一種磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土及其制備方法，其各組分的重量百分比為：氧化鎂12～30%、磷酸鹽8～20%、復合緩凝劑2～10%、摻合料5～15%、再生細骨料5～20%、再生粗骨料5～30%、天然細骨料0～10%、天然粗骨料0～15%，水為余量；磷酸鎂水泥保證了混凝土較高的早期強度、收縮率小和較強的粘結性能及良好的抗腐蝕性能，摻合料保證了混凝土強度的穩(wěn)定增長并改善了耐久性和體積穩(wěn)定性。本發(fā)明的效果是該混凝土材料適用于結構混凝土及高性能再生骨料混凝土，可用于硫酸鹽侵蝕、海水侵蝕、高溫環(huán)境和低溫環(huán)境等惡劣條件下的土木工程；實現(xiàn)了對廢棄混凝土的高效利用，降低天然砂石料的開采，降低工程造價、達到利廢環(huán)保的目的。
【專利說明】一種磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料領域混凝土類，涉及一種利用磷酸鹽水泥和再生骨料制備的結構混凝土及高性能再生混凝土及其制備方法。

【背景技術】
[0002]圍繞我國基礎設施建設和城市化進程，一方面，混凝土市場需求逐年增加，造成嚴重的原材料資源短缺；另一方面，廢棄混凝土除小部分被用作建筑物和道路的基礎墊層外，大部分被運往郊區(qū)，采用堆放或填埋的方式進行處理。建筑垃圾對城市發(fā)展和人居環(huán)境造成了嚴重的危害。因此，廢棄混凝土再生利用具有重大的工程價值與環(huán)保意義。
[0003]將廢棄混凝土進行破碎、分解、清洗并分級處理后，將不同大小的顆粒按一定的比例、級配混合形成再生混凝土骨料，簡稱再生骨料。再生骨料主要由表面包裹著水泥砂漿的顆粒(大部分)，水泥砂漿顆粒(部分)及天然顆粒(少量)，與天然骨料相比，由于內(nèi)在損傷和砂漿組分，再生骨料具有壓碎值高、吸水率高、表觀密度小、界面粘結力差等性質(zhì)，導致再生混凝土的強度、收縮性能及耐久性能等較普通混凝土差，制約其在沿海、除冰鹽等惡劣環(huán)境下混凝土結構中的應用。
[0004]再生混凝土材料及其在結構中應用主要集中在再生粗骨料方面，各國也相繼出臺了一些有關再生混凝土結構設計的實用性規(guī)范。北京市地方標準《再生混凝土結構設計規(guī)程》(DB11/T 803-2011)，綜合考慮再生混凝土質(zhì)量和再生粗骨料取代率過高對再生混凝土性能的影響，規(guī)定再生混凝土的再生粗骨料取代率宜為30%-50%，限制再生細骨料的使用，主要是由于再生細骨料作為結構混凝土的使用目前依然存在許多難以克服的技術問題。
[0005]因此，努力擴大再生骨料的應用范圍，提高廢棄混凝土的再生利用率，對于我國經(jīng)濟的長期可持續(xù)發(fā)展無疑具有重要的社會意義。
[0006]磷酸鎂水泥(MPC)是由氧化鎂、磷酸鹽和外加劑等按照一定比例，在酸性條件下通過酸堿化學反應及物理作用生成的以磷酸鹽為黏結相的無機膠凝材料，具備高早強、高體積穩(wěn)定性、粘結性強、硬化體偏中性和良好的耐久性等硅酸鹽類膠凝材料和陶瓷材料的特點。磷酸鎂水泥中的磷酸鹽能與廢棄硬化水泥漿體中的硅酸鹽晶體或未水化的熟料顆粒及礦物摻合料顆粒反應生成磷酸鈣類膠凝性產(chǎn)物，因此在與硬化硅酸鹽水泥漿體界面附近，除了物理粘結作用處，還存在很強的化學粘結作用，大大提高了界面粘結強度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，針對現(xiàn)有硅酸鹽水泥再生混凝土強度低、收縮大、界面粘結性能差、耐久性差及再生骨料取代率低等問題，針對磷酸鎂水泥基材料凝結快、水化熱大量集中釋放和后期強度倒縮等問題，提供一種磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土，其具有早期強度高、收縮率小、高體積穩(wěn)定性、粘結性強、硬化體偏中性、良好的抗火性能和耐久性等特點，適用于結構混凝土及高性能再生骨料混凝土，可用于硫酸鹽侵蝕、海水侵蝕、高溫環(huán)境和低溫環(huán)境等惡劣條件下的土木建筑工程；該發(fā)明制備工藝簡單、使用方便、節(jié)能環(huán)保。
