一种基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土及其制备方法，该混凝土包括以下重量份原料制成：硅酸盐水泥977份、硅灰134.34‑207.61份、废弃砖再生微粉36.64‑109.91份、细骨料801.14份、聚羧酸减水剂37.13‑41.64份、水195.41份。本发明掺杂废弃砖再生微粉，不但能提高超高性能混凝土的抗压强度和抗弯强度，还能有效降低混凝土的自收缩开裂风险。同时，实现废物利用，有效降低了材料成本和碳排放。本发明利用逆流原理或横向流原理，采用旋转式混合搅拌机，对于原料的混合，尤其是对于低水胶比混合物混合，具有意想不到的优势，可以大大提高最终产品的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土及其制备方法，属于超高强度混凝土技术领域。

背景技术

随着我国对于沿海高盐区、东北高寒区和西北高旱区的开发战略的实施，基础设施建设要求混凝土结构具备高强-高耐久的特性。传统的混凝土材料强度低、耐久性差，显然已经不能满足基础设施建设的需求，因此越来越多的国内外学者开始研究具有超高性能的混凝土材料。超高性能混凝土具有强度高、抗渗性好、耐久性和工作性优良等特定，但其使用的粘结剂含量高，易收缩开裂。同时，即使对于长期水化的超高性能混凝土而言，其内部仍然存在未水化的胶凝组分，这说明水泥和硅灰等胶凝组份过量，且易造成收缩开裂等问题。随着我国经济建设高速发展和城市化进程的日益加快，老旧建筑物亟需拆除重建，这就产生了大量建筑废弃物，其中不乏废弃粘土砖。因此，为符合绿色可持续发展战略的要求，实现混凝土产业的可持续发展，并且降低超高性能混凝土因收缩而开裂的风险，使用少量再生微粉取代超高性能混凝土中的胶凝组份成为了一个可行的策略。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明的第一目的是提供了一种基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土，本发明的第二目的是提供一种该超高性能混凝土的制备方法。

技术方案：为本发明所述一种基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土，所述超高性能混凝土按以下重量份比例的原料制成:硅酸盐水泥977份、硅灰134.34-207.61份、废弃砖再生微粉36.64-109.91份、细骨料801.14份、聚羧酸减水剂37.13-41.64份、水195.41份。

优选地，所述的硅酸盐水泥为PII·52.5R级普通硅酸盐水泥，其比表面积为350.0-355.0m

优选地，所述的硅灰中SiO

优选地，所述的细骨料为标准砂，其为II区中砂，细骨料中含泥量≤0.5％。

优选地，所述的废弃砖再生微粉为拆卸建筑中的粘土砖经破碎、球磨得到。

更优选地，所述的废弃砖再生微粉包括以下步骤制得：对建筑废弃物中的废粘土砖按粒径进行分类收集，将粒径≥10mm的废弃粘土砖破碎得到砖骨料，将破碎的砖骨料干燥，干燥后的砖骨料与粒径≤10mm的废粘土砖一并球磨成细粉，将细粉球磨，得到微粉，即为废弃砖再生微粉。

更优选地，所述砖骨料的粒径≤10mm。

更优选地，所述细粉的粒径≤150μm。

更优选地，球磨成细粉时使用低速球磨机。

更优选地，球磨成微粉是使用行星球磨机。

优选地，所述微粉d

优选地，所述的废弃砖再生微粉的主要元素组成为Si、Al和O，即主要化学成分为SiO

优选地，所述的聚羧酸减水剂的固体含量为25-30％、减水率为20-25％。

优选地，所述水为自来水或饮用水。其符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。

本发明还包括所述的基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)取硅酸盐水泥、硅灰、废弃砖再生微粉和细骨料，用旋转式混合搅拌机搅拌混合，得到混合料；

(2)将聚羧酸减水剂加入水中，搅拌，得到水溶剂，将水溶剂加入到混合料中，搅拌混合，得到混合浆体；

(3)利用旋转式混合搅拌机上位置固定的多功能工具刮掉搅拌机壁上附着的浆体与混合浆体混合，继续搅拌混合，即可得到基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土。

优选地，步骤(1)中，旋转式混合搅拌机的转子的旋转速度为130-170r/min，旋转式混合搅拌机的混合容器的旋转速度为20-40r/min，旋转式混合搅拌机的转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为100-140s。

优选地，步骤(2)中，旋转式混合搅拌机的转子的转速度为280-320r/min，旋转式混合搅拌机的混合容器的旋转速度为20-40r/min，旋转式混合搅拌机的的转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为300-420s。

优选地，步骤(3)中，旋转式混合搅拌机的转子的旋转速度为280-320r/min，旋转式混合搅拌机的混合容器的旋转速度为20-40r/min，旋转式混合搅拌机的转子与混合容器旋转方向相反，继续搅拌混合的时间为100-140s。

