阅读说明：本技术 干拌复合轻集料混凝土及其应用 (Dry mixing combined lightweight aggregate concrete and its application ) 是由 秦远 陈龙 王九飙 庄培 朱鹏 夏吉勇 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种干拌复合轻集料混凝土及其制备方法。本发明提供的干拌复合轻集料混凝土包括水泥、活性再生微粉、组分A再生细骨料、干沙、聚氨酯颗粒、外加剂和水,所述组分A选自粉煤灰和矿粉中的一种或两种。本发明提供的干拌复合轻集料混凝土能够提升建筑垃圾资源利用效率,降低轻集料混凝土水泥用量,提升材料体系堆积密度,促进轻集料混凝土强度,并且有助于减少建筑业对天然集料的消耗,缓解生态环境的破坏。(The present invention provides a kind of dry mixing combined lightweight aggregate concretes and preparation method thereof.Dry mixing combined lightweight aggregate concrete provided by the invention includes that cement, active regeneration micro mist, component A recycled fine aggregate, dry sand, polyurethane particles, additive and water, the component A are selected from one or both of flyash and miberal powder.Dry mixing combined lightweight aggregate concrete provided by the invention is able to ascend the building waste level of resources utilization, reduce light aggregate concrete cement consumption, promote material system bulk density, promote light aggregate concrete intensity, and helps to reduce consumption of the construction industry to natural aggregate, alleviate the destruction of ecological environment.)

干拌复合轻集料混凝土及其应用

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种基于建筑垃圾资源化的干拌复合轻集料混凝土及其制备方法。

背景技术

建筑废弃物的资源化利用是目前世界上的一个热点，特别是在国内，更是实践循环经济和节能减排的重要领域之一。目前我国每年产生的建筑垃圾约10亿吨，而其利用率却不足5％，大量的建筑垃圾不经处置简单填埋，占用量耕地、破坏土壤，污染大气和水源，带来严重的环境负荷。

建筑垃圾具备资源化的属性，传统的填埋方式很大程度上浪费了材料潜在的价值。目前，对于建筑废弃物的处置和利用，国内已经有很多的研究和应用实践，多数集中在利用废弃混凝土制作再生骨料混凝土和生产各种砖等方面。

国内产生的建筑废弃物中，以粘土砖和少量混凝土为主体材料的砖混建筑废弃物占据了主要部分。但是关于砖混建筑废弃物的利用，国内相应的研究和实践并不多。将建筑废弃物磨细制成再生微粉，研究这种微粉作为矿物掺合料在混凝土中的应用技术，对于大规模资源化利用建筑废弃物具有重要意义，将会有广阔的应用前景和巨大的经济效益。

鉴于建筑垃圾的物料的可再生性及资源性，开发新的可利用的途径、提高建筑垃圾的利用率，能更加有效推进建筑垃圾从“建材-建筑-垃圾-建材”物质闭路循环，进而延伸建筑垃圾全生命周期价值链，对创建环境友好型、资源节约型以及无废城市均具有较好的影响。

专利《一种干拌复合轻集料混凝土及其制备方法申请号CN104909632A程景龙》公开了一种干拌复合轻集料混凝土的制备方法。其中水泥100-350份、粉煤灰50-150份、干沙/岩棉工业废渣100-250份、胶粉6份、纤维2份和聚氨酯颗粒25-70份。该方法中并未对聚氨酯颗粒的粒径进行区分，未涉及到聚氨酯颗粒粒级匹配对轻集料混凝土性能的影响。此外，该方法中对水泥和粉煤灰使用比例偏高。

专利《一种基于无机改性聚氨酯颗粒的干拌复合轻集料混凝土申请号CN108751827A》(实审公开)公开了一种使用无机改性聚氨酯颗粒制备轻集料混凝土的方法。其中，无机改性聚氨酯颗粒38-135重量份、水泥162-485重量份、粉煤灰30-127重量份，矿粉23-50重量份、硅灰3-50重量份、干沙37-740重量份、外加剂4.6-19.7重量份和水105～380重量份。该方法提出对干拌复合轻集料的骨料聚氨酯颗粒进行无机改性，并优化颗粒粒级分布。

