CN110282926A - 一种建筑垃圾废料再生混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种建筑垃圾废料再生混凝土及其制备方法。其中，按重量份数计再生混凝土包括P·O42.5水泥225‑350份、Ⅱ级粉煤灰85‑95份、S95矿粉0‑85份、天然细骨料658‑1047份、再生粗骨料741‑988份、外加剂9‑10.5份、水160‑192份；其中，天然细骨料的细度模数为2.6，所述再生粗骨料的颗粒级配为5‑31.5mm。本发明基于等体积砂浆法(即：EMV法)，通过建立残余砂浆体积置换公式、并对原材料的物理性能分析比对以及大量的创造性实验数据，得到最为实用的再生混凝土配合比，以在提升再生混凝土的品质性能的同时，满足实际工程应用需求。

Description

一种建筑垃圾废料再生混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种建筑垃圾废料再生混凝土及其制备方法。

背景技术

再生混凝土是将废弃的混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合后得到的再生骨料作部分或全部替代天然骨料配制而成的混凝土，同时，通过添加外加剂和掺合料等进行性能调节，以提高再生混凝土的强度，使其硬化后具有良好的力学性能及耐久性能。而再生骨料的应用则有利于减少天然骨料的使用和开发、使有限的资源得以再生利用。

配制再生混凝土的传统方法主要是将再生骨料看成匀质的整体材料，用再生骨料按等体积或等质量取代天然骨料来配制；由于再生骨料是由天然骨料及其表面附着的砂浆构成，简单替代天然骨料僵尸再生混凝土中的砂浆总体积偏大，导致弹性模量有所降低，而且由于再生骨料的来源与加工方法不同，其品质及表面砂浆含量存在差异，从而使得再生混凝土强度的离散性偏大。为消除附着砂浆含量对再生混凝土性能的影响，加拿大学者Fathifazl于2008年提出了等体积砂浆法(即：EMV)，即：将再生骨料中的原生粗骨料及其表面上附着的砂浆看作是不同的固相，同时必须满足与对比普通混凝土具有相同的砂浆总体积(再生骨料混凝土中砂浆总体积为新拌砂浆体积与再生骨料上附着砂浆体积之和)的配合比方法，研究表明，应用EMV方法配制再生混凝土，其力学性能及变形性能均接近于对比普通混凝土。

然而，由于等体积砂浆法仅是一个笼统性或原理性的方法，在实际配制再生混凝土的过程中，再生骨料的配合比的差异往往会直接影响再生混凝土的最终性能，从而也导致基于此方法配制的再生混凝土在品质性能上参差不齐；因此，如何基于等体积砂浆法来配制组分配合比最为实用、品质性能均为上乘的再生混凝土，已经成为行业内亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种建筑垃圾废料再生混凝土，本发明的第二个目的在于提供一种制备前述再生混凝土的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的第一个技术方案为：

一种建筑垃圾废料再生混凝土，按重量份数计，包括

其中，所述天然细骨料的细度模数为2.6，所述再生粗骨料的颗粒级配为5-31.5mm。

优选地，所述外加剂按质量百分比计，包括：

优选地，按重量份数计，包括

优选地，按重量份数计，包括

优选地，按重量份数计，包括

优选地，按重量份数计，包括

本发明采用的第二个技术方案为：

一种制备上述的建筑垃圾废料再生混凝土的方法，其特征在于：包括步骤：

S1、对建筑废料进行分选，对分选后的建筑废料进行破碎、振动筛分以得到再生粗骨料；

S2、按重量份数分别称取P·O42.5水泥、Ⅱ级粉煤灰、细度模数为2.6的天然细骨料、颗粒级配为5-31.5mm的再生粗骨料、外加剂、水和/或S95矿粉；

S3、首先将天然细骨料和再生粗骨料进行充分搅拌混合，然后加入水泥、粉煤灰和/或矿粉继续进行搅拌混合，最后加入水和外加剂继续搅拌混合；

S4、待搅拌均匀后出料，即可制得再生混凝土。

由于采用了上述方案，本发明基于等体积砂浆法(即：EMV法)，通过建立残余砂浆体积置换公式、并对原材料的物理性能分析比对以及大量的创造性实验数据，得到最为实用的再生混凝土配合比，以在提升再生混凝土的品质性能的同时，满足实际工程应用需求；同时，基于建筑垃圾废料所产生的再生粗骨料进行再生混凝土的制备，可减少在水泥原材料的开发和生产过程中所产生的成本，同时亦能够对大限度地回收利用废弃混凝土建筑废料，从而产生重要的经济及环境效益，并有利于减少温室气体的排放。