更优选地，步骤(1)之前，先用与超高强混凝土相同的水胶比(水和粘结剂(硅酸盐水泥+废弃砖再生微粉+硅灰)之比)的水泥砂浆充分润湿旋转式混合搅拌机和盛装混凝土的容器。

本发明所述旋转式混合搅拌机是按照逆流原理或横向流原理进行设计，具有倾斜安装的旋转式的混合容器，将待混合的物料送到一个偏心安装的高速旋转混工具部分，转子和混合容器可以实现相向或逆向相对转动，转速可根据需要实时调节，形成速度差很高的逆向性混合料物流，从而实现物料最大限度的均匀混合。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明原料中包括了使用不同比例的废弃粘土砖制备的废弃砖再生微粉并取代部分硅灰制备超高性能混凝土，从而有效降低了超高性能混凝土的自收缩变形，在保持混凝土强度维持不变的基础上有效的降低了超高强混凝土的制备成本和环境负荷。

(2)本发明制备方法中采用旋转式混合搅拌机，将待混合的物料送到一个偏心安装的高速旋转混工具部分，转子和混合容器可以实现相向或逆向相对转动，转速可根据需要实时调节，形成速度差很高的逆向性混合料物流，倾斜安装的旋转式混合容器与位置固定的多功能工具一起，保证使混合料物流形成强大的垂直分量，保证混合物料充分均匀混合，多功能工具能可靠地防止混合料附在混合容器的底部和壁上，并在混合时间结束时加速卸料。该混合方式对于原料的混合，尤其是低水胶比水泥基材料，具有意想不到的优势，可以大大提高最终产品的性能。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案做进一步说明、

以下实施例中所用原料及设备均为以下要求：

本发明所述超高强混凝土是指等级达到100MPa及以上强度等级的混凝土。

硅酸盐水泥为PII·52.5R级普通硅酸盐水泥，其比表面积为352.2m

硅灰中SiO

细骨料为标准砂，其为II区中砂，标准砂中含泥量≤0.5％；

废弃转再生微粉为拆卸建筑中的废弃粘土砖经破碎、球磨得到，具体工艺如下：首先，对建筑废弃物中的废粘土砖按照粒径进行筛分收集。然后，使用破碎机将其中粒径大于10mm的废粘土砖进行破碎为砖骨料。然后，将粒径小于等于10mm的砖骨料与粒径≤10mm的废粘土砖干燥，干燥后的砖骨料经球磨机研磨60min，磨成细粉，细粉最大粒径为150μm。最后，将上步得到的细粉和收集得到的原状细粉一同在行星球磨机球磨30min，得到d

聚羧酸高效减水剂的固体含量为28％、减水率为25％。

水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。

使用的搅拌机为旋转式混合搅拌机(爱立许R型强力混合机)。

制备超高性能混凝土的步骤如下：

先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿旋转式混合搅拌机和盛装混凝土的容器。

(1)依次将称量好的硅酸盐水泥、硅灰、废弃转再生微粉、河砂加入到旋转式混合搅拌机的混合容器中，盖好旋转式混合搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为130-170r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反。搅拌混合的时间为100-140S，使其搅拌混合均匀得到混合料；

(2)将称量好聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数s，得到均匀的水溶剂。从旋转式混合搅拌机的注水口将搅拌均匀的水溶剂缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为280-320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为300-420S，得到混合均匀的混合浆料；

(3)停止转子和混合容器，用旋转式混合搅拌机上位置固定的多功能工具刮掉搅拌机壁上附着的浆体，与混合浆料混合，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为280-320r/min，混合容器顺时针旋转速度为20-40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，继续搅拌混合的时间为100-140S，即可得到基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土。

实施例1

按重量份数计取下列原料组分：硅酸盐水泥977份、硅灰207.61份、废弃转再生微粉36.64份、标准砂801.14份、聚羧酸减水剂40.06份、水195.41份。

按照上述的制备方法制备超高性能混凝土

先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。

(1)依次将称量好的硅酸盐水泥、硅灰、废弃转再生微粉、标准砂加入到旋转式混合搅拌机的混合容器中，盖好旋转式混合搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为170r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为140S，使其搅拌混合均匀得到混合料；

(2)将称量好聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌10s，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为320r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为360S，得到均匀混合的混合浆料。

(3)停止转子和混合容器，用旋转式混合搅拌机上位置固定的多功能工具刮掉搅拌机壁上附着的浆体，与混合浆料混合，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为420r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，继续搅拌混合的时间为140S，即可得到基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土。

实施例2

按重量份数计取下列原料组分：硅酸盐水泥977份、硅灰170.98份、废弃转再生微粉73.28份、标准砂801.14份、聚羧酸减水剂39.08份、水195.41份。

