一种强化再生骨料混凝土的制备方法与流程

1.本发明涉及再生骨料，属于再生骨料混凝土。


背景技术：

2.再生骨料制品技术是发展绿色混凝土，实现建筑、资源、环境可持续发展的主要措施之一，正日益引起混凝土研究者们的关注，并越来越受到工程界的重视。
3.近年来，我国建筑垃圾产生量巨大，约35亿吨/年，其中拆建垃圾15亿吨，工程弃土20亿吨，但资源化率不足5％，远低于发达国家和地区的70％-98％。随着城镇化进程的高速发展，建筑垃圾产生量显著增加，露天堆放、简易填埋等处理方式造成了环境的污染和资源的巨大浪费。另一方面，工程用混凝土粗骨料的开采量也非常巨大，造成了自然资源的过度消耗和环境破坏。
4.但是再生骨料的性质劣于天然骨料，使再生骨料混凝土性能较差，影响混凝土结构的使用寿命和安全性，使再生混凝土在工程应用中受到限制。虽然通过优化再生骨料级配，选择合适的再生骨料取代率，可弱化再生骨料对再生骨料混凝土性能的不利影响，但并未从本质上改善再生骨料的缺陷。因此，有必要对再生骨料进行强化预处理，以提升再生骨料及再生骨料混凝土的抗压和耐磨性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种强化再生骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
6.一种强化再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.s1：按重量组分计，将1000-1200份废弃混凝土、1000-1500份水、10-20份硅酸钠，加入到混凝土搅拌机中以10-12r/min搅拌处理5-8h后晾干，经过4mm的改良筛得再生骨料ⅰ；加水搅拌以去除较小的颗粒、灰尘和附着砂浆，，利于后续再生骨料的改性；采用硅酸钠在再生骨料表面形成玻璃状的覆盖膜，并且对再生骨料孔隙和微裂纹进行有效填充，提高再生骨料的强度，在混凝土硬化后，膜状的硅酸钠与水泥水化产生的氢氧化钙发应生成硅酸钙，可以显著改善混凝土过渡区的强度，增加骨料与水泥石之间的胶结性能。
8.s2：按重量组分计，将100-120份改性石墨烯、5-8份聚丙烯酰胺包裹的铜粉、5-10份硅烷偶联剂置于搅拌器中混合均匀，在100-120℃条件下保温4-5h，降温冷却到室温，制得改性剂；
9.s3：按重量组分计，将1000-1200份再生骨料ⅰ、40-60份环氧树脂、1-2份减水剂加入到混凝土搅拌机中以50-60r/min搅拌5-8h后得再生骨料ⅱ；
10.s4：按重量组分计，将800-1000份的再生骨料ⅱ、100-120份改性剂，加入到混凝土搅拌机中在100-120℃条件下，以50-60r/min真空搅拌10-12h得再生骨料ⅲ；
11.s5：将步骤s4所得改性再生骨料ⅲ、天然骨料、水泥、砂和水按比例搅拌得到强化再生骨料混凝土。
12.优选的，步骤s1中废弃混凝土的抗压强度高于10mpa。
13.优选的，步骤s2中所述聚丙烯酰胺包裹的铜粉的合成工艺为，按重量组分计，将去离子水和无水乙醇按质量比1:10的比例配成乙醇水溶液，取400-500份乙醇水溶液，向乙醇水溶液中加入4-5份质量分数为1-2％的kh-560溶液得到混合溶液a，然后向混合溶液a中加入纳米铜粉4-5份，得混合溶液b，然后调节混合溶液b的ph值为5-6得到混合溶液c，将混合溶液c离心后取沉淀用乙醇洗涤得固体d，将固体d真空干燥5-8h得经kh-560处理过的cu-kh-560粒子；将4-5份cu-kh-560粒子和0.1-0.15份十二烷基苯磺酸钠加入到100-120份水中，调节ph至4-5超声分散30-40min得混合溶液e，向混合液e中加入丙烯酰胺8-10份和0.1-0.2份过硫酸铵得混合溶液f，然后调节混合溶液f的ph值为8-10离心后取沉淀用乙醇洗涤得固定g，将固体g真空干燥后得聚丙烯酰胺包裹的铜粉。
