一种轻质再生混凝土及其制备工艺
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种轻质再生混凝土及其制备工艺。
背景技术
轻集料混凝土，又称轻质混凝土，是指利用轻粗集料(陶粒)、普通砂、水泥和水配制而成的，轻集料混凝土具有自重轻、强度高、保温隔热、防震抗渗等特点。再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料，再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。轻质再生混凝土则是将经过破碎、清洗以及筛分后的废弃混凝土块部分或全部代替砂石等天然集料，加入轻粗集料(陶粒)、普通砂、水泥和水中，配制而成的混凝土。
轻质混凝土可用来建造学校的运动场和田径跑道等室外运动场所，但是在寒冷的冬季，路面因降雪而积雪结冰时，会影响室外运动场所的正常使用，从而影响学生们进行锻炼身体。因此，目前常会采用融雪方法对冰雪进行融化，以便于对室外运动场所进行正常使用。常用的融雪方法主要包括：清除法和融化法，清除法具有机动灵活等特点，但效率低。融化法即在路面结构内部合理埋设水管，通过在水管内通入热水，使热量尽可能快的传递到路面上，对路面进行加热，使路面表层冰雪在较短时间内融化，该方法具有无污染，热稳定性好，控制方便等优势。
当热水管对室外运动场所的路面进行加热时，由于轻质混凝土的吸水率较低，室外运动场所路面上的冰雪融化后会在路面上形成积水，从而影响学生们在室外运动场所进行锻炼身体。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种轻质再生混凝土，所述混凝土具有增加导热系数、提高渗水的效果，并且具有增加水分与混凝土的接触面积，提升烘干速度，从而减少路面积水的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种轻质再生混凝土的制备工艺，所述制备方法具有减少混凝土开裂，增加混凝土均匀性的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种轻质再生混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
水180-200份；
水泥310-340份；
再生集料760-850份，所述再生集料包括680-750份的炉渣陶粒、55-65份的粉煤灰和25-35份的废混凝土块；
砂石集料810-870份，所述砂石集料包括780-830份的河砂和30-40份的铁矿砂；
钢纤维35-45份；
复合陶瓷纤维导热材料35-45份；
吸水树脂45-50份；
废旧纺织纤维45-50份；
引气剂5-8份；
减水剂4.5-5份。
通过采用上述技术方案，当融化冰雪时，导热性能较好的铁矿砂、钢纤维和复合陶瓷纤维导热材料可对混凝土起到导热效果，能将路面结构内部的热水管产生的热量迅速传递到路面表层，能够在短时间内迅速融化路面表层的冰雪，使冰雪融化为水；并且，各组分在混合过程中，引气剂会产生大量密排的气泡，同时，由于陶瓷纤维与水的界面结合力较小，大量密排的气泡仅能附着在陶瓷纤维上，当气泡的数量达到一定程度后，会在陶瓷纤维上破裂，从而在陶瓷纤维与水泥、炉渣陶粒等表面结合处形成大量贯穿孔；并且，废旧纺织纤维容易在混凝土中形成一种立体乱向的支撑体系，使混凝土中贯穿孔的尺寸更大，使经导热材料融化后的水，可快速通过贯穿孔进入混凝土的内部；同时，具有强吸水性的吸水树脂与废旧纺织纤维可增大混凝土的吸水和导水能力，使导热材料融化后的水尽快且尽可能地从贯穿孔进入混凝土的内部，尽可能地减少路面上的积水；并且，贯穿孔增大了水与混凝土中导热材料的接触面积，使进入混凝土内部的积水可通过导热材料进行快速烘干，从而进一步降低因冰雪融化在路面产生积水的可能性。
进一步地，所述组分的重量份数为：
水190份；
水泥330份；
再生集料790份，所述再生集料包括700份的炉渣陶粒、60份的粉煤灰和30份的废混凝土块；
砂石集料840份，所述砂石集料包括805份的河砂和35份的铁矿砂；
