采用膨胀土改性剂的再生混凝土
阅读说明：本技术 采用膨胀土改性剂的再生混凝土 (Recycled concrete adopting expansive soil modifier ) 是由 赵旸 杨帆 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本申请涉及建筑材料领域,具体公开了一种采用膨胀土改性剂的再生混凝土。再生混凝土的原料包括以下质量份的组分：再生混凝土骨料150-400份,水泥120-200份,再生粉料50-100份,膨胀土10-20份,减水剂5-15份,缓凝剂20-40份,钛酸酯偶联剂5-10份,纤维素15-40份,水100-150份。本申请具有提高再生混凝土强度的效果。(The application relates to the field of building materials, and particularly discloses recycled concrete adopting an expansive soil modifier. The raw materials of the recycled concrete comprise the following components in parts by mass: the concrete mortar comprises, by weight, 150-400 parts of recycled concrete aggregate, 120-200 parts of cement, 50-100 parts of recycled powder, 10-20 parts of expansive soil, 5-15 parts of a water reducing agent, 20-40 parts of a retarder, 5-10 parts of a titanate coupling agent, 15-40 parts of cellulose and 150 parts of 100-containing water. This application has the effect that improves recycled concrete intensity.)
技术领域
本申请涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种采用膨胀土改性剂的再生混凝土。
背景技术
再生混凝土是指废弃的混凝土块经破碎、清洗和筛选后，再加入水泥和水等混合料搅拌形成的新的混凝土。随着我国经济的迅猛发展和人口城市化迁移的普遍现象，城镇房屋建设逐渐成为社会发展的刚性需求。由于城市可用的新住宅土地面积有限，因此需要对已有的老旧建筑进行拆除再建，拆除过程中产生大量废弃混凝土，废弃混凝土的后期处理成本较高且对环境污染较大，再生混凝土的应用不仅节约了建造成本，同时也减少了对环境的污染。
相关技术中公开了一种再生混凝土，主要包括以下重量份的原料：再生混凝土骨料200-350份，水泥300-400份，砂子250-300份，水100-150份，增稠剂10-20份，减水剂8-15份。
针对上述相关技术，发明人认为再生混凝土骨料主要是通过机械破碎制得，在破碎过程中废弃混凝土块容易产生裂痕，仅通过添加水泥形成的胶凝材料对裂痕的修补效果有限，后期制得的再生混凝土内部容易生成较多的孔隙，进而影响再生混凝土的强度。
发明内容
为了提高再生混凝土的强度，本申请提供一种采用膨胀土改性剂的再生混凝土。
本申请提供的一种采用膨胀土改性剂的再生混凝土，采用如下的技术方案：
所述再生混凝土的原料包括以下质量份的组分：再生混凝土骨料150-400份，水泥120-200份，再生粉料50-100份，膨胀土10-20份，减水剂5-15份，缓凝剂20-40份，钛酸酯偶联剂5-10份，纤维素15-40份，水100-150份。
