一种ECC材料在再生骨料强化中的应用、再生强化骨料及其制备方法和应用

摘要

本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种ECC材料在再生骨料强化中的应用、再生强化骨料及其制备方法和应用。本发明提供了一种ECC材料在再生骨料强化中的应用，该ECC材料具有硬化后应变硬化特征良好、在拉伸作用下多缝开裂的特点，能够显著提升再生骨料的品质；本发明还提供了一种再生强化骨料，包括再生骨料和包裹在再生骨料表面的ECC层，利用ECC层填充再生骨料孔隙，对其表面进行包裹，达到密实界面过渡区并增强再生骨料力学性能的目的；该方法还可以增加混凝土的延性，提升混凝土结构在静力和动力荷载下的耗能水平。测试表明，本发明提供的再生强化骨料压28d压碎指标为12.21％，28d抗压强度达49MPa。

权利要求

1.一种ECC材料在再生骨料强化中的应用；

以质量份计，所述ECC材料由以下制备原料制备得到：

2.权利要求1所述的应用，其特征在于，所述ECC材料的制备方法，包括以下步骤：将水泥和粉煤灰混合，得到第一混合物；

将所述第一混合物、减水剂和水进行第一搅拌，得到第二混合物；

将所述第二混合物与PE纤维进行第二搅拌，得到ECC；

所述第一搅拌的时间为4～5min；所述第二搅拌的时间为1～2min。

3.一种再生强化骨料，包括再生骨料和包裹在所述再生骨料表面的ECC层；所述ECC层为权利要求1或2所述的ECC材料构成。

4.根据权利要求3所述的再生强化骨料，其特征在于，所述再生骨料的粒径为5～20mm。

5.根据权利要求3所述的再生强化骨料，其特征在于，所述ECC层的厚度为0.1～1.2mm。

6.权利要求3～5任一项所述再生强化骨料的制备方法，包括如下步骤：将再生骨料、ECC材料和速凝剂溶液搅拌，得到再生强化骨料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述速凝剂溶液中速凝剂与水的质量比为(3～4)：(28～38)；所述再生骨料、ECC中水泥与速凝剂溶液中速凝剂的质量比为1000：(113～152)：(3～4)。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述速凝剂溶液中溶质为硫酸铝。

9.权利要求3～5任一项所述再生强化骨料在混凝土、砂浆和再生砖中的应用。

说明书

一种ECC材料在再生骨料强化中的应用、再生强化骨料及其制

备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种ECC材料在再生骨料强化中的应用、再生强化骨料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 为了解决大量建筑垃圾回收利用和砂石等建筑资源浪费的问题，将建筑垃圾中的大量废混凝土破碎加工成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制成的新混凝土称为再生混凝土。由于废混凝土简单破碎后得到的再生骨料棱角多、表面粗糙、组分中含有原硬化砂浆，其性能显著劣于天然骨料，通常用于制备低等级混凝土。为使建筑业走上可持续发展的道路，必须进行强化处理来提高混凝土再生骨料的品质，以提高再生混凝土的使用价值。

[0003] 目前，常用的混凝土再生骨料强化方法有两种，分别是化学强化法和物理强化法。化学强化法使用化学浆液对再生骨料进行浸渍、淋洗、干燥等处理，直接或间接地填充再生骨料的孔隙，但这种方法只能对再生骨料表面进行修补，且化学溶液成本高还容易造成二次污染，在经济性和实用性方面有很大局限。物理强化法使用机械设备对再生骨料进行进一步处理，通过骨料之间的相互撞击、磨削等机械作用除去表面黏附的水泥砂浆和颗粒棱角，然而物理强化法利用的机械耗能较多，且会使再生骨料进一步受损，降低其对混凝土力学性能的贡献。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种ECC材料在再生骨料强化中的应用，该ECC材料具有硬化后应变硬化特征良好、在拉伸荷载作用下可产生多条细密裂缝的特点，能够显著提升再生骨料的品质；本发明还提供了一种再生强化骨料，所述再生强化骨料具有较高的抗压强度，且压碎指标接近天然骨料，品质优良；本发明还提供了一种简单易行、适用于工业化生产的制备方法。

[0005] 为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

[0006] 本发明提供了一种ECC材料在再生骨料强化中的应用。

[0007] 优选的，以质量份计，所述ECC材料由以下制备原料制备得到：

[0008]

[0009] 优选的，所述ECC材料的制备方法，包括以下步骤：

[0010] 将水泥和粉煤灰混合，得到第一混合物；

[0011] 将所述第一混合物、减水剂和水进行第一搅拌，得到第二混合物；

[0012] 将所述第二混合物与PE纤维进行第二搅拌，得到ECC；

[0013] 所述第一搅拌的时间为4～5min；所述第二搅拌的时间为1～2min。

[0014] 本发明还提供了一种再生强化骨料，包括再生骨料和包裹在所述再生骨料表面的ECC层。

[0015] 优选的，所述再生骨料的粒径为5～20mm。

[0016] 优选的，所述ECC层的厚度为0.1～1.2mm。

[0017] 本发明还提供了上述技术方案所述再生强化骨料的制备方法，包括如下步骤：

[0018] 将再生骨料、ECC材料和速凝剂溶液搅拌，得到再生强化骨料。

[0019] 优选的，所述速凝剂溶液中速凝剂与水的质量比为(3～4)：(28～38)；所述再生骨料、ECC中水泥与速凝剂溶液中速凝剂的质量比为1000：(113～152)：(3～4)。

