CN113277803A - 一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纤维海水海砂再生混凝土，按重量百分比计，包括以下组分：海水海砂再生混凝土92‑99％；纤维1‑8％。本发明进一步提供了一种纤维海水海砂再生混凝土的制备方法。本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，不仅实现了再生骨料、海水海砂的资源化利用，而且实用性强、实施方法可操作性高，具有可观的环境效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料的技术领域，涉及一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，具体涉及一种利用海水海砂、再生骨料和纤维制作的混凝土材料及其制备方法。
背景技术
在我国，建筑业作为国民经济的支柱产业之一，获得迅速发展的同时，消耗了大量天然骨料。全球每年的天然骨料消耗量估计为100亿至110亿吨，其中每年约80亿吨用于制造混凝土。以河砂为例，为满足混凝土生产，天然河砂资源现已被过度开采，从而导致了自然环境中河床形态的变化。为有效解决天然骨料的匮乏和城市固废的大量堆积问题，考虑将建筑、工业固废通过破碎、水洗、筛分、分级制备得到再生骨料，用以部分或全部替代天然骨料来制备混凝土。但是，再生骨料表面附着的杂质包括旧水泥砂浆等会引起再生骨料性能的降低，从而造成混凝土吸水率增大，更容易产生裂缝，导致再生混凝土的力学性能和耐久性均不如普通混凝土。
近年来，在混凝土工业中利用海砂和海水得到了越来越多的关注和研究。由细骨料组成的疏浚海砂作为河砂替代品具有巨大的潜力和可能性。同时，用海水替代淡水，可以缓解淡水短缺的问题。更重要的是，对于沿海的建筑工程，可以节省高昂的运输费用。但是，由于海水、海砂中的主要成分为氯化钠、氯化钙和氯化镁等氯盐，会缩短混凝土的凝结时间，使混凝土早凝，严重缩短混凝土的施工时间。此外，海砂、海水所带入的复杂盐类或其它杂质，会吸附在混凝土外加剂表面，导致外加剂不能充分发挥作用，使新拌混凝土工作性能不稳定。海砂、海水中的盐类结晶膨胀后，还会造成混凝土开裂，导致海水海砂混凝土的抗裂性、耐久性较差，不利于混凝土的长期工作。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的局限性，本发明的目的在于提供一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，可以实现再生骨料、海水海砂的资源化利用，而且实用性强、实施方法可操作性高，具有可观的环境效益和社会效益。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供了一种纤维海水海砂再生混凝土，按重量百分比计，包括以下组分：
海水海砂再生混凝土92-99％；
纤维1-8％。
优选地，所述纤维海水海砂再生混凝土，按重量百分比计，包括以下组分：
海水海砂再生混凝土95-98％；
纤维2-5％。
优选地，所述海水海砂再生混凝土，按重量百分比计，包括以下组分：
水泥15-25％；
海水6-12％；
海砂20-35％；
再生粗骨料40-50％；
再生微粉0.1-5％；
减水剂0.05-0.25％；
缓凝剂0.001-0.1％；
引气剂0.001-0.1％；
牺牲剂0.001-0.1％；
防冻剂0.1-0.5％。
更优选地，所述海水海砂再生混凝土，按重量百分比计，包括以下组分：
水泥15-20％；
海水8-10％；
海砂20-30％；
再生粗骨料45-50％；
再生微粉1-5％；
减水剂0.1-0.2％；
缓凝剂0.01-0.02％；
引气剂0.01-0.05％；
牺牲剂0.005-0.01％；
防冻剂0.2-0.25％。
更优选地，所述水泥选自硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的任意一种。所述普通硅酸盐水泥是在硅酸盐水泥熟料中加入6-20％的混合材料、适量石膏磨细制成的。
更优选地，所述海水为进行过滤以去除杂质的天然海水。
进一步优选地，所述过滤采用的过滤器滤芯孔径为4-6μm，优选为5μm。所述杂质为海水中的颗粒物和微小悬浮物。
更优选地，所述海砂为进行过筛以去除杂质的天然海砂。
进一步优选地，所述过筛采用的筛网孔径为4-6mm，优选为5mm。所述杂质为海砂中的大粒径石子和贝壳。
更优选地，所述海砂的颗粒级配满足规范JGJ 206-2010中的规定。
更优选地，所述再生粗骨料为废弃混凝土块。
