一種基于再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土及其制備方法，該混凝土采用建筑廢棄物為骨料，無機礦物聚合物為粘結(jié)劑，通過堿激發(fā)工藝制備得到。本方法提供的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土具有快干、抗壓強度尤其是早期提高抗壓強度高、凝結(jié)過程中體積收縮率極低、體膨脹系數(shù)接近0、耐酸堿腐蝕的特點。該方法克服了傳統(tǒng)混凝土早期強度低低、凝結(jié)時間長的缺點，提供了一種快速修復混凝土路面的方法，并且解決了建筑廢棄物骨料的再生利用問題，以及由此引起的環(huán)境問題。
【專利說明】一種基于再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及混凝土【技術(shù)領域】，具體涉及以建筑廢棄物為再生骨料，地質(zhì)聚合物為粘結(jié)劑的混凝土及其制備方法。
【背景技術(shù)】 [0002]大量的早期橋梁和建筑由于已經(jīng)達到使用年限或不能滿足需求而被迫拆除，由此產(chǎn)生了大量的廢棄混凝土。在過去的十多年中，對于廢棄混凝土再生重新利用進行了大量的研究。將廢棄的混凝土骨料替換天然骨料來制造新混凝土而達到變廢為寶，資源循環(huán)再利用的目的，從而可以有效的保護自然資源，減少對天然骨料和能源的消耗，有效緩解我們今天所面臨的環(huán)境威脅(資源瓶頸和環(huán)境污染等問題)。然而，現(xiàn)在對于廢棄混凝土的利用只局限于碎石骨料部分，而且再生骨料提純或制作的生產(chǎn)程序需要重新設計，工藝要求比較復雜精細，耗時且價格也比較昂貴，另外通過對再生骨料制備的新混凝土的大量性能測試，人們發(fā)現(xiàn)，再生混凝土骨料與天然骨料的最主要差別是前者往往含有大量的附加砂漿和水泥漿體。此外，由于在生產(chǎn)過程中采用機械強力破碎的方法，再生骨料里面會產(chǎn)生很多裂縫，導致再造碎石骨料強度和質(zhì)量的下降，從而使得新生產(chǎn)的再生骨料混凝土強度、彈性模量及耐久性的降低。總體上，現(xiàn)階段再生骨料混凝土的利用還存在以下幾個重大問題:
(1)再生混凝土碎石骨料制備的混凝土抗壓強度只有普通天然骨料混凝土抗壓強度的80~90%，且RAC的彈性模量也偏低；
(2)再生混凝土碎石骨料孔隙率高于天然碎石骨料，密度低于天然碎石，從而導致再生骨料混凝土和普通天然骨料混凝土在強度，吸水，耐凍融，抗?jié)B性，收縮和蠕變等性能上存在很大的差別；
(3)由于再生混凝土骨料裂縫多、孔隙率大，吸水率更高，RAC的坍落度損失要大于普通混凝土。因此要想達到與普通混凝土一樣高的抗壓強度，RAC需要使用更多的水泥；
(4)RAC抗凍融性能差，且具有更高的收縮和徐變。
[0003]根據(jù)上述幾大問題，也有學者提出了一些解決方法和技術(shù):
(I)使用添加劑來增強水泥和再生粗骨料之間的粘合力，來增加再生骨料混凝土的強度。Kou等發(fā)現(xiàn)粉煤灰可以部分替代水泥，改善RAC的和易性，且特細的粉煤灰可以有效填充再生骨料的微裂縫。
[0004](2)通過改變廢棄混凝土骨料生產(chǎn)流程把強度損失降到最低。Shima等介紹了一種先進的混凝土回收利用技術(shù):采用機械、高溫活化處理方式，有效剔除骨料顆粒上較脆弱的棱角和粘附在碎石表面的硬化砂漿，改善骨料性能，制備出高品質(zhì)的再生混凝土骨料。在此方法中，解體的混凝土被加熱到300°C (高溫活化)，在加熱脫水的過程中使黏附在再生碎石上的水泥石殘渣脆化；然后把加熱后的骨料送到轉(zhuǎn)筒中研磨3分鐘(機械活化)，出料后篩分分級后得到高品質(zhì)再生骨料。Katz提出了兩種改善循環(huán)再造碎石料質(zhì)量的方法:采用IOwt.%的硅粉溶液或者超聲波對破碎后的再生碎石骨料進行清洗，以清除其表面的松散顆粒。[0005]然而現(xiàn)在對廢棄混凝土的應用還是只局限在對粗骨料(石頭)和細骨料(砂子)的回收利用，且廢棄混凝土需要被運至專門的工廠用專門的機器設備和技術(shù)進行破碎、篩分和分級而得到再生骨料，程序和技術(shù)都比較復雜。