通过采用上述技术方案，再生混凝土中含有大量硅酸盐，钛酸酯偶联剂结构中的Y基团与纤维素中的羟基结合，使得纤维素接枝在钛酸酯偶联剂上，钛酸酯偶联剂结构的X基团与硅酸盐结合，钛酸酯偶联剂作为硅酸盐与纤维素之间的分子桥，使得三者之间形成交联网状结构，从而提高再生混凝土的强度；同时废弃混凝土中含有较多碳酸钙，钛酸酯偶联剂结构一端的(R1-O)m与碳酸钙的表面水和自由质子氢作用，形成包围碳酸钙的单分子层，使得再生混凝土具备较好的韧性和冲击强度；钛酸酯偶联剂中的钛离子在偶联后呈游离态，可以与浆料中游离的硅酸根、碳酸根等结合形成胶体，对再生混凝土骨料中的空隙进行填充，提高再生混凝土的强度。
再生混凝土骨料作为粗集料替代石子，再生粉料是破碎废弃混凝土产生的粉料，再生粉料用来替代河沙，主要原材料均为废弃资源再生而得到，大大节约了成本，绿色环保。水泥加水生成的水泥浆料可以对再生混凝土骨料中的孔隙有一定的填充作用；膨胀土具有较好的黏性，对水泥浆料具有增稠效果，使得再生混凝土骨料粘结的更牢固，提高再生混凝土的强度；配合使用减水剂可以控制浆料中水的含量，从而使得浆料有良好的塌落度；缓凝剂可以延长水泥的水化硬化时间，使得再生混凝土中各组分的反应充分，并使得再生混凝土在较长时间内保持塑性，从而根据实际情况调整再生混凝土的凝固时间。
优选的，所述再生混凝土的原料包括以下质量份的组分：再生混凝土骨料200-300份，水泥130-150份，再生粉料60-80份，膨胀土12-16份，减水剂7-10份，缓凝剂20-30份，钛酸酯偶联剂7-10份，纤维素20-30份，水110-130份。
通过采用上述技术方案，优化再生混凝土原料的质量份，进一步提高再生混凝土的强度。
优选的，所述钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂KR-TTS和钛酸酯偶联剂KR-41B中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，钛酸酯偶联剂KR-TTS为单烷氧基型偶联剂，主要成分为三异硬脂酰基钛酸异丙酯；钛酸酯偶联剂KR-41B为配位体型偶联剂，主要成分为二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯。两者均能有效结合硅酸盐和纤维素形成交联网状结构的前提下，同时对碳酸钙具有很好的亲和性，容易对碳酸钙进行包裹，形成单分子层，从而提高再生混凝土的强度。
优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂和木质素磺酸盐中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂分子可以吸附在水泥颗粒的表面，使得水泥颗粒的表面带电荷，由于静电排斥作用，水泥颗粒相互分散，释放出颗粒之间包裹的水，提高泥浆的流动性；木质素磺酸盐是阴离子表面活性物质，可以吸附并分散水泥，从而提高再生混凝土的和易性。
优选的，所述缓凝剂由焦磷酸钠和甲基纤维素按照质量比(8-12)：(14-20)混合而成。
通过采用上述技术方案，焦磷酸钠可以在水溶液中电离出带电离子，在水泥的凝结硬化过程中产生膜层，从而延缓氢氧化钙、C-S-H析出成核及C-A-S-H的形成过程，进而延迟再生混凝土的凝结硬化，产生缓凝效果；甲基纤维素具有良好的保水性能，可以延迟再生混凝土的凝结硬化，产生缓凝效果；同时甲基纤维素还可以与纤维素配合作为钛酸酯偶联剂交联材料，提高再生混凝土的强度。
优选的，所述再生混凝土还包括以下质量份的组分：外加料17-25份，所述外加料由粉煤灰和石灰石粉按照质量比(6-10)：(14-18)混合而成。