进一步优选地，所述废弃混凝土块为建筑垃圾中的废弃混凝土块，所述建筑垃圾包括工程垃圾、拆除垃圾和装修垃圾。
更优选地，所述再生粗骨料的粒径为5-10mm。
更优选地，所述再生微粉为废弃混凝土和废弃黏土砖经多级分选、逐级破碎、粉磨达到一定细度的微细粉体。所述再生微粉的粒径≤0.1mm。
更优选地，所述再生微粉的0.045mm方孔筛筛余量≤20％。
更优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。所述聚羧酸减水剂为常规使用的聚羧酸减水剂。用于改善混凝土拌和物的性能。
更优选地，所述缓凝剂选自多羟基碳水化合物类、羟基羧酸及其盐类、多元醇中的一种或几种混合。可延缓因海水、海砂中的氯盐成分所引起的混凝土早凝的问题。
进一步优选地，所述多羟基碳水化合物类为葡萄糖或蔗糖。
进一步优选地，所述羟基羧酸为酒石酸。
进一步优选地，所述羟基羧酸的盐类为酒石酸钠或葡萄糖酸钠。
进一步优选地，所述多元醇为丙三醇。
更优选地，所述引气剂为松香酸钠。
更优选地，所述牺牲剂选自阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂中一种。用于与掺入的混凝土外加剂形成竞争吸附，牺牲剂率先吸附在海砂、海水所带入的来源不明的复杂的盐类或其它杂质表面，阻止外加剂被海水中化学物质或杂质等吸附，从而保证掺入的外加剂正常发挥作用。
进一步优选地，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。
进一步优选地，所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯醚类非离子型表面活性剂，所述聚氧乙烯醚类非离子型表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)或烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)中的一种或两种组合。
更优选地，所述防冻剂为氯化钙。
优选地，所述纤维选自钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维中的一种。
优选地，所述纤维的长度为10-15mm。
本发明第二方面提供了一种纤维海水海砂再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比取水泥、再生微粉、牺牲剂、纤维进行预拌和，获得预拌物；
2)将预拌物与再生粗骨料、海砂、海水进行搅拌混合均匀，获得拌合物；
3)在拌合物中加入缓凝剂、引气剂、减水剂和防冻剂，搅拌混合均匀，以提供所需纤维海水海砂再生混凝土。
优选地，步骤1)中，所述纤维在纤维表面处理剂中浸泡5-10min后，取出晾干。
更优选地，所述纤维表面处理剂为质量百分比浓度为0.5-1％的硅烷偶联剂。
进一步优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
优选地，步骤2)中，所述再生粗骨料将废弃混凝土块经破碎、清洗、分级，依次在纳米二氧化硅水胶体、甲基硅酸钾溶液中浸泡后捞出、干燥后制得。
更优选地，所述破碎采用颚式破碎机进行破碎。
更优选地，所述清洗采用水轮洗砂机进行清洗。
更优选地，所述分级即筛分出5-10mm粒径的再生粗骨料。
更优选地，所述纳米二氧化硅水胶体中含有纳米二氧化硅的质量百分比浓度为10-40％。所述纳米二氧化硅水胶体为含有纳米二氧化硅的水溶液。
更优选地，所述再生粗骨料在纳米二氧化硅水胶体中的浸泡时间≥5天。
更优选地，所述纳米二氧化硅水胶体中，所述纳米二氧化硅的粒径比表面积＞700m2/g。可以稳定地分散在水或其他液体中。
更优选地，所述甲基硅酸钾溶液为质量浓度为5-15％的甲基硅酸钾的水溶液。所述甲基硅酸钾溶液可经过反应形成活性物质聚甲基硅酸产生防水性能，用于减少吸水性及抗渗防水的用途。
更优选地，所述再生粗骨料在甲基硅酸钾溶液中的浸泡时间为12-15min。
更优选地，所述干燥为自然干燥。
优选地，步骤1)中，所述预拌和的时间为140-160s，优选为150s。
优选地，步骤2)中，所述搅拌混合的时间为150-220s。
优选地，步骤3)中，所述搅拌混合的时间为150-220s。
优选地，步骤1)、2)或3)中，所述搅拌混合在搅拌机中进行。所述搅拌机为常规使用的搅拌机，可从市场上购买获得。具体来说，所述搅拌机为JJ-5水泥胶砂搅拌机。
优选地，步骤1)、2)或3)中，所述搅拌混合的速度为140±5r/min。