不僅如此，協(xié)會規(guī)定:在新的混凝土中，再生粗骨料不能超過30%，再生細骨料不能超過20%，這就意味著仍然需要50%以上的天然砂石作為骨料，才能生產(chǎn)出滿足要求的再生混凝土，而且再生混凝土的強度和彈性模量也比原來的舊混凝土要低一些。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種再生骨料聚合物混凝土及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中各種缺點與不足。
[0007]本發(fā)明提供一種再生骨料聚合物混凝土及其制備方法，其特征在于，本發(fā)明提供的混凝土具有抗壓強度高，收縮率低，RAC抗凍融性能優(yōu)良，能耐酸和堿的腐蝕，而且成本比波特蘭水泥低。
[0008]所述的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，其特征在于原料組分為經(jīng)破碎后的廢棄混凝土、砂、粘結(jié)劑原料、激發(fā)劑、添加劑等；
所述的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，其特征在于廢棄混凝土骨料包括碎石粗骨料以及廢棄水泥灰等細骨料；
所述的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，其特征在于粘結(jié)劑原料為偏高嶺土、粉煤灰和高爐礦渣一種或一種以上混合物；
所述的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，其特征在于激發(fā)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、石灰、碳酸鈉中的一種或一種以上與水玻璃配成的混合物；
所述的再生骨料地質(zhì)聚合物`混凝土的制備方法，其特征在于包括如下工藝步驟:
O將摻量為40%~70%廢棄混凝土 (其中粗骨料含量不低于60%，細骨料含量不高于40%)與摻量為20%~40%細砂(中砂)以及摻量為0%~5%的添加劑在模具內(nèi)均勻混合成固體混合物待用；
2)將慘量為0.1%~1.5%的水玻璃與慘量為1%~15%喊(氫氧化鈉、氫氧化鉀、石灰、碳酸鈉中的一種或一種以上混合物)與水配成激發(fā)劑溶液待用；
3)將偏高嶺土、粉煤灰和高爐礦渣的混合物或其中一種以摻量為10%~30%與激發(fā)劑溶液混合，攪拌5~20min,與固體混合物混合,攪拌IOmin~30min,常溫養(yǎng)護而成。
[0009]制備而成的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，凝結(jié)時間短，常溫下凝結(jié)時間為10~60min ;具有較高的早期抗壓強度，4h齡期抗壓強度大于lOMpa，Id齡期抗壓強度大于15Mpa , 3d齡期抗壓強度大于40Mpa ；7d齡期抗壓強度大于80Mpa ；14d齡期抗壓強度大于80Mpa。凝結(jié)時間內(nèi)收縮率低，小于0.05% ;吸水率低，小于3% ;耐酸侵蝕，10%的硫酸溶液，每天質(zhì)量損失小于0.01%。
[0010]本專利申請中的配比均為質(zhì)量百分比。
[0011]用廢棄的混凝土骨料代替天然碎石骨料來制備混凝土，可達到變廢為寶、資源循環(huán)利用的目的，從而既可以減少對天然骨料和能源的消耗，又可以有效緩解因廢棄混凝土的堆放而帶來的環(huán)境問題。而且現(xiàn)在對于廢棄混凝土的利用僅局限于碎石骨料部分，而且在破碎過程中，骨料產(chǎn)生棱角、裂紋等影響混凝土的性能，所以用量也受到限制。所以首先需制備出一種高效地質(zhì)聚合物粘結(jié)劑。地質(zhì)聚合物采用含有豐富的硅和鋁的天然礦物或工業(yè)固體廢棄物等(高嶺石或偏高嶺土、粉煤灰、高爐礦渣、火山灰、谷殼灰等等)在堿性溶液的激發(fā)下制備而成的以硅氧四面體與鋁氧四面體聚合而成的具有非晶態(tài)和準晶態(tài)特征的三維網(wǎng)絡凝膠體。具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和粘接強度?！揪唧w實施方式】