通过采用上述技术方案，粉煤灰的加入可以使氢氧化钙转化为C-S-H凝胶，提高再生混凝土的强度；粉煤灰的颗粒粒径小于水泥，使得再生混凝土的用水量减少，改善再生混凝土的和易性，使得再生混凝土均匀密实，从而提高再生混凝土的强度和耐久性；石灰石粉中的硅质和钙质颗粒粒径较小，可以填充再生混凝土的孔隙，提高再生混凝土的强度。同时两者可以与膨胀土预先混合搅拌，粉煤灰和石灰石粉可以和膨胀土发生离子交换，降低膨胀土的塑性指数和活性指数，并且产生硬凝反应，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶体，可以有效提高膨胀土的强度并抑制膨胀土的变形。
优选的，所述纤维素为羟丙基甲基纤维素和乙基纤维素的一种或多种。
通过采用上述技术方案，羟丙基甲基纤维素和乙基纤维素均属于含羟基高分子，且具有一定粘性，可以作为钛酸酯偶联剂的偶联对象，提高再生混凝土强度。
优选的，所述再生混凝土骨料的粒径为10-20mm。
通过采用上述技术方案，再生混凝土骨料的粒径过大不利于搅拌均匀，并且粘结效果差，影响再生混凝土的强度；再生混凝土骨料的粒径过小会影响再生混凝土的强度，同时制作成本较高。粒径为10-20mm范围内的再生混凝土骨料的搅拌混合效果较好，并且制得的再生混凝土的强度较高。
优选的，所述再生混凝土骨料的制备方法，包括以下步骤：
A1、对废弃混凝土块进行破碎，筛选粒径为10-20mm的混凝土块，并收集废弃混凝土块破碎过程中产生的粒径小于5mm的再生粉料备用；
A2、将筛选后的混凝土块用清水冲洗；
A3、将冲洗后的混凝土块浸泡在磷酸溶液中，取出后制得再生混凝土骨料。
通过采用上述技术方案，对废弃混凝土块进行破碎筛选，使得再生混凝土骨料的粒径合适，制得的再生混凝土的强度较好；同时使用磷酸浸泡混凝土块，消除混凝土块上包覆的氢氧化钙，改善混凝土块粗糙的表观结构，有利于浆料渗入再生混凝土骨料孔隙内，提高再生混凝土的强度；同时，用磷酸浸泡后的再生混凝土骨料表面附着一定游离的磷酸根，可以与钛酸酯偶联剂偶联后浆料中游离的钛离子结合形成胶体，胶体对再生混凝土骨料中的空隙进行填充，提高再生混凝土的强度。
优选的，所述再生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)预先混合搅拌膨胀土和外加料，得到第一混合物；
(2)在第一混合物中加入再生混凝土骨料、水泥、再生粉料、外加料、减水剂、纤维素、缓凝剂和钛酸酯偶联剂，边搅拌边加水，即可得到再生混凝土。
通过采用上述技术方案，预先搅拌混合膨胀土和部分外加料，对膨胀土进行改良，提高膨胀土性能；并分批次加入各原料并搅拌，使得各原料混合均匀充分，提高各原料间的相互作用效果，进而提高再生混凝土的强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.本申请通过钛酸酯偶联剂对纤维素和再生混凝土中的硅酸盐进行交联，三者交联形成网状结构，并且钛酸酯偶联剂中的(R1-O)m基团与碳酸钙的表面水和自由质子氢作用，形成包围碳酸钙的单分子层，有效的提高了再生混凝土的强度。
2.本申请通过加入粉煤灰和石灰石对膨胀土进行改良，在膨胀土提高再生混凝土强度的同时，减少膨胀土因吸水膨胀失水收缩的性质对再生混凝土的负面影响。
3.本申请通过对破碎筛选制得的再生混凝土骨料进行磷酸浸泡的方法，减少再生混凝土骨料表层的氢氧化钙，改善混凝土块粗糙的表观结构，有利于浆料渗入再生混凝土骨料孔隙内，提高再生混凝土的强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本实施例中除再生混凝土骨料及再生粉料是通过废弃混凝土块破碎筛选制得，其他原料均可通过市售获得，其中钛酸酯偶联剂KR-TTS产自南京全希化工有限公司，货号为105；钛酸酯偶联剂KR-41B产自南京全希化工有限公司，货号为QX-401；
硅烷偶联剂产自南京道熙新材料科技有限公司，货号为151；
水泥产自芜湖海螺水泥有限公司，货号为P.I 62.5；
木质素磺酸钠产自济南海伟化工有限公司，货号为HW-01；
焦磷酸钠产自苏州市波浪化工有限公司，货号为234163；
甲基纤维素产自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，货号为V900506-250G；