如上所述，本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，以海砂、再生粗骨料作为骨料，海水作为拌合水，纤维作为增强材料，并引入外加剂等可制备出一种新型混凝土材料。具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，以再生粗骨料作为混凝土粗集料，以海砂作为混凝土细集料，就地取材，绿色环保，降低生产成本，具有重大的经济及环保效益。
(2)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，在制备再生粗骨料时，将其在10-40％的纳米二氧化硅水胶体中浸泡5天以上，纳米二氧化硅可以填充再生骨料的空隙，并可以与再生骨料中的氢氧化钙发生化学反应生成C-S-H凝胶，从而改善混凝土的微观结构,降低空隙率，提高强度。
(3)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，在制备再生粗骨料时，将其于质量浓度为5～15％的甲基硅酸钾溶液中浸泡12～15min后捞出并自然干燥，可以有效降低再生骨料的吸水率。
(4)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，通过加入减水剂，可以降低用水量，减小水泥用量，改善混凝土拌和物的拌和性能和流动性，使细集料和胶凝材料填充骨料之间的空隙，减少中空，改善混凝土力学性能。
(5)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，加入引气剂，在混凝土中引入微小的、封闭的、互不连通的气泡，利用微气泡的滚珠和浮托作用，改善了混凝土的工作性能和新拌性能，同时明显增加混凝土的抗冻性和长期耐久性能。
(6)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，海水、海砂中的氯化物会缩短混凝土的凝结时间，使混凝土早凝，严重缩短混凝土的施工时间。在配方中加入缓凝剂，可以延长混凝土的凝结时间，以留有足够的施工时间。
(7)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，通过加入牺牲剂，可以与掺入的混凝土外加剂形成竞争吸附，牺牲剂率先吸附在海砂、海水所带入的复杂盐类或其它杂质表面，阻止外加剂被盐类或杂质等吸附，从而保证掺入的外加剂正常发挥作用。
(8)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，再生微粉作为辅助胶凝材料，可减少水泥用量。再生微粉的来源为废弃混凝土、废弃黏土砖等经多级分选,逐级破碎,粉磨达到一定细度的微细粉体。废弃混凝土中未水化的水泥颗粒和废弃黏土砖中黏土烧结时生成的玻璃相、无定形物质等材料被粉磨到一定细度后,掺入混凝土后可以发挥其填充效应和活性效应。除此之外，再生微粉的掺入可使混凝土试样的氯离子渗透性大大降低，孔结构得到改善。此外，再生微粉因其较大的比表面积，可提供更多的离子吸附位点，增大了对自由氯离子的物理固化吸附能力。
(9)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，加入了纤维。将纤维用于拌制混凝土中，利用纤维的桥梁作用，能够有效解决了由于再生骨料的引入以及氯盐结晶膨胀所导致的混凝土开裂问题，有效提高了混凝土的耐久性、抗裂性、抗腐蚀性等问题，改善了混凝土的长期工作性能。用纤维表面处理剂对纤维进行表面处理，在纤维表面可以形成一层薄膜，使其界面由刚性变为柔性，提高了抗冲击性能，还可以增强其耐磨性。同时，由于纤维在低温中脆性变大，会导致混凝土开裂、强度降低，寿命减少，因此通过加入防冻剂用以改善纤维的脆性问题，提高混凝土寿命。
(10)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，在制备过程中，纤维先与较细的胶凝材料进行拌和，可有效减少对纤维的损害。将缓凝剂、引气剂、减水剂和防冻剂最后加入，可以避免海水、海砂中的复杂盐类或其它杂质率先吸附到外加剂上，从而保证掺入的外加剂正常发挥作用。
(11)本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，可以降低海水、海砂中游离的氯离子含量，提高混凝土基材密实性，从而抑制氯离子的渗透，并通过对再生骨料的处理，降低了再生混凝土吸水率较高的问题。本发明不仅实现了再生骨料、海水海砂的资源化利用，而且实用性强、实施方法可操作性高，具有可观的环境效益和社会效益。
附图说明
图1显示为本发明中一种纤维海水海砂再生混凝土的制备流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