[0008]為了解決【背景技術】所存在的問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土，其特征在于主要由氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、礦物摻合料、再生骨料、天然骨料和水按一定重量比例配制而成，其制備方法，包括以下步驟:
(1)各組分的重量百分比為:氧化鎂12~30%、磷酸鹽8~20%、復合緩凝劑2~10%、摻合料5~15%、再生細骨料5~20%、再生粗骨料5~30%、天然細骨料O~10%、天然粗骨料O~15%，水為余量；
進一步的，所述所述氧化鎂為死燒氧化鎂粉，其MgO的質(zhì)量分數(shù)大于90%，比表面積
2.0 ~2.4m2/kg ；
進一步的，所述磷酸鹽為磷酸二氫鉀和磷酸二氫鈉的一種或兩種；
進一步的，所述復合緩凝劑為四硼酸鈉、十二水合磷酸氫二鈉和無機氯鹽中的一種或兩種以上，無機氯鹽為氯化鈉、氯化鉀中的一種或兩種；通過調(diào)節(jié)復合緩凝劑中的四硼酸鈉、十二水合磷酸氫二鈉和氯化物的含量，控制磷酸鎂水泥漿體的凝結時間在10分鐘~6小時的范圍內(nèi)。
[0009]進一步的，所述細骨料為再生細骨料和天然砂中的一種或兩種，再生細骨料取代天然細骨料20%-100% ；
進一步的，所述粗骨料為再生粗骨料和天然碎石或卵石中的一種或兩種，再生粗骨料取代天然粗骨料20%-100% ；
進一步的，所述摻合料為粉煤灰、石灰石粉、礦渣粉、偏高嶺土、硅灰中的一種或兩種以上；
(2)按上述比例將氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、摻合料均勻混合，得到磷酸鹽水泥基材；
(3)將攪拌機內(nèi)表面潤濕，加入再生粗、細骨料和一部分水，攪拌2-3分鐘；
(4)再生骨料吸水后，將磷酸鹽水泥基材、天然骨料和其余部分水加入攪拌均勻，硬化后形成磷酸鹽再生骨料結構混凝土。
[0010]本發(fā)明對比現(xiàn)有技術有如下的有益效果:本發(fā)明所用的基材為磷酸鹽水泥，該水泥具有早期硬化快，強度高、收縮小、體積穩(wěn)定、抗腐蝕性能好等特點。磷酸鹽能與廢棄硬化水泥漿體中的硅酸鹽晶體或未水化的熟料顆粒及礦物摻合料顆粒反應生成磷酸鈣類膠凝性產(chǎn)物，存在物理粘結作用和化學粘結作用，從而大幅度增強界面粘結性能，達到明顯提高混凝土力學性能和耐久性性能的效果。本發(fā)明采用再生骨料取代天然骨料，且取代率高，降低混凝土材料的工程造價、節(jié)約成本、達到利廢環(huán)保的目的。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是磷酸鎂水泥再生骨料混凝土制備工藝流程。
[0012]圖2是磷酸鉀鎂水泥硬化體(60 d)的SEM圖。
[0013]圖3是磷酸鉀鎂水泥硬化體與普通硅酸鹽水泥硬化體界面(60 d)的SEM圖。

【具體實施方式】
:
下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述:圖1是磷酸鎂水泥再生骨料混凝土制備工藝流程。
[0014]圖1是磷酸鎂水泥再生骨料混凝土制備工藝流程。
[0015]一種磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土，其特征在于主要由氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、礦物摻合料、再生骨料、天然骨料和水按一定重量比例配制而成。