现有专利技术着重将废旧聚氨酯作为轻质骨料制备轻集料混凝土，混凝土体系对胶凝材料的需求量较大，造成生产成本偏高。

发明内容

本发明解决的技术问题之一是将建筑垃圾中的砖混垃圾制成再生活性微粉应用到轻集料料混凝土中，提高建筑垃圾的资源利用率，同时，降低水泥、粉煤灰等的用量，降低成本。

本发明解决的技术问题之二是将建筑垃圾中的砖混垃圾制成再生细骨料应用到轻集料料混凝土中，提高建筑垃圾的资源利用率，降低无机细骨料(干沙)的用量，降低生产成本。

本发明解决的技术问题之三是复掺建筑垃圾再生微粉优化了粉体材料的颗粒级配，减少了胶凝材料体系的孔隙率，充分发挥了复合掺料的活性，发挥了良好的二次水化“叠加效应”，提升了干拌复合轻集料的强度。

本发明解决的技术问题之四是充分利用再生细骨料的多棱角形貌特征，与粒径不规则废旧聚氨酯颗粒更容易搭接交联形成稳固的空间网络结构，提升了材料体系致密度，保证的轻集料混凝土的强度稳定。同时，废建筑垃圾再生骨料具有火山灰活性，水泥水化产物中的Ca(OH)₂可作为激发剂与砖中的SiO₂、Al₂O₃发生二次水化反应，生成新的水硬性产物，进一步提高了再生细骨料与水泥浆体之间的界面强度，促进轻集料混凝土的强度。

在第一方面，本发明提供了一种干拌复合轻集料混凝土，包括水泥、活性再生微粉、组分A再生细骨料、干沙、聚氨酯颗粒、外加剂和水，所述组分A选自粉煤灰和矿粉中的一种或两种。

根据本发明的一些实施方式，所述混凝土包括水泥130-450重量份、活性再生微粉15-95重量份、组分A12-55重量份、再生细骨料10-75重量份、干沙10-180重量份、聚氨酯颗粒30-100重量份、外加剂6-26重量份和水80-350重量份。

根据本发明的优选实施方式，所述混凝土中，再生活性细粉的重量不超过25％，再生细骨料的重量不超过30％。若添加比例较高，混凝土的强度会有所下降。

根据本发明所述的混凝土，为保证干拌复合轻集料混凝土具备一定流动性和施工性能，所用外加剂为纤维素、胶粉、粉体防水剂、聚羧酸高效防水剂等以一定比例复合使用，确保建筑垃圾再生微粉、再生细骨料及废旧聚氨酯粉末应用到轻集料混凝土中。

根据本发明的一些实施方式，所述外加剂包括纤维素、胶粉、粉体防水剂、减水剂和早强剂。

根据本发明的一些实施方式，所述外加剂包括纤维素1-3重量份、胶粉1.5-5.5重量份、粉体防水剂1.5-6重量份、减水剂1.5-7.5重量份和早强剂0.5-4重量份。

根据本发明所述混凝土，为保证干拌复合轻集料混凝土符合轻质及一定抗压强度的要求，须对废旧聚氨酯进行一定的粒级分布优化，同时与建筑垃圾再生细骨料进行混合，使得干拌复合轻集料骨料形成稳定的堆积密度，进一步确保干拌复合轻集料混凝土性能的稳定性。