钢纤维45份；
复合陶瓷纤维导热材料45份；
吸水树脂50份；
废旧纺织纤维50份；
引气剂8份；
减水剂5份。
通过采用上述技术方案，在上述配比下制得的混凝土的导热性能最好，能将路面结构内部的热水管产生的热量迅速传递到路面表层，在短时间内迅速融化路面表层的冰雪；并且，吸水性能最佳，融化后的水能够在短时间内进入混凝土的内部，使该混凝土不仅可以快速除去路面的冰雪，还能快速除去路面的积水。
进一步地，所述复合陶瓷纤维导热材料包括氮化铝陶瓷纤维和氮化硼陶瓷纤维，所述氮化铝陶瓷纤维和氮化硼陶瓷纤维的重量比为1:1。
通过采用上述技术方案，具有高导热系数的氮化铝陶瓷纤维和氮化硼陶瓷纤维可大幅度提高混凝土的导热性能，从而增加热量传递的速率，缩短融化积雪的时间。
进一步地，所述吸水树脂为聚丙烯酰胺。
通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺结构单元中的酰胺基易与水结合形成氢键，使其具有很强的吸水性，使导热材料融化后的水尽可能地进入混凝土的内部，从而减少路面上的积水。
进一步地，所述废旧纺织纤维为废旧尼龙。
通过采用上述技术方案，废旧尼龙中含有酰胺基，酰胺基具有较强的氢键缔合能力，与吸水树脂共同起到吸水的作用，使导热材料融化后的水尽可能地进入混凝土的内部，从而减少路面上的积水。
进一步地，所述水泥为P.O 42.5硅酸盐水泥。
通过采用上述技术方案，硅酸盐水泥表面容易吸附水形成极性较强的硅羟基，硅酸盐水泥表面的硅羟基容易与废旧尼龙表面的酰胺基形成氢键，使得分子之间互相缠结以形成网状结构，从而有利于提高混凝土的抗压强度，使得混凝土在受荷时不容易开裂。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸系高性能减水剂中含有羧基，聚羧酸系高性能减水剂中的羧基容易与废旧尼龙中的酰胺基反应生成另一个羧酸酰胺，从而有利于分子之间互相缠结以形成网状结构，进而有利于提高混凝土的抗压强度，使得混凝土在受荷时不容易开裂。
进一步地，所述引气剂为松香、妥尔油、三萜皂甙和木质素所制备的混合树脂C，包括以下制备工艺：
步骤1，将松香、妥尔油、三萜皂甙和木质素按10:3:1:1的重量比投入反应釜中，加热熔化后搅拌均匀，制得混合树脂A；
步骤2，向反应釜中加入马来酸酐、苯醌，对混合树脂A进行加成改性后制得加成树脂B；
步骤3，向反应釜中滴加聚乙二醇与季戊四醇的混合物，在180～250℃下进行接枝酯化反应，生成混合树脂C。
通过采用上述技术方案，引气剂在与混凝土拌合料一起搅拌混合的过程中，可以有效降低水的表面张力，使混凝土拌合料中产生大量气泡，减小料之间的摩擦力，提高混凝土拌合料的流动性和混合均匀性。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种轻质再生混凝土的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1，称取相应份量水泥(P.O 42.5硅酸盐水泥)、再生集料(炉渣陶粒、粉煤灰和废混凝土块)和砂石集料(河砂和铁矿砂)投入搅拌机，转速为200-300r/min，室温条件下搅拌均匀，得到混合物一；
步骤2，称取相应份量的钢纤维、复合陶瓷纤维导热材料(氮化铝陶瓷纤维和氮化硼陶瓷纤维)和废旧纺织纤维(废旧尼龙)加入步骤2的搅拌机中，转速为200-300r/min，室温条件下，继续搅拌均匀，再加入三分之一配比份量的水，继续搅拌混合成颜色均一的砂浆，得到混合物二；
步骤3，向步骤2的搅拌机中加入剩余配比份量的水、引气剂(混合树脂C)和减水剂(聚羧酸系高性能减水剂)，转速为200-300r/min，室温条件下再搅拌至混合均匀，得到混合物三；
步骤4，向步骤3的搅拌机中加入相应份量的吸水树脂(聚丙烯酰胺)，转速为200-300r/min，室温条件下搅拌至混合均匀，得到混凝土。