[0012]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0013]本發(fā)明旨在提供一種以建筑廢棄物顆粒為骨粒，無機礦物聚合物為粘結(jié)劑等為基材的新型混凝土及其制備方法，該再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土具有快干、抗壓強度尤其是早期提高抗壓強度高、凝結(jié)過程中體積收縮率極低、體膨脹系數(shù)接近O、耐酸堿腐蝕的特點。該方法克服了傳統(tǒng)混凝土早期強度低低、凝結(jié)時間長的缺點，提供了一種快速修復混凝土路面的方法，并且解決了建筑廢棄物骨料的再生利用問題，以及由此引起的環(huán)境問題。
[0014]發(fā)明提供了一種再生骨料地質(zhì)聚合物混凝，由建筑廢棄物骨料(包括粗骨料和細骨料)，高嶺土、粉煤灰或高爐礦渣之一種或幾種為原料，以氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉之一種或幾種混合物為激發(fā)劑，同時添加少量硅酸鈉，經(jīng)混合澆鑄而成。固含量為廢棄物骨料、細砂和偏高嶺土或粉煤灰或高爐礦渣之一種或混合物構(gòu)成，其中骨料用量為40%~70%廢棄混凝土 (其中粗骨料含量不低于60%，細骨料含量不高于40%);細砂(中砂)用量為20%~40% ;偏高嶺土、粉煤灰和高爐礦渣之混合物或其中一種用量為10%~30%。其它添加劑用量相對偏高嶺土、粉煤灰和高爐礦渣用量而定，其中水玻璃用量為0.1%~1.5% ;堿(氫氧化鈉、氫氧化鉀、石灰、碳酸鈉中的一種或一種以上混合物)用量為1%~15%。
[0015]本發(fā)明基于再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土的制備方法包括以下工藝步驟:
O將摻量為40%~70%廢棄混凝土 (其中粗骨料含量不低于60%，細骨料含量不高于40%)與摻量為20%~40%細砂(中砂)以及摻量為0%~5%的添加劑在模具內(nèi)均勻混合成固體混合物待用；
2)將慘量為0.1%~1.5%的水玻璃與慘量為1%~15%喊(氫氧化鈉、氫氧化鉀、石灰、碳酸鈉中的一種或一種以上混合物)與水配成激發(fā)劑溶液待用；
3)將偏高嶺土、粉煤灰和高爐礦渣的混合物或其中一種以摻量為10%~30%與激發(fā)劑溶液混合，攪拌5~20min,與固體混合物混合,攪拌IOmin~30min,常溫養(yǎng)護而成。
[0016]制備而成的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，凝結(jié)時間短，常溫下凝結(jié)時間為10~60min ;具有較高的早期抗壓強度，4h齡期抗壓強度大于lOMpa，Id齡期抗壓強度大于15Mpa , 3d齡期抗壓強度大于40Mpa ；7d齡期抗壓強度大于80Mpa ；14d齡期抗壓強度大于80Mpa。凝結(jié)時間內(nèi)收縮率低，小于0.05% ;吸水率低，小于3% ;耐酸侵蝕，10%的硫酸溶液，每天質(zhì)量損失小于0.01%。
[0017]實例1:
步驟一、將混凝土廢棄物進行分級，稱取粗骨料(直徑在30~60mm)300g~600g，細骨料(廢棄混凝土灰)200g~400g，細砂200g~400g均勻混合待用；步驟二、稱取Ig~3g硅酸鈉，IOg~30氫氧化鈉混合，加水200ml配成激發(fā)劑溶液待
用；
步驟三、稱取偏高嶺土(高嶺土經(jīng)6oo°c、65(rc、7(Krc、75(rc、8(Krc煅燒2~5h而成)150g ~300g ；
步驟四、將偏高嶺土加入激發(fā)劑溶液中，攪拌5~20min，再與骨料混合物混合，同時加水1000ml，攪拌IOmin~30min，鑄模，常溫養(yǎng)護而成。附圖1即為該實驗所獲混凝土表面的掃描電鏡圖。