粉煤灰产自石家庄大恒矿产品加工有限公司，货号为FMH-325；
石灰石粉产自灵寿县恒聚矿产品加工厂，货号为3120；
羟丙基甲基纤维素产自山东德源化工新材料有限公司，货号009；
磷酸产自济宁如志化工有限公司，货号为GYLS0012；
二乙醇胺产自江阴银霖化工有限公司，货号为1801；
贝壳粉产自灵寿县瑞鑫矿物粉体厂，货号为011；
羧甲基纤维素产自河北凯兴化工有限公司，货号为006；
萘酸钠减水剂产自山东京枫新型建材有限公司，货号1001；
聚羧酸减水剂产自山东京枫新型建材有限公司，货号1001。
实施例
实施例1-22
以下以实施例1-5为例进行说明。
再生混凝土的原料包括以下质量份的组分：再生混凝土骨料150-400份，水泥120-200份，再生粉料50-100份，膨胀土10-20份，减水剂5-15份，缓凝剂20-40份，钛酸酯偶联剂5-10份，纤维素15-40份，水100-150份。
其中钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂KR-TTS；
减水剂为木质素磺酸钠；
缓凝剂由焦磷酸钠和甲基纤维素按照质量比4：7混合而成；
纤维素为羟丙基甲基纤维素；
再生混凝土骨料的制备方法如下：
A1、对废弃混凝土块进行破碎，筛选粒径为10-20mm的混凝土块，并收集废弃混凝土块破碎过程中产生的粒径小于5mm的再生粉料备用；
A2、将筛选后的混凝土块用清水冲洗；
A3、将磷酸溶液浓度稀释至10Wt％，将冲洗后的混凝土块浸泡在10Wt％磷酸溶液中，20h后取出混凝土块，制得再生混凝土骨料。
再生混凝土的制备方法如下：
S1、混合再生骨料、水泥和再生粉料，边搅拌边加水，搅拌速度为600r/min，搅拌5min后得到混合物a；
S2、在混合物a中加入膨胀土和减水剂继续搅拌，搅拌速度调整为400r/min，搅拌10min后得到混合物b；
S3、在混合物b中加入纤维素和缓凝剂继续搅拌，搅拌速度调整为250r/min，搅拌10min后得到混合物c；
S4、在混合物c中加入钛酸酯偶联剂继续搅拌，搅拌速度调整为200r/min，搅拌15min后取出，静置5min后即可得到再生混凝土。
如表1所示，实施例1-5的主要区别在于再生混凝土各原料的用量不同。
表1再生混凝土原料组分表
实施例6
本实施例与实施例3的不同之处在于缓凝剂中的焦磷酸钠和甲基纤维素的质量比值为1:1.25，缓凝剂的质量为11kg。
实施例7
本实施例与实施例3的不同之处在于缓凝剂中的焦磷酸钠和甲基纤维素的质量比值为1:2.5，缓凝剂的质量为11kg。
实施例8
本实施例与实施例3的不同之处在于钛酸酯偶联剂KR-TTS质量为4kg，羟丙基甲基纤维素质量为7.5kg。
实施例9
本实施例与实施例3的不同之处在于钛酸酯偶联剂KR-TTS质量为4kg，羟丙基甲基纤维素质量为20kg。
实施例10
本实施例与实施例3的不同之处在于钛酸酯偶联剂KR-TTS的质量为4kg，羟丙基甲基纤维素的质量为11kg。
实施例11
本实施例与实施例3的不同之处在于用等量的钛酸酯偶联剂KR-41B替代钛酸酯偶联剂KR-TTS。
实施例12
本实施例与实施例3的不同之处在于，再生混凝土还包括外加料12kg，外加料为4kg粉煤灰与8kg石灰石粉的混合物。
本实施例与实施例1-5的制备方法的不同之处在于：预先将膨胀土和6kg的外加料混合搅拌30min，搅拌速度为300r/min，得到混合物；再将制得的混合物加入S2中进行搅拌，并在S3中加入6kg的外加料混合搅拌。
实施例13
本实施例与实施例12的不同之处在于外加料为3kg粉煤灰与9kg石灰石粉的混合物。
实施例14
本实施例与实施例12的不同之处在于外加料为5kg粉煤灰与7kg石灰石粉的混合物。
实施例15
本实施例与实施例12的不同之处在于外加料的添加量为8.5kg，粉煤灰与石灰石粉的质量比值为1：2。
实施例16
本实施例与实施例12的不同之处在于外加料为10kg，粉煤灰与石灰石粉的质量比值为1：2。
