一种导电机敏改性再生骨料混凝土及其制备方法

1.本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种导电机敏改性再生骨料混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.将废弃混凝土加工成骨料制备再生骨料混凝土，既节省天然砂石资源，也减少废弃混凝土对环境的污染，是同时解决天然砂石资源短缺和废弃混凝土环境污染的一个有效途径。由于破碎混凝土的棱角多，表面有大量的硬化水泥浆，且会产生大量的细微裂缝等，这些特性使得再生骨料物理和力学性能较天然骨料差，降低了再生骨料混凝土的工作性、力学性能及耐久性，实际应用再生细骨料面临挑战。
3.导电机敏混凝土是兼有结构性与导电性一体的一种功能混凝土，因具有良好的电热效应与电磁性使其在道路防冻、建筑取暖、电磁屏蔽等多种工程中都有广泛的应用。此外，导电机敏混凝土还有很好的力-电效应，使其能诊断混凝土结构的应力、应变及损伤，适用于须对健康状况实时监控的重大混凝土结构。制备导电机敏混凝土时需要在传统混凝土中复掺一定数量的具有较高导电性的填料，用以提高混凝土的导电性与本征自感知能力。
4.但是，已有制备方法中粉末状炭系填料达到渗流阈值使水泥基材料具有自感知能力所需的掺量很大，且炭系填料没有胶粘性，过高掺量对混凝土的力学性能、耐久性产生不良影响。同时考虑到再生细骨料、粉末状炭系填料存在的问题，用导电填料与混凝土组分直接拌和的传统普通导电机敏混凝土成型方法来制备内掺粉末状炭系填料的导电机敏再生骨料混凝土面临很大问题。


技术实现要素：

5.发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种导电机敏改性再生骨料混凝土及其制备方法，一方面对再生粗骨料表面进行了改性，降低吸水率，提高了再生粗骨料混凝土的强度与耐久性；另一方面，通过将炭黑富集在再生粗骨料表面，构建在混凝土中导电通道，有效降低炭黑的渗流阈值，由此突破传统制备方法中过高掺量炭黑对导电机敏混凝土强度、耐久性不良影响的技术局限。
6.技术方案：本发明的一种导电机敏改性再生骨料混凝土，其特征在于：该混凝土为水泥、水、河砂、碎石与改性再生粗骨料混合制备而成；所述改性再生粗骨料为再生粗骨料经过纳米炭黑与聚二甲基硅氧烷乳液浸渍处理进行改性后获得。
7.一种导电机敏改性再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
8.1)将纳米炭黑经添加分散剂后与水混合，超声分散处理后获得纳米炭黑分散液；
9.2)将纳米炭黑分散液倒入聚二甲基硅氧烷乳液中搅拌均匀，获得浸渍处理液；
10.3)将再生粗骨料倒入浸渍处理液中浸泡后过滤，获得浸渍处理的再生粗骨料；
11.4)将浸渍处理的再生粗骨料进行养护，获得改性再生粗骨料；
12.5)将水泥、水、河砂、碎石与改性再生粗骨料混合成型，养护后获得改性再生骨料
混凝土。
13.其中，所述的步骤1)中纳米炭黑尺寸为20nm-30nm；分散剂为聚羧酸减水剂，其质量为纳米炭黑质量的0.5％-2％；水的质量为纳米炭黑质量的1-1.5倍；超声分散处理时间为28min-32min，优选30min。
14.其中，所述的步骤2)中聚二甲基硅氧烷乳液的浓度为20％-30％，其质量为再生粗骨料质量的3％-5％；纳米炭黑掺量为聚二甲基硅氧烷乳液质量的10％-20％。
15.其中，所述的步骤3)中再生粗骨料的直径为5mm-20mm连续级配，其在浸渍处理液中的质量百分数为95％-97％，浸渍处理时间为1h-2h。
16.其中，所述的步骤4)中养护为室温下养护，养护时间为1d-3d。
17.其中，所述的步骤5)中改性再生骨料混凝土中各组分配比为：水泥为330kg/m
3-360kg/m3，水为170kg/m
3-200kg/m3，河砂为730kg/m
3-750kg/m3，碎石与改性再生粗骨料之和为1100kg/m
3-1200kg/m3。所述的改性再生粗骨料占碎石与改性再生粗骨料之和的60％-100％。
18.有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明通过纳米炭黑和聚二甲基硅氧烷乳液浸渍处理再生骨料，由此涂覆再生骨料，提高再生骨料导电性，构建在混凝土中导电通道，有效降低炭黑的渗流阈值；且改性再生粗骨料界面，提高再生粗骨料混凝土的强度和耐久性。