14.优选的，步骤s2中所述改性石墨烯的合成工艺为，将质量比为1：0.3-0.5的氧化石墨和硅烷偶联剂加入到n,n-二甲基甲酰胺中在40-80℃搅拌反应24-48h，得到硅烷偶联剂接枝的氧化石墨；将硅烷偶联剂接枝的氧化石墨加入到还原剂中，在40-80℃搅拌还原反应24-48h，得到硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液；将硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液进行抽滤、洗涤，或离心、洗涤后，干燥处理得到改性石墨烯；所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
15.优选的，所述硅烷偶联剂接枝的氧化石墨与还原剂的质量比为1：1-2；所述还原剂为水合肼、硼氢化钠中的一种。
16.优选的，步骤s2中的硅烷偶联剂为3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷。
17.优选的，步骤s5的具体过程为，按重量组分计，将100-600份再生骨料ⅲ、100-600份天然骨料、300份水泥、450份砂、150份水加入到混凝土搅拌机中，转速为20-30r/min,搅拌温度为50-60℃，搅拌8-10h得强化再生骨料混凝土。
18.本发明的有益效果在于：
19.1.本发明中采用硅酸钠在再生骨料表面形成玻璃状的覆盖膜，并且对再生骨料孔隙和微裂纹进行有效填充，提高再生骨料的强度，在混凝土硬化后，膜状的硅酸钠与水泥水化产生的氢氧化钙发应生成硅酸钙，可以显著改善混凝土强度，增加骨料与水泥石之间的胶结性能。
20.2.经过硅酸钠处理过的再生骨料ⅰ表面有羟基、羧基、硅氧键等官能团，易于环氧树脂表面游离的羟基结合，从而增加再生骨料的抗压和耐磨性能。
21.3.石墨烯具有良好的力学性能，石墨烯可以在磨损表面形成吸附减摩层和摩擦化学反应膜,两者具有协同作用,能够有效减缓摩擦磨损，但是由于石墨烯片层之间有非常强的π-π堆积作用，即使将石墨烯分散在再生骨料中也容易发生团聚，从而在实际应用中受到很大的限制。为解决这一问题，本发明通过在石墨烯表面上用硅烷偶联剂修饰，将石墨烯与环氧树脂相结合，来提高石墨烯在再生骨料中的分散性。纳米铜粉具有良好的抗磨耐磨和抗压效果，但由于纳米尺寸效应，容易氧化，本发明通过将纳米铜表面包覆聚丙烯酰胺改性后，再通过硅烷偶联剂与改性石墨烯相连，再通过硅烷偶联剂与环氧树脂连接从而与再生骨料相结合。改性石墨烯与纳米铜协同作用，增加了再生骨料的耐磨性。
22.4.经过4mm改良筛筛选过的再生骨料与天然骨料、水泥、沙和水混合，使再生骨料混凝土的抗压和耐磨性能得到大幅度提升，大量利用废弃混凝土，减少资源消费，减轻对环境的污染，达到节能减排和发展循环经济的目的。
23.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
24.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
25.实施例1
26.将去离子水和无水乙醇按质量比1:10的比例配成乙醇水溶液，取4000g乙醇水溶液,向乙醇水溶液中加入40g质量分数为1％的kh-560溶液得到混合溶液a，然后向混合溶液a中加入纳米铜粉40g，得混合溶液b，然后调节混合溶液b的ph值为5得到混合溶液c，将混合溶液c离心后取沉淀用乙醇洗涤得固体d，将固体d真空干燥5h，得经kh-560处理过的cu-kh-560粒子；将40gcu-kh-560粒子和1g十二烷基苯磺酸钠加入到1000g水中，调节ph至4超声分散30min得混合溶液e，向混合液e中加入丙烯酰胺80g和1g过硫酸铵得混合溶液f，然后调节混合溶液f的ph值为8离心后取沉淀用乙醇洗涤得固定g，将固体g真空干燥后得聚丙烯酰胺包裹的铜粉。
27.将质量比为1：0.3的氧化石墨和硅烷偶联剂加入到n,n-二甲基甲酰胺中在40℃搅拌反应24h，得到硅烷偶联剂接枝的氧化石墨；将硅烷偶联剂接枝的氧化石墨加入到水合肼溶液中，在40℃搅拌还原反应24h，得到硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液；将硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液进行抽滤、洗涤，或离心、洗涤后，干燥处理得到改性石墨烯；所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。硅烷偶联剂接枝的氧化石墨与还原剂的质量比为1：1。