根据本发明的一些实施方式，所述聚氨酯颗粒包括第一聚氨酯颗粒和第二聚氨酯颗粒，其中第一聚氨酯颗粒和第二聚氨酯颗粒的粒径不同。

根据本发明的优选实施方式，所述第一聚氨酯颗粒的粒径为2-5mm，所述第二聚氨酯颗粒的粒径为6-19mm。

根据本发明的一些实施方式，所述混凝土包括第一聚氨酯颗粒10-45重量份，第二聚氨酯颗粒10-55重量份。

根据本发明所述的混凝土，建筑垃圾再生细骨料和废旧聚氨酯表层均是多孔结构，作为骨料使用具有较大的吸水性，导致干拌复合轻集料用水量较大。为控制轻集料混凝土水胶比，稳定胶凝体系水化反应，提升轻集料混凝土强度，本发明采用将粉体防水剂与胶凝材料和骨料进行混合，有效的降低的水胶比，保证其在0.55以内。

根据本发明的一些实施方式，所述再生细骨料的粒级为0.15-5mm。

根据本发明的一些实施方式，所述活性再生微粉的粒径在10μm以下。

根据本发明的一些实施方式，所述活性再生微粉的比表面积大于1000m²/kg，活性指数大于95％。

根据本发明所述的混凝土，所述活性再生细粉为砖混建筑垃圾制成的再生微粉经过物理激发后得到的活化细粉，其比表面积大于1000m²/kg，使得再生活性细粉的28天活性指数接近S95级矿粉活性(活性指数大于95％)，更加有利于水化反应。而普通砖混建筑再生细粉的28天活性指数仅为60-65％，与再生活性细粉相比，不能提升混凝土后期强度。本发明的再生活性微粉细度较小，能更好的分散于胶凝材料体系中，降低胶凝材料空隙率；再生细骨料与废旧聚氨酯均属于不规则形状，需要进行级配才能使轻集料混凝土性能稳定，既保持轻质又具有一定的保温效果。

根据本发明所述的混凝土，所述干拌复合轻集料混凝土中必须将建筑垃圾活性再生微粉与粉煤灰或矿粉复掺使用，将建筑垃圾活性再生细粉与粉煤灰或矿粉以一定比例进行混合复掺质轻集料混凝土体系中，既可以有效克服单纯建筑垃圾微粉固有的缺点，还可以更好发挥复合粉体的微颗粒效应和水化叠加效应，提升胶凝材料体系水化活性，在提升强度的同时降低材料成本。

根据本发明的一些实施方式，所述活性再生微粉与组分A的复配比例为0.5-10:1。

根据本发明的优选实施方式，所述活性再生微粉与组分A的复配比例为0.5-2:1。

在第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的混凝土的制备方法，包括：

步骤A：将建筑垃圾经处理后得到再生微粉和再生细骨料；

步骤B：将再生微粉物理激发得到活性再生微粉；

步骤C：将水泥、活性再生微粉、组分A、干沙、再生细骨料和外加剂混合，得到混合物；

步骤D：将步骤C所得的混合物与聚氨酯颗粒混合，得到干拌复合轻集料。

步骤E：将步骤D所得的干拌复合轻集料与水混合，得到所述干拌复合轻集料混凝土。

根据本发明的一些实施方式，步骤A中，所述处理包括分选，筛分，破碎和粉磨。

根据本发明的一些实施方式，步骤B中，所述物理激发的步骤包括将粒径小于0.15mm的细粉进行粉磨，优选粉磨0.5小时后，再进行超细粉磨至细粉粒径为10μm以下。物理激发的原理是将粉末粉磨至一定粒径，增大比表面积，增加反应活性。联合粉磨能提高比表面积且增加缺陷或活性中心数量，颗粒表面层发生晶格畸变、活性点增多，从而提高了的活性。

在第三方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的混凝土或根据第二方面所述的制备方法得到的混凝土在建筑行业中的应用。

本发明取得的技术效果主要体现在以下几方面：

1、扩宽了建筑垃圾资源再利用新途径，提升了建筑垃圾资源利用效率。

2、通过复掺建筑垃圾活性再生微粉，可以降低轻集料混凝土水泥用量5-25％。

3、将建筑垃圾活性再生细粉与粉煤灰或矿粉一定的比例进行复掺，能有效提升活化反应。

4、通过掺入建筑垃圾再生细骨料，可以减少标准砂用量10-30％，且与废旧聚氨酯颗粒形成了良好的级配。建筑垃圾再生骨料固有的不规则形状且呈多孔结构，能与废旧聚氨酯颗粒有效的形成稳定的级配结构，提升材料体系堆积密度，促进轻集料混凝土强度。

