一种功能性再生混凝土试块的制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能性再生混凝土试块的制备方法，属于固废资源化利用领域。
背景技术
预计2020年，我国建筑物拆除和改造将产生大约50亿吨的建筑垃圾。目前，只有5％的建筑垃圾经过简单分选、深加工和再生利用，资源化水平相对较低。通常采用的堆放、填埋等处理方式不仅对地下水和空气造成污染，还会占用大量土地资源。回收建筑垃圾作为混凝土骨料的替代品，能够减少对新资源的开发需求，是一种可持续发展的方法。
光催化是一种高效、安全的环境友好型净化技术。其中，二氧化钛(TiO2)因具有强大的化学稳定性、高效的可回收性和安全性、以及很高的氧化能力，被广泛应用于大气和水的污染治理中。因此，本发明利用建筑垃圾制备再生混凝土的同时，将TiO2纳米复合添加剂添加到混凝土中，开发具有可见光催化功能的再生混凝土，更好地促进建筑垃圾的再生利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能性再生混凝土试块的制备方法，建筑垃圾经预处理后，得到再生细骨料和再生粗骨料，用于替代部分河沙和碎石。同时，将TiO2纳米复合添加剂加入到混凝土拌合料中，经搅拌混合、成型、养护，制得具有可见光催化功能的再生混凝土试件，提高再生混凝土的附加性能。
技术方案
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。
本发明提出一种功能性再生混凝土试块的制备方法，其步骤如下：
步骤1，建筑垃圾预处理：对建筑垃圾进行分拣、清洗和风干处理后，再对混凝土进行破碎、筛分得到粒径5-10mm的再生粗骨料A和粒径为10-20mm的再生粗骨料B；粒径＜5mm的混凝土与粘土砖一起进行破碎和筛分，得到粒径0.15-2.36mm的再生细骨料C。
步骤2，TiO2纳米复合添加剂的制备：①将3g的纳米TiO2加入1L水中，在声能密度为2.0W/mL条件下超声5分钟后，得到悬浮液A；②将4g的Bi(NO3)3·5H2O和0.2L的乙二醇加入悬浮液A中，磁力搅拌1小时后，得到溶液B；③向溶液B中滴加0.5g/L的NH4Cl溶液0.3L，并继续搅拌20分钟后，得到溶液C；④将溶液C置于高压灭菌锅中水热反应10小时后，置于105℃烘箱中干燥24小时，得到固体D；⑤将固体D研磨后置于500℃马弗炉中煅烧5小时，制得TiO2纳米复合添加剂。
步骤3，混凝土拌合料的制备：按照质量百分比，先将再生粗骨料(12％-13.8％)、碎石(28％-32.2％)、再生细骨料(3％-3.5％)、河沙(12％-14.5％)和水(5％-6％)加入到搅拌机中搅拌1分钟后，加入水泥(20％-25％)继续搅拌2分钟后，再加入减水剂(3％-4％)、TiO2纳米复合添加剂(2％-2.5％)和水(5％-6％)继续搅拌2分钟，得到混凝土拌合料。
步骤4，混凝土试块的成型、养护：采用碾压成型法，将混凝土拌合料倒入预先涂抹废弃机油的模具中振动填平，再将模具移入压力机压制成型后，立即用薄膜覆盖其表面，在温度为18-26℃的室温环境中静置24小时后，拆模、养护21天，得到混凝土试块。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述混凝土破碎、筛分过程中，粒径＞20mm的颗粒需进行反复破碎和筛分，以提高再生骨料的回收率。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述再生细骨料对河沙的替代率为10％-20％，再生粗骨料对碎石的替代率不低于30％-45％。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述再生粗骨料A和再生粗骨料B的质量比为1∶1.5-1∶2，且两种再生粗骨料的级配连续。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述减水剂为萘系高效减水剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述压力机以5kN/s的速率均匀加压至500kN后，保持40秒后卸载。
本发明实施例提供的功能性再生混凝土试块的制备方法具有以下效果：利用建筑垃圾预处理得到的再生粗骨料和再生细骨料替代部分碎石和河沙，同时，将TiO2纳米复合添加剂添加入到混凝土拌合料中，制得具有可见光催化降解功能的再生混凝土试块，不仅能够实现建筑垃圾的资源化利用，还能提高再生混凝土对有机污染物的降解性能，具有重要的推广应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的功能性再生混凝土试块的制备流程示意图；