制备纤维海水海砂再生混凝土样品1#，按重量百分比计，包括以下组分：海水海砂再生混凝土96％；纤维4％。其中，海水海砂再生混凝土，按重量百分比计，包括以下组分：水泥18％；海水9％；海砂25％；再生粗骨料46％；再生微粉1.6％；减水剂0.1％；缓凝剂0.02％；引气剂0.02％；牺牲剂0.01％；防冻剂0.25％。
其中，水泥为硅酸盐水泥，等级为42.5R；海水为通过5μm滤芯的过滤器进行过滤以去除杂质的天然海水；海砂为通过5mm筛网进行过筛以去除杂质的天然海砂，海砂的颗粒级配满足规范JGJ 206-2010的规定；再生粗骨料为废弃混凝土块，粒径为5-10mm；再生微粉为废弃混凝土经多级分选、逐级破碎、粉磨达到一定细度的微细粉体，其0.045mm方孔筛筛余量≤20％；减水剂为聚羧酸减水剂；缓凝剂为酒石酸；引气剂为松香酸钠；牺牲剂为阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵；防冻剂为氯化钙；纤维为长度10-15mm的耐碱玻璃纤维。
先将纤维在0.7％的乙烯基三乙氧基硅烷中浸泡10min，取出晾干。再按上述配比取水泥、再生微粉、牺牲剂、纤维在搅拌机中进行预拌和，搅拌150s，搅拌混合的速度为140r/min，获得预拌物。再将废弃混凝土块采用颚式破碎机进行破碎后采用水轮洗砂机进行清洗，筛分分级出5-10mm粒径，依次在30％纳米二氧化硅水胶体中浸泡5天、在10％甲基硅酸钾溶液中浸泡14min后捞出，自然干燥后制备而成再生粗骨料。然后，将预拌物与再生粗骨料、海水、海砂在搅拌机中进行搅拌混合均匀180s，搅拌混合的速度为140r/min，获得拌合物。最后，再加入缓凝剂、引气剂、减水剂和防冻剂，在搅拌机中进行搅拌混合均匀180s，搅拌混合的速度为140r/min，获得所需海水海砂再生混凝土样品1#。
实施例2
制备纤维海水海砂再生混凝土样品2#，按重量百分比计，包括以下组分：海水海砂再生混凝土98％；纤维2％。其中，海水海砂再生混凝土，按重量百分比计，包括以下组分：水泥16％；海水8.6％；海砂26％；再生粗骨料46％；再生微粉3％；减水剂0.1％；缓凝剂0.02％；引气剂0.02％；牺牲剂0.01％；防冻剂0.25％。
其中，水泥为硅酸盐水泥，等级为42.5R；海水为通过5μm滤芯的过滤器进行过滤以去除杂质的天然海水；海砂为通过5mm筛网进行过筛以去除杂质的天然海砂，海砂的颗粒级配满足规范JGJ 206-2010的规定；再生粗骨料来源为废弃混凝土块，粒径为5-10mm；再生微粉来源为废弃黏土砖经多级分选、逐级破碎、粉磨达到一定细度的微细粉体，其0.045mm方孔筛筛余量≤20％；减水剂为聚羧酸减水剂；缓凝剂为酒石酸；引气剂为松香酸钠；牺牲剂为阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵；防冻剂为氯化钙；纤维为长度10-15mm的耐碱玻璃纤维。
先将纤维在0.8％的乙烯基三乙氧基硅烷中浸泡10min，取出晾干。再按上述配比取水泥、再生微粉、牺牲剂、纤维在搅拌机中进行预拌和，搅拌150s，搅拌混合的速度为140r/min，获得预拌物。再将废弃混凝土块采用颚式破碎机进行破碎后采用水轮洗砂机进行清洗，筛分分级出5-10mm粒径，依次在30％纳米二氧化硅水胶体中浸泡6天、在12％甲基硅酸钾溶液中浸泡13min后捞出，自然干燥后制备而成再生粗骨料。然后，将预拌物与再生粗骨料、海水、海砂在搅拌机中进行搅拌混合均匀200s，搅拌混合的速度为140r/min，获得拌合物。最后，再加入缓凝剂、引气剂、减水剂和防冻剂，在搅拌机中进行搅拌混合均匀200s，搅拌混合的速度为140r/min，获得所需纤维海水海砂再生混凝土样品2#。
对比例1
采用常规方法制备混凝土样品1*，按重量百分比计，包括以下组分：水泥16％，水7.7％，砂子26％，石子50％，减水剂0.3％。
其中，水泥为硅酸盐水泥，等级为42.5R；水为自来水；砂子为机制砂，符合《普通商品混凝土用砂质量标准及检验方法》规定；石子为粒径为5-10mm的碎石，满足《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》；减水剂为聚羧酸减水剂。
将上述原料放入搅拌机中进行搅拌混合均匀200s，搅拌混合的速度为140r/min，获得所需混凝土样品1*。
测试例1
将实施例1中制备的纤维海水海砂再生混凝土样品1#、实施例2中制备的纤维海水海砂再生混凝土样品2#与对比例1中制备的混凝土样品1*分别进行初凝时间、终凝时间、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度测试。具体测试结果见表1。
