一种低碳再生砂混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土材料，具体涉及一种低碳再生砂混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称，通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，广泛应用于土木工程，而随着全球气候变化和环境问题日益严重，低碳、环保、可持续发展已成为各行各业发展的关键词，在建筑行业中，混凝土作为最基础且用量巨大的建筑材料，其生产和使用过程中的碳排放问题尤为突出。

2、混凝土的高碳排放主要来源于水泥的生产使用，由于水泥生产过程会涉及石灰石等原料的煅烧，需要消耗大量的能源和资源，同时也会排放大量的二氧化碳等温室气体，对环境造成负面影响，因此水泥业是名副其实的碳排放大户，也就导致了混凝土的高碳排放，为减低混凝土中水泥的使用量，通常会向水泥中掺加矿物料，但是矿物料的大量加入导致混凝土的强度降低。

3、而再生砂混凝土，通常是通过机械破碎和筛分等工艺制成的砂子，与传统的天然砂相比，再生砂的生产过程中能耗和排放较低，具有较好的环保性能，但是再生砂的吸水率高，尤其在对废旧混凝土进行再生制备的再生砂，由于其较高的吸湿性，导致混凝土的流动性差，并且废旧混凝土再生制备的再生砂的孔隙率高，其自身强度差，导致混凝土的强度与吸水性也有待进一步提高。

4、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低碳再生砂混凝土及其制备方法，用于解决现有技术中的混凝土材料中水泥添加量高，由废旧混凝土再生制备的再生砂所制备的混凝土材料的流动性差，混凝土试件的强度与吸水性能有待进一步提高的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种低碳再生砂混凝土，包括按照重量份的以下组成：再生混合骨料60-80份、粗骨料80-100份、水泥混合物20-30份、增强助剂8-12份、减水剂0.5-1份与水25-30份；

3、所述再生混合骨料的制备方法为：

4、a1、将大粒径骨料、再生细骨料混合均匀，得到混合骨料；

5、a2、将混合骨料转移到温度为20-25℃，湿度为60-70%、压力为0.5-0.8mpa的充满二氧化碳的养护箱中，养护30-50h，得到再生混合骨料。

6、再生混合骨料的合成反应原理为：

7、大粒径骨料在制备时，其表面上含有大量由于硅酸盐矿物与碱反应形成的具有胶凝性的新物质，再生细骨料中含有氢氧化钙、水化硅酸盐等物质，在对混合骨料进行二氧化碳养护处理过程中，二氧化碳能够与大粒径骨料上的胶凝性新物种或者再生细骨料中的氢氧化钙、水化硅酸盐等物质反应，增加骨料的固相体积，填充了混合骨料中的孔隙，减少了水分进入混凝土内部的通道，并使混凝土更加密实，从而降低了混凝土的吸水率、提高其抗压强度。

8、进一步的，所述水泥混合物由普通硅酸盐水泥与火山灰按重量比3:1组成，火山灰的粒径为10-50μm；

9、所述增强助剂由硅酸钠、硫酸钠和氢氧化钙按重量比5:3:1组成；

10、所述粗骨料的粒径为20-35mm；

11、所述减水剂为聚羧酸减水剂。

12、进一步的，步骤a1中，所述大粒径骨料、再生细骨料的重量比为1-2:3-5组成。

13、进一步的，大粒径骨料由以下步骤加工得到：

14、b1、使用破碎机将废弃混凝土除铁破碎后，洗涤、干燥，得到粒径小于10cm的混凝土颗粒；

15、b2、将混凝土颗粒转移到马弗炉中，马弗炉温度以2-8℃/min升温速率升高至450-550℃，保温处理3-5h，得到煅烧颗粒；

16、b3、将煅烧颗粒趁热直接加入到低温的激活液中，后处理得到激活颗粒；

17、b4、将激活颗粒加入到滚筒筛中筛分，得到粒径为1-3cm的大粒径骨料和粒径小于1cm的小粒径骨料。

18、废弃混凝土制备大粒径骨料和小粒径骨料的原理为：

19、通过将混凝土材料破碎成大小相对均匀的颗粒，提高混凝土颗粒的表面积，便于在煅烧时均匀受热，激活液降温处理过程中，激活液能够渗透到混凝土颗粒的孔隙和裂缝中，与其中的矿物质发生反应，削弱骨料与砂石之间的结合力，清洗掉骨料表面的杂质和附着物，促进混凝土中的砂石分离，并且，激活液对其高温的混凝土颗粒进行处理过程中，混凝土颗粒表面的硅酸盐矿物能够与碱反应，形成具有胶凝性的新物质，增加骨料的活性，选择滚筒筛对骨料进行筛分，利用骨料在滚筒筛中的相互冲击作用，能够进一步的促进组成混凝土的砂石分离打散，从而获得大粒径骨料和小粒径骨料。

20、进一步的，步骤b3中，所述激活液由十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和0.1-0.5mol/l氢氧化钠溶液按用量比1-2g:3-5g:200ml组成，所述激活液的温度为10-20℃，所述后处理包括：浸泡完成之后，过滤，滤饼用纯化水洗涤3次后，自然晾干，得到激活颗粒。

