一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料及制备方法
阅读说明：本技术 一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料及制备方法 (Recycled concrete aggregate reinforced by construction waste micro powder and preparation method thereof ) 是由 赵计辉 李忠 丁晓平 王葆霞 丁继鹏 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料,所述再生混凝土骨料由基体、改性包裹层与表面强化层组成,所述基体为回收骨料,所述改性包裹层为强化浆液,所述表面强化层为碳化物；其中,质量份数为：所述回收骨料占80％-95％,所述强化浆液占4％-15％,所述碳化物占1％-5％。本发明还提供了所述再生混凝土骨料的制备方法。本发明方法原料易得,最大程度地利用了废弃混凝土骨料及其微粉,利废环保、成本低、工艺流程简单,便于应用工程实际,制备的改性再生混凝土骨料物理力学性能优异,应用前景广阔。(The invention discloses a recycled concrete aggregate reinforced by construction waste micro powder, which consists of a substrate, a modified coating layer and a surface reinforcing layer, wherein the substrate is a recycled aggregate, the modified coating layer is reinforcing slurry, and the surface reinforcing layer is carbide; wherein the mass portions are as follows: the recycled aggregate accounts for 80-95%, the reinforced slurry accounts for 4-15%, and the carbide accounts for 1-5%. The invention also provides a preparation method of the recycled concrete aggregate. The method has the advantages of easily available raw materials, maximum utilization of the waste concrete aggregate and the micro powder thereof, waste utilization, environmental protection, low cost, simple process flow and convenient application of engineering practice, and the prepared modified recycled concrete aggregate has excellent physical and mechanical properties and wide application prospect.)
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料及制备方法。
背景技术
随着我国城镇化建设进程的加快，全国每年建筑垃圾产生量可达20亿吨，且年均增速达10％，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30-40％。建筑垃圾堆放地的选址在很大程度上具有随意性且难以降解，建筑垃圾在清运和堆放过程中产生的粉尘等问题又造成了环境污染。目前我国建筑垃圾资源综合利用率不足10％，主要集中在再生混凝土骨料方面，而建筑垃圾微粉是废弃混凝土再生利用时产生不可忽视的问题，约占废弃混凝土总量的5％-20％，其主要矿物成分为二氧化硅、氢氧化钙、钙矾石以及硅铝酸钙等这些组分均具有潜在的激活特性，同时在水泥工业生产中产生了大量的二氧化碳废气。
再生混凝土骨料附着一层旧砂浆，在回收利用等过程中又不可避免的产生了结构损伤，使得再生混凝土骨料存在微裂缝，所以再生混凝土骨料的强度、表观密度和堆积密度均低于天然骨料，而吸水率和吸水速率比天然骨料大得多。这些因素导致了再生骨料在混凝土中应用效果不甚理想，限制了其建材资源化的利用率。
如何能有效改善再生混凝土骨料的性能，突破建筑垃圾微粉的资源循环利用，又能实现经济环境效益，是当前行业建筑资源化利用进程中急需应对的一个行业问题。
发明内容
鉴于现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料及制备方法，通过用建筑垃圾微粉制备强化浆液对基体骨料进行改性包裹，进一步利用碳化在基体改性包裹层上形成碳化物表面强化层，最终形成一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料。实现了既能有效改善再生混凝土骨料的性能，又可以提高建筑垃圾微粉的利用率，同时也为消耗二氧化碳提供了新的途径。
为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料，所述再生混凝土骨料由基体、改性包裹层与表面强化层组成，所述基体为回收骨料，所述改性包裹层为强化浆液，所述表面强化层为碳化物；其中，质量份数为：所述回收骨料占80％-95％，所述强化浆液占4％-15％，所述碳化物占1％-5％。