按照上述的制备方法制备超高性能混凝土：

先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。

(1)依次将称量好的硅酸盐水泥、硅灰、废弃转再生微粉、标准砂加入到旋转式混合搅拌机的混合容器中，盖好旋转式混合搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为150r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为120S，使其搅拌混合均匀得到混合料；

(2)将称量好聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数10s，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为360S，得到均匀混合的混合浆料；

(3)停止转子和混合容器，用旋转式混合搅拌机上位置固定的多功能工具刮掉搅拌机壁上附着的浆体，与混合浆料混合，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为300r/min，混合容器顺时针旋转速度为30r/min，转子与混合容器旋转方向相反，继续搅拌混合的时间为120S，即可得到基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土。

实施例3

按重量份数计取下列原料组分：硅酸盐水泥977份、硅灰134.34份、废弃转再生微粉109.91份、标准砂801.14份、聚羧酸减水剂37.13份、水195.41份。

按照上述的制备方法制备超高性能混凝土：

先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。

(1)依次将称量好的硅酸盐水泥、硅灰、废弃转再生微粉、标准砂加入到旋转式混合搅拌机的混合容器中，盖好旋转式混合搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为170r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为140S，使其搅拌混合均匀得到混合料；

(2)将称量好聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数10s，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为320r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为360S，得到均匀混合的混合浆料。

(3)停止转子和混合容器，用旋转式混合搅拌机上位置固定的多功能工具刮掉搅拌机壁上附着的浆体，与混合浆料混合，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为420r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，继续搅拌混合的时间为140S，即可得到基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土。

实施例4

按重量份数计取下列原料组分：硅酸盐水泥977份、硅灰207.61份、废弃转再生微粉36.64份、标准砂801.14份、聚羧酸减水剂40.06份、水195.41份。

按照上述的制备方法制备超高性能混凝土

先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。

(1)依次将称量好的硅酸盐水泥、硅灰、废弃转再生微粉、标准砂加入到旋转式混合搅拌机的混合容器中，盖好旋转式混合搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为130r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为100S，使其搅拌混合均匀得到混合料；

(2)将称量好聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数10s，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为280r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合的时间为300S，得到均匀混合的混合浆料。

(3)停止转子和混合容器，用旋转式混合搅拌机上位置固定的多功能工具刮掉搅拌机壁上附着的浆体，与混合浆料混合，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为280r/min，混合容器顺时针旋转速度为20r/min，转子与混合容器旋转方向相反，继续搅拌混合的时间为100S，即可得到基于废弃砖再生微粉的超高性能混凝土。

对比例1：

按重量份数计取下列原料组分：硅酸盐水泥977份、硅灰244.25份、标准砂801.14份、聚羧酸减水剂37.13份、水195.41份。

按照上述的制备方法制备混凝土：

先用与混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器。

(1)依次将称量好的硅酸盐水泥、硅灰、标准砂加入到旋转式混合搅拌机的混合容器中，盖好旋转式混合搅拌机容器，启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为170r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合时间为140S，使其搅拌混合均匀得到混合料。

(2)将称量好聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数10s，得到均匀的水溶剂。从注水口将搅拌均匀的水溶剂缓慢加入到混合料中，然后调节转子速度，转子逆时针旋转速度为320r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，搅拌混合时间为360S，得到均匀混合的混合浆料。

(3)停止转子和混合容器，用旋转式混合搅拌机上位置固定的多功能工具刮掉搅拌机壁上附着的浆体，与混合浆料混合，重新启动转子和混合容器，转子逆时针旋转速度为420r/min，混合容器顺时针旋转速度为40r/min，转子与混合容器旋转方向相反，继续搅拌混合时间为140S，即可得到超高性能混凝土。

对比例2：

同实施例1，不同之处在于，制备方法中不采用所述旋转式混合搅拌机，而采用强制式单卧轴混凝土搅拌机。

性能检测：

将实施例1-3级对比例1-2得到混凝土按国家标准震动成型，并在标准养护室中分别养护28天和60天。对上述实施例1-3及对比例1-2的硬化混凝土性能进行试验，结果如表1所示。

表1测试结果

由表1结果可知，与对比例1相比较，即与未掺加废弃砖再生微粉的混凝土相比，本发明添加少量废弃砖再生微粉后(如实施例1)，产品28天抗压强度、28天抗弯强度、60天抗压强度、60天抗弯强度均显著提高；但随着废弃砖再生微粉含量的进一步升高(实施例2、实施例3如)，产品28天抗压强度、28天抗弯强度、60天抗压强度、60天抗弯强度有所降低，但降低幅度不大。值得注意是的在超高性能混凝土中应用废弃砖再生微粉有效降低了混凝土的自收缩变形，并且随着再生微粉掺量的增多，其自收缩变形逐渐降低。此外，与对比例2相比较，即与常规的混合方法相比较，本发明产品28天抗压强度、28天抗弯强度、60天抗压强度、60天抗弯强度均显著提高，但是其自收缩变形也明显增加。