一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑混凝土技术领域，具体为一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土及其制备方法。
背景技术
我国城市化的快速发展，必然会产生大量的建筑固废物，妥善处理建筑固废物，成为全社会需要重视和解决的问题。
由建筑固废生产再生骨料，主要是由破碎和筛分两部分组成。再生粗骨料颗粒一般由表面洁净的石子、表面包裹着部分水泥砂浆的石子和水泥砂浆颗粒三部分组成。再生细骨料主要由表面无水泥浆的砂粒、表面附着水泥浆的砂粒、水泥石颗粒和少量破碎石块组成。未经强化处理的简单破碎再生骨料即低品质再生骨料颗粒棱角多，表面粗糙，组分中还含有硬化水泥砂浆(水泥砂浆孔隙率大、吸水率高)，再加上混凝土块在解体、破碎过程中因损伤累积在内部造成大量微裂纹，导致再生骨料的孔隙率增大，从而使吸水率和吸水速率增大。吸水率的大小与骨料中的水泥石含量、骨料表面的水泥砂浆附着率﹑原混凝土强度﹑原混凝土所用骨料种类和再生骨料的制备方法等因素有关。
由于再生骨料表面含有大量的水泥砂浆，与天然骨料相比，再生骨料的堆积密度和表观密度，都有所降低；再生骨料的含泥量远高于天然骨料；再生骨料混凝土的孔隙率高于天然骨料混凝土。再生骨料的特点，决定了再生骨料混凝土具有如下的特点：(1)需水量高，外加剂掺量高；(2)坍落度经时损失大；(3)收缩率大。以上所述缺陷，限制了建筑固废再生骨料的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土，各原料组分如下，按重量份数计，建筑固废再生骨料105-115份、天然碎石73-81份、矿物混合料53-59份、水泥64-72份、水120-128份、强化剂23-27份、减水剂19-24份。
其中，矿物混合料各原料组分如下，按重量份数计，粉煤灰16份、沸石15份、纳米二氧化硅11份、蒙脱土9份、改性聚丙烯纤维7份。强化剂主要由聚乙烯醇、乳酸、氟硅酸钠反应制得。改性聚丙烯纤维主要由聚丙烯纤维、聚乙二醇制得。优选的，建筑固废再生骨料粒径为5-20mm。
优选的，减水剂为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的任意一种或多种。以上3种减水剂均为耐泥型减水剂，其分散性好、减水率较高、对泥土的容忍度大，有良好的保坍性。
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤；(1)制备建筑固废再生骨料；(2)制备矿物混合料；(3)制备强化剂；(4)制备建筑再生骨料混凝土。
优选的，一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土的制备方法，包含以下步骤；
(1)将建筑固废风干，含水率小于9％；经过一级分选去除塑料、玻璃、电线、钢筋、木材；进入粉碎机完成一级粉碎，粉碎后粒径小于150mm；进入二级磁分选去除金属，进入粉碎机完成二级粉碎，二次粉碎后粒径小于100mm，筛分得到粒径为5-20mm建筑固废再生骨料；
(2)将聚丙烯纤维在温度为200-210℃下熔融，加入聚乙二醇，搅拌，搅拌速度为300-500r/min,反应40-60min，经纺丝孔挤出，制得改性聚丙烯纤维，改性聚丙烯纤维长度为8-12mm的短纤维；加入粉煤灰、沸石、纳米二氧化硅、蒙脱土，搅拌，得到矿物混合料；
本发明通过聚乙二醇和聚丙烯共混改性，得到高强度改性聚丙烯纤维；改性聚丙烯纤维可抱合各组分，形成网络结构，提高混凝土强度，避免混凝土坍塌现象；且聚乙二醇可以抑制蒙脱土等粘土对减水剂的吸附，减小有效减水剂的损失，从而改善水泥砂浆的流动度。