19.本发明一方面对再生粗骨料表面进行了改性，降低吸水率，提高了再生粗骨料混凝土的强度与耐久性；另一方面，通过将炭黑富集在再生粗骨料表面，构建在混凝土中导电通道，有效降低炭黑的渗流阈值，由此突破传统制备方法中过高掺量炭黑对导电机敏混凝土强度、耐久性不良影响的技术局限。
20.因此，本发明推动再生粗骨料在高端功能化混凝土领域中的应用，所制的导电机敏改性再生粗骨料混凝土导电性能高、敏感性好，应用前景广阔，且操作简单、成本低。
附图说明
21.图1为实施例1的导电机敏改性再生粗骨料混凝土的电阻变化率与应力的关系图；
22.图2为实施例2的导电机敏改性再生粗骨料混凝土的电阻变化率与应力的关系图；
23.图3为实施例3的导电机敏改性再生粗骨料混凝土的电阻变化率与应力的关系图；
24.图4为实施例4的导电机敏改性再生粗骨料混凝土的电阻变化率与应力的关系图；
25.图5为本发明的导电机敏改性再生粗骨料混凝土的扫描电镜图。
具体实施方式
26.下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。
27.实施例1：
28.本实施例的导电机敏改性再生骨料混凝土的制备方法，包括下述步骤：
29.1)将纳米炭黑经添加分散剂后与水混合，超声分散处理后获得纳米炭黑分散液；纳米炭黑尺寸为20nm-30nm；分散剂为聚羧酸减水剂。纳米炭黑的质量0.5％，水与纳米炭黑质量比为1.5，超声分散处理时间为30min。
30.2)将纳米炭黑分散液倒入聚二甲基硅氧烷乳液中搅拌均匀，获得浸渍处理液。聚
二甲基硅氧烷乳液浓度为30％，质量为再生粗骨料质量的5％，炭黑掺量为聚二甲基硅氧烷乳液质量的15％。
31.3)将再生粗骨料倒入浸渍处理液中浸泡后过滤，获得浸渍处理的再生粗骨料。再生粗骨料直径为5mm-20mm连续级配，质量百分数为97％，浸泡时间为1h。
32.4)将浸渍处理的再生粗骨料进行养护，获得改性再生粗骨料。养护为室温下养护，养护时间2d。
33.5)将水泥、水、河砂、碎石与改性再生粗骨料混合成型，养护28d后获得改性再生骨料混凝土。混凝土配合比为：水泥为350kg/m3，水为170kg/m3，河砂为730kg/m3，碎石与再生粗骨料之和为1100kg/m3，而改性再生粗骨料占碎石与再生粗骨料质量之和的60％。
34.如图1，对本实施例制备的导电机敏改性再生粗骨料混凝土抗压强度及压敏性进行测试表明，与传统方法制备的导电再生粗骨料混凝土相比，抗压强度提高了19.72％，抗折强度提高了12.64％；尽管在循环荷载的情况下，显示有较好的压敏性，但其导电机敏改性再生粗骨料混凝土电阻变化率对应力的响应不够稳定，应力灵敏度为2.13％。
35.实施例2：
36.本实施例的导电机敏改性再生骨料混凝土的制备方法，包括下述步骤：
37.1)将纳米炭黑经添加分散剂后与水混合，超声分散处理后获得纳米炭黑分散液；纳米炭黑尺寸为20nm-30nm；分散剂为聚羧酸减水剂。纳米炭黑的质量2％，水与纳米炭黑质量比为1，超声分散处理时间为30min。
38.2)将纳米炭黑分散液倒入聚二甲基硅氧烷乳液中搅拌均匀，获得浸渍处理液。聚二甲基硅氧烷乳液浓度为20％，质量为再生粗骨料质量的3％，炭黑掺量为聚二甲基硅氧烷乳液质量的20％。
39.3)将再生粗骨料倒入浸渍处理液中浸泡后过滤，获得浸渍处理的再生粗骨料。再生粗骨料直径为5mm-20mm连续级配，质量百分数为95％，浸泡时间为2h。
40.4)将浸渍处理的再生粗骨料进行养护，获得改性再生粗骨料。养护为室温下养护，养护时间2d。
41.5)将水泥、水、河砂、碎石与改性再生粗骨料混合成型，养护28d后获得改性再生骨料混凝土。混凝土配合比为：水泥为360kg/m3，水为200kg/m3，河砂为740kg/m3，碎石与再生粗骨料之和为1150kg/m3，而改性再生粗骨料占碎石与再生粗骨料质量之和的70％。
42.如图2，对本实施例制备的导电机敏改性再生粗骨料混凝土抗压强度及压敏性进行测试表明，与传统方法制备的导电再生粗骨料混凝土相比，抗压强度提高了16.28％，抗折强度提高了10.55％；在循环荷载的情况下，显示有较好的压敏性，且其导电机敏改性再生粗骨料混凝土电阻变化率对应力的响应更具有稳定性和重复性，应力灵敏度为2.87％，表现出优异的压阻特性。此外，与其他不同再生粗骨料替代率的导电机敏改性再生粗骨料混凝土相较，灵敏度最高，线性度、重复性、迟滞误差均比其他掺量低。
