一種高性能再生混凝土及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高性能再生混凝土及其制備方法。它以建筑垃圾破碎而成的再生粗集料為主要原料，加入天然砂、水泥、粉煤灰、鋁渣、外加劑、石墨烯和水攪拌而成。本發明利用石墨烯這種納米材料，填充水泥基復合材料的微孔隙，達到增強增韌、減少收縮效果。本發明采用電解鋁生產過程產生的鋁渣為摻合料，鋁渣中鋁粉遇水會膨脹，可以起到補償收縮的作用。該種混凝土除具有良好的工作性能、耐久性和較高的強度，其收縮很小，可廣泛用于道路工程和結構工程等中。
【專利說明】一種高性能再生混凝土及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于混凝土材料【技術領域】，具體涉及一種以建筑垃圾破碎而成的再生粗集料為主要原料的高性能再生混凝土及其制備方法。
技術背景
[0002]據統計，我國每年產生的建筑垃圾，僅廢混凝土總量(混凝土生產過程、建筑施工過程以及建筑拆除過程中的廢混凝土之和)就達12000萬噸以上。隨著我國經濟建設步伐的進一步加快，建筑垃圾的總量還將增加。將建筑垃圾破碎后作為再生集料不但能解決天然集料資源緊張問題，利于集料產地環境保護，而且可以減少城市廢混凝土的堆放、占地以及由此帶來的環境污染問題，實現混凝土生產的再生與循環利用，保證建筑業的可持續發展。
[0003]目前，提高再生混凝土性能的主要方法是在水泥砂漿中添加鋼筋、鋼纖維、碳纖維、聚合物纖維、礦物纖維、超細石灰巖粉末、納米Si02、超細粉煤灰粉末等。這些增強材料雖然提高了砂漿的整體強度和韌性，但這種韌性來源于增強材料的自身，而水泥漿體的結構及韌性沒有改變，砂漿的脆性及裂縫問題依然存在。而氧化石墨烯改變了水泥水化產物的微觀結構，提高了水泥水化產物形成漿體的韌性，對于再生混凝土的韌性、減少脆性裂縫及延長使用壽命的具有積極意義。同時，利用電解鋁生產過程產生的鋁渣為摻合料，鋁渣中鋁粉遇水會膨脹，可以起到補償收縮的作用。
[0004]
【發明內容】
[0005]現有技術中已有采用再生粗集料制備混凝土的方法，但是因未達到低收縮、高工作性能和高耐久性能等要求，而未能實現高性能和大面積推廣的目的。
[0006]本發明的目的是提出一種具有低收縮、較高工作性能、耐久性能和強度的高性能再生混凝土及其制備方法，利用廢料在單位體積混凝土質量的30%以上，且該種產品具有良好的工作性能和耐久性能，強度較高，適合攪拌車運輸、泵送方式，可廣泛用于道路工程和結構工程等中。
[0007]本發明提出的高性能再生混凝土，它以建筑垃圾破碎而成的再生粗集料為主要原料，加入天然砂、水泥、粉煤灰、鋁渣、外加劑、石墨烯和水攪拌而成。其按質量的配方如下:水泥 5.1 — 25.7% ;水 4.7 — 20.4% ;粉煤灰 2.6—10.2% ;鋁渣 0.5-5.2% ;砂 11.6 —45.9% ;再生粗集料22.2 — 61.2% ;外加劑0.05 — 2.02%，氧化石墨烯0-0.1% ;百分比總和滿足100%。
[0008]上述高性能再生混凝土混合料，各組份較為優選的配方為:
水泥:9.5 - 15.3% ；水:8.1- 8.5% ;粉煤灰:2.6 — 3.7 % ;鋁渣:0.8-1.2% ；黃砂:25.3 - 31.1 % ;再生粗集料:45.3 — 46.4% ;外加劑:0.3 — 0.6 % ;氧化石墨烯0.002-0.04%,以上材料按質量百分比計算其總和應滿足100%。
[0009]其中對各組成份材料的品質要求如下:
水泥:普通硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥，等級32.5或42.5為宜。
[0010]再生粗集料:由建筑垃圾破碎得到，其性能指標應滿足《混凝土用再生粗骨料》(GB/T25176-2010)。
[0011]粉煤灰:質量指標滿足按國家現行標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596-2005) C 類 II 級。
[0012]鋁渣:電解鋁生產過程中的固體廢棄物，鋁渣中鋁粉遇水會膨脹，可以起到補償收縮的作用。
[0013]石墨烯:氧化石墨烯粉末，厚度為〈lnm，大小〈1mm。
[0014]外加劑:各類普通減水劑，其質量指標滿足《混凝土外加劑》(GB8076-2008)。
[0015]其中對攪拌機、泵車的要求如下:
攪拌設備:優先選用雙臥軸強制式攪拌機。
[0016]泵送設備:優先選用S閥混凝土汽車泵。
[0017]本發明的混凝土混合料的制備步驟如下:
先在原材料堆場對再生粗集料噴水至飽和面干，然后待其表層的水分晾干后，再用計量設備按質量比依次稱取天然砂，天然粗集料，再生粗集料和水泥、粉煤灰、鋁渣各組份材料，并依次倒入攪拌機中攪拌，最后加水、石墨烯和外加劑(石墨烯和外加劑溶入水中)，攪拌時間不少于2min。
[0018]本發明利用建筑垃圾破碎成的再生粗集料為主要原料，該種混凝土具有工作性能和耐久性能好、強度較高等特點，可替代普通混凝土而廣泛應用于道路工程、結構工程和其他工程中。
[0019]本發明具有以下優點:
I)本發明利用建筑垃圾破碎成的再生粗集料為主要原料，可以大量回收和高效利用廢混凝土，減少堆放建筑垃圾占用的土地面積和對天然砂石的開采量。
[0020]2)本發明采用工業廢渣加工制成的粉煤灰為主要原料，可以節約水泥用量，減少堆放工業廢渣占用的土地面積。
[0021]3)本發明利用石墨烯這種納米材料，填充水泥基復合材料的微孔隙，達到增強增韌、減少收縮效果。
[0022]4)本發明采用電解鋁生產過程產生的鋁渣為摻合料，鋁渣中鋁粉遇水會膨脹，可以起到補償收縮的作用。
[0023]5)具有工作性能好、耐久性能高、收縮低等特點可廣泛應用于土木工程中。
[0024]6)本發明的應用，是把城市建設成為資源節約型、環保型的重要途徑之一，具有明顯的環境、經濟和社會綜合效益。
【具體實施方式】
[0025]實施例1:
混凝土的各組分配比如下:
