一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料
阅读说明：本技术 一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料 (Recycled aggregate prepared from residual concrete in concrete mixer truck tank ) 是由 关博文 吴佳育 赵华 胡勇 马子宸 薛兴杰 田乾 邸文锦 张硕文 王爱鹏 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明属于建筑材料技术领域,公开了一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料,包括下述质量百分比的组分：残余混凝土84～93％,促凝组分1～3％,增强组分5～10％,高吸水性聚合物1～3％。并且本发明还进一步公开了所述再生骨料的制备方法。采用本发明技术方案,可以充分再利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土,在短时间内制备出性能优异的颗粒状再生骨料,同时本发明不受混凝土搅拌车罐内残余混凝土的水灰比和组成的影响,可以用于各种标号残余混凝土制备再生骨料。采用本发明制备的再生骨料压碎值、表观密度、吸水率和坚固性满足GB/T25177《混凝土用再生粗骨料》I类要求,最大化地利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土,节约资源,保护环境。(The invention belongs to the technical field of building materials, and discloses a recycled aggregate prepared by utilizing residual concrete in a concrete mixer truck tank, which comprises the following components in percentage by mass: 84-93% of residual concrete, 1-3% of a set accelerating component, 5-10% of a reinforcing component and 1-3% of a high water absorption polymer. The invention further discloses a preparation method of the recycled aggregate. By adopting the technical scheme of the invention, the residual concrete in the concrete mixer truck tank can be fully recycled, and the granular recycled aggregate with excellent performance can be prepared in a short time. The crushing value, apparent density, water absorption and firmness of the recycled aggregate prepared by the method meet the I-type requirements of GB/T25177 recycled coarse aggregate for concrete, the residual concrete in the concrete mixer truck tank is utilized to the maximum extent, resources are saved, and the environment is protected.)
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料。
背景技术
商品混凝土是预先拌好的质量合格的混凝土拌和物，以商品的形式出售给施工单位，并运到施工现场进行浇筑的混凝土拌和物。商品混凝土是混凝土生产由粗放型生产向集约化大生产的转变，具有高质量、技术先进和提高工效的优点。随着我国商品混凝土推广应用，在生产供给过程中存在因施工单位需求用量不准确，造成混凝土供应超过实际用量的情况。通常，未在施工现场使用的残余混凝土由同一台混凝土搅拌车送回混凝土搅拌站。然而，目前大部分搅拌站没有的残余混凝土回收系统，当残余混凝土送回至混凝土搅拌站后，一般作为工业废弃物处理，浪费了资源并增加了成本。随着近年来国家对保护环境、节约能源的要求不断提高，残余混凝土的处置费用变得更加昂贵并且处置方法更加困难，因此激励企业对残余混凝土的回收再利用。