5、使用建筑垃圾制作活性再生微粉和再生细骨料添加至轻集料混凝土中，有助于减少建筑业对天然集料的消耗，减少能源和矿砂的开采，缓解了因原材料匮乏的压力并降低了因大量开采矿山造成生态环境的破坏。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施方式的干拌复合轻集料混凝土的制备流程图。

具体实施方式

下面将通过具体实施例对本发明做进一步地说明，但应理解，本发明的范围并不限于此。

实施例1

基于建筑垃圾资源化制备密度等级为600的干拌复合轻集料混凝土

步骤1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级，得到2～5mm和6～19mm两种粒径的废旧聚氨酯颗粒。

步骤2：对建筑砖混垃圾进行处理之后得到活性微粉和粒级为0.15-0.5mm再生细骨料，将活性微粉经粉磨0.5小时后，再进行超细粉磨，得到再生活性微粉。

步骤3：将水泥208重量份、建筑垃圾活性再生微粉29重量份、粉煤灰或矿粉22重量份、建筑垃圾再生细骨料17重量份、干沙25重量份及外加剂加入干粉搅拌机中搅拌5分钟充分混合均匀，得到干拌复合粉料；

步骤4：将干拌复合粉料和聚氨酯颗粒进行混合，加水142重量份搅拌，制成干拌复合轻集料混凝土，所述聚氨酯颗粒包括粒级为2～5mm的聚氨酯小颗粒25重量份、粒级为6～19mm的聚氨酯大颗粒24重量份。

所述外加剂包括纤维素2.5重量份、胶粉3重量份、聚羧酸高效减水剂3重量份、粉体防水剂3重量份、早强剂2.4重量份。

所述过程可制成密度等级为600、抗压强度为1.64MPa的干拌复合轻集料混凝土。

实施例2

基于建筑垃圾资源化制备密度等级为850的干拌复合轻集料混凝土

步骤1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级，得到2～5mm和6～19mm两种粒径的废旧聚氨酯颗粒。

步骤2：对建筑砖混垃圾进行处理之后得到活性再生微粉和粒级为0.15-0.5mm再生细骨料，将活性微粉经粉磨0.5小时后，再进行超细粉磨，得到再生活性微粉。

步骤3：将水泥336重量份、建筑垃圾活性再生微粉50.4重量份、粉煤灰或矿粉33.6重量份、建筑垃圾再生细骨料28重量份、干沙55重量份及外加剂加入干粉搅拌机中搅拌5分钟充分混合均匀，得到干拌复合粉料；

步骤4：将干拌复合粉料和聚氨酯颗粒进行混合，加水223重量份搅拌，制成干拌复合轻集料混凝土，所述聚氨酯颗粒包括粒级为2～5mm的聚氨酯小颗粒20重量份、粒级为6～19mm的聚氨酯大颗粒26重量份。

所述外加剂包括纤维素3重量份、胶粉3.5重量份、聚羧酸高效减水剂4.5重量份、粉体防水剂5重量份、早强剂3.2重量份。

所述过程可制成密度等级为850、抗压强度为3.4MPa的干拌复合轻集料混凝土。

实施例3

基于建筑垃圾资源化制备密度等级为600的干拌复合轻集料混凝土

步骤1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级，得到2～5mm和6～19mm两种粒径的废旧聚氨酯颗粒。

步骤2：对建筑砖混垃圾进行处理之后得到活性微粉和粒级为0.15-0.5mm再生细骨料。

步骤3：将水泥208重量份、建筑垃圾活性再生微粉29重量份、粉煤灰或矿粉22重量份、建筑垃圾再生细骨料17重量份、干沙25重量份及外加剂加入干粉搅拌机中搅拌5分钟充分混合均匀，得到干拌复合粉料；