需要说明的是，所述回收骨料为含有粘结砂浆的废弃混凝土骨料，所述强化浆液由建筑垃圾再生微粉、水泥、减水剂与水组成；所述碳化物由强化浆液碳化产物方解石、球霰石、文石一种或多种组成。
本发明还提供一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1将回收骨料在卧式搅拌机中搅拌，去除回收骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
S2将建筑垃圾微粉、水泥、减水剂与水按一定比例搅拌均匀，制备出水胶比为0.35、浆骨比为0.5的强化浆液；
S3将步骤S1中预处理的再生混凝土骨料放入步骤S2制备的强化浆液在卧式搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层；
S4将步骤S3中得到的强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入碳化箱进行养护，达到养护龄期后取出自然风干，在再生混凝土骨料强化浆液包裹层的基础上形成致密的碳化物强化层，从而获得建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料。
需要说明的是，步骤S1中所述搅回收骨料的粒径为4.75-9.5mm，级别为Ⅲ类。
需要说明的是，步骤S2中所述建筑垃圾微粉的粒径小于0.16mm，且平均粒径为15-25μm，用量为胶凝材料质量的10％-30％。
需要说明的是，步骤S2中所述水泥为42.5Mpa等级的硅酸盐水泥，用量为胶凝材料70-90％。
需要说明的是，步骤S2中所述减水剂为液体固含量40％的聚羧酸高效减水剂，减水率不低于25％，掺量为胶凝材料总质量的0.2-0.5％。
需要说明的是，步骤S4中所述碳化箱的控制条件是湿度为60-90％、温度为20℃±2℃、二氧化碳浓度为20-40％、压力为0.1-0.5Mpa；养护龄期为7-28天。
本发明有益效果在于：
1、本发明既有效改善再生混凝土骨料的性能，又大量利用了建筑垃圾微粉，还消耗大量二氧化碳，是一种高效的绿色、低碳技术，属于碳达峰、碳中和的新技术路径。
2、本发明涉及利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料，其建筑垃圾微粉用量达10％-30％，其原材料主要来源于建筑垃圾回收、再生混凝土骨料生产等过程的副产物，一方面，可有效促进我国再生混凝土骨料及其它几种建筑垃圾工业副产物的资源化利用(尤其高附加值利用)；另一方面，这些建筑垃圾微粉和再生混凝土骨料来源广泛(几乎我国每个省均有大量的城市建筑垃圾)，多数可以就地取材、加工方便；第三方面，由于本发明主要利用建筑垃圾微粉，故其成本极低，且生产可以广泛分布，因而其有利于促进城市建筑垃圾处理难题同时又可大范围推广使用。
3、本发明的强化浆液包裹层，一方面以水化硅酸钙凝胶为主的强化相填充再生混凝土骨料的微裂缝和孔隙，并粘结强化了再生混凝土骨料与其表面的薄弱界面过渡区，形成骨料强度相当的致密结构及表面密实层；另一方面经过强化浆液包裹层的改性，再生混凝土骨料的吸水率与压碎值均得到显著降低，有效解决了再生混凝土骨料孔隙率高、表面疏松、力学性能差的不足。
4、本发明的碳化物强化层在强化浆液包裹层的基础上，形成以方解石、球霰石、文石与水化硅酸钙交织的致密强化层，更进一步提升了再生混凝土骨料的力学性能、显著降低表面孔隙率、吸水率和压碎值。
5、本发明的强化再生混凝土骨料，由再生骨料基体-强化浆液包裹层-碳化物强化层的多级协同结构组成，再生骨料基体起骨架作用，包裹层起到结构强化作用，碳化层起到表面强化作用，形成一种由内而外且不同矿物相交织的多级致密结构，这是本发明的一个重要创新，为再生骨料的应用改性提供了新的思路和技术路径。
具体实施方式
以下将对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
需要指出的是，本发明在实施例与对比例中采用的再生混凝土骨料为单粒级的再生混凝土骨料，粒径为4.75～9.5mm；水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥，密度为3200kg/m3；建筑垃圾微粉经筛分后粒径小于0.16mm；聚羧酸高效减水剂减水率为37％，液体含固量40％；实例用水为自来水。
本发明为一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料，所述再生混凝土骨料由基体、改性包裹层与表面强化层组成，所述基体为回收骨料，所述改性包裹层为强化浆液，所述表面强化层为碳化物作；其中，质量份数为：所述回收骨料占80％-95％，所述强化浆液占4％-15％，所述碳化物占1％-5％。
需要说明的是，所述回收骨料为含有粘结砂浆的废弃混凝土骨料，所述强化浆液由建筑垃圾再生微粉、水泥、减水剂与水组成；所述碳化物由强化浆液碳化产物方解石、球霰石、文石一种或多种组成。
本发明还提供一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1将回收骨料在卧式搅拌机中搅拌，去除回收骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
S2将建筑垃圾微粉、水泥、减水剂与水按一定比例搅拌均匀，制备出水胶比为0.35、浆骨比为0.5的强化浆液；
S3将步骤S1中预处理的再生混凝土骨料放入步骤S2制备的强化浆液在卧式搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层；
S4将步骤S3中得到的强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入碳化箱进行养护，达到养护龄期后取出自然风干，在再生混凝土骨料强化浆液包裹层的基础上形成致密的碳化物强化层，从而获得建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料。