附图说明

图1是本发明的再生细骨料取代率与混凝土密度关系图；

图2是本发明的再生粗骨料取代率与混凝土密度关系图；

图3是本发明的再生粗骨料混凝土砼试块7天后的抗压强度变化图；

图4是再生粗骨料取代率与混凝土砼试块28天内的抗压强度关系图；

图5是再生细骨料取代率与混凝土砼试块7天内的抗压强度关系图；

图6是再生细骨料取代率与混凝土砼试块28天内的抗压强度关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

结合图1至图6，本实施例所提供的一种建筑垃圾废料再生混凝土及其制备方法，主要是基于等体积砂浆法(即：EMV法)，通过建立残余砂浆体积置换公式、并对原材料的物理性能分析比对以及大量的创造性实验数据，得到最为实用的再生混凝土配合比，以在提升再生混凝土的品质性能的同时，满足实际工程应用需求。具体如下：

一、原材料物理性能对比

1、粗骨料基本物理性能比对

在同一颗粒级配条件下比对再生粗骨料与天然粗骨料，得到表一：

含浆量表示再生粗骨料表面所附着水泥砂浆的大小，是再生粗骨料区别于天然骨料的重要指标；根据表一的比对结果可知：再生粗骨料的含浆量越大，其压碎指标、吸水率和含水率均越大，而表观密度则越小。

2、细骨料基本物理性能比对

在颗粒级配相同及细度模数相近的情况下，比对再生细骨料与天然细骨料(天然河砂或天然中砂)，得到表二：

根据表二的比对结果可知：在颗粒级配与细度模数相近的情况下，再生细骨料的表观密度小、空隙率大、含水率较大，其中，吸水率是天然细骨料的240％。原因在于：再生细骨料是由水泥碎屑和表面附着大量水泥砂浆的砂石组成，所以再生细骨料具有高空隙率，高吸水性的特征。

二、再生混凝土配合比试验

1、选用前述的天然骨料和再生骨料并基于等体积砂浆法(即：EMV法)配制出不同的基准再生混凝土，得到表三：

表中，NAC代表再生粗骨料和再生细骨料的取代率为零，RMC-10代表在粗骨料取代率为零的情况下，细骨料取代率为100％，其他RMC编号的混凝土以此类推；RC-X20代表在细骨料取代率为零的情况下，粗骨料的取代率为20％，其他RC编号的混凝土以此类推。

2、对表三所配制的各种基准再生混凝土进行混凝土密度分析，得到表四：

根据表四的比对结果可知：由于在同粒径、同级配下，再生粗骨料的表观密度小于天然粗骨料、空隙率大于天然粗骨料；再生细骨料的表观密度小于天然细骨料、空隙率大于天然细骨料，从而导致再生骨料的取代率越大，再生混凝土的密度越小(详见图1和图2)。

3、对表三所配制的各种基准再生混凝土进行7天和28天抗压强度分析，得到表五和表六：

根据表五和表六的比对结果并参见图3至图6即可得出如下规律：

经由图3和图4可以确定：相较于普通基准混凝土，在相同配比条件下，再生粗骨料混凝土(指：未掺加再生细骨料且只选用再生粗骨料的再生混凝土)的早期强度明显高于普通基准混凝土，且抗压强度由大到小分别为：RC-X40、RC-X20、RC-X60、RC-X80、NAC、RC-X100；而后期的抗压强度则会随着再生粗骨料取代率越大而越小。