表1
由表1可知，纤维海水海砂再生混凝土样品1#、2#在各项指标中均比混凝土样品1*要好。本发明制备的纤维海水海砂再生混凝土施工性能良好，初、终凝时间合理，不影响施工，28d强度达到C30混凝土要求，且抗拉性能和抗折强度有了明显的提高，具有优异的力学性能。
综上所述，本发明提供的一种纤维海水海砂再生混凝土及其制备方法，不仅实现了再生骨料、海水海砂的资源化利用，而且实用性强、实施方法可操作性高，具有可观的环境效益和社会效益。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种纤维海水海砂再生混凝土，按重量百分比计，包括以下组分：
海水海砂再生混凝土92-99％；
纤维1-8％。
2.根据权利要求1所述的一种纤维海水海砂再生混凝土，其特征在于，所述海水海砂再生混凝土，按重量百分比计，包括以下组分：
水泥15-25％；
海水6-12％；
海砂20-35％；
再生粗骨料40-50％；
再生微粉0.1-5％；
减水剂0.05-0.25％；
缓凝剂0.001-0.1％；
引气剂0.001-0.1％；
牺牲剂0.001-0.1％；
防冻剂0.1-0.5％。
3.根据权利要求2所述的一种纤维海水海砂再生混凝土，其特征在于，包括以下条件中的任一项或多项：
A1)所述水泥选自硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的任意一种；
A2)所述再生粗骨料的粒径为5-10mm；
A3)所述再生微粉的0.045mm方孔筛筛余量≤20％；
A4)所述减水剂为聚羧酸减水剂；
A5)所述缓凝剂选自多羟基碳水化合物类、羟基羧酸及其盐类、多元醇中的一种或几种混合；
A6)所述引气剂为松香酸钠；
A7)所述牺牲剂选自阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂中一种；
A8)所述防冻剂为氯化钙。
4.根据权利要求1所述的一种纤维海水海砂再生混凝土，其特征在于，所述纤维选自钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维中的一种。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种纤维海水海砂再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比取水泥、再生微粉、牺牲剂、纤维进行预拌和，获得预拌物；
2)将预拌物与再生粗骨料、海砂、海水进行搅拌混合均匀，获得拌合物；
3)在拌合物中加入缓凝剂、引气剂、减水剂和防冻剂，搅拌混合均匀，以提供所需纤维海水海砂再生混凝土。
6.根据权利要求5所述的一种纤维海水海砂再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述纤维在纤维表面处理剂中浸泡5-10min后，取出晾干；所述纤维表面处理剂为质量百分比浓度为0.5-1％的硅烷偶联剂。
7.根据权利要求5所述的一种纤维海水海砂再生混凝土的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述再生粗骨料将废弃混凝土块经破碎、清洗、分级，依次在纳米二氧化硅水胶体、甲基硅酸钾溶液中浸泡后捞出、干燥后制得。
8.根据权利要求7所述的一种纤维海水海砂再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅水胶体中含有纳米二氧化硅的质量百分比浓度为10-40％；所述再生粗骨料在纳米二氧化硅水胶体中的浸泡时间≥5天。
9.根据权利要求7所述的一种纤维海水海砂再生混凝土的制备方法，其特征在于，所述甲基硅酸钾溶液为质量浓度为5-15％的甲基硅酸钾的水溶液；所述再生粗骨料在甲基硅酸钾溶液中的浸泡时间为12-15min。
10.根据权利要求5所述的一种纤维海水海砂再生混凝土的制备方法，其特征在于，还包括以下条件中的任一项或多项：
B1)步骤1)中，所述预拌和的时间为140-160s；
B2)步骤2)中，所述搅拌混合的时间为150-220s；
B3)步骤3)中，所述搅拌混合的时间为150-220s；
B4)步骤1)、2)或3)中，所述搅拌混合的速度为135-145r/min。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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