需要说明的是，步骤S1中所述搅回收骨料的粒径为4.75-9.5mm，级别为Ⅲ类。
需要说明的是，步骤S2中所述建筑垃圾微粉的粒径小于0.16mm，且平均粒径为15-25μm，用量为胶凝材料质量的10％-30％。
需要说明的是，步骤S2中所述水泥为42.5Mpa等级的硅酸盐水泥，用量为胶凝材料70-90％。
需要说明的是，步骤S2中所述减水剂为液体固含量40％的聚羧酸高效减水剂，减水率不低于25％，掺量为胶凝材料总质量的0.2-0.5％。
需要说明的是，步骤S4中所述碳化箱的控制条件是湿度为60-90％、温度为20℃±2℃、二氧化碳浓度为20-40％、压力为0.1-0.5Mpa；养护龄期为7-28天。
下面将通过对照试验进一步陈述本发明的优异的性能。
对比例1
本对比例包括以下步骤:
(1)将再生混凝土骨料的原料在卧式搅拌机中搅拌,去除再生混凝土骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
(2)将5.037kg水泥、18g减水剂加入1.763kg水搅拌均匀，制备出强化浆液；
(3)将13.6kg备用的再生混凝土骨料倒入强化浆液在卧式搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层；
(4)将强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入标准养护室(控制条件是湿度为95％以上、温度为20℃±2℃)进行养护，达到14天养护龄期后取出自然风干，从而制备出一种利用水泥浆强化的再生混凝土骨料。
对比例2
本对比例包括以下步骤:
(1)将再生混凝土骨料的原料在卧式搅拌机中搅拌,去除再生混凝土骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
(2)将5.037kg水泥、18g减水剂加入1.763kg水搅拌均匀，制备出强化浆液；
(3)13.6kg备用的再生混凝土骨料倒入强化浆液在卧式搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层；
(4)将强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入碳化箱(控制条件是湿度为70％、温度为20℃、二氧化碳浓度为20％、压力为0.1Mpa)进行养护，达到14天养护龄期后取出自然风干，在再生混凝土骨料强化浆液包裹层的基础上形成致密的碳化物强化层，从而制备出一种利用水泥浆强化的再生混凝土骨料。
对比例3
本实施例包括以下步骤:
(1)将再生混凝土骨料的原料在卧式搅拌机中搅拌,去除再生混凝土骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
(2)将5.037kg胶凝材料(建筑垃圾微粉0.504kg和水泥4.533kg)、18g减水剂加入1.763kg水搅拌均匀，制备出强化浆液；
(3)将13.6kg备用的再生混凝土骨料放入强化浆液在搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层；
(4)将强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入标准养护室(控制条件是湿度为95％以上、温度为20℃±2℃)进行养护，达到14天养护龄期后取出自然风干，制备出建筑垃圾微粉浆液强化的再生混凝土骨料。
对比例4
本实施例包括以下步骤:
(1)将再生混凝土骨料的原料在卧式搅拌机中搅拌,去除再生混凝土骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
(2)将5.037kg胶凝材料(建筑垃圾微粉1.007kg和水泥4.03kg)、18g减水剂加入1.763kg水搅拌均匀，制备出强化浆液；
(3)将13.6kg备用的再生混凝土骨料放入强化浆液在搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层；
(4)将强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入标准养护室(控制条件是湿度为95％以上、温度为20℃±2℃)进行养护，达到14天养护龄期后取出自然风干，制备出建筑垃圾微粉浆液强化的再生混凝土骨料。
对比例5
本实施例包括以下步骤:
(1)将再生混凝土骨料的原料在卧式搅拌机中搅拌,去除再生混凝土骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
(2)将5.037kg胶凝材料(建筑垃圾微粉1.511kg和水泥3.526kg)、18g减水剂加入1.763kg水搅拌均匀，制备出强化浆液；
(3)将13.6kg备用的再生混凝土骨料放入强化浆液在搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层；
(4)将强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入标准养护室(控制条件是湿度为95％以上、温度为20℃±2℃)进行养护，达到14天养护龄期后取出自然风干，制备出建筑垃圾微粉浆液强化的再生混凝土骨料。
对比例6
本对比例是为了探究仅碳化对再生混凝土骨料的影响，包括以下步骤:
(1)将再生混凝土骨料的原料用水清洗后放入碳化箱(控制条件是湿度为70％、温度为20℃、二氧化碳浓度为20％、压力为0.1Mpa)进行养护24h后取出自然风干，制备出碳化养护的再生混凝土骨料。
据标准GB/T24685-2011《建设用卵石、碎石》的测试方法，进行再生混凝土骨料碳化前后的压碎值测试。根据实施结果发现仅碳化后的再生混凝土骨料压碎值没有得到改善，甚至略有增加。这是因为再生混凝土骨料中，可碳化物含量较少，碳化对再生混凝土骨料改性效果很低，局限性较大。