经由图5和图6可以确定：在再生粗骨料取代率相同的情况下，再生细骨料的取代率越大，再生混凝土的抗压强度会越小。

由于在同粒径、同级配下，再生粗骨料的表观密度小于天然粗骨料、空隙率大于天然粗骨料；再生细骨料的表观密度小于天然细骨料、空隙率大于天然细骨料，从而导致再生骨料的取代率越大，再生混凝土的密度越小(详见图1和图2)。

4、基于前述的抗压强度分析，在配制再生混凝土时即可排除再生细骨料的选用，因此，以再生粗骨料配制的再生混凝土进行后续的混凝土性能分析比对，其中以混凝土抗渗性进行试验，得到表七：

由于影响混凝土渗透性的因素有水灰比、骨料的最大粒径、养护方法、水泥品种等，因此，上述试验均是在以上因素相同的情况下进行的，根据表七可知：再生混凝土的抗渗透强度随着粗骨料取代率的增加呈现出先增大后减小的趋势，当再生粗骨料取代率为40％时，再生混凝土具有最佳的抗渗性，这与抗压强度的变化规律相似。另外，通过调整再生粗骨料取代率、再生粗骨料来源以及水灰比、粉煤灰掺量、引气剂量等，来分析再生混凝土的抗冻耐久性，结果表明：增加粉煤灰掺量，可以在一定程度改善再生凝土的抗冻性能，但随着粉煤灰掺量的增加，其7d和28d强度均有一定程度的下降，这种规律和普通混凝土的比较接近。

三、配制本实施例的再生混凝土

综合前述骨料的物理性能分析以及配合比试验结果，本实施例采用等体积砂浆法并使用再生粗骨料和天然细骨料来配制最为实用的再生混凝土，同时以由天然粗骨料和天然细骨料配制而成的强度等级为C20和C50的普通混凝土作为对比例；其中：

选用的再生粗骨料、天然粗骨料、天然细骨料具体标准见表八：

由天然粗骨料和天然细骨料配制而成的强度等级为C20的普通混凝土(即：对比例1)的基准配比及指标要求见表九：

由天然粗骨料和天然细骨料配制而成的强度等级为C50的普通混凝土(即：对比例2)的基准配比及指标要求见表十：

1、实施例1，强度等级为C20的再生混凝土的制备：

A、利用等体积砂浆法并基于对比例1的配比和指标参数，来计算再生粗骨料的用量，具体为：

1)对比例1的骨料总体积为852/2.63(天然细骨料的表观密度)+1029/2.77(天然粗骨料的表观密度)＝692；

2)实施例1的骨料总体积(即：利用再生粗骨料来替换天然粗骨料)为X且预配砂率为47％，则0.47*X/2.63(天然细骨料的表观密度)+0.53*X/2.53(再生粗骨料的表观密度)＝692，即可得到X为1783，进而确定天然细骨料为1783*47％＝838，再生粗骨料为1783-838＝945。

3)基于前述计算结果，可以确定实施例1的再生混凝土的基准配合比，见表十一：

B、采用如下方法制备强度等级为C20的再生混凝土，具体为：

S1、对建筑废料进行分选，对分选后的建筑废料进行破碎、振动筛分以得到表八中的再生粗骨料并选用表八中的天然细骨料；

S2、按重量份数分别称取P·O42.5水泥225份、Ⅱ级粉煤灰95份、细度模数为2.6的天然细骨料838-1047份、颗粒级配为5-31.5mm的再生粗骨料741-945份、外加剂9份和水187-192份；其中，外加剂按质量百分比计，包括：

S3、首先将天然细骨料和再生粗骨料进行充分搅拌混合，然后加入水泥、和粉煤灰继续进行搅拌混合，最后加入水和外加剂继续搅拌混合；

S4、待搅拌均匀后出料，即可制得强度等级为C20的再生混凝土。

为更为充分地验证实施例1的再生混凝土的性能，在水胶比(0.6)相同且塌落度(210-220mm)基本一致的情况下，对实施例1的再生混凝土与对比例1中的普通混凝土进行比对，两者的砼试块抗压强度见表十二：