28.s1：将1000g废弃混凝土、1000g水、10g硅酸钠，加入到混凝土搅拌机中以10r/min搅拌处理5h后晾干，经过4mm的改良筛得再生骨料ⅰ；
29.s2：将100g改性石墨烯、5g聚丙烯酰胺包裹的铜粉、5g3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷置于搅拌器中混合均匀，在100℃条件下保温4h，降温冷却到室温，制得改性剂。
30.s3：将1000g再生骨料ⅰ、40g环氧树脂、1g减水剂加入到混凝土搅拌机中以50r/min搅拌5h后得再生骨料ⅱ；
31.s4：将800g的再生骨料ⅱ、100g改性剂，加入到混凝土搅拌机中在100℃条件下，以50r/min真空搅拌10h得再生骨料ⅲ；
32.s5:将100g再生骨料ⅲ、100g天然骨料、300g水泥、450g砂、150g水加入到混凝土搅拌机中，转速为20r/min,搅拌温度为50℃，搅拌8h得强化再生骨料混凝土。
33.实施例2
34.将去离子水和无水乙醇按质量比1:10的比例配成乙醇水溶液，取5000g乙醇水溶液,向乙醇水溶液中加入50g质量分数为2％的kh-560溶液得到混合溶液a，然后向混合溶液a中加入纳米铜粉50g，得混合溶液b，然后调节混合溶液b的ph值为6得到混合溶液c，将混合溶液c离心后取沉淀用乙醇洗涤得固体d，将固体d真空干燥8h得经kh-560处理过的cu-kh-560粒子；将50gcu-kh-560粒子和1.5g十二烷基苯磺酸钠加入到1200g水中，调节ph至5超声分散40min得混合溶液e，向混合液e中加入丙烯酰胺100g和2g过硫酸铵得混合溶液f，然后调节混合溶液f的ph值为10离心后取沉淀用乙醇洗涤得固定g，将固体g真空干燥后得聚丙烯酰胺包裹的铜粉。
35.将质量比为1：0.5的氧化石墨和硅烷偶联剂加入到n,n-二甲基甲酰胺中在80℃搅拌反应48h，得到硅烷偶联剂接枝的氧化石墨；将硅烷偶联剂接枝的氧化石墨加入到硼氢化钠溶液中，在80℃搅拌还原反应48h，得到硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液；将硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液进行抽滤、洗涤，或离心、洗涤后，干燥处理得到改性石墨烯；所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。硅烷偶联剂接枝的氧化石墨与还原剂的质量比为1：2。
36.s1：将1200g废弃混凝土、1500g水、20g硅酸钠，加入到混凝土搅拌机中以12r/min搅拌处理8h后晾干，经过4mm的改良筛得再生骨料ⅰ；
37.s2：将120g改性石墨烯、8g聚丙烯酰胺包裹的铜粉、10g3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷置于搅拌器中混合均匀，在120℃条件下保温5h，降温冷却到室温，制得改性剂。
38.s3：将1200g再生骨料ⅰ、60g环氧树脂、2g减水剂加入到混凝土搅拌机中以60r/min搅拌8h后得再生骨料ⅱ；
39.s4：将1000g的再生骨料ⅱ、120g改性剂，加入到混凝土搅拌机中在120℃条件下，以60r/min真空搅拌12h得再生骨料ⅲ；
40.s5:将600g再生骨料ⅲ、600g天然骨料、300g水泥、450g砂、150g水加入到混凝土搅拌机中，转速为30r/min,搅拌温度为60℃，搅拌10h得强化再生骨料混凝土。
41.实施例3
