憎水性，从而使水分快速从混凝土内渗出，从而提高混凝土在严寒地区的抗冻能力；聚羧酸高效减水剂能增强混凝土的抗压强度。
20.优选的，所述粉煤灰为i级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％；所述砂子为机制砂，粒径为800-1000目，表观密度为1800-2000kg/cm3。
21.通过采用上述技术方案，i级粉煤灰的细度小，能填充于改性再生骨料颗粒之间，提高自密实混凝土的密实度，减少混凝土的泌水和离析，提高流动性和填充性；砂子的粒径较大时，粗颗粒较多，级配不合理，和易性变差，砂子的粒径较小时，细粉较多，需水量增大，混凝土强度降低，使砂子粒径为800-100目，级配合理，混凝土强度高。
22.优选的，所述骨料颗粒的粒径为9.5-13.2mm。
23.通过采用上述技术方案，合理控制骨料颗粒的粒径，能使骨料颗粒与粉煤灰、砂子和矿粉形成合理级配，相互搭接，改善混凝土的密实度。
24.第二方面，本技术提供一种再生骨料自密实混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种再生骨料自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：将水泥、改性再生骨料、砂子、粉煤灰、植物纤维和矿粉混合均匀，制成干混物；将外加剂和水混合均匀，加入到干混物中，混合均匀，制成再生骨料自密实混凝土。
25.通过采用上述技术方案，将水泥、砂子等组分先进行干拌，再将外加剂的水溶液加入到干混物中，能混合均匀，防止植物纤维团聚。
26.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用水玻璃、pva和纳米二氧化硅等形成的酸性复合液对骨料颗粒进行处理，pva上羟基能与水玻璃形成交联结构，填充骨料颗粒上的孔隙，再利用负压，将粘附在骨料颗粒上的纳米二氧化硅填充于骨料颗粒孔隙内部，降低孔隙率，然后通入二氧化碳进行碳化反应，在骨料颗粒上形成碳酸钙和硅胶，进一步降低孔隙率，增强再生骨料的强度，最后包覆有机硅树脂乳液，提高再生骨料强度的同时，改善再生骨料的疏水性，防止水分在再生骨料表面留存而引起混凝土内部冻胀开裂，能改善混凝土的抗冻性。
27.2、本技术中优选采用巴氏芽孢杆菌在植物纤维上分解尿素，然后与氯化钙中钙离
子形成碳酸钙沉积，改善植物纤维的强度，降低其吸水率，然后利用玉米醇溶蛋白和海藻酸钠等在植物纤维上形成交联凝胶网络，不仅可以降低植物纤维的吸水率，防止水分在其表面留存，提高混凝土的抗冻性，还能改善植物纤维的韧性，提高混凝土的抗裂性。
28.3、本技术中先将水泥、植物纤维、改性再生骨料进行干混，再将外加剂与水混合形成溶液后，加入到干混物中，能防止植物纤维在骨料上团聚，提高混凝土匀质性。
具体实施方式
29.改性再生骨料的制备例1-9制备例1-9中原料均可采用市售产品，本技术中以如下原料为例，有机硅树脂乳液选自上海骁亘新材料科技有限公司，型号为8016；纳米二氧化硅选自江苏天行新材料有限公司，型号为tsp-l12；pva选自广州市时兴化工有限公司，型号为n300；水玻璃选自山东传承化工有限公司，型号为001。
30.制备例1：(1)将废弃混凝土经粉碎、分拣和过筛后，制成粒径为9.5mm的骨料颗粒；(2)将30kg水玻璃、15kgpva、20kg纳米二氧化硅、4.5kg磷酸和90kg水混合均匀，制成复合液，将100kg骨料颗粒置于复合液中，在120℃下浸泡2h，捞出骨料颗粒，纳米二氧化硅与硅烷偶联剂按照1:0.5的比例混合预处理；(3)将浸泡复合液后的骨料颗粒置于密闭容器中，抽真空至-0.1mpa，保压1.5min，通入二氧化碳气体，升压至0.1mpa，保压24h，制成强化骨料颗粒；(4)将步骤(3)制成的强化骨料颗粒在20kg质量浓度为25％的水性有机硅树脂乳液中浸泡40min，在160℃下℃下干燥4h，水性有机硅树脂乳液选由有机硅树脂乳液和水混合制成。
31.制备例2：(1)将废弃混凝土经粉碎、分拣和过筛后，制成粒径为13.2mm的骨料颗粒；(2)将40kg水玻璃、20kgpva、30kg纳米二氧化硅、9kg磷酸和100kg水混合均匀，制成复合液，将100kg骨料颗粒置于复合液中，在140℃下浸泡1h，捞出骨料颗粒，纳米二氧化硅与硅烷偶联剂按照1:0.5的比例混合预处理；(3)将浸泡复合液后的骨料颗粒置于密闭容器中，抽真空至-0.2mpa，保压1min，通入二氧化碳气体，升压至0.4mpa，保压20h，制成强化骨料颗粒；(4)将步骤(3)制成的强化骨料颗粒在35kg质量浓度为50％的水性有机硅树脂乳液中浸泡30min，在180℃下℃下干燥3h，水性有机硅树脂乳液选由有机硅树脂乳液和水混合制成。
32.制备例3：与制备例1的区别在于，水性有机硅树脂乳液包括质量比为1:0.3:0.1的有机硅树脂乳液、异丁基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
33.制备例4：与制备例1的区别在于，水性有机硅树脂乳液包括质量比为1:0.5:0.3的有机硅树脂乳液、异丁基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
34.制备例5：与制备例1的区别在于，步骤(2)中未添加纳米二氧化硅。