图2为本本发明实施例提供的功能性再生混凝土试块及其抗压实验图；
图3为本发明实施例提供的不同再生粗骨料替代率下功能性再生混凝土试块的抗压、抗折和抗拉强度；
图4为本发明实施例提供的不同再生细骨料替代率下功能性再生混凝土试块的抗压、抗折和抗拉强度；
图5为本发明实施例提供不同TiO2纳米复合添加剂下功能性再生混凝土试块对甲醛的降解性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例，对本发明进行详细阐述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种功能性再生混凝土试块的制备方法，其包括以下步骤，请参照图1：
步骤1，建筑垃圾预处理：对建筑垃圾进行分拣、清洗和风干处理后，再对混凝土进行破碎、筛分得到粒径5-10mm的再生粗骨料A和粒径为10-20mm的再生粗骨料B；粒径＜5mm的混凝土与粘土砖一起进行破碎和筛分，得到粒径0.15-2.36mm的再生细骨料C。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述混凝土破碎、筛分过程中，粒径＞20mm的颗粒需进行反复破碎和筛分，以提高再生骨料的回收率。
步骤2，TiO2纳米复合添加剂的制备：①将3g的纳米TiO2加入1L水中，在声能密度为2.0W/mL条件下超声5分钟后，得到悬浮液A；②将4g的Bi(NO3)3·5H2O和0.2L的乙二醇加入悬浮液A中，磁力搅拌1小时后，得到溶液B；③向溶液B中滴加0.5g/L的NH4Cl溶液0.3L，并继续搅拌20分钟后，得到溶液C；④将溶液C置于高压灭菌锅中水热反应10小时后，置于105℃烘箱中干燥24小时，得到固体D；⑤将固体D研磨后置于500℃马弗炉中煅烧5小时，制得TiO2纳米复合添加剂。
步骤3，混凝土拌合料的制备：按照质量百分比，先将再生粗骨料(12％-13.8％)、碎石(28％-32.2％)、再生细骨料(3％-3.5％)、河沙(12％-14.5％)和水(5％-6％)加入到搅拌机中搅拌1分钟后，加入水泥(20％-25％)继续搅拌2分钟后，再加入减水剂(3％-4％)、TiO2纳米复合添加剂(2％-2.5％)和水(5％-6％)继续搅拌2分钟，得到混凝土拌合料。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述减水剂为萘系高效减水剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述再生细骨料对河沙的替代率为10％-20％，再生粗骨料对碎石的替代率不低于30％-45％。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述再生粗骨料A和再生粗骨料B的质量比为1∶1.5-1∶2，且两种再生粗骨料的级配连续。
步骤4，混凝土试块的成型、养护：采用碾压成型法，将混凝土拌合料倒入预先涂抹废弃机油的模具中振动填平，再将模具移入压力机压制成型后，立即用薄膜覆盖其表面，在温度为18-26℃的室温环境中静置24小时后，拆模、养护21天，得到混凝土试块。
进一步地，在本发明较佳的实施例当中，上述压力机以5kN/s的速率均匀加压至500kN后，保持40秒后卸载。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种功能性再生混凝土试块的制备方法，其具体包括以下步骤：
步骤1，建筑垃圾预处理：对建筑垃圾进行分拣、清洗和风干处理后，将混凝土进行反复破碎、筛分得到粒径5-10mm的再生粗骨料和粒径为10-20mm的再生粗骨料B，且再生粗骨料A和再生粗骨料B的质量比为1∶1.5。粒径＜5mm的混凝土与粘土砖一起经反复破碎和筛分，得到粒径0.15-2.36mm的再生细骨料C。
步骤2，TiO2纳米复合添加剂的制备：①将3g的纳米TiO2加入1L水中，在声能密度为2.0W/mL条件下超声5分钟后，得到悬浮液A；②将4g的Bi(NO3)3·5H2O和0.2L的乙二醇加入悬浮液A中，磁力搅拌1小时后，得到溶液B；③向溶液B中滴加0.5g/L的NH4Cl溶液0.3L，并继续搅拌20分钟后，得到溶液C；④将溶液C置于高压灭菌锅中水热反应10小时后，置于105℃烘箱中干燥24小时，得到固体D；⑤将固体D研磨后置于500℃马弗炉中煅烧5小时，制得TiO2纳米复合添加剂。
步骤3，混凝土拌合料的制备：按照质量百分比，用再生粗骨料A和B替代30％的碎石、再生细骨料C代替20％的河沙，添加2％的TiO2纳米复合添加剂，按照一定的质量比搅拌混合，得到混凝土拌合料。
步骤4，混凝土试块的成型、养护：采用碾压成型方法，将混凝土拌合料倒入预先涂抹废弃机油的模具中振动填平，再将模具置于5kN/s均匀加压的压力机中，压力达到500kN后保持40秒后卸载成型，然后用薄膜覆盖其表面，在温度为18-26℃的室温环境中静置24小时后，拆模、养护21天，得到混凝土试块。