通过采用上述技术方案，水泥、炉渣陶粒、粉煤灰、钢纤维和废旧纺织纤维在干燥状态下的流动性更强，更易搅拌均匀；水泥、炉渣陶粒、粉煤灰、钢纤维、废旧纺织纤维、砂石集料和复合陶瓷纤维导热材料一起搅拌均匀后，先加入三分之一量的水，水量较少的情况下能够避免混凝土发生离析现象，使混凝土更均匀；引气剂和减水剂的添加量较少，倒数第二步进行添加，能够增加引气剂和减水剂的分散性，使浆体更均匀；最后添加聚丙烯酰胺，可以尽可能地减小水对聚丙烯酰胺吸水性的影响。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本申请通过导热材料对混凝土的导热效果，能够在短时间内迅速融化路面表层的冰雪，使冰雪融化为水；并且，经导热材料融化后的水，可通过引气剂和陶瓷纤维的共同作用产生的贯穿孔进入混凝土的内部，增大了水与混凝土中导热材料的接触面积，使进入混凝土内部的积水可通过导热材料进行烘干；同时，聚丙烯酰胺和废旧尼龙的共同作用可增大混凝土的吸水和导水能力，使导热材料融化后的水尽快且尽可能地进入混凝土的内部，尽可能地减少路面上的积水；
第二、本申请通过加入机械性能好的氮化铝陶瓷纤维，可增强混凝土的耐久性和机械强度，降低劈裂程度，延长该混凝土的使用寿命；
第三、本申请通过加入抗热震性能好的氮化硼陶瓷纤维，可以降低混凝土产生开裂的机会或程度，延长该混凝土的使用寿命；
第四、本申请加入的聚丙烯酰胺和废旧尼龙中含有的酰胺基具有较强的氢键缔合能力，且酰胺基的极性极大，具有较好的耐高温性能和稳定性，从而有利于提高混凝土的耐高温性能，提高混凝土的稳定性；
第五、本申请通过加入炉渣陶粒、粉煤灰和废混凝土块等再生集料以及废旧纺织纤维，有利于提高资源的回收利用率，有利于减少对环境造成的污染。
第六、本申请通过加入具有纤维强度高、弹性好、耐磨性好等特性的废旧纺织纤维，废旧纺织纤维容易在混凝土中形成一种立体乱向的支撑体系，有利于分散混凝土的定向应力，使得混凝土的韧性增强，进而使得混凝土在受压时不容易开裂，有利于提高混凝土的抗拉强度，使混凝土的使用寿命延长。
附图说明
图1是本申请中引气剂的制备工艺的流程示意图；
图2是本申请中混凝土的制备工艺的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
制备例：
参照图1，引气剂的制备工艺：
步骤1，称取60g松香，敲碎后将其投入1000毫升反应釜中，再往反应釜中加入18g妥尔油、6g三萜皂甙和6g木质素，升温到170℃，待混合物完全融化后，开始搅拌，转速为150r/min条件下搅拌20min，制得混合树脂A；
步骤2，向反应釜中加入18g马来酸酐、5g苯醌，升温到165℃，转速为160r/min条件下反应60min，制得加成树脂B；
步骤3，向反应釜中滴加20g聚乙二醇与季戊四醇的混合物，在200℃下进行接枝酯化反应，生成混合树脂C(引气剂)。
实施例：
实施例1：参照图2，一种轻质再生混凝土的制备工艺：
步骤1，称取31kg P.O 42.5硅酸盐水泥、76kg再生集料(68kg炉渣陶粒、5.5kg粉煤灰和2.5kg废混凝土块)和81kg砂石集料(78kg河砂和3kg废混凝土块)投入搅拌机，调节搅拌机的转速为250r/min，室温条件下搅拌均匀，得到混合物一；
步骤2，称取3.5kg钢纤维、3.5kg复合陶瓷纤维导热材料(1.75kg氮化铝陶瓷纤维和1.75kg氮化硼陶瓷纤维)和4.5kg废旧尼龙加入步骤2中的搅拌机，转速调节为250r/min，室温条件下，继续搅拌均匀，再加入6kg水，继续搅拌混合成颜色均一的砂浆，得到混合物二；
步骤3，向步骤2中加入12kg水、0.5kg引气剂(混合树脂C)和0.45kg聚羧酸系高性能减水剂，转速调节为250r/min，室温条件下再搅拌至混合均匀，得到混合物三；
步骤4，向步骤3中加入4.5kg聚丙烯酰胺，转速调节为250r/min，室温条件下搅拌至混合均匀，得到混凝土。
实施例2：参照图2，一种轻质再生混凝土的制备工艺：
步骤1，称取34kg P.O 42.5硅酸盐水泥、85kg再生集料(75kg炉渣陶粒、6.5kg粉煤灰和3.5kg废混凝土块)和87kg砂石集料(83kg河砂和4kg废混凝土块)投入搅拌机，调节搅拌机的转速为250r/min，室温条件下搅拌均匀，得到混合物一；