35.制备例6：与制备例1的区别在于，未进行步骤(3)，将步骤(2)制成的骨料颗粒与水性有机硅树脂乳液混合浸泡。
36.制备例7：与制备例1的区别在于，未进行步骤(4)。
37.制备例8：与制备例1的区别在于，步骤(2)中未添加水玻璃。
38.制备例9：与制备例1的区别在于，步骤(2)中未添加pva。实施例
39.以下实施例中，聚羧酸高效减水剂选自武汉华轩高新技术有限公司，货号为kh-1，有机硅憎水剂选自上海卓惠化工有限公司，型号为gpshp-50；巴氏芽孢杆菌选自上海沪峥生物科技有限公司，型号为atcc11859；玉米醇溶蛋白选自西安雅图生物科技有限公司，货号为yt-060506；海藻酸钠选自青岛拓海碘制品有限公司，货号为9005-38-3。
40.实施例1：一种再生骨料自密实混凝土，其原料配比如表1所示，其中水泥为p.o42.5硅酸盐水泥，改性再生骨料由制备例1制成，砂子为机制砂，粒径为800目，表观密度为1800kg/cm3，粉煤灰为i级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％，矿粉为s95级矿粉，外加剂包括质量比为0.1:2的聚羧酸高效减水剂和有机硅憎水剂，植物纤维为长度为10mm的秸秆纤维。
41.该再生骨料自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：将水泥、改性再生骨料、砂子、粉煤灰、植物纤维和矿粉混合均匀，制成干混物；将外加剂和水混合均匀，加入到干混物中，混合均匀，制成再生骨料自密实混凝土。
42.表1实施例1-4中再生骨料自密实混凝土的原料用量实施例2-4：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，原料用量如表1所示。
43.实施例5：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，外加剂包括质量比为0.3:5的聚羧酸高效减水剂和有机硅憎水剂。
44.实施例6：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，外加剂为聚羧酸高效减水剂。
45.实施例7：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，改性再生骨料由制备例2制成。
46.实施例8：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，改性再生骨料由制备例3制成。
47.实施例9：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，改性再生骨料由制备例4制成。
48.实施例10：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例9的区别在于，植物纤维经过以下预处理：(1)将0.5kg巴氏芽孢杆菌、1kg尿素、3kg氯化钙和10kg水混合，制成沉积液；(2)将沉积液均匀喷洒在7kg植物纤维上，室温下静置1h，制成强化植物纤维；(3)将1kg玉米醇溶蛋白、1kg海藻酸钠和3kgph值为12的氢氧化钠溶液混合，制成浸渍液，将强化植物纤维加入到浸渍液中，室温浸渍8h，捞出强化植物纤维，在-45℃下冷冻干燥4h。
49.实施例11：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例9的区别在于，植物纤维经过以下预处理：(1)将1kg巴氏芽孢杆菌、2kg尿素、5kg氯化钙和15kg水混合，制成沉积液；(2)将沉积液均匀喷洒在10kg植物纤维上，室温下静置2h，制成强化植物纤维；(3)将3kg玉米醇溶蛋白、3kg海藻酸钠和5kg ph值为12的氢氧化钠溶液混合，制成浸渍液，将强化植物纤维加入到浸渍液中，室温浸渍10h，捞出强化植物纤维，在-45℃下冷冻干燥4h。
50.实施例12：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例9的区别在于，植物纤维经过以下预处理：(1)将1kg巴氏芽孢杆菌、2kg尿素、5kg氯化钙和15kg水混合，制成沉积液；(2)将沉积液均匀喷洒在10kg植物纤维上，室温下静置2h。
51.实施例13：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例9的区别在于，植物纤维经过以下预处理：将3kg玉米醇溶蛋白、3kg海藻酸钠和5kg ph值为12的氢氧化钠溶液混合，制成浸渍液，将10kg植物纤维加入到浸渍液中，室温浸渍10h，捞出植物纤维，在-45℃下冷冻干燥4h。
52.实施例14：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例11的区别在于，步骤(3)中未添加玉米醇溶蛋白。
53.对比例对比例1：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，改性再生骨料由制备例5制成。
54.对比例2：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，改性再生骨料由制备例6制成。
55.对比例3：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，改性再生骨料由制备例7制成。