43.实施例3：
44.本实施例的导电机敏改性再生骨料混凝土的制备方法，包括下述步骤：
45.1)将纳米炭黑经添加分散剂后与水混合，超声分散处理后获得纳米炭黑分散液；纳米炭黑尺寸为20nm-30nm；分散剂为聚羧酸减水剂。纳米炭黑的质量1.5％，水与纳米炭黑质量比为1.5，超声分散处理时间为30min。
46.2)将纳米炭黑分散液倒入聚二甲基硅氧烷乳液中搅拌均匀，获得浸渍处理液。聚二甲基硅氧烷乳液浓度为30％，质量为再生粗骨料质量的4％，炭黑掺量为聚二甲基硅氧烷乳液质量的10％。
47.3)将再生粗骨料倒入浸渍处理液中浸泡后过滤，获得浸渍处理的再生粗骨料。再生粗骨料直径为5mm-20mm连续级配，质量百分数为96％，浸泡时间为2h。
48.4)将浸渍处理的再生粗骨料进行养护，获得改性再生粗骨料。养护为室温下养护，养护时间3d。
49.5)将水泥、水、河砂、碎石与改性再生粗骨料混合成型，养护28d后获得改性再生骨料混凝土。混凝土配合比为：水泥为330kg/m3，水为170kg/m3，河砂为740kg/m3，碎石与再生粗骨料之和为1200kg/m3，而改性再生粗骨料占碎石与再生粗骨料质量之和的80％。
50.如图3，对本实施例制备的导电机敏改性再生粗骨料混凝土抗压强度及压敏性进行测试表明，与传统方法制备的导电再生粗骨料混凝土相比，抗压强度提高了14.62％，抗折强度提高了7.62％；在循环荷载的情况下，显示有较好的压敏性，且其导电机敏改性再生粗骨料混凝土电阻变化率对应力的响应具有较好的稳定性和重复性，应力灵敏度为2.41％。
51.实施例4：
52.本实施例的导电机敏改性再生骨料混凝土的制备方法，包括下述步骤：
53.1)将纳米炭黑经添加分散剂后与水混合，超声分散处理后获得纳米炭黑分散液；纳米炭黑尺寸为20nm-30nm；分散剂为聚羧酸减水剂。纳米炭黑的质量0.5％，水与纳米炭黑质量比为1.5，超声分散处理时间为30min。
54.2)将纳米炭黑分散液倒入聚二甲基硅氧烷乳液中搅拌均匀，获得浸渍处理液。聚二甲基硅氧烷乳液浓度为30％，质量为再生粗骨料质量的5％，炭黑掺量为聚二甲基硅氧烷乳液质量的15％。
55.3)将再生粗骨料倒入浸渍处理液中浸泡后过滤，获得浸渍处理的再生粗骨料。再生粗骨料直径为5mm-20mm连续级配，质量百分数为97％，浸泡时间为1h。
56.4)将浸渍处理的再生粗骨料进行养护，获得改性再生粗骨料。养护为室温下养护，养护时间2d。
57.5)将水泥、水、河砂、碎石与改性再生粗骨料混合成型，养护28d后获得改性再生骨料混凝土。混凝土配合比为：水泥为350kg/m3，水为170kg/m3，河砂为730kg/m3，碎石与再生粗骨料之和为1100kg/m3，而改性再生粗骨料占碎石与再生粗骨料质量之和的100％。
58.如图4，对本实施例制备的导电机敏改性再生粗骨料混凝土抗压强度及压敏性进行测试表明，与传统方法制备的导电再生粗骨料混凝土相比，抗压强度提高了8.26％，抗折强度提高了4.62％；在循环荷载的情况下，显示有较好的压敏性，且其导电机敏改性再生粗骨料混凝土应力灵敏度为2.28％。
59.从实施例1-4的压敏测试结果可以看出，导电机敏改性再生粗骨料混凝土在固定加荷幅度循环加载下，电阻变化率与加载荷载显示很好的对应关系。在小应力下，由于弹性变形是可重复的，在每次循环加载过程中，加载时，电阻率随载荷增大而减小；当卸载时，电阻率增大。改性粗骨料替代率为70％时达到渗流阈值，表现出更好的灵敏度、稳定性和重复性。
60.综上所述，本发明实施案例中的导电机敏改性再生粗骨料混凝土，是由水泥、水、河砂、碎石及由纳米炭黑和聚二甲基硅氧烷乳液浸渍预处理改性的再生粗骨料混合而成的。该发明将具有良好导电性的炭黑均匀涂覆在再生粗骨料表面，降低了传统方法制备的导电机敏再生骨料混凝土中的导电填料掺量，提高了现有导电机敏再生混凝土压敏电阻率与外界荷载响应关系的线性度以及在循环荷载作用下电阻率随荷载变化的重复性，提高了强度及耐久性，有利于导电机敏改性再生粗骨料混凝土在实际工程中应用。