步骤2，称取4.5kg钢纤维、4.5kg复合陶瓷纤维导热材料(2.25kg氮化铝陶瓷纤维和2.25kg氮化硼陶瓷纤维)和5kg废旧尼龙加入步骤2中的搅拌机，转速调节为250r/min，室温条件下，继续搅拌均匀，再加入6.7kg水，继续搅拌混合成颜色均一的砂浆，得到混合物二；
步骤3，向步骤2中加入13.3kg水、0.8kg引气剂(混合树脂C)和0.5kg聚羧酸系高性能减水剂，转速调节为250r/min，室温条件下再搅拌至混合均匀，得到混合物三；
步骤4，向步骤3中加入5kg聚丙烯酰胺，转速调节为250r/min，室温条件下搅拌至混合均匀，得到混凝土。
实施例3：参照图2，一种轻质再生混凝土的制备工艺：
步骤1，称取32.5kg P.O 42.5硅酸盐水泥、80.5kg再生集料(71.5kg炉渣陶粒、6kg粉煤灰和3kg废混凝土块)和84kg砂石集料(80.5kg河砂和3.5kg废混凝土块)投入搅拌机，调节搅拌机的转速为250r/min，室温条件下搅拌均匀，得到混合物一；
步骤2，称取4kg钢纤维、4kg复合陶瓷纤维导热材料(2kg氮化铝陶瓷纤维和2kg氮化硼陶瓷纤维)和4.75kg废旧尼龙加入步骤2中的搅拌机，转速调节为250r/min，室温条件下，继续搅拌均匀，再加入6.3kg水，继续搅拌混合成颜色均一的砂浆，得到混合物二；
步骤3，向步骤2中加入12.7kg水、0.65kg引气剂(混合树脂C)和0.475kg聚羧酸系高性能减水剂，转速调节为250r/min，室温条件下再搅拌至混合均匀，得到混合物三；
步骤4，向步骤3中加入4.75kg聚丙烯酰胺，转速调节为250r/min，室温条件下搅拌至混合均匀，得到混凝土。
实施例4：参照图2，一种轻质再生混凝土的制备工艺：
步骤1，称取33kg P.O 42.5硅酸盐水泥、79kg再生集料(70kg炉渣陶粒、6kg粉煤灰和3kg废混凝土块)和84kg砂石集料(80.5kg河砂和3.5kg废混凝土块)投入搅拌机，调节搅拌机的转速为250r/min，室温条件下搅拌均匀，得到混合物一；
步骤2，称取4.5kg钢纤维、4.5kg复合陶瓷纤维导热材料(2.25kg氮化铝陶瓷纤维和2.25kg氮化硼陶瓷纤维)和5kg废旧尼龙加入步骤2中的搅拌机，转速调节为250r/min，室温条件下，继续搅拌均匀，再加入6.3kg水，继续搅拌混合成颜色均一的砂浆，得到混合物二；
步骤3，向步骤2中加入12.7kg水、0.8kg引气剂(混合树脂C)和0.5kg聚羧酸系高性能减水剂，转速调节为250r/min，室温条件下再搅拌至混合均匀，得到混合物三；
步骤4，向步骤3中加入5kg聚丙烯酰胺，转速调节为250r/min，室温条件下搅拌至混合均匀，得到混凝土。
对比例：
对比例1：一种轻质再生混凝土的制备工艺，与实施例4不同之处在于，其原料中只含相应份量的水、P.O 42.5硅酸盐水泥、再生集料、砂石集料和聚羧酸系高性能减水剂。
对比例2：一种轻质再生混凝土的制备工艺，与实施例4不同之处在于，其原料中只含相应份量的水、P.O 42.5硅酸盐水泥、再生集料、砂石集料、钢纤维、复合陶瓷纤维导热材料和聚羧酸系高性能减水剂。
对比例3：一种轻质再生混凝土的制备工艺，与实施例4不同之处在于，其原料中只含相应份量的水、P.O 42.5硅酸盐水泥、再生集料、砂石集料、钢纤维、引气剂和聚羧酸系高性能减水剂。
对比例4：一种轻质再生混凝土的制备工艺，与实施例4不同之处在于，其原料中只含相应份量的水、P.O 42.5硅酸盐水泥、再生集料、砂石集料、复合陶瓷纤维导热材料、钢纤维、引气剂和聚羧酸系高性能减水剂。
对比例5：一种轻质再生混凝土的制备工艺，与实施例4不同之处在于，其原料中只含相应份量的水、P.O 42.5硅酸盐水泥、再生集料、砂石集料、复合陶瓷纤维导热材料、钢纤维、引气剂、聚丙烯酰胺和聚羧酸系高性能减水剂。
性能测试：
试验样品：
采用实施例1-4中的工艺制备的混凝土作为试验样品1-4，采用对比例1-5中的工艺制备的混凝土作为对照样品1-5。