水泥:380 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:212 kg 粉煤灰:65 kg 鋁渣:30 kg 黃砂:630 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加劑:16 kg 石墨烯:0.08 kg
先在原材料堆場對再生粗集料噴水至飽和面干，然后待其表層的水分晾干后，再用計量設備按質量比依次稱取天然砂，天然粗集料，再生粗集料和水泥、粉煤灰、鋁渣各組份材料，并依次倒入攪拌機中攪拌，最后加水、石墨烯和外加劑(石墨烯和外加劑溶入水中)，攪拌時間不少于2min。
[0026]按攪拌好的拌合物按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081-2002)和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ82-85)測試其性能，結果如下:
坍落度:220 m 半小時坍落度損失:20 mm 28d抗壓強度:72.4 MPa 28d抗折強度:7.1 Mpa 收縮率:0.009%。
[0027]抗滲等級:S12。
[0028]實施例2:
混凝土的各組分配比如下:
水泥:360 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加劑:13 kg 石墨烯:0.08 kg
先在原材料堆場對再生粗集料噴水至飽和面干，然后待其表層的水分晾干后，再用計量設備按質量比依次稱取天然砂，天然粗集料，再生粗集料和水泥、粉煤灰、鋁渣各組份材料，并依次倒入攪拌機中攪拌，最后加水、石墨烯和外加劑(石墨烯和外加劑溶入水中)，攪拌時間不少于2min。
[0029]按上所述比例配置材料并按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ82-85)測試其性能，結果如下:
坍落度:230 mm 半小時坍落度損失:15 mm 28d抗壓強度:69.7 MPa 28d抗折強度:6.8 MPa 收縮率:0.009%
抗滲等級:S12。
[0030]實施例3:
混凝土的各組分配比如下:
水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:680 kg (中砂)
再生粗集料:1120 kg 外加劑:11 kg 石墨烯:0.07 kg
先在原材料堆場對再生粗集料噴水至飽和面干，然后待其表層的水分晾干后，再用計量設備按質量比依次稱取天然砂，天然粗集料，再生粗集料和水泥、粉煤灰、鋁渣各組份材料，并依次倒入攪拌機中攪拌，最后加水、石墨烯和外加劑(石墨烯和外加劑溶入水中)，攪拌時間不少于2min。
[0031]按上所述比例配置材料并按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ82-85)測試其性能，結果如下:
坍落度:225 mm 半小時坍落度損失:20 mm 28d抗壓強度:62.8 MPa 28d抗折強度:6.3 Mpa 收縮率:0.008%
抗滲等級:S12。
[0032]實施例4:
混凝土的各組分配比如下:
水泥:300 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:200 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:20 kg 黃砂:680 kg (中砂)
再生粗集料:1120 kg 外加劑:10 kg 石墨烯:0.06kg
先在原材料堆場對再生粗集料噴水至飽和面干，然后待其表層的水分晾干后，再用計量設備按質量比依次稱取天然砂，天然粗集料，再生粗集料和水泥、粉煤灰、鋁渣各組份材料，并依次倒入攪拌機中攪拌，最后加水、石墨烯和外加劑(石墨烯和外加劑溶入水中)，攪拌時間不少于2min。
[0033]按上所述比例配置材料并按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ82-85)測試其性能，結果如下:
坍落度:210 mm 半小時坍落度損失:20 mm 28d抗壓強度:54.3 MPa 28d抗折強度:5.5 Mpa 收縮率:0.008%
抗滲等級:S12。
[0034]實施例5:
混凝土的各組分配比如下:
水泥:230 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:195 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:20 kg 黃砂:750 kg 再生粗集料:1120 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.06kg
先在原材料堆場對再生粗集料噴水至飽和面干，然后待其表層的水分晾干后，再用計量設備按質量比依次稱取天然砂，天然粗集料，再生粗集料和水泥、粉煤灰、鋁渣各組份材料，并依次倒入攪拌機中攪拌，最后加水、石墨烯和外加劑(石墨烯和外加劑溶入水中)，攪拌時間不少于2min。
[0035]按上所述比例配置材料并按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ82-85)測試其性能，結果如下:
坍落度:180 mm 半小時坍落度損失:18 mm 28d抗壓強度:48.3 MPa 28d抗折強度:5.2 Mpa 收縮率:0.008%
抗滲等級:S12。
[0036]實施例6:
混凝土的各組分配比如下:水泥占總質量5%
水泥:125 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:115 kg 粉煤灰:160 kg 鋁渣:30 kg 黃砂:850 kg 再生粗集料:1165 kg 外加劑:5 kg 石墨烯:0.05kg。
[0037]實施例7:
混凝土的各組分配比如下:水泥占總質量15% 水泥:375 kg (42.5硅酸鹽水泥)
水:340 kg 粉煤灰:130 kg 鋁渣:20 kg 黃砂:800 kg 再生粗集料:770 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0038]實施例8:
混凝土的各組分配比如下:水泥占總質量20% 水泥:500 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:450 kg 粉煤灰:130 kg 鋁渣:20 kg 黃砂:800 kg 再生粗集料:545 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0039]實施例9:
混凝土的各組分配比如下:粉煤灰占總質量5% 水泥:500 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:450 kg 粉煤灰:125 kg 鋁渣:20 kg 黃砂:800 kg 再生粗集料:550 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0040]實施例10:
混凝土的各組分配比如下:粉煤灰占總質量10% 水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:250 kg 鋁渣:20 kg 黃砂:800 kg 再生粗集料:840 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0041]實施例11:
混凝土的各組分配比如下:粉煤灰占總質量20% 水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:500 kg 鋁渣:20 kg 黃砂:820 kg 再生粗集料:550 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0042]實施例12:
混凝土的各組分配比如下:水占總質量5%
水泥:205 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:125 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:860 kg 再生粗集料:1140 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0043]實施例13:
混凝土的各組分配比如下:水占總質量15%
水泥:460 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:375 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:700 kg 再生粗集料:800 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0044]實施例14:
混凝土的各組分配比如下:水占總質量20%
水泥:630 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:500 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:500 kg 再生粗集料:700 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0045]實施例15:
混凝土的各組分配比如下:黃砂占總質量25%
水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:625 kg 再生粗集料:1160 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0046]實施例16:
混凝土的各組分配比如下:黃砂占總質量40%
水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:1000 kg 再生粗集料:785 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0047]實施例17:
混凝土的各組分配比如下:黃砂占總質量45%
水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:1125 kg 再生粗集料:660 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0048]實施例18:
混凝土的各組分配比如下:再生粗集料占總質量30% 水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:1035 kg 再生粗集料:750 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0049]實施例19:
混凝土的各組分配比如下:再生粗集料占總質量45% 水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:660 kg 再生粗集料:1125 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0050]實施例20:
混凝土的各組分配比如下:再生粗集料占總質量60% 水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:285 kg 再生粗集料:1500 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0051]實施例21:
混凝土的各組分配比如下:石墨烯占總質量0%
水泥:360 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加劑:13 kg 石墨烯:O kg。
[0052]實施例22:
混凝土的各組分配比如下:石墨烯占總質量0.0001% 水泥:360 kg (42.5娃酸鹽水泥) 水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加劑:13 kg 石墨烯:0.0025kg。