[0016]實施例1
本實施例磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土各組分的重量百分比為:氧化鎂18.6%、磷酸二氫鉀5.4%、磷酸二氫鈉2.5%、復合緩凝劑2.4%、摻合料粉煤灰2.8%、石灰石粉2.8%、再生細骨料13.3%、砂13.3、再生粗骨料15.1%、碎石15.1%、水7.9% ;其中，復合緩凝劑質(zhì)量比為四硼酸鈉:十二水合磷酸氫二鈉:無機氯鹽=2:6:3；
按上述比例將氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、摻合料均勻混合，得到磷酸鹽水泥基材；將攪拌機內(nèi)表面潤濕，加入再生粗、細骨料和一部分水，攪拌2-3分鐘；再生骨料吸水后，將磷酸鹽水泥基材、天然骨料和其余部分水加入攪拌均勻，硬化后形成磷酸鹽再生骨料結構混凝土。
[0017]實施例2
本實施例磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土各組分的重量百分比為:氧化鎂18.5%、磷酸二氫鉀7.9%、復合緩凝劑2.4%、摻合料粉煤灰2.7%、石灰石粉2.7%、再生細骨料21.3%、砂
5.3、再生粗骨料24.2%、碎石6.1%、水8.9% ;其中，復合緩凝劑質(zhì)量比為四硼酸鈉:十二水合磷酸氫二鈉:無機氯鹽=2:6:3 ；
按上述比例將氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、摻合料均勻混合，得到磷酸鹽水泥基材；將攪拌機內(nèi)表面潤濕，加入再生粗、細骨料和一部分水，攪拌2-3分鐘；再生骨料吸水后，將磷酸鹽水泥基材、天然骨料和其余部分水加入攪拌均勻，硬化后形成磷酸鹽再生骨料結構混凝土。
[0018]實施例3
本實施例磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土各組分的重量百分比為:氧化鎂18.5%、磷酸二氫鉀7.9%、復合緩凝劑2.4%、摻合料粉煤灰2.7%、石灰石粉2.7%、再生細骨料26.6%、再生粗骨料30.2%、水8.9% ;其中，復合緩凝劑質(zhì)量比為四硼酸鈉:十二水合磷酸氫二鈉:無機氯鹽=2:6:3 ；
按上述比例將氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、摻合料均勻混合，得到磷酸鹽水泥基材；將攪拌機內(nèi)表面潤濕，加入再生粗、細骨料和一部分水，攪拌2-3分鐘；再生骨料吸水后，將磷酸鹽水泥基材、天然骨料和其余部分水加入攪拌均勻，硬化后形成磷酸鹽再生骨料結構混凝土。
[0019]實施例4
本實施例磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土各組分的重量百分比為:氧化鎂21.7%、磷酸二氫鉀9.2%、復合緩凝劑2.8%、摻合料粉煤灰2.8%、硅粉3.2%、再生細骨料10.1%、砂10.1%、再生粗骨料24.6%、碎石6.1%、水8.9% ;其中，復合緩凝劑質(zhì)量比為四硼酸鈉:十二水合磷酸氫二鈉:無機氯鹽=2:6:3 ；
按上述比例將氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、摻合料均勻混合，得到磷酸鹽水泥基材；將攪拌機內(nèi)表面潤濕，加入再生粗、細骨料和一部分水，攪拌2-3分鐘；再生骨料吸水后，將磷酸鹽水泥基材、天然骨料和其余部分水加入攪拌均勻，硬化后形成磷酸鹽再生骨料結構混凝土。
[0020]實施例5
本實施例磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土各組分的重量百分比為:氧化鎂21.7%、磷酸二氫鉀9.2%、復合緩凝劑2.8%、摻合料粉煤灰3.2%、硅粉3.2%、再生細骨料16.2%、砂