[0018]實例2:
步驟一、將混凝土廢棄物進行分級，稱取粗骨料(直徑在30~60mm)300g~600g，細骨料(廢棄混凝土灰)200g~400g，細砂200g~400g均勻混合待用；
步驟二、稱取Ig~3g硅酸鈉，IOg~30氫氧化鈉混合，加水200ml配成激發(fā)劑溶液待
用； 步驟三、稱取粉煤灰200g~500g ；
步驟四、將粉煤灰加入激發(fā)劑溶液中，攪拌5~20min，再與骨料混合物混合，同時加水1000ml，攪拌IOmin~30min，鑄模，常溫養(yǎng)護而成。附圖2即為該實驗所獲混凝土表面的掃描電鏡圖。
[0019]實例3:
步驟一、將混凝土廢棄物進行分級，稱取粗骨料(直徑在30~60mm)300g~600g，細骨料(廢棄混凝土灰)200g~400g，細砂200g~400g均勻混合待用；
步驟二、稱取lg~3g硅酸鈉，15g~35氫氧化鉀混合，加水200ml配成激發(fā)劑溶液待用； 步驟三、稱取粉煤灰100g~250g，稱取偏高嶺土 100 g~250g，混合均勻；
步驟四、將粉煤灰與高嶺土混合物加入激發(fā)劑溶液中，攪拌5~20min，再與骨料混合物混合，同時加水1000ml，攪拌IOmin~30min，鑄模，常溫養(yǎng)護而成。
[0020]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解:說明書中的其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明提供一種再生骨料聚合物混凝土及其制備方法，其特征在于以建筑廢棄物為骨料，以偏高嶺土、粉煤灰和高爐礦渣一種或一種以上混合物為粘結(jié)劑，通過堿激發(fā)過程，常溫養(yǎng)護而成。
2.如權(quán)利所述，本發(fā)明提供一種再生骨料聚合物混凝土具有抗壓強度高，收縮率低，RAC抗凍融性能優(yōu)良，能耐酸和堿的腐蝕，而且成本比波特蘭水泥低。
3.如權(quán)利I所述的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，其特征在于原料組分為經(jīng)破碎后的廢棄混凝土、砂、粘結(jié)劑原料、激發(fā)劑、添加劑等。
4.如權(quán)利I所述的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，其特征在于廢棄混凝土骨料包括碎石粗骨料以及廢棄水泥灰等細骨料。
5.如權(quán)利I所述的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，其特征在于粘結(jié)劑原料為偏高嶺土、粉煤灰和高爐礦洛一種或一種以上混合物。
6.如權(quán)利I所述的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土，其特征在于激發(fā)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、石灰、碳酸鈉中的一種或一種以上與水玻璃配成的混合物。
7.如權(quán)利I所述的再生骨料地質(zhì)聚合物混凝土的制備方法，其特征在于包括如下工藝步驟: O將摻量為40%~70%廢棄混凝土 (其中粗骨料含量不低于60%，細骨料含量不高于40%)與摻量為20%~40%細砂(中砂)以及摻量為0%~5%的添加劑在模具內(nèi)均勻混合成固體混合物待用； 2)將慘量為0.1%~1.5%的水玻璃與慘量為1%~15%喊(氫氧化鈉、氫氧化鉀、石灰、碳酸鈉中的一種或一種以上混合物)與水配成激發(fā)劑溶液待用； 3)將偏高嶺土、粉煤灰和高爐礦渣的混合物或其中一種以摻量為10%~30%與激發(fā)劑溶液混合，攪拌5~20min,與固體混合物混合,攪拌IOmin~30min,常溫養(yǎng)護而成。
【文檔編號】C04B28/08GK103601424SQ201310552737
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】張雄飛, 彭暉 申請人:長沙理工大學