实施例2
本实施例提供一种功能性再生混凝土试块的制备方法，其具体包括以下步骤：
步骤1，建筑垃圾预处理：对建筑垃圾进行分拣、清洗和风干处理后，将混凝土进行反复破碎、筛分得到粒径5-10mm的再生粗骨料和粒径为10-20mm的再生粗骨料B，且再生粗骨料A和再生粗骨料B的质量比为1∶1.5。粒径＜5mm的混凝土与粘土砖一起经反复破碎和筛分，得到粒径0.15-2.36mm的再生细骨料C。
步骤2，TiO2纳米复合添加剂的制备：①将3g的纳米TiO2加入1L水中，在声能密度为2.0W/mL条件下超声5分钟后，得到悬浮液A；②将4g的Bi(NO3)3·5H2O和0.2L的乙二醇加入悬浮液A中，磁力搅拌1小时后，得到溶液B；③向溶液B中滴加0.5g/L的NH4Cl溶液0.3L，并继续搅拌20分钟后，得到溶液C；④将溶液C置于高压灭菌锅中水热反应10小时后，置于105℃烘箱中干燥24小时，得到固体D；⑤将固体D研磨后置于500℃马弗炉中煅烧5小时，制得TiO2纳米复合添加剂。
步骤3，混凝土拌合料的制备：按照质量百分比，用再生粗骨料A和B替代45％的碎石、再生细骨料C代替10％的河沙，添加2.0％的TiO2纳米复合添加剂，按照一定的质量比搅拌混合，得到混凝土拌合料。
步骤4，混凝土试块的成型、养护：采用碾压成型方法，将混凝土拌合料倒入预先涂抹废弃机油的模具中振动填平，再将模具置于5kN/s均匀加压的压力机中，压力达到500kN后保持40秒后卸载成型，然后用薄膜覆盖其表面，在温度为18-26℃的室温环境中静置24小时后，拆模、养护21天，得到混凝土试块。
实施例3
本实施例提供一种功能性再生混凝土试块的制备方法，其具体包括以下步骤：
步骤1，建筑垃圾预处理：对建筑垃圾进行分拣、清洗和风干处理后，将混凝土进行反复破碎、筛分得到粒径5-10mm的再生粗骨料和粒径为10-20mm的再生粗骨料B，且再生粗骨料A和再生粗骨料B的质量比为1∶2。粒径＜5mm的混凝土与粘土砖一起经反复破碎和筛分，得到粒径0.15-2.36mm的再生细骨料C。
步骤2，TiO2纳米复合添加剂的制备：①将3g的纳米TiO2加入1L水中，在声能密度为2.0W/mL条件下超声5分钟后，得到悬浮液A；②将4g的Bi(NO3)3·5H2O和0.2L的乙二醇加入悬浮液A中，磁力搅拌1小时后，得到溶液B；③向溶液B中滴加0.5g/L的NH4Cl溶液0.3L，并继续搅拌20分钟后，得到溶液C；④将溶液C置于高压灭菌锅中水热反应10小时后，置于105℃烘箱中干燥24小时，得到固体D；⑤将固体D研磨后置于500℃马弗炉中煅烧5小时，制得TiO2纳米复合添加剂。
步骤3，混凝土拌合料的制备：按照质量百分比，用再生粗骨料A和B替代45％的碎石、再生细骨料C代替10％的河沙、添加2.5％的TiO2纳米复合添加剂，按照一定的质量比搅拌混合，得到混凝土拌合料。
步骤4，混凝土试块的成型、养护：采用碾压成型方法，将混凝土拌合料倒入预先涂抹废弃机油的模具中振动填平，再将模具置于5kN/s均匀加压的压力机中，压力达到500kN后保持40秒后卸载成型，然后用薄膜覆盖其表面，在温度为18-26℃的室温环境中静置24小时后，拆模、养护21天，得到混凝土试块。
试验例
试验例以实施例1、实施例2和实施例3为实验样本进行试验分析，其结果请分别参照图2-图5。
参照图2可以看出，在水灰比0.45条件下，再生混凝土试块的表面光滑。
参照图3可以看出，在水灰比0.45条件下，再生粗骨料的替代率在15％-45％时，能够提高再生混凝土试块的抗压强度，但继续提高替代率，抗压强度降低，不利于再生混凝土试块的抗压性能的提高。此外，随着再生粗骨料替代率的升高，抗折和抗拉强度呈轻微的下降趋势。因此，最佳再生粗骨料的替代率为30％-45％。
参照图4可以看出，在水灰比0.45条件下，再生细骨料的替代率在10％-20％时，再生混凝土试块的抗压强度高于未替代情况下，同时抗拉和抗折强度未发生明显的变化。但当再生细骨料的替代率超过20％后，抗压强度明显降低，因此最佳再生细骨料的替代率为10％-20％。
参照图5可以看出，当TiO2纳米复合添加剂含量从0提高到3％时，甲醛的去除率先快速升高，而后呈缓慢上升趋势。因此最佳的添加剂投加量应为2％。
综上所述，本发明实施例提供的功能性再生混凝土试块，当再生粗骨料和再生细骨料的替代率分别为10％-20％和30％-40％、TiO2纳米复合添加剂的添加量为2％-2.5％条件下，其抗压性能有所提高，同时，其对甲醛的降解能力大大提高，故具有重要的推广应用价值。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅表示本发明的选定实施例。