[0020] 优选的，所述速凝剂溶液中溶质为硫酸铝。

[0021] 本发明还提供了上述技术方案所述再生强化骨料在混凝土、砂浆和再生砖中的应用。

[0022] 本发明提供了一种ECC材料在再生骨料强化中的应用，该ECC材料硬化后具有良好且显著的应变硬化特征、在拉伸荷载作用下可产生多条细密裂缝、极限拉应变可稳定地达到3％以上，具有硬化后应变硬化特征良好、在拉伸荷载作用下可产生多条细密裂缝的特点，能够显著提升再生骨料的品质。

[0023] 本发明提供了一种再生强化骨料，包括再生骨料和包裹在再生骨料表面的ECC层。再生骨料由于内部多种新老界面过渡区的存在，其力学性能和耐久性能较天然骨料有所降低，本发明通过在再生骨料表面包裹一层ECC层，利用ECC层对再生骨料间隙的填充和表面的包裹，达到密实界面过渡区并增强再生骨料力学性能的目的，得到了力学性能和耐久性能显著提高的再生强化骨料，经济性和实用性得到了提升。

[0024] 实验数据表明，本发明提供的再生强化骨料28d压碎指标仅12.21％，由本发明提供的再生强化骨料制备得到的再生混凝土的7d抗压强度达到37.62MPa，14d抗压强度达到43.88MPa，28d抗压强度达到49.00MPa。

具体实施方式

[0025] 本发明提供了一种ECC材料在再生骨料强化中的应用。

[0026] 在本发明中，所述再生骨料的粒径优选为5～20mm，更优选为8～17mm，再优选为10～15mm。本发明对所述再生骨料的来源没有特殊限定，现有常规混凝土再生骨料即可。

[0027] 在本发明中，以质量份计，所述ECC材料优选由以下原料制备得到：

[0028]

[0029] 在本发明中，若无特殊说明，所有的制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

[0030] 以质量份计，本发明所述ECC材料的制备原料优选包括水泥113～152份，更优选为113～145份，再优选为113～140份。在本发明中，所述水泥优选为硅酸盐水泥。在本发明中，所述水泥的级数优选为42.5～52.5级。本发明的实施例优选使用海螺牌普通硅酸盐水泥P·O42.5R。

[0031] 以所述水泥的质量份为基准，本发明所述ECC的制备原料优选包括粉煤灰38～52份，更优选为38～46份，再优选为38～42份。在本发明中，所述粉煤灰优选为I级粉煤灰。在本发明中，所述粉煤灰的细度优选为0.045mm方孔筛筛余量≤12％。本发明的实施例优选使用微神VCEM粉煤灰V1500-I级。本发明所述粉煤灰可以提高ECC的和易性，抑制ECC泌水，降低ECC的水化热，有利于提高ECC的后期强度和耐久性。

[0032] 以所述水泥的质量份为基准，本发明所述ECC材料的制备原料优选包括PE纤维1.4～1.9份，更优选为1.45～1.85份，再优选为1.5～1.8份。在本发明中，所述PE纤维的长度优选为6～20mm，更优选为10～16mm，再优选为12～14mm；直径优选为10～38μm，更优选为15～33μm，再优选为20～30μm。本发明所述PE纤维为憎水性纤维，PE纤维表面与ECC材料其他组分无化学粘结应力，其与基体的粘结滑移关系随龄期延长而更为稳定，PE纤维表面无需涂油处理，因此可有效改善ECC材料的耐久性，此外，PE纤维可以有效增韧水泥浆基体强度。

[0033] 以所述水泥的质量份为基准，本发明所述ECC材料的制备原料优选包括减水剂3.5～4.7份，更优选为3.8～4.3份，再优选为3.9～4.1份。本发明对所述减水剂没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的减水剂即可，在本发明的实施例中，具体的，如碳酸锂。

[0034] 以所述水泥的质量份为基准，本发明所述ECC材料的制备原料优选包括水30～41份，更优选为32～39份，再优选为34～37份。

[0035] 在本发明中，所述ECC材料的制备方法，优选包括以下步骤：

[0036] 将水泥和粉煤灰混合，得到第一混合物；

[0037] 将所述第一混合物、减水剂和水进行第一搅拌，得到第二混合物；

[0038] 将所述第二混合物与PE纤维进行第二搅拌，得到ECC材料；

[0039] 所述第一搅拌的时间为4～5min；所述第二搅拌的时间为1～2min。

[0040] 本发明对所述第一搅拌和第二搅拌的搅拌速率没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌速率即可。本发明通过分步骤混合，保证ECC材料中的PE纤维分散良好。