(3)将聚乙烯醇溶于二甲苯溶剂中，升温至137-145℃；滴加98％硫酸溶液，优选的，98％硫酸溶液的加入量为聚乙烯醇质量的0.1-0.3％；搅拌均匀，滴加乳酸；氮气保压，反应15-20min，冷却至26-32℃，得到溶液A；加入氟硅酸钠，搅拌，得到强化剂；
98％硫酸溶液，具有催化作用，加快聚乙烯醇和乳酸的反应进程。
(4)取步骤(1)制得的建筑固废再生骨料，置于磷酸溶液中，优选的，磷酸溶液浓度为1-4％，浸泡6-12h，取出再生骨料沥水晾干，加入纳米二氧化硅，干拌8-13min；倒入强化剂溶液，优选的，强化剂溶液浓度为0.3-5％；静置12-24h,得到预处理后的建筑固废再生骨料；将预处理后的建筑固废再生骨料、天然碎石、矿物混合料、1/2质量的水，搅拌2-3min；加入减水剂、剩余质量的水，搅拌5-9min得到耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土成品。
本发明选用浓度为1-4％稀磷酸溶液对建筑固废再生骨料浸泡，通过酸与骨料上附着砂浆反应，去除掉一部分泥和砂浆；加入纳米二氧化硅填补再生骨料的孔隙和裂缝；再使用乳酸改性的聚乙烯醇溶液浸泡。利用聚乙烯醇溶液浸泡，对建筑固废再生骨料进行强化处理，已有应用案例，但强度的提升率并不高；这是由于聚乙烯醇的特殊分子结构导致其溶解性不佳，限制了其应用。本发明利用乳酸和聚乙烯醇反应，将酯基阴离子基团引入到聚乙烯醇分子链上，改善了聚乙烯醇的溶解性和分散性，使其可以快速溶解粘结包覆在再生骨料表层，形成保护膜来降低再生骨料的吸水性；乳酸呈现弱酸性可与再生骨料表层Ca(OH)2反应，在前期磷酸浸泡的基础上，进一步降低再生骨料表层的泥浆量；使得聚乙烯醇对再生骨料的包覆更加密实。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明实现了对建筑固废的细化分类，利用多级不同方式的分选、粉碎，选出高质量的再生骨料，再生骨料可代替大部分天然骨料，实现了固废物的资源化利用，符合环境保护要求。
2、本发明利用聚乙二醇对聚丙烯纤维共混改性，可得到高强度改性聚丙烯纤维，可增加混凝土的机械强度、刚性；同时聚乙二醇可抑制粉煤灰、沸石、蒙脱土对减水剂的吸附，避免有效减水剂的减少；因此提高了混凝土的强度、耐久性。
3、建筑固废再生骨料先经少量磷酸溶液浸泡、纳米二氧化硅拌合、再将由聚乙烯醇等制成的强化剂溶液浸泡强化处理，得到强度高、孔隙低、吸水率较低的建筑固废再生骨料，提高了混凝土的强度和耐久性，耐泥保坍性良好。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土，各原料组分如下，按重量份数计，建筑固废再生骨料105份、天然碎石73份、矿物混合料53份、水泥64份、水120份、强化剂23份、减水剂19份。
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于；包含以下步骤；
(1)将建筑固废风干，含水率小于9％；经过一级分选去除塑料、玻璃、电线、钢筋、木材；进入粉碎机完成一级粉碎，粉碎后粒径小于150mm；进入二级磁分选去除金属，进入粉碎机完成二级粉碎，二次粉碎后粒径小于100mm，筛分得到粒径为5mm建筑固废再生骨料；
(2)将聚丙烯纤维在温度为200℃下熔融，加入聚乙二醇，搅拌，搅拌速度为300r/min,反应40min，经纺丝孔挤出，制得改性聚丙烯纤维；加入粉煤灰、沸石、纳米二氧化硅、蒙脱土，搅拌，得到矿物混合料；
(3)将聚乙烯醇溶于二甲苯溶剂中，升温至137℃；滴加98％硫酸溶液，98％硫酸溶液的加入量为聚乙烯醇质量的0.1％；搅拌均匀，滴加乳酸；氮气保压，反应15min，冷却至26℃，得到溶液A；加入氟硅酸钠，搅拌，得到强化剂；