2、实施例2，强度等级为C50的再生混凝土的制备：

A、利用等体积砂浆法并基于对比例2的配比和指标参数，来计算再生粗骨料的用量，具体为：

1)对比例2的骨料总体积为662/2.63(天然细骨料的表观密度)+1080/2.77(天然粗骨料的表观密度)＝642；

2)实施例2的骨料总体积(即：利用再生粗骨料来替换天然粗骨料)为X且预配砂率为40％，则0.40*X/2.63(天然细骨料的表观密度)+0.60*X/2.53(再生粗骨料的表观密度)＝642，即可得到X为1646，进而确定天然细骨料为1646*40％＝658，再生粗骨料为1646-658＝988。

3)基于前述计算结果，可以确定实施例2的再生混凝土的基准配合比，见表十三：

C、采用如下方法制备强度等级为C50的再生混凝土，具体为：

S1、对建筑废料进行分选，对分选后的建筑废料进行破碎、振动筛分以得到表八中的再生粗骨料并选用表八中的天然细骨料；

S2、按重量份数分别称取P·O42.5水泥350份、Ⅱ级粉煤灰85份、S95矿粉85份、细度模数为2.6的天然细骨料658-756份、颗粒级配为5-31.5mm的再生粗骨料891-988份、外加剂10.5份和水160-166份；其中，外加剂按质量百分比计，包括：

S3、首先将天然细骨料和再生粗骨料进行充分搅拌混合，然后加入水泥、粉煤灰和矿粉继续进行搅拌混合，最后加入水和外加剂继续搅拌混合；

S4、待搅拌均匀后出料，即可制得强度等级为C50的再生混凝土。

为更为充分地验证实施例2的再生混凝土的性能，在水胶比(0.32)相同且塌落度(210-220mm)基本一致的情况下，对实施例1的再生混凝土与对比例1中的普通混凝土进行比对，两者的砼试块抗压强度见表十四：

根据表十二和表十三的测试数据来看，本实施例1和2所配制的再生混凝土，在相同水胶比的情况下，其抗压强度要明显优于普通基准混凝土；同时通过对再生混凝土的流动性、粘聚性、保水性等指标分析(具体分析过程及数据，在此不作赘述)，其均与由天然骨料配制的普通基准混凝土相同、甚至更好。

基于此，通过对前述大量实验数据的分析、利用并优化等体积砂浆法来配制的再生混凝土具有最佳的实用配合比；同时，通过实验研究发现：依据本实施例的再生混凝土，通过对个别组分分量的调整，在配制与天然骨料混凝土具有相同物理力学性能的再生混凝土时，可减少水泥用量，从而减少了在水泥原材料的开发和生产过程中所产生的成本，同时亦能够对大限度地回收利用废弃混凝土建筑废料，从而产生重要的经济及环境效益，并有利于减少温室气体的排放。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种建筑垃圾废料再生混凝土，其特征在于：按重量份数计，包括

其中，所述天然细骨料的细度模数为2.6，所述再生粗骨料的颗粒级配为5-31.5mm。

2.如权利要求1所述的一种建筑垃圾废料再生混凝土，其特征在于：所述外加剂按质量百分比计，包括：

3.如权利要求2所述的一种建筑垃圾废料再生混凝土，其特征在于：按重量份数计，包括

4.如权利要求3所述的一种建筑垃圾废料再生混凝土，其特征在于：按重量份数计，包括

5.如权利要求2所述的一种建筑垃圾废料再生混凝土，其特征在于：按重量份数计，包括

6.如权利要求5所述的一种建筑垃圾废料再生混凝土，其特征在于：按重量份数计，包括

7.一种制备权利要求1-6中任一项所述的建筑垃圾废料再生混凝土的方法，其特征在于：包括步骤：

S1、对建筑废料进行分选，对分选后的建筑废料进行破碎、振动筛分以得到再生粗骨料；

S2、按重量份数分别称取P·O42.5水泥、Ⅱ级粉煤灰、细度模数为2.6的天然细骨料、颗粒级配为5-31.5mm的再生粗骨料、外加剂、水和/或S95矿粉；

S3、首先将天然细骨料和再生粗骨料进行充分搅拌混合，然后加入水泥、粉煤灰和/或矿粉继续进行搅拌混合，最后加入水和外加剂继续搅拌混合；

S4、待搅拌均匀后出料，即可制得再生混凝土。