目前，各国对残余混凝土回收利用越来越深入，各种各样的残余混凝土再生技术应运而生。
美国专利US 1021650C公开了一种采用缓凝剂处理残余混凝土方法，采用添加缓凝剂使得残留的混凝土在搅拌车中保持未凝固的状态，储存一定时间后与新混凝土一起重新使用，从而防止残留混凝土的处理和废物的产生。然而，采用掺加缓凝剂的残余未凝固混凝土制备新混凝土过程繁复，同时掺加缓凝剂的残余未凝固混凝土的掺加对新混凝土和易性、力学性能和耐久性能有不利影响。
德国专利DE 3906645公开了一种残余未固化混凝土的洗涤设备。通过在洗涤装置滚筒内螺旋系统的旋转，将砾石和砂洗涤，分离后从混合器中抽离，并将稀释的水泥悬浮液收集在沉淀池中。该系统可以有效回收残余混凝土中的砾石和砂，但是该系统不能避免废弃物的产生，沉淀后的水泥浆体需要定期清除，未能得到充分利用。
中国专利CN 108636982A公开了一种残余湿混凝土回收系统，搅拌车内清洗出的混凝土进入筛筒后，碎石留在筛筒内并且上升过程中受到清水的冲洗，因此碎石和砂粒分离完全。采用该系统同时存在水泥浆体等废弃物产生，同时参与混凝土的清洗也会产生大量的污染水。
中国专利CN 105751376B公开了一种水泥罐车尾部添加收集装置，包括铰接在混凝土罐车后部的收集盒体，收集盒体上端面对准混凝土罐车的料嘴位置开有收集槽。收集槽对准混凝土罐车的料嘴，可以收集从混凝土罐车的料嘴洒落的残余混凝土，事后可以对收集盒体进行清理。虽然该装置可以对收集盒体进行清理，无需担心洒落满地的混凝土，但是对罐车内部未排出的残余混凝土未能进行有效处理。
综上所述，现有技术集中在采用新型设备处理混凝土搅拌车罐内残余混凝土，然而这种方式投入大，成本高不利于推广应用。而采用缓凝剂处理残余未凝固混凝土直接掺入新拌混凝土中再利用也存在性能大幅下降的弊端。现有技术未能有效解决混凝土搅拌车罐内残余混凝土充分及时再利用的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，以解决残余混凝土及时并充分再利用的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，包括下述质量百分比的组分：残余混凝土84～93％，促凝组分1～3％，增强组分5～10％，高吸水性聚合物1～3％，所述高吸水性聚合物为聚丙烯酸钠盐吸水性树脂。
进一步地，所述残余混凝土为水泥混凝土车罐中残余未凝固混凝土。
进一步地，所述促凝组分为铝酸钠。
进一步地，所述增强组分为原状硅灰，粒径范围200～900nm；
进一步优选的，所述聚丙烯酸钠盐吸水性树脂加水和盐水后体积增大至少25倍，粒径范围50～500μm，优选粒径范围为160～320μm。
在本申请的一种优选实施方式中，所述高吸水性聚合物为聚纳米蒙脱石/N-异丙基丙烯酰胺。
另外，本发明还提供了再生骨料的制备流程，包括以下步骤：
1)将称量好的促凝组分、增强组分与高吸水性聚合物拌合均匀后加入存有未凝固的残余混凝土搅拌车罐体中；
2)在搅拌车罐内以5～8rpm速度旋转拌合15～20min后即可得到颗粒类再生骨料。
3)将再生骨料在60～70℃，90％～100％的相对湿度环境中蒸养5～7小时后筛分后备用。
进一步地，所述高吸水性聚合物，其制备流程包括以下步骤：
步骤一，将交联剂溶解于去离子水中，搅拌溶解，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体，通氮气排除溶液内氧气，并搅拌溶解得到溶液；
步骤二，将六水三氯化铁溶入去离子水中，在氮气保护下搅拌，然后加入沉淀剂继续搅拌后静置沉淀，得到纳米三氧化二铁颗粒；
步骤三，将步骤三得到的纳米三氧化二铁颗粒与无水乙醇混合均匀，然后加入硅烷偶联剂搅拌，再向溶液中加入浓氨水进行反应，得到表面修饰的三氧化二铁；
步骤四，将步骤四得到的表面修饰三氧化二铁加入到步骤一中得到的溶液中，然后加入引发剂搅拌均匀，在氮气保护下反应，得到磁性聚纳米蒙脱石/N-异丙基丙烯酰胺高吸水性聚合物。
优选的，所述交联剂为纳米蒙脱石。
优选的，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
优选的，所述引发剂为过硫酸钠。
进一步优选的，所述表面改性纳米三氧化二铁、硅烷偶联剂、N-异丙基丙烯酰胺单体、去离子水、引发剂、交联剂的加入量按质量比为1.2％～1.5％：0.03％～0.07％：9.8％～12.0％：70％～90％：0.085％～0.225％：5％～10％。