(4)取步骤(1)制得的建筑固废再生骨料，置于磷酸溶液中，磷酸溶液浓度为1％；浸泡6h，取出再生骨料沥水晾干，加入纳米二氧化硅，干拌8min；倒入强化剂溶液，强化剂溶液浓度为0.3％；静置12h,得到预处理后的建筑固废再生骨料；将预处理后的建筑固废再生骨料、天然碎石、矿物混合料、1/2质量的水，搅拌2min；加入减水剂、剩余质量的水，搅拌5min得到耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土成品。
实施例2
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土，各原料组分如下，按重量份数计，建筑固废再生骨料112份、天然碎石77份、矿物混合料56份、水泥68份、水124份、强化剂25份、减水剂21份。
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于；包含以下步骤；
(1)将建筑固废风干，含水率小于9％；经过一级分选去除塑料、玻璃、电线、钢筋、木材；进入粉碎机完成一级粉碎，粉碎后粒径小于150mm；进入二级磁分选去除金属，进入粉碎机完成二级粉碎，二次粉碎后粒径小于100mm，筛分得到粒径为16mm建筑固废再生骨料；
(2)将聚丙烯纤维在温度为203℃下熔融，加入聚乙二醇，搅拌，搅拌速度为350r/min,反应42min，经纺丝孔挤出，制得改性聚丙烯纤维；加入粉煤灰、沸石、纳米二氧化硅、蒙脱土，搅拌，得到矿物混合料；
(3)将聚乙烯醇溶于二甲苯溶剂中，升温至141℃；滴加98％硫酸溶液，98％硫酸溶液的加入量为聚乙烯醇质量的0.2％；搅拌均匀，滴加乳酸；氮气保压，反应17min，冷却至27℃，得到溶液A；加入氟硅酸钠，搅拌，得到强化剂；
(4)取步骤(1)制得的建筑固废再生骨料，置于磷酸溶液中，磷酸溶液浓度为3％；浸泡11h，取出再生骨料沥水晾干，加入纳米二氧化硅，干拌10min；倒入强化剂溶液，强化剂溶液浓度为3％；静置20h,得到预处理后的建筑固废再生骨料；将预处理后的建筑固废再生骨料、天然碎石、矿物混合料、1/2质量的水，搅拌2-3min；加入减水剂、剩余质量的水，搅拌7min得到耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土成品。
实施例3
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土，各原料组分如下，按重量份数计，建筑固废再生骨料115份、天然碎石81份、矿物混合料59份、水泥72份、水128份、强化剂27份、减水剂24份。
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于；包含以下步骤；
(1)将建筑固废风干，含水率小于9％；经过一级分选去除塑料、玻璃、电线、钢筋、木材；进入粉碎机完成一级粉碎，粉碎后粒径小于150mm；进入二级磁分选去除金属，进入粉碎机完成二级粉碎，二次粉碎后粒径小于100mm，筛分得到粒径为20mm建筑固废再生骨料；
(2)将聚丙烯纤维在温度为210℃下熔融，加入聚乙二醇，搅拌，搅拌速度为500r/min,反应60min，经纺丝孔挤出，制得改性聚丙烯纤维；加入粉煤灰、沸石、纳米二氧化硅、蒙脱土，搅拌，得到矿物混合料；
(3)将聚乙烯醇溶于二甲苯溶剂中，升温至145℃；滴加98％硫酸溶液，98％硫酸溶液的加入量为聚乙烯醇质量的0.3％；搅拌均匀，滴加乳酸；氮气保压，反应20min，冷却至32℃，得到溶液A；加入氟硅酸钠，搅拌，得到强化剂；
(4)取步骤(1)制得的建筑固废再生骨料，置于磷酸溶液中，磷酸溶液浓度为4％；浸泡12h，取出再生骨料沥水晾干，加入纳米二氧化硅，干拌13min；倒入强化剂溶液，强化剂溶液浓度为5％；静置24h,得到预处理后的建筑固废再生骨料；将预处理后的建筑固废再生骨料、天然碎石、矿物混合料、1/2质量的水，搅拌3min；加入减水剂、剩余质量的水，搅拌9min得到耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土成品。