实施例17
本实施例与实施例3的不同之处在于用等量的聚羧酸减水剂替代木质素磺酸钠。
实施例18
本实施例与实施例3的不同之处在于减水剂为聚羧酸减水剂与木质素磺酸钠比值为1:1的混合物，且减水剂的添加量不变。
实施例19
本实施例与实施例3的不同之处在于用等量的乙基纤维素替代羟丙基甲基纤维素。
实施例20
本实施例与实施例3的不同之处在于纤维素为羟丙基甲基纤维素与乙基纤维素比值为1:1的混合物，且纤维素的添加量不变。
实施例21
本实施例与实施例3的不同之处在于对制得的再生混凝土骨料不使用磷酸浸泡。
实施例22
本实施例与实施例3的不同之处在于用等量相同百分比浓度的盐酸对再生混凝土骨料进行浸泡。
对比例
对比例1
本对比例与实施例3的不同之处在于用等量的硅烷偶联剂替代钛酸酯偶联剂。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于不添加钛酸酯偶联剂。
对比例3
本对比例与实施例12的不同之处在于用等量的贝壳粉替代粉煤灰和石灰石粉。
对比例4
本对比例与实施例12的不同之处在于外加料中粉煤灰与石灰石粉的比值为1:5，且外加料的添加量不变。
对比例5
本对比例与实施例12的不同之处在于外加料中粉煤灰与石灰石粉的比值为2:1，且外加料的添加量不变。
对比例6
本对比例与实施例3的不同之处在于用等量的羧甲基纤维素替代羟丙基甲基纤维素。
对比例7
本对比例与实施例3的不同之处在于不添加纤维素。
对比例8
相关技术中再生混凝土包括以下质量的原料：再生混凝土骨料150kg，水泥130kg，砂子80kg，水80kg，增稠剂10kg，减水剂7kg。
其中增稠剂为聚乙烯醇；
减水剂为三聚氰胺减水剂。
本对比例中再生混凝土的制备方法包括以下步骤：
混合再生骨料、水泥和砂子，边搅拌边加水，搅拌速度为500r/min，搅拌5min后加入减水剂和增稠剂，继续搅拌5min，即可得到再生混凝土。
性能检测试验方法
抗压强度、抗折强度试验：
(1)参照GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》，将再生混凝土产品制作成若干边长为150mm的立方体标准块，室温养护14天即可制得样品，在3天、7天和28天后分别对样品进行抗压强度和抗折强度测试。
表2再生混凝土抗折强度和抗压强度检测数据表
通过表2可知，结合实施例1-5和对比例8的检测结果可知，本申请的再生混凝土具有优异的抗压强度和抗折强度。其中，实施例3为最优实施例，再生混凝土的强度最好。
结合实施例3、实施例8-10、对比例1-2和对比例6-7的检测结果可知，钛酸酯偶联剂和纤维素之间存在协同作用，可以明显的提高再生混凝土的强度，且钛酸酯偶联剂KR-TTS在提高再生混凝土强度的效果上远远好于硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂KR-TTS的效果优于钛酸酯偶联剂KR-41B。
结合实施例3和实施例6-7的检测结果可知，焦磷酸钠和甲基纤维素的加入有效的提高了再生混凝土的强度，同时在焦磷酸钠和甲基纤维素的比值为4:7时效果最好。
结合实施例3、实施例12-16和对比例3-5的检测结果可知，粉煤灰和石灰石粉的加入可以有效提高再生混凝土的强度，并且在粉煤灰与石灰石粉的比值为1:2时效果最佳。
结合实施例3和实施例12的检测结果可知，膨胀土的加入可以提高再生混凝土的强度，并且预先使用粉煤灰、石灰石粉和膨胀土搅拌混合对膨胀土进行改良，可以减少膨胀土对再生混凝土强度的影响。
结合实施例3和实施例21-22的检测结果可知，对破碎筛选制得再生混凝土骨料用磷酸浸泡可以有效的提高再生混凝土的强度，且磷酸的效果优于盐酸。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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