42.将去离子水和无水乙醇按质量比1:10的比例配成乙醇水溶液，取4500g乙醇水溶液,向乙醇水溶液中加入45g质量分数为1.5％的kh-560溶液得到混合溶液a，然后向混合溶液a中加入纳米铜粉45g，得混合溶液b，然后调节混合溶液b的ph值为5.5得到混合溶液c，将混合溶液c离心后取沉淀用乙醇洗涤得固体d，将固体d真空干燥6.5h得经kh-560处理过的cu-kh-560粒子；将45gcu-kh-560粒子和1.25g十二烷基苯磺酸钠加入到1100g水中，调节ph至4.5超声分散35min得混合溶液e，向混合液e中加入丙烯酰胺90g和1.5g过硫酸铵得混合溶液f，然后调节混合溶液f的ph值为9离心后取沉淀用乙醇洗涤得固定g，将固体g真空干燥后得聚丙烯酰胺包裹的铜粉。
43.将质量比为1：0.4的氧化石墨和硅烷偶联剂加入到n,n-二甲基甲酰胺中在60℃搅拌反应36h，得到硅烷偶联剂接枝的氧化石墨；将硅烷偶联剂接枝的氧化石墨加入到硼氢化钠溶液中，在60℃搅拌还原反应36h，得到硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液；将硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液进行抽滤、洗涤，或离心、洗涤后，干燥处理得到改性石墨烯；所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。硅烷偶联剂接枝的氧化石墨与还原剂的质量比为1：1.5。
44.s1：将1100g废弃混凝土、1250g水、15g硅酸钠，加入到混凝土搅拌机中以11r/min搅拌处理6.5h后晾干，经过4mm的改良筛得再生骨料ⅰ；
45.s2：将110g改性石墨烯、6.5g聚丙烯酰胺包裹的铜粉、7.5g3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷置于搅拌器中混合均匀，在110℃条件下保温4.5h，降温冷却到室温，制得改性剂。
46.s3：将1100g再生骨料ⅰ、50g环氧树脂、1.5g减水剂加入到混凝土搅拌机中以55r/min搅拌6.5h后得再生骨料ⅱ；
47.s4：将900g的再生骨料ⅱ、110g改性剂，加入到混凝土搅拌机中在110℃条件下，以55r/min真空搅拌11h得再生骨料ⅲ；
48.s5:将350g再生骨料ⅲ、350g天然骨料、300g水泥、450g砂、150g水加入到混凝土搅拌机中，转速为25r/min,搅拌温度为55℃，搅拌9h得强化再生骨料混凝土。
49.对比例1
50.将350g废弃混凝土、350g天然骨料、300g水泥、450g砂、150g水加入到混凝土搅拌机中，转速为25r/min,搅拌温度为55℃，搅拌9h得混凝土。
51.将实施例1-3和对比例1所得混凝土参照参考gb/t50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》的方法制备标准试块，测试混凝土28d的抗压强度，按照gb1768检测其耐磨性能；记录数据如表1。
52.序号抗压强度/mpa磨耗/mg实施例165.20.031实施例268.30.021实施例366.20.025对比例121.20.092
53.表1
54.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
55.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种强化再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：按重量组分计，将1000-1200份废弃混凝土、1000-1500份水、10-20份硅酸钠，加入到混凝土搅拌机中以10-12r/min搅拌处理5-8h后晾干，经过4mm的改良筛得再生骨料ⅰ；s2：按重量组分计，将100-120份改性石墨烯、5-8份聚丙烯酰胺包裹的铜粉、5-10份硅烷偶联剂置于搅拌器中混合均匀，在100-120℃条件下保温4-5h，降温冷却到室温，制得改性剂；s3：按重量组分计，将1000-1200份再生骨料ⅰ、40-60份环氧树脂、1-2份减水剂加入到混凝土搅拌机中以50-60r/min搅拌5-8h后得再生骨料ⅱ；s4：按重量组分计，将800-1000份的再生骨料ⅱ、100-120份改性剂，加入到混凝土搅拌机中在100-120℃条件下，以50-60r/min真空搅拌10-12h得再生骨料ⅲ；s5：将步骤s4所得改性再生骨料ⅲ、天然骨料、水泥、砂和水按比例搅拌得到强化再生骨料混凝土。