实施例1
本实施例包括以下步骤:
(1)将再生混凝土骨料的原料在卧式搅拌机中搅拌,去除再生混凝土骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
(2)将5.037kg胶凝材料(建筑垃圾微粉0.504kg和水泥4.533kg)、18g减水剂加入1.763kg水搅拌均匀，制备出强化浆液；
(3)将13.6kg备用的再生混凝土骨料放入强化浆液在搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层(质量分数约5％)；
(4)将强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入碳化箱(控制条件是湿度为70％、温度为20℃、二氧化碳浓度为20％、压力为0.1Mpa)进行养护，达到14天养护龄期后取出自然风干，在再生混凝土骨料强化浆液包裹层的基础上形成致密的碳化物强化层(质量分数约3.5％)，从而制备出一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料。
实施例2
本实施例包括以下步骤:
(1)将再生混凝土骨料的原料在卧式搅拌机中搅拌,去除再生混凝土骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
(2)将5.037kg胶凝材料(建筑垃圾微粉1.007kg和水泥4.03kg)、18g减水剂加入1.763kg水搅拌均匀，制备出强化浆液；
(3)将13.6kg备用的再生混凝土骨料放入强化浆液在搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层(质量分数约6％)；
(4)将强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入碳化箱(控制条件是湿度为70％、温度为20℃、二氧化碳浓度为20％、压力为0.1Mpa)进行养护，达到14天养护龄期后取出自然风干，在再生混凝土骨料强化浆液包裹层的基础上形成致密的碳化物强化层(质量分数约4％)，从而制备出一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料。
实施例3
本实施例包括以下步骤:
(1)将再生混凝土骨料的原料在卧式搅拌机中搅拌,去除再生混凝土骨料表面松散的砂浆颗粒以及部分灰尘杂质，取出后筛除灰尘及杂质，得到备用的再生混凝土骨料；
(2)将5.037kg胶凝材料(建筑垃圾微粉1.511kg和水泥3.526kg)、18g减水剂加入1.763kg水搅拌均匀，制备出强化浆液；
(3)将13.6kg备用的再生混凝土骨料放入强化浆液在搅拌机中均匀搅拌，取出沥干浆液并自然风干骨料表面，在再生混凝土骨料的表面制成强化浆液包裹层(质量分数约4.5％)；
(4)将强化浆液包裹的再生混凝土骨料放入碳化箱(控制条件是湿度为70％、温度为20℃、二氧化碳浓度为20％、压力为0.1Mpa)进行养护，达到14天养护龄期后取出自然风干，在再生混凝土骨料强化浆液包裹层的基础上形成致密的碳化物强化层(质量分数约3％)，从而制备出一种利用建筑垃圾微粉强化的再生混凝土骨料。
据标准GB/T24685-2011《建设用卵石、碎石》的测试方法和CJJT 253-2016《再生混凝土骨料透水混凝土应用技术规程》的标准进行再生混凝土骨料改性前后性能对比评价，如下表所示：
性能
压碎值指标(％)
表观密度(kg/<u>m<sup>3</sup></u>)
堆积密度(kg/<u>m<sup>3</sup></u>)
吸水率(％)
原料
26.81
2409
1303
3.12
对比例1
17
2465
1351
3.91
对比例2
15.85
2509
1412
3.30
对比例3
16.46
2479
1362
3.96
对比例4
16.17
2503
1383
3.72
对比例5
16.22
2472
1349
4.06
实施例1
15.36
2511
1422
3.7
实施例2
14.78
2543
1427
3.47
实施例3
15.93
2499
1410
3.72
由上表中的数据并结合标准可以看出，处理前的再生混凝土骨料不符合II级骨料的标准，对比例和实施列处理后再生混凝土骨料的表观密度与堆积密度有了明显增加，均满足上述规范II级骨料的的标准。但对比例处理的再生混凝土骨料，吸水率的普遍增加幅度在19.2％-30.12％，压碎值的普遍降低的幅度在36.6％-40.9％；而实施例处理的再生混凝土骨料，吸水率的普遍增加幅度在11.22％-19.23％，压碎值的普遍降低的幅度在40.58％-44.87％。
通过对比例1(仅用水泥强化浆液包裹层)与实施例1-3(建筑垃圾微粉强化浆液包裹层+碳化物强化层)对比发现，对比例1对再生骨料的增益效果不如实施例2，且成本更高。
通过对比例2(仅用水泥浆强化浆液包裹层+碳化物强化层)与实施例1-2(建筑垃圾微粉强化浆液包裹层+碳化物强化层)对比发现，对比例2对再生骨料的增益效果(压碎值、表观密度、堆积密度)不如实施例1-3，且成本更高。
通过对比例3-5(仅用建筑垃圾微粉强化浆液包裹层)与实施例1-3(建筑垃圾微粉强化浆液包裹层+碳化物强化层)对比发现，对比例3-5对再生骨料的增益效果不如实施例1-3，且成本更高。
通过实施例1-3之间对比发现，随着再生骨料的表面的强化液包裹层与碳化物强化层的质量分数提高，其压碎值与吸水率降低、表观密度和堆积密度增加，表现为骨料的品质与性能越好。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变，而所有的这些改变都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。