步骤4：将干拌复合粉料和聚氨酯颗粒进行混合，加水142重量份搅拌，制成干拌复合轻集料混凝土，所述聚氨酯颗粒包括粒级为2～5mm的聚氨酯小颗粒25重量份、粒级为6～19mm的聚氨酯大颗粒24重量份。

所述外加剂包括纤维素2.5重量份、胶粉3重量份、聚羧酸高效减水剂3重量份、粉体防水剂3重量份、早强剂2.4重量份。

所述过程可制成密度等级为600、抗压强度为1.26MPa的干拌复合轻集料混凝土。

实施例4

基于建筑垃圾资源化制备密度等级为600的干拌复合轻集料混凝土

步骤1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级，得到2～5mm和6～19mm两种粒径的废旧聚氨酯颗粒。

步骤2：对建筑砖混垃圾进行处理之后得到活性微粉和粒级为0.15-0.5mm再生细骨料，将活性微粉经粉磨0.5小时后，再进行超细粉磨，得到再生活性微粉。

步骤3：将水泥208重量份、建筑垃圾活性再生微粉17重量份、粉煤灰或矿粉34重量份、建筑垃圾再生细骨料17重量份、干沙25重量份及外加剂加入干粉搅拌机中搅拌5分钟充分混合均匀，得到干拌复合粉料；

步骤4：将干拌复合粉料和聚氨酯颗粒进行混合，加水142重量份搅拌，制成干拌复合轻集料混凝土，所述聚氨酯颗粒包括粒级为2～5mm的聚氨酯小颗粒25重量份、粒级为6～19mm的聚氨酯大颗粒24重量份。

所述外加剂包括纤维素2.5重量份、胶粉3重量份、聚羧酸高效减水剂3重量份、粉体防水剂3重量份、早强剂2.4重量份。

所述过程可制成密度等级为600、抗压强度为1.49MPa的干拌复合轻集料混凝土。

实施例5

基于建筑垃圾资源化制备密度等级为600的干拌复合轻集料混凝土

步骤1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级，得到2～5mm和6～19mm两种粒径的废旧聚氨酯颗粒。

步骤2：对建筑砖混垃圾进行处理之后得到活性微粉和粒级为0.15-0.5mm再生细骨料，将活性微粉经粉磨0.5小时后，再进行超细粉磨，得到再生活性微粉。

步骤3：将水泥208重量份、建筑垃圾活性再生微粉30.6重量份、粉煤灰或矿粉20.4重量份、建筑垃圾再生细骨料17重量份、干沙25重量份及外加剂加入干粉搅拌机中搅拌5分钟充分混合均匀，得到干拌复合粉料；

步骤4：将干拌复合粉料和聚氨酯颗粒进行混合，加水142重量份搅拌，制成干拌复合轻集料混凝土，所述聚氨酯颗粒包括粒级为2～5mm的聚氨酯小颗粒25重量份、粒级为6～19mm的聚氨酯大颗粒24重量份。

所述外加剂包括纤维素2.5重量份、胶粉3重量份、聚羧酸高效减水剂3重量份、粉体防水剂3重量份、早强剂2.4重量份。

所述过程可制成密度等级为600、抗压强度为1.55MPa的干拌复合轻集料混凝土。

实施例6

基于建筑垃圾资源化制备密度等级为600的干拌复合轻集料混凝土

步骤1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级，得到2～5mm和6～19mm两种粒径的废旧聚氨酯颗粒。

步骤2：对建筑砖混垃圾进行处理之后得到活性微粉和粒级为0.15-0.5mm再生细骨料，将活性微粉经粉磨0.5小时后，再进行超细粉磨，得到再生活性微粉。

步骤3：将水泥208重量份、建筑垃圾活性再生微粉42.5重量份、粉煤灰或矿粉8.5重量份、建筑垃圾再生细骨料17重量份、干沙25重量份及外加剂加入干粉搅拌机中搅拌5分钟充分混合均匀，得到干拌复合粉料；