[0041] 本发明还提供了一种再生强化骨料，包括再生骨料和包裹在所述再生骨料表面的ECC层。

[0042] 在本发明中，所述再生骨料的粒径优选为5～20mm，更优选为8～17mm，再优选为10～15mm。本发明对所述再生骨料的来源没有特殊限定，现有常规混凝土再生骨料即可。在本发明中，所述ECC层的厚度优选为0.1～1.2mm，更优选为0.3～1.0mm，再优选为0.5～0.8mm。

[0043] 本发明还提供了上述技术方案所述再生强化骨料的制备方法，包括如下步骤：

[0044] 将再生骨料、ECC材料和速凝剂溶液搅拌，得到再生强化骨料。

[0045] 在本发明中，所述速凝剂溶液中速凝剂与水的质量比优选为(3～4)：(28～38)。在本发明中，所述再生骨料、ECC中水泥与速凝剂溶液中速凝剂的质量比优选为1000：(113～152)：(3～4)。在本发明中，所述搅拌的时间优选为4～5min，更优选为4.2～4.8min；本发明对所述搅拌的速率没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌速率即可。

[0046] 在本发明中，所述速凝剂溶液中溶质优选为硫酸铝。在本发明中，所述速凝剂有利于使再生骨料表面的ECC迅速凝结。

[0047] 本发明优选将再生骨料和ECC材料混合后，于1min内加入速凝剂溶液，得到混合体系；所述混合的方式优选为搅拌，本发明对所述搅拌的速率没有特殊限定；

[0048] 得到所述混合体系后，本发明优选将所述混合体系进行搅拌处理；所述搅拌处理的时间优选为1～2min，本发明对所述搅拌处理的搅拌速率没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌速率即可。

[0049] 本发明还提供了上述技术方案所述再生强化骨料在混凝土、砂浆和再生砖中的应用。

[0050] 为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的再生强化骨料及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。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。

[0051] 实施例1

[0052] 将0.795kg水泥、0.265kg粉煤灰混合，得到第一混合物，将第一混合物、25g减水剂和212g水混合搅拌4.5min，得到第二混合物，将第二混合物与10g的PE纤维混合搅拌1.5min，得到ECC材料。将21.2g硫酸铝与201g水混合得到硫酸铝水溶液；将得到的ECC材料、
222.2g硫酸铝水溶液与7kg废混凝土混合搅拌1.5min，得到再生强化骨料。

[0053] 对比例1

[0054] 实施例1中使用的再生骨料。

[0055] 对比例2

[0056] 市售天然骨料。

[0057] 按照JGJ 52-2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》，测试实施例1和对比例1～2骨料压碎指标，检测结果见表1。

[0058] 表1实施例1和对比例1～2骨料压碎指标测试结果(％)

[0059]

[0060] 由表1可见，本发明提供的再生强化骨料养护28天后的压碎指标仅为12.21％，相比较普通市售再生骨料(对比例1)，压碎指标提高了37.4％，更加接近天然骨料的压碎指标，实用性得到提升。且由表1实施例1不同养护时间的压碎指标可见，实施例1所得再生强化骨料的压碎指标随着养护天数的增加而减小，说明再生强化骨料表面ECC材料不断水化，与骨料结合更加密实，这也侧面表明了再生强化骨料具有混凝土界面过渡区不断增强的优点。

[0061] 以实施例1的再生强化骨料和对比例1的再生骨料为混凝土用骨料，在同一混凝土配合比下，得到再生混凝土；所述再生混凝土的物料配比为(质量比为：

[0062] 实施例1的再生强化骨料或对比例1的再生骨料1份；

[0063] 水0.256份；

[0064] 水泥0.503份；

[0065] 河砂0.539份。

[0066] 按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试再生混凝土立方体抗压强度，检测结果见表2。

[0067] 表2实施例1和对比例1得到的再生混凝土力学性能测试结果

[0068]  实施例1 对比例1
养护时间/d 抗压强度/MPa 抗压强度/MPa
7 39.92 29.90
14 43.88 33.41
28 49.00 37.85

[0069] 由表2可见，由本发明提供的再生强化骨料参与制备的混凝土，养护7d抗压强度达到39.92MPa，养护14d抗压强度达到43.88MPa，养护28d抗压强度达到49.00MPa，相比较普通市售再生骨料(对比例1)，力学性能得到显著提升。

[0070] 本发明提供的ECC材料具有硬化后具有良好应变硬化特征、在拉伸荷载作用下可产生多条细密裂缝的特点；提供的再生强化骨料利用ECC层对再生骨料间隙的填充和表面的包裹，达到密实界面过渡区并增强再生骨料力学性能的目的，得到了力学性能和耐久性能显著提高的再生强化骨料，经济性和实用性得到了提升，且避免了再生骨料在加工过程中进一步受损；本发明提供的再生强化骨料制备方法工艺简单，适于工业化推广。

[0071] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。