一种固废回收利用的自密实混凝土及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料领域，特别是一种固废回收利用的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，同时获得很好均质性，不需要附加振动/振捣的混凝土。相比于普通混凝土，自密实混凝土虽然具有良好的自密实效果，因不需要振捣而缩短了浇筑时间，但是其硬化后的耐久性非常有限，尤其是在寒冷环境中；与普通混凝相比干燥收缩也略大。配制自密实混凝土一般需要通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被自重产生的剪应力克服，从而增大混凝土流动性，同时又具有足够的塑性粘度，使骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。
3.目前，因建筑本身寿命限制和建拆周期缩短，拆除产生的大量建筑垃圾无法处理。如何利用这些建筑垃圾制备再生粗细骨料，替代部分天然粗细骨料应用在自密实混凝土中，具有非常重要的现实意义。
4.现有技术中，例如中国专利申请cn111018378a提供了一种掺合工业和建筑废料制备自流平自密实水泥，原料除水泥熟料、石膏、减水剂以外，还包括矿渣、没炸、固体建筑废料、煤灰、稻壳灰、硅灰等。最终得到的预拌混凝土工作性能良好，28d抗压强度37.7mpa，符合c30混凝土强度要求和预拌混凝土工作性能要求。又例如中国授权专利cn107382216b提供了一种掺加铁尾矿与建筑垃圾的高强混凝土，其原料包括多元胶凝体系、铁尾矿、石子、建筑垃圾再生骨料和减水剂，其中多元胶凝体系包括水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰和稻壳灰，铁尾矿包括尾矿粉和尾矿砂。然而，采用这两种专利技术制备的混凝土，虽然力学强度较好，但工作性能一般，流动性较差。
5.又例如中国授权专利cn106278036b提供了一种高强自密实混凝土，其原料包括胶凝材料、建筑垃圾再生骨料、砂、膨胀蛭石、减水剂、增稠剂、触变润滑剂、秸秆纤维。这种混凝土的28天抗压强度最高达到46mpa，坍落扩展度最大760mm。然而，这种混凝土虽然加入了秸秆纤维、增稠剂等增粘材料，但坍落扩展度仍然偏大，虽然浇筑前期不明显，但在浇筑后期会出现离析、泌水等问题；混凝土容易开裂，耐久性和强度也会受到影响。


技术实现要素：

6.针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种固废回收利用的自密实混凝土及其制备方法，具体通过以下技术实现。
7.一种固废回收利用的自密实混凝土，按质量百分比包括胶凝材料20-30wt％、再生粗骨料18-28wt％、再生粗骨料20-32wt％、再生细骨料24-30wt％、钢渣5-10wt％、改性凹凸棒土6-12wt％、植物纤维2.5-5wt％、减水剂1-1.5wt％；
8.所述改性凹凸棒土的制备方法为：
9.s1、取粒径为4-8μm的凹凸棒土，用0.5-1mol/l的无机酸的水溶液浸泡、搅拌5-10min；过滤取滤渣，洗涤、干燥后待用；
10.s2、称取氢氧化钠、硅酸钠配制成混合水溶液，取步骤s1所得凹凸棒土加至所述混合水溶液中，超声搅拌；干燥后，粉磨至粒径6-10μm制成改性凹凸棒土成品；
11.所述再生粗骨料为建筑垃圾再生粗骨料，所述再生细骨料为建筑垃圾再生细骨料。
12.本发明提供的改性凹凸棒土先将普通的凹凸棒土用无机酸浸泡处理，再用氢氧化钠和硅酸钠浸泡处理，最后经过搅拌超声干燥、粉磨制成。经过改性的凹凸棒土内部和表面均吸附和负载了大量氢氧化钠和硅酸钠混合物，将其作为自密实混凝土的原料时，改性凹凸棒土能够调控氢氧化钠和硅酸钠的释放，与钢渣、再生粗骨料、再生细骨料中的矿物进行速度可控的水化反应，新生成的产物能够均匀分布在混凝土内部，保证了自密实混凝土养护中后期强度的进一步提升。植物纤维、再生粗骨料、再生细骨料、钢渣和改性凹凸棒土通过水化新产物和相互物理作用形成的网格状结构，还能保证自密实混凝土浆料具有更合理的坍落扩展度，不至于因坍落扩展度过高出现泌水离析问题。
13.优选地，所述改性凹凸棒土的制备方法中，步骤s2的所述混合水溶液中，所述氢氧化钠和硅酸钠的浓度分别为0.5-1.5mol/l、2.5-4.5mol/l，所述凹凸棒土与混合水溶液的质量体积比为0.5-1g/l。