对比例1
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土，各原料组分如下，按重量份数计，建筑固废再生骨料115份、天然碎石81份、矿物混合料59份、水泥72份、水128份、强化剂27份、减水剂24份。
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于；包含以下步骤；
(1)将建筑固废风干，含水率小于9％；经过一级分选去除塑料、玻璃、电线、钢筋、木材；进入粉碎机完成一级粉碎，粉碎后粒径小于150mm；进入二级磁分选去除金属，进入粉碎机完成二级粉碎，二次粉碎后粒径小于100mm，筛分得到粒径为20mm建筑固废再生骨料；
(2)将聚丙烯纤维、粉煤灰、沸石、纳米二氧化硅、蒙脱土，搅拌，得到矿物混合料；
(3)将聚乙烯醇溶于二甲苯溶剂中，升温至145℃；滴加98％硫酸溶液，98％硫酸溶液的加入量为聚乙烯醇质量的0.3％；搅拌均匀，滴加乳酸；氮气保压，反应20min，冷却至32℃，得到溶液A；加入氟硅酸钠，搅拌，得到强化剂；
(4)取步骤(1)制得的建筑固废再生骨料，置于磷酸溶液中，磷酸溶液浓度为4％；浸泡12h，取出再生骨料沥水晾干，加入纳米二氧化硅，干拌13min；倒入强化剂溶液，强化剂溶液浓度为5％；静置24h,得到预处理后的建筑固废再生骨料；将预处理后的建筑固废再生骨料、天然碎石、矿物混合料、1/2质量的水，搅拌3min；加入减水剂、剩余质量的水，搅拌9min得到耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土成品。
对比例2
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土，各原料组分如下，按重量份数计，建筑固废再生骨料115份、天然碎石81份、矿物混合料59份、水泥72份、水128份、减水剂24份。
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于；包含以下步骤；
(1)将建筑固废风干，含水率小于9％；经过一级分选去除塑料、玻璃、电线、钢筋、木材；进入粉碎机完成一级粉碎，粉碎后粒径小于150mm；进入二级磁分选去除金属，进入粉碎机完成二级粉碎，二次粉碎后粒径小于100mm，筛分得到粒径为20mm建筑固废再生骨料；
(2)将聚丙烯纤维在温度为210℃下熔融，加入聚乙二醇，搅拌，搅拌速度为500r/min,反应60min，经纺丝孔挤出，制得改性聚丙烯纤维；加入粉煤灰、沸石、纳米二氧化硅、蒙脱土，搅拌，得到矿物混合料；
(3)取步骤(1)制得的建筑固废再生骨料，置于磷酸溶液中，磷酸溶液浓度为4％；浸泡12h，取出再生骨料沥水晾干，得到预处理后的建筑固废再生骨料；将预处理后的建筑固废再生骨料、天然碎石、矿物混合料、1/2质量的水，搅拌3min；加入减水剂、剩余质量的水，搅拌9min得到耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土成品。
对比例3
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土，各原料组分如下，按重量份数计，建筑固废再生骨料115份、天然碎石81份、矿物混合料59份、水泥72份、水128份、强化剂27份、减水剂24份。
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于；包含以下步骤；