2.根据权利要求1所述的一种强化再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s1中废弃混凝土的抗压强度高于10mpa。3.根据权利要求1所述一种强化再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述聚丙烯酰胺包裹的铜粉的合成工艺为，按重量组分计，将去离子水和无水乙醇按质量比1:10的比例配成乙醇水溶液，取400-500份乙醇水溶液，向乙醇水溶液中加入4-5份质量分数为1-2％的kh-560溶液得到混合溶液a，然后向混合溶液a中加入纳米铜粉4-5份，得混合溶液b，然后调节混合溶液b的ph值为5-6得到混合溶液c，将混合溶液c离心后取沉淀用乙醇洗涤得固体d，将固体d真空干燥5-8h得经kh-560处理过的cu-kh-560粒子；将4-5份cu-kh-560粒子和0.1-0.15份十二烷基苯磺酸钠加入到100-120份水中，调节ph至4-5超声分散30-40min得混合溶液e，向混合液e中加入丙烯酰胺8-10份和0.1-0.2份过硫酸铵得混合溶液f，然后调节混合溶液f的ph值为8-10离心后取沉淀用乙醇洗涤得固定g，将固体g真空干燥后得聚丙烯酰胺包裹的铜粉。4.根据权利要求1所述一种强化再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述改性石墨烯的合成工艺为，将质量比为1：0.3-0.5的氧化石墨和硅烷偶联剂加入到n,n-二甲基甲酰胺中在40-80℃搅拌反应24-48h，得到硅烷偶联剂接枝的氧化石墨；将硅烷偶联剂接枝的氧化石墨加入到还原剂中，在40-80℃搅拌还原反应24-48h，得到硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液；将硅烷偶联剂接枝的石墨烯溶液进行抽滤、洗涤，或离心、洗涤后，干燥处理得到改性石墨烯；所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。5.根据权利要求4所述一种强化再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂接枝的氧化石墨与还原剂的质量比为1：1-2；所述还原剂为水合肼、硼氢化钠中的一种。6.根据权利要求1所述一种强化再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s2中的硅烷偶联剂为3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷。7.根据权利要求1所述的一种强化再生骨料混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s5的具体过程为，按重量组分计，将100-600份再生骨料ⅲ、100-600份天然骨料、300份水泥、450份砂、150份水加入到混凝土搅拌机中，转速为20-30r/min,搅拌温度为50-60℃，搅拌8-10h得强化再生骨料混凝土。

技术总结
本发明提供了一种强化再生骨料混凝土的制备方法，具体步骤为，首先将废弃混凝土经过前处理，去除较小的颗粒、灰尘和附着砂浆，再与环氧树脂和减水剂混合，最后加入聚丙烯酰胺包裹的铜粉、改性石墨烯、硅烷偶联剂，制得的强化骨料，再将强化骨料与天然骨料、水泥、水和沙按照一定比例混合搅拌制得强化再生骨料混凝土。照一定比例混合搅拌制得强化再生骨料混凝土。


技术研发人员：陈勇 舒建波 阳洋 任炜 郝建武 王元守 师长贺 李文兵 刘志远
受保护的技术使用者：中交一公局集团有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/8/28