发明人在研究过程中发现：当铝酸钠、原状硅灰和高吸水性聚合物掺加到残余混凝土中时，铝酸钠首先发生水解反应，生成Al(OH)3与水泥浆中的CaO、CaSO4反应生成早强矿物高硫型水化硫酸钙(又称Aft相、钙矾石)。随后高吸水性聚合物膨胀并吸收额外的水分子，与早强矿物高硫型水化硫酸钙晶体、水泥初期水化产物以及细集料形成凝胶网络结构。硅灰的掺入使得整个凝胶网状结构更加的致密。通过混凝土车罐内部混合装置的旋转，这种凝胶网络结构均匀牢固的覆盖并粘附在集料表面，可以免除破碎等工艺直接形成颗粒状再生骨料。值得注意的是，在覆盖粘附的过程中，硅灰能够显著细化Ca(OH)2晶体的结构，减少Ca(OH)2晶体在界面过渡区中的含量，从而加强凝胶网络结构与粗集料表面界面过渡区。
高吸水性聚合物具有亲水基与疏水基，可以有效降低水泥颗粒的团聚现象，释放水泥颗粒包裹的水分，降低混凝土成型用水量，提高混凝土强度。同时，释水后的交联网状分子分散在混凝土体系中，能够有效分散混凝土内裂纹尖端应力，抑制混凝土的冻胀开裂，提高混凝土耐久性；高吸水性聚合物中的交联剂使用无机纳米蒙脱石材料，与以往的交联剂不同，纳米蒙脱石是一种含水铝硅酸盐构成的层状矿物，铝硅酸盐可以与氯离子反应生成Friedel盐，从而消耗混凝土中的自由氯离子含量并提高混凝土的密实度，加强混凝土的抗有害离子侵蚀性。最后通过高温蒸汽养护使得胶凝网状结构强度在短时间内快速提升，最终得到具有优异性能的颗粒状再生骨料。该再生骨料直接用于制备各等级水泥混凝土。
与现有技术相比，本发明提供的技术可以充分再利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土，在短时间内制备出性能优异的颗粒状再生骨料，同时本技术不受混凝土搅拌车罐内残余混凝土的水灰比和组成的影响，可以用于各种标号残余混凝土制备再生骨料。制备的再生骨料压碎值、表观密度、吸水率和坚固性满足GB/T25177《混凝土用再生粗骨料》I类要求，最大化地利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土，节约资源，保护环境。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，包括下述质量百分比的组分：残余混凝土89％，铝酸钠2％，原状硅灰7％，聚丙烯酸钠盐吸水性树脂2％。
本实施例中，所述残余混凝土标号为C20，混凝土组成比例(质量比)为水泥：水：砂：集料＝0.51:1:1.81:3.68；所述原状硅灰平均粒径为230～570nm；所述聚丙烯酸钠盐高吸水性树脂为聚纳米蒙脱石/N-异丙基丙烯酰胺，加水和盐水体积增大27倍，粒径范围230～320μm。
所述利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将称量好的铝酸钠、原状硅灰以及聚丙烯酸钠盐拌合均匀后加入存有未凝固的残余混凝土搅拌车罐体中。
(2)在搅拌车罐内以6rpm速度旋转拌合20min后即可得到颗粒类再生骨料。
(3)将再生骨料在60℃，90％的相对湿度环境中蒸养6小时后筛分后备用。
所述高吸水性聚合物制备流程包括以下步骤：
步骤一，纳米蒙脱石溶解于去离子水中，搅拌溶解。然后将N-异丙基丙烯酰胺单体加入到纳米蒙脱石溶液中，通氮气排除溶液内氧气，然后搅拌溶解；
步骤二，将六水三氯化铁溶入去离子水中，在氮气保护下于50℃水浴中搅拌1h，然后加入沉淀剂搅拌30min后静置沉淀，得到纳米三氧化二铁颗粒；
步骤三，将步骤三得到的纳米三氧化二铁颗粒与无水乙醇混合均匀，然后加入硅烷偶联剂在30℃恒温水浴中搅拌10min，再向溶液中加入50ml浓氨水后反应3h，得到表面修饰的三氧化二铁。
步骤四，将步骤四得到的表面修饰三氧化二铁加入到步骤一中得到的溶液中，然后向加入过硫酸钠搅拌均匀，在25℃氮气保护下的恒温水浴中反应24h，得到磁性聚纳米蒙脱石/N-异丙基丙烯酰胺高吸水性聚合物。
所述表面改性纳米三氧化二铁、硅烷偶联剂、N-异丙基丙烯酰胺单体、去离子水、引发剂、交联剂的加入量按质量比为1.2％～1.5％：0.03％～0.07％：9.8％～12.0％：70％～90％：0.085％～0.225％：5％～10％。
实施例2
一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，包括下述质量百分比的组分：残余混凝土84％，铝酸钠3％，原状硅灰10％，聚丙烯酸钠盐吸水性树脂3％。
本实施例中，所述残余混凝土标号为C30，混凝土组成比例(质量比)为水泥：水：砂：集料＝0.44:1:1.42:3.17；所述原状硅灰平均粒径为330～420nm；所述聚丙烯酸钠盐制备方法同实施例1，加水和盐水体积增大30倍，粒径范围160～280μm。