56.对比例4：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，改性再生骨料由制备例8制成。
57.对比例5：一种再生骨料自密实混凝土，与实施例1的区别在于，改性再生骨料由制备例9制成。
58.对比例6：一种高强自密实混凝土，按照下列重量份数称取原材料：胶凝材料23(水泥在胶凝材料中的质量百分数为60％)、骨料32、砂27(中砂与细砂的比例为2:1)、膨胀蛭石5、减水剂0.2、增稠剂0.1、触变润滑剂0.3％、秸秆纤维0.3、水12。
59.原材料配制后，其制备方法如下：(1)将配料所需的胶凝材料、秸秆纤维、增稠剂放在一起进行搅拌，搅拌混合时间为3～6分钟，然后再按照配料所需的水、减水剂、触变润滑剂依次加入其中，继续搅拌5～10分钟，得到浆状混合料；(2)向步骤(1)得到的浆状混合料加入骨料、砂和膨胀蛭石，搅拌3～6分钟，得到自密实混凝土，其28天抗压强度为43mpa，坍落扩展度710mm。
60.性能检测试验按照实施例和对比例中的方法制备混凝土，并参照以下方法检测混凝土的性能，将检测结果记录于表2中。
61.1、抗压强度：按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检测；2、扩展度：按照gb/t50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测出机扩展度和出机30min后的扩展度；3、抗冻性：参照gb/t50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行冻融循环试验，冻融循环试验采用普通混凝土耐久性试验中的慢冻法，试块采用混凝土浇注的100mm
×
100mm
×
100mm立方体，设定冻融循环300次，对300次冻融试验后的试件进行抗压强度和质量测试。
62.表2再生骨料自密实混凝土的性能检测
实施例1-4中均采用制备例1制成的改性再生骨料，仅原料用量不同，表2内显示，实施例1-4制成的混凝土力学强度高，出机扩展度大，且经时损失小，具有抗冻性。
63.实施例5与实施例1区别在于，外加剂中聚羧酸高效减水剂和有机硅憎水剂的用量不同，实施例5制成的混凝土经300次冻融循环后，抗压强度和质量损失减少，抗冻性有所增强。
64.实施例6与实施例1区别在于，外加剂为聚羧酸高效减水剂，并未使用有机硅憎水剂，与实施例1相比，实施例6制成的混凝土经300次冻融循环后，抗压强度损失率和质量损失率均增大。
65.实施例7中采用制备例2制成的改性再生骨料，与实施例1相比，实施例7制成的混凝土也具有较高的抗压强度，扩展度大，流动性好，经时损失小，稳定性好，具有较好的抗冻融效果。
66.实施例8和实施例9中分别采用制备例3和制备例4制成的改性再生骨料，制备例3和制备例4中水性有机硅树脂乳液中不仅含有有机硅树脂乳液，还加入了增粘剂和渗透剂，与实施例1相比，实施例8和实施例9中混凝土的抗压强度有所增大。
67.实施例10和实施例11与实施例9相比，不仅使用了制备例4制成的改性再生骨料，还对植物纤维进行了预处理，预处理时采用尿素、玉米醇溶蛋白等组分，表2内显示，实施例10和实施例11制成的混凝土的抗压强度增大，且经300次冻融循环后，抗压强度损失率和质量损失率有所下降，抗冻性得到进一步的改善。
68.实施例12与实施例9的区别在于，使用尿素和氯化钙等形成沉积液喷涂在植物纤维上，表2内数据显示，与实施例11相比，实施例12制成的混凝土力学性能改变不显著，但经300次冻融循环后，混凝土的质量损失和抗压强度损失明显增大。
69.实施例13与实施例9的区别在于，未向植物纤维上喷涂由尿素、氯化钙等形成的沉积液，表2内显示，实施例13制成的混凝土，力学性能下降。
70.实施例14与实施例11的区别在于，未添加玉米醇溶蛋白，表2内显示，实施例14制成的混凝土，抗压强度与实施例11相近，但经冻融后，抗压强度和质量下降显著。
71.对比例1与实施例1相比，采用制备例5制成的改性再生骨料，其中未添加纳米二氧化硅，混凝土的抗压强度降低，且抗冻性有所减弱。
72.对比例2与实施例1相比，采用制备例6制成的改性再生骨料，未将骨料颗粒置于密闭容器中并通入二氧化碳气体，对比例2制成的混凝土抗压强度显著降低。
73.对比例3与实施例1相比，采用制备例7制成的改性再生骨料，其中未将强化骨料颗粒浸渍在水性有机硅树脂乳液中，与实施例1相比，对比例3制成的混凝土抗冻性显著降低，抗压强度和质量损失率均增大。
74.对比例4和对比例5与实施例1相比，分别采用制备例8和制备例9制成的改性再生骨料，制备例8中未添加水玻璃，制备例9中未添加pva，实施例8和实施例9制备的混凝土抗压强度和抗冻性均有所下降。
75.对比例6为现有技术制备的再生骨料自密实混凝土，其抗压强度为43mpa，虽然抗压强度较高，但经冻融后，质量损失率大，抗压强度损失严重，抗冻性不足。
76.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，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，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。