(1)将建筑固废风干，含水率小于9％；经过一级分选去除塑料、玻璃、电线、钢筋、木材；进入粉碎机完成一级粉碎，粉碎后粒径小于150mm；进入二级磁分选去除金属，进入粉碎机完成二级粉碎，二次粉碎后粒径小于100mm，筛分得到粒径为20mm建筑固废再生骨料；
(2)将聚丙烯纤维在温度为210℃下熔融，加入聚乙二醇，搅拌，搅拌速度为500r/min,反应60min，经纺丝孔挤出，制得改性聚丙烯纤维；加入粉煤灰、沸石、纳米二氧化硅、蒙脱土，搅拌，得到矿物混合料；
(3)将聚乙烯醇溶于二甲苯溶剂中，升温至145℃；滴加98％硫酸溶液，98％硫酸溶液的加入量为聚乙烯醇质量的0.3％；搅拌均匀，滴加乳酸；氮气保压，反应20min，冷却至32℃，得到溶液A；加入氟硅酸钠，搅拌，得到强化剂；
(4)取步骤(1)制得的建筑固废再生骨料，倒入强化剂溶液，强化剂溶液浓度为5％；静置24h,得到预处理后的建筑固废再生骨料；将预处理后的建筑固废再生骨料、天然碎石、矿物混合料、1/2质量的水，搅拌3min；加入减水剂、剩余质量的水，搅拌9min得到耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土成品。
对比例4
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土，各原料组分如下，按重量份数计，建筑固废再生骨料115份、天然碎石81份、矿物混合料59份、水泥72份、水128份、减水剂24份。
一种耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于；包含以下步骤；
(1)将建筑固废风干，含水率小于9％；经过一级分选去除塑料、玻璃、电线、钢筋、木材；进入粉碎机完成一级粉碎，粉碎后粒径小于150mm；进入二级磁分选去除金属，进入粉碎机完成二级粉碎，二次粉碎后粒径小于100mm，筛分得到粒径为20mm建筑固废再生骨料；
(2)将聚丙烯纤维、粉煤灰、沸石、纳米二氧化硅、蒙脱土，搅拌，得到矿物混合料；
(3)取步骤(1)制得的建筑固废再生骨料、天然碎石、矿物混合料、1/2质量的水，搅拌3min；加入减水剂、剩余质量的水，搅拌9min得到耐泥保坍型建筑固废再生骨料混凝土成品。
试验对比与分析
为更直观地证明本发明技术方案的有益效果，将本发明技术方案与现有技术方案做对比实验；实施例1-3为本方明技术方案；
对比例1中矿物混合料中用聚丙烯纤维代替改性聚丙烯纤维，其余内容与实施例3相同；
对比例2中建筑固废再生骨料仅酸洗未通过强化剂溶液处理，其余内容与实施例3相同；
对比例3中建筑固废再生骨料未经酸洗仅通过强化剂溶液处理，其余内容与实施例3相同；
对比例4中矿物混合料中用聚丙烯纤维代替改性聚丙烯纤维，建筑固废再生骨料未经酸洗和强化剂溶液处理，其余内容与实施例3相同；
取实施例1-3、对比例1-4共7组制备的混凝土，每组分别制作2个100mm*100mm*100mm立方体试件，相同条件下养护28天，养护后进行混凝土性能检测，检测数据见下表1，
表1
取实施例1-3、对比例1-4共7组制备的建筑固废再生骨料，进行吸水率测定，天然碎石作为建筑固废再生骨料的对照组，检测结果见表2，
表2
由表1数据可知，实施例1-3混凝土试件的抗压强度和抗折强度值较高，且高于对比1-4，故实施例1-3制备的混凝土强度高、耐久性好。表2中对比例4为建筑固废经分选、粉碎制得，吸水率高达4.81％，实施例1-3中建筑固废再生骨料通过磷酸、强化剂处理后，吸水率均下降到2％以下，故实施例1-3中制备的建筑固废再生骨料吸水率较低。综合表2、表2数据可知，本发明技术方案制备的混凝土，具有强度高、耐久性好、耐泥保坍性良好的特性，操作步骤简单，可应用于道路、建筑施工、边坡防护。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