14.更优选地，所述改性凹凸棒土的制备方法中，步骤s2中超声搅拌的方式具体为：1000-1500rpm超声搅拌2-3.5h，超声功率300-600w。
15.优选地，所述再生粗骨料和再生细骨料是分别先将建筑垃圾破碎、粉磨后，再用1500-2500mhz，15-45kw的微波处理5-15min，冷却至室温后制备而成。由于不同的工作环境会对粗骨料和细骨料的粒径有不同的需求，因此相粉磨后的粒径可以根据具体特定的实际要求所选用，并不需要特指具体粒径参数。通过使用微波对建筑垃圾进行活化处理，利用电磁能破坏建筑垃圾中各化合物的化学键，去除结晶水、结构水，使化合物分子结构非稳定态化，使重新具备胶凝性，弱化石英等物质晶相，提升潜在水硬性，促进其与改性凹凸棒土的协同反应效果。
16.优选地，所述植物纤维的制备方法是：取农作物秸秆(玉米、水稻、小麦等植物的秸秆)和/或椰壳纤维先后进行清洗、干燥、破碎至长度1-2mm，然后用0.5-1mol/l的无机酸的水溶液浸泡、搅拌3-5min；过滤、洗涤、干燥后待用。经过无机酸稀溶液浸泡的农作物秸秆，柔韧性显著提升，与混凝土中其他原料的结合能力进一步增强，还能一定程度调节混凝土浆料的工作流动性。
17.优选地，所述胶凝材料为水泥；或者包括水泥，以及粉煤灰、矿渣、硅灰中至少一种。胶凝材料一般为常见的硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、高贝利特水泥等特种水泥，还可以按照常规掺量加入粉煤灰、矿渣、硅灰等材料替代水泥发挥相同的胶凝作用。
18.优选地，所述无机酸的水溶液为硫酸、盐酸或硝酸的水溶液。
19.优选地，上述自密实混凝土的原料按质量百分比包括胶凝材料23wt％、再生粗骨料26wt％、再生细骨料28wt％、钢渣8wt％、改性凹凸棒土10wt％、植物纤维3.5wt％、减水剂1.5wt％。
20.一种上述的自密实混凝土的浆料的制备方法，取所述钢渣、减水剂加至水中制成混合液，水胶比为0.25-0.3；取所述胶凝材料、再生粗骨料、再生细骨料、改性凹凸棒土、植物纤维加至所述混合液中搅拌均匀制成自密实混凝土的浆料。
21.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
22.1、本发明对普通凹凸棒土进行了特殊的改性处理，使其能够进一步激活再生粗骨料、再生细骨料、钢渣的活性，并对再生粗骨料、再生细骨料、钢渣的活性进行调控，进而控制混凝土早期和中后期的水化反应进程；
23.2、本发明通过使用采用特殊方法制备的再生粗骨料、再生细骨料、钢渣、改性凹凸棒土和植物纤维；通过这些材料相互作用，在减水剂和用水量变化不大的前提下，控制了混凝土浆料的坍落度，减少了泌水离析，同时保证能够有效流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性。
具体实施方式
24.下面将对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.以下实施例和对比例使用的水泥为华新p.o 42.5硅酸盐水泥；再生粗骨料和再生细骨料所用的建筑垃圾是将含有碎砖、砂浆块的废弃混凝土经过分拣、破碎和筛分，粒径0.5mm-0.35mm(细度模数2.3-3.0)的颗粒用作制备再生细骨料，粒径5-10mm的颗粒用作制备再生粗骨料。植物纤维选用稻草秸秆为原料制备而成。减水剂为高效聚羧酸减水剂。凹凸棒土采购自武汉本地。钢渣来自武钢集团，粒径不超过0.1mm，钢渣的主要成分为sio
2 27.53wt％、cao 19.94wt％、fe2o315.42wt％、al2o
3 9.69wt％、mgo 7.83wt％。
26.以下实施例和对比例的自密实混凝土，在使用时需要调配成浆料，按照水胶比为0.25取纯净水，将钢渣、减水剂加至纯净水中搅拌制成混合液；再将胶凝材料、再生粗骨料、再生细骨料、改性凹凸棒土(或普通凹凸棒土，如果未使用则不加)、植物纤维加至搅拌机中，以48r/min的转速持续搅拌，将混合液分4次加至搅拌机中，每加一次混合液则48r/min搅拌1min；混合液全部加完后，继续搅拌3min；制成自密实混凝土的浆料。
27.实施例1