[0053]實施例23:
混凝土的各組分配比如下:石墨烯占總質量0.05% 水泥:360 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加劑:13 kg 石墨烯:1.25kg。
[0054]實施例24:
混凝土的各組分配比如下:石墨烯占總質量0.1% 水泥:360 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加劑:13 kg 石墨烯:2.5kg。
[0055]實施例25:
混凝土的各組分配比如下:外加劑占總質量0.05% 水泥:360 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加劑:1.25 kg 石墨烯:0.06kg。
[0056]實施例26:
混凝土的各組分配比如下:外加劑占總質量0.1% 水泥:360 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:650 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加劑:2.5 kg 石墨烯:0.06kg。
[0057]實施例27:
混凝土的各組分配比如下:外加劑占總質量1.0 % 水泥:360 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:625 kg (中砂)
再生粗集料:1150 kg 外加劑:25 kg 石墨烯:0.06kg。
[0058]實施例28:
混凝土的各組分配比如下:外加劑占總質量2.0 % 水泥:360 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:90 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:625 kg (中砂)
再生粗集料:1125 kg 外加劑:50 kg 石墨烯:0.06kg。
[0059]實施例29:
混凝土的各組分配比如下:鋁渣占總質量0.5% 水泥:340 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:100kg 鋁渣:12.5 kg 黃砂:820 kg 再生粗集料:950 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0060]實施例3O: 混凝土的各組分配比如下:鋁渣占總質量1.0% 水泥:320 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:100 kg 鋁渣:25 kg 黃砂:820 kg 再生粗集料:950 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0061]實施例31:
混凝土的各組分配比如下:鋁渣占總質量3.0% 水泥:300 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:100 kg 鋁渣:75 kg 黃砂:790 kg 再生粗集料:950 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
[0062]實施例32:
混凝土的各組分配比如下:鋁渣占總質量5.0% 水泥:300 kg (42.5娃酸鹽水泥)
水:205 kg 粉煤灰:100 kg 鋁渣:125 kg 黃砂:790 kg 再生粗集料:900 kg 外加劑:7 kg 石墨烯:0.05kg。
【權利要求】
1.一種高性能再生混凝土，其特征在于包括再生粗集料、砂、水泥、粉煤灰，并加石墨烯、外加劑和水攪拌而成，水泥5.1 — 25.7% ；7jc 4.7 - 20.4% ;粉煤灰2.6—10.2% ;招渣0.5-5.2% ;砂 11.6 — 45.9%;再生粗集料 22.2 — 61.2% ;外加劑 0.05 — 2.02%，氧化石墨烯0-0.1% ;百分比總和滿足100%O
2.根據權利要求1所述的高性能再生混凝土，其特征在于各組分質量比配方如下:水泥:9.5 - 15.3% ;水:8.1- 8.5% ;粉煤灰:2.6 — 3.7% ;鋁渣:0.8-1.2% ;黃砂:25.3 —31.1 再生粗集料:45.3 — 46.4% ;外加劑:0.3 - 0.6% ;氧化石墨烯0.002-0.04%，百分比總和滿足100%O
3.根據權利要求1所述的高性能再生混凝土，其特征在于水泥采用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，等級為32.5或42.5。
4.根據權利要求1所述的高性能再生混凝土，其特征在鋁渣為電解鋁生產過程中的固體廢棄物。
5.根據權利要求1所述的高性能再生混凝土，其特征在于所述石墨烯為氧化石墨烯粉末，厚度為〈lnm,大小〈1mm。
6.根據權利要求1所述的高性能再生混凝土，其特征在于外加劑為各類普通減水劑，其質量指標滿足《混凝土外加劑》(GB8076-2008)。
7.根據權利要求1所述的高性能再生混凝土，其特征在于再生粗集料由建筑垃圾得至丨J，其質量指標滿足《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177-2010)。
8.制備如權利要求1所述的高性能再生混凝土的方法，其特征在于具體步驟如下:先在原材料堆場對再生粗集料噴水至飽和面干，再用計量設備按質量比依次稱取天然砂、再生粗集料、水泥、粉煤灰和鋁渣各組份材料，并依次倒入攪拌機中攪拌，最后加水、石墨烯和外加劑，攪拌時間不少于2min。
【文檔編號】C04B28/04GK104446175SQ201410596699
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】雷斌, 饒春華, 晏育松, 徐原威, 易義武 申請人:南昌大學