将试验样品1-4和对照样品1-5的9组样品的混凝土放入预制2m×2m×0.2m混凝土试块的模具中，并且在模具内预先埋设有呈“十”字交叉的水管，水管的中心位于模具的中心位置处，水管的直径为0.05m，使浇筑成型的混凝土试块内埋设有水管，每组样品浇筑9个标准试块。将标准试块放入标准养护室进行养护，7天后进行拆模。
试验方法：
试验一、融化试验：
每组样品取3块混凝土试块进行融化试验，在温度为0℃的试验环境下，在混凝土试块的表面放置2m×2m×0.05m的冰块，并向水管内通入温度为20℃的热水，用计时器记录混凝土试块上的冰块完全融化所需要的时间，取3块混凝土试块融化冰块时间值的平均值作为该组的融化时间；并观察融化后的冰块是否会在混凝土试块的表面形成积水，以及形成积水的程度，具体测试结果见下表1所示。
试验二、透水试验：
每组样品取3块混凝土试块进行透水试验，根据CJJ/T253-2016《再生骨料透水混凝土应用技术规程》进行混凝土连续孔隙率和透水系数的测试，取3块混凝土试块的连续孔隙率值的平均值作为该组的连续孔隙率，取3块混凝土试块的透水系数值的平均值作为该组的透水系数，具体测试结果见下表1所示。
试验三、抗压强度试验：
每组样品取3块混凝土试块进行抗压强度试验，根据CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行混凝土抗压强度(7d)的测试，取3块混凝土试块的抗压强度值的平均值作为该组的抗压强度，具体测试结果见下表1所示。
试验结果：
表1试验样品1-4和对照样品1-5的测试结果
注：表中的积水程度按照P0、P1、P2、P3、P4的顺序逐级递增。
由表1可知，实施例1-4中，混凝土试块融化冰块的时间依次缩短，说明导热材料(铁矿砂、钢纤维和复合陶瓷纤维导热材料)的重量份数依次变得更优。并且，实施例1-4中，混凝土试块的连续孔隙率和透水系数依次增大，说明引气剂和陶瓷纤维的共同作用产生的贯穿孔的数量依次增多，使混凝土试块的透水效果依次变得更佳；融化后的冰块几乎不会在混凝土试块的表面形成积水，说明吸水树脂和废旧纺织纤维的共同吸水和导水作用使混凝土试块的吸水效果较好。
对比例1-5分别与实施例4相比，对比例1中，不含钢纤维和复合陶瓷纤维导热材料，使得融化时间最长；不含引气剂和陶瓷纤维，使得连续孔隙率和透水系数最小；不含吸水树脂和废旧纺织纤维，使得积水程度最大。进一步说明导热材料、贯穿孔和吸水材料的共同作用可增加混凝土试块的导热效果、提高渗水效果，提升烘干速度，从而减少路面积水的优点。
对比例2中，含有钢纤维，但不含引起剂，使得连续孔隙率和透水系数很小，使得融化后的水聚集在混凝土试块的表面，几乎不渗入混凝土试块的内部，进一步说明引气剂和陶瓷纤维的共同作用对产生贯穿孔具有重要作用。
对比例3中，含有铁矿砂和钢纤维，但不含复合陶瓷纤维导热材料，使得融化时间有所延长，进一步说明铁矿砂、钢纤维和复合陶瓷纤维导热材料的共同作用对融化速率具有重要作用；含有引起剂，但不含复合陶瓷纤维导热材料，使得连续孔隙率和透水系数较小，使得融化后的水大部分聚集在混凝土试块的表面，只有一小部分渗入混凝土试块的内部，进一步说明引气剂和陶瓷纤维的共同作用对产生贯穿孔具有重要作用。
对比例4和对比例5中，含有引起剂和陶瓷纤维，使得连续孔隙率和透水系数与实施例4相差不大，使得混凝土试块的渗水效果较好，使得融化后的水大部分渗入混凝土试块的内部，使得混凝土试块的表面几乎不含有融化后的水，进一步说明引气剂和陶瓷纤维的共同作用对产生贯穿孔具有重要作用。但是对比例4中不含吸水树脂，对比例5和实施例4中均含有吸水树脂，使得对比例5和实施例4中融化后的水可以快速地渗入混凝土试块的内部，进一步说明吸水树脂的吸水作用对混凝土试块的吸水效果具有重要作用；并且，对比例5的透水系数略小于实施例4，说明废旧纺织纤维的吸水和导水作用对混凝土试块的吸水效果具有一定的作用。
由表1可知，实施例1-4和对比例2-5中，混凝土试块的抗压强度较大且相差不大，而对比例1中，混凝土试块的抗压强度较小，说明钢纤维对混凝试块的强度贡献较大；但是，实施例4的抗压强度比对比例5略大，说明钢纤维和废旧尼龙均对混凝土试块的强度具有贡献作用。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