4.1%、再生粗骨料15.4%、碎石15.4%、水8.9% ;其中，復合緩凝劑質(zhì)量比為四硼酸鈉:十二水合磷酸氫二鈉:無機氯鹽=2:6:3 ；
按上述比例將氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、摻合料均勻混合，得到磷酸鹽水泥基材；將攪拌機內(nèi)表面潤濕，加入再生粗、細骨料和一部分水，攪拌2-3分鐘；再生骨料吸水后，將磷酸鹽水泥基材、天然骨料和其余部分水加入攪拌均勻，硬化后形成磷酸鹽再生骨料結構混凝土。
[0021]實施例6
本實施例磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土各組分的重量百分比為:氧化鎂21.7%、磷酸二氫鉀9.2%、復合緩凝劑2.8%、摻合料粉煤灰3.2%、硅粉3.2%、再生細骨料20.2%、再生粗骨料30.8%、水8.9% ;其中， 復合緩凝劑質(zhì)量比為四硼酸鈉:十二水合磷酸氫二鈉:無機氯鹽—2:6:3 ；
按上述比例將氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、摻合料均勻混合，得到磷酸鹽水泥基材；將攪拌機內(nèi)表面潤濕，加入再生粗、細骨料和一部分水，攪拌2-3分鐘；再生骨料吸水后，將磷酸鹽水泥基材、天然骨料和其余部分水加入攪拌均勻，硬化后形成磷酸鹽再生骨料結構混凝土。
[0022]基于以上方法步驟，制備了 6組磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土，測試其終凝時間；在自然空氣中養(yǎng)護，測試其ld、3d、28d的抗壓強度和3d、60d收縮應變，如表1所示。
[0023]表1磷酸鎂水泥再生骨料混凝土的性能

【權利要求】
1.一種磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土，其特征在于主要由氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、摻合料、再生骨料、天然骨料和水按一定重量比例配制而成，各組分的重量百分比為:氧化鎂12~30%、磷酸鹽8~20%、復合緩凝劑2~10%、摻合料5~15%、再生細骨料5~20%、再生粗骨料5~30%、天然細骨料O~10%、天然粗骨料O~15%，水為余量。
2.所述氧化鎂為死燒氧化鎂粉，其MgO的質(zhì)量分數(shù)大于90%，比表面積2.0-2.4m2/kg.
3.所述磷酸鹽為磷酸二氫鉀和磷酸二氫鈉的一種或兩種。
4.所述復合緩凝劑為四硼酸鈉、十二水合磷酸氫二鈉和無機氯鹽中的一種或兩種以上，無機氯鹽為氯化鈉、氯化鉀中的一種或兩種。
5.所述細骨料為再生細骨料和天然砂中的一種或兩種，再生細骨料取代天然細骨料20%-100%ο
6.所述粗骨料為再生粗骨料和天然碎石或卵石中的一種或兩種，再生粗骨料取代天然粗骨料20%-100%。
7.所述摻合料為粉煤灰、石灰石粉、礦渣粉、偏高嶺土、硅灰中的一種或兩種以上。
8.磷酸鎂水泥再生骨料結構混凝土制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)權利要求1確定混凝土組分及其用量； (2)按上述比例將氧化鎂、磷酸鹽、復合緩凝劑、摻合料均勻混合，得到磷酸鹽水泥基材； (3)將攪拌機內(nèi)表面潤濕，加入再生粗、細骨料和一部分水，攪拌2-3分鐘；(4)再生骨料吸水后，將磷酸鹽水泥基材、天然骨料和其余部分水加入攪拌均勻，硬化后形成磷酸鹽再生骨料結構混凝土。
【文檔編號】C04B18/16GK104072091SQ201410242455
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權日:2014年6月3日
【發(fā)明者】尹紅宇, 荀勇, 楊建明, 孫帥, 支正東 申請人:鹽城工學院