步骤4：将干拌复合粉料和聚氨酯颗粒进行混合，加水142重量份搅拌，制成干拌复合轻集料混凝土，所述聚氨酯颗粒包括粒级为2～5mm的聚氨酯小颗粒25重量份、粒级为6～19mm的聚氨酯大颗粒24重量份。

所述外加剂包括纤维素2.5重量份、胶粉3重量份、聚羧酸高效减水剂3重量份、粉体防水剂3重量份、早强剂2.4重量份。

所述过程可制成密度等级为600、抗压强度为1.38MPa的干拌复合轻集料混凝土。

实施例7

基于建筑垃圾资源化制备密度等级为600的干拌复合轻集料混凝土

步骤1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级，得到2～5mm和6～19mm两种粒径的废旧聚氨酯颗粒。

步骤2：对建筑砖混垃圾进行处理之后得到活性微粉和粒级为0.15-0.5mm再生细骨料，将活性微粉经粉磨0.5小时后，再进行超细粉磨，得到再生活性微粉。

步骤3：将水泥208重量份、建筑垃圾活性再生微粉51重量份、建筑垃圾再生细骨料17重量份、干沙25重量份及外加剂加入干粉搅拌机中搅拌5分钟充分混合均匀，得到干拌复合粉料；

步骤4：将干拌复合粉料和聚氨酯颗粒进行混合，加水142重量份搅拌，制成干拌复合轻集料混凝土，所述聚氨酯颗粒包括粒级为2～5mm的聚氨酯小颗粒25重量份、粒级为6～19mm的聚氨酯大颗粒24重量份。

所述外加剂包括纤维素2.5重量份、胶粉3重量份、聚羧酸高效减水剂3重量份、粉体防水剂3重量份、早强剂2.4重量份。

所述过程可制成密度等级为600、抗压强度为1.28MPa的干拌复合轻集料混凝土。

对比例1

密度等级为600的干拌复合轻集料混凝土

步骤1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级，得到2～5mm和6～19mm两种粒径的废旧聚氨酯颗粒。

步骤2：将水泥243重量份、粉煤灰或矿粉25重量份、干沙55重量份及外加剂加入干粉搅拌机中搅拌5分钟充分混合均匀，得到干拌复合粉料；

步骤3：将干拌复合粉料和聚氨酯颗粒进行混合，加水161重量份搅拌，制成干拌复合轻集料混凝土，所述聚氨酯颗粒包括粒级为2～5mm的聚氨酯小颗粒25重量份、粒级为6～19mm的聚氨酯大颗粒24重量份。

所述外加剂包括纤维素2.8重量份、胶粉3.3重量份、聚羧酸高效减水剂3重量份、粉体防水剂3重量份、早强剂2.4重量份。

所述过程可制成密度等级为600、抗压强度为1.58MPa的干拌复合轻集料混凝土。

对比例2

密度等级为850的干拌复合轻集料混凝土

步骤1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级，得到2～5mm和6～19mm两种粒径的废旧聚氨酯颗粒。

步骤2：将水泥394重量份、粉煤灰或矿粉33.6重量份、干沙85重量份及外加剂加入干粉搅拌机中搅拌5分钟充分混合均匀，得到干拌复合粉料；

步骤3：将干拌复合粉料和聚氨酯颗粒进行混合，加水234重量份搅拌，制成干拌复合轻集料混凝土，所述聚氨酯颗粒包括粒级为2～5mm的聚氨酯小颗粒20重量份、粒级为6～19mm的聚氨酯大颗粒26重量份。

所述外加剂包括纤维素2.6重量份、胶粉3.2重量份、聚羧酸高效减水剂4.7重量份、粉体防水剂4.5重量份、早强剂3.7重量份。

所述过程可制成密度等级为850、抗压强度为3.51MPa的干拌复合轻集料混凝土。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。