28.本实施例提供的固废回收利用的自密实混凝土，其原料包括水泥23wt％、再生粗骨料26wt％、再生细骨料28wt％、钢渣8wt％、改性凹凸棒土10wt％、植物纤维3.5wt％、减水剂1.5wt％。
29.再生粗骨料的制备方法为：取粒径5-10mm的分拣、破碎和筛分后的废弃混凝土颗粒，2000mhz，30kw的微波处理8min，冷却至室温后制备而成。
30.再生细骨料的制备方法为：取粒径0.5mm-0.35mm的分拣、破碎和筛分后的废弃混凝土颗粒，1500mhz，15kw的微波处理5min，冷却至室温后制备而成。
31.所述改性凹凸棒土的制备方法是：
32.s1、取粒径为4-8μm的凹凸棒土，用0.5mol/l的稀盐酸浸泡、搅拌10min；过滤取滤渣，洗涤、干燥后待用；
33.s2、称取氢氧化钠、硅酸钠配制成混合水溶液(氢氧化钠和硅酸钠的浓度为1mol/
l、3mol/l，即氢氧化钠和硅酸钠的物质的量比例为1:3)，取步骤s1所得凹凸棒土加至所述混合水溶液中，1500rpm，500w超声搅拌3h；烘干后，粉磨至粒径6-10μm制成改性凹凸棒土成品。
34.所述植物纤维的制备方法是：取稻草秸秆清洗干净，烘干、破碎至长度1-2mm，然后用0.5mol/l的稀盐酸浸泡、搅拌3-5min，稻草秸秆和稀盐酸的质量体积比为0.5kg/l，搅拌转速200rpm；过滤、洗涤干净，烘干后制成植物纤维。
35.实施例2
36.本实施例提供的固废回收利用的自密实混凝土，与实施例1的区别在于，其原料包括水泥18wt％、再生粗骨料32wt％、再生细骨料24wt％、钢渣10wt％、改性凹凸棒土12wt％、植物纤维2.5wt％、减水剂1.5wt％。
37.实施例3
38.本实施例提供的固废回收利用的自密实混凝土，与实施例1的区别在于，其原料按质量百分比包括水泥28wt％、再生粗骨料22wt％、再生细骨料30wt％、钢渣6wt％、改性凹凸棒土7.5wt％、植物纤维5wt％、减水剂1.5wt％。
39.实施例4
40.本实施例提供的固废回收利用的自密实混凝土，与实施例1的区别在于，所用的胶凝材料由水泥和粉煤灰组成，水泥和粉煤灰的质量比为4:1。
41.对比例1
42.本对比例提供的固废回收利用的自密实混凝土，与实施例1的区别在于，将改性凹凸棒土替换为同粒径的普通凹凸棒土。
43.对比例2
44.本对比例提供的固废回收利用的自密实混凝土，与实施例1的区别在于，植物纤维直接使用普通的稻草秸秆。
45.试验例：实施例和对比例的自密实混凝土的性能测试
46.将上述实施例和对比例的自密实混凝土制备成浆料，随即启动搅拌机以48r/min的转速搅拌1分钟，并观察拌合物的流动性，直至最后一次加完外加剂后继续搅拌3mins，即得到自密实复合混凝土。
47.将上述制备的自密实复合混凝土制作成100mm
×
100mm
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100mm的试块，自然养护28d，按照gb/t50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》的要求进行抗压强度与劈裂抗拉强度试验，按照gb/50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行坍落扩展度、t500试验、离析率试验。试验结果如下表1所示。
48.表1自密实复合混凝土性能试验结果
[0049][0050]
从上表1可以看到，当改变自密实混凝土的各原料的用量变化时，混凝土的力学强度和流动性会存在一定变化，但变化不大。当使用普通再生粗骨料和细骨料时，混凝土的早中后期力学强度均有所降低。
[0051]
当使用普通凹凸棒土(对比例1)时，与只用稀盐酸处理凹凸棒土的情况类似，混凝土的力学强度降低，流动性过强，离析率增高。
[0052]
当使用普通稻草秸秆时(对比例2)，稻草秸秆的柔韧性变差，力学强度比实施例1低，但对混凝土的流动性影响不大。
[0053]
以上具体实施方式详细描述了本发明的实施，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节。在本发明的权利要求书和技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单改型和改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。