所述利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将称量好的铝酸钠、原状硅灰以及聚丙烯酸钠盐拌合均匀后加入存有未凝固的残余混凝土搅拌车罐体中。
(2)在搅拌车罐内以8rpm速度旋转拌合18min后即可得到颗粒类再生骨料。
(3)将再生骨料在65℃，90％的相对湿度环境中蒸养7小时后筛分后备用。
实施例3
一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，包括下述质量百分比的组分：残余混凝土86％，铝酸钠2％，原状硅灰9％，聚丙烯酸钠盐吸水性树脂3％。
本实施例中，所述残余混凝土标号为C40，混凝土组成比例(质量比)为水泥：水：砂：集料＝0.38:1:1.11:2.72；所述原状硅灰平均粒径为530～870nm；所述聚丙烯酸钠盐制备方法同实施例1，加水和盐水体积增大33倍，粒径范围180～220μm。
所述利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将称量好的铝酸钠、原状硅灰以及聚丙烯酸钠盐拌合均匀后加入存有未凝固的残余混凝土搅拌车罐体中。
(2)在搅拌车罐内以7rpm速度旋转拌合20min后即可得到颗粒类再生骨料。
(3)将再生骨料在70℃，90％的相对湿度环境中蒸养5小时后筛分后备用。
实施例4
一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，包括下述质量百分比的组分：残余混凝土85％，铝酸钠3％，原状硅灰10％，聚丙烯酸钠盐吸水性树脂2％。
本实施例中，所述残余混凝土标号为C30，混凝土组成比例(质量比)为水泥：水：砂：集料＝0.44:1:1.42:3.17；所述原状硅灰平均粒径为330～420nm；所述聚丙烯酸钠盐为市面所售聚甲基丙烯酸钠，加水和盐水体积增大25倍，粒径范围160～280μm。
所述利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将称量好的铝酸钠、原状硅灰以及聚丙烯酸钠盐拌合均匀后加入存有未凝固的残余混凝土搅拌车罐体中。
(2)在搅拌车罐内以8rpm速度旋转拌合18min后即可得到颗粒类再生骨料。
(3)将再生骨料在60℃，90％的相对湿度环境中蒸养6小时后筛分后备用。
实施例5
一种利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，包括下述质量百分比的组分：残余混凝土90％，铝酸钠3％，原状硅灰5％，聚丙烯酸钠盐吸水性树脂2％。
本实施例中，所述残余混凝土标号为C30，混凝土组成比例(质量比)为水泥：水：砂：集料＝0.44:1:1.42:3.17；所述原状硅灰平均粒径为330～420nm；所述聚丙烯酸钠盐为市面所售聚N-异丙基丙烯酰胺，加水和盐水体积增大25倍，粒径范围180～280μm。
所述利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土制备的再生骨料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将称量好的铝酸钠、原状硅灰以及聚丙烯酸钠盐拌合均匀后加入存有未凝固的残余混凝土搅拌车罐体中。
(2)在搅拌车罐内以8rpm速度旋转拌合18min后即可得到颗粒类再生骨料。
(3)将再生骨料在60℃，90％的相对湿度环境中蒸养7小时后筛分后备用。
对比例1～3
分别采用与实施例1～3相同的残余混凝土，标准养护28天后，破碎筛分制备得到的颗粒范围为5-20mm的再生骨料。
为了说明本发明再生骨料的性能，发明人进行了如下性能测试：
将本发明实施例1～3制备的颗粒范围为5-20mm再生骨料，和对比例1～3制备得到的颗粒范围为5-20mm的再生骨料，按照《建设用卵石、碎石》GB/T 14685)分别测定再生骨料的压碎值、表观密度、吸水率和坚固性，检测结果见表1。
表1压碎值、表观密度、吸水率和坚固性检测结果
由表1可以看出与现有技术相比，本发明技术方案可以充分再利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土，在短时间内制备出性能优异的颗粒状再生骨料，同时本发明技术方案不受混凝土搅拌车罐内残余混凝土的水灰比和组成的影响，可以用于各种标号残余混凝土制备再生骨料。制备的再生骨料压碎值、表观密度、吸水率和坚固性满足GB/T25177《混凝土用再生粗骨料》I类要求，能够最大化地利用混凝土搅拌车罐内残余混凝土，节约资源，保护环境。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
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