21、进一步的，再生细骨料由以下步骤加工得到：

22、c1、将小粒径骨料加入到粉碎机中，粉碎，过20目筛网，得到再生粉料；

23、c2、将再生粉料、助剂粉末混合均匀，得到混合粉末；

24、c3、将混合粉末和混合酸溶液加入到造粒机中造粒，得到混合微粒；

25、c4、将混合微粒转移到温度为22-26℃、湿度为65-75%的养护箱中，养护3天，得到养护微粒；

26、c5、将养护微粒转移到马弗炉中，马弗炉程序升温至900-1000℃，保温处理2-3h，自然降低至室温，后处理得到再生细骨料。

27、再生细骨料的合成反应原理为：

28、通过对小粒径骨料进行粉碎、过筛，获得粒径相对均一的再生粉料，其通过与助剂粉末、混合酸溶液进行混合造粒，经过氧化和煅烧处理，获得高强度的再生细骨料；通过优化再生粉料、助剂粉末与混合酸溶液的用量比例，混合微粒中的混合酸能够在低温、高湿的养护环境下对混合微粒进行养护时，促进混合微粒的组成粒子发生水化反应，使得混合微粒完成初步的粘结与固化，获得一定强度的养护微粒，在高温煅烧过程中，混合酸还能够与微粒中的矿物质发生化学反应，形成新的晶体结构或化合物，提高微粒的硬度和强度。

29、进一步的，步骤c2中，所述再生粉料与助剂粉料的重量比为5:2-3，所述助剂粉末由纳米氧化钙、纳米二氧化硅、粉煤灰按重量比7-8:2-3:5-6组成；步骤c3中，所述混合粉末与混合酸溶液的用量比为3g:1ml，所述混合酸溶液由硼酸、草酸和水按用量比3-5g:0.8-1.2g:20ml组成；步骤c5中，所述马弗炉的升温程序为：马弗炉先以4-6℃/min升温速率升高至80-90℃，保温5-8min，再以1-2℃/min升温速率升高至100-110℃，保温20-30min，再以6-8℃/min升温速率升高至500-550℃，保温30-50min，再以5-8℃/min升温速率升高至900-1000℃，所述后处理包括：将煅烧后的微粒转移到筛筒孔径为2mm的滚筒筛中，滚动筛分，去除粒径低于2mm的微粉杂质，得到再生细骨料。

30、进一步的，步骤c3中混合微粒的造粒方法为：将2/3-3/4重量份的混合粉末加入到圆盘造粒机中，设置圆盘造粒机的倾角为10-15°，转速为12-16r/min，拌合状态下，向圆盘造粒机中缓慢加入混合酸溶液，拌合30-50min，将剩余的混合粉末加入到圆盘造粒机中，保持拌合造粒10-15min，得到粒径为2-10mm的混合微粒。

31、本发明还提出一种低碳再生砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：

32、s1、将增强助剂、水混合均匀，得到增加助剂水溶液；

33、s2、将再生混合骨料、粗骨料、水泥混合物、减水剂加入到搅拌机中混合5-7min，搅拌状态下，向搅拌机中加入增加助剂水溶液，拌和10-15min，得到再生砂混凝土。

34、本发明具备下述有益效果：

35、1、本发明的低碳再生砂混凝土，通过以废旧混凝土为材料，对其进行再生制备再生细骨料与大粒径骨料，并对其经过二氧化碳养护环境下处理，然后将其与粗骨料、水泥混合物、增强助剂相互配合，提高混凝土材料的流动性和混凝土试件的强度与耐久性，制备得到高强度的混凝土体系，实现对废旧混凝土进行再生循环；通过向水泥中掺加火山灰矿物料，降低水泥用量，降低混凝土体系中水泥用量，从而减少混凝土生产过程中的碳排放，符合绿色、低碳的环保要求。

36、2、本发明的低碳再生砂混凝土，以废旧混凝土为再生基材，通过破碎、煅烧、激活，促进混凝土颗粒中的砂石骨料打散分离，有利于将组成混凝土材料的砂石打散，便于对其进行回收再利，通过将小粒径骨料进行粉碎后与助剂粉末、混合酸溶液进行混合造粒后，通过养护和煅烧处理，促进再生细骨料的微粒固化交联，提高再生细骨料的自身强度，通过二氧化碳的养护环境，对再生细骨料与大粒径骨料进行处理，由于二氧化碳与骨料中的氢氧化钙、水化硅酸盐等物质反应，填充了混凝骨料中的孔隙，减少了水分进入混凝土内部的通道，从而降低了混凝土的吸水率，提高混凝土材料的机械强度与流动性，并且，由于二氧化碳预先处理，能够促进混凝土中的氢氧化钙反应生成碳酸钙，在一定程度上降低混凝土的碳化深度，提高混凝土材料的耐久性。

37、3、本发明的低碳再生砂混凝土，通过硅酸钠、硫酸钠和氢氧化钙组成的增强剂与对硅酸盐水泥、火山灰组成的水泥相互配合，增强剂以溶液的形式进入到混凝土体系中，一方面补充二氧化碳碳化造成的混凝土材料中氢氧化钙和硅酸盐缺失，另一方面，增强剂以极小细度分散在溶液中，在混凝土材料中起到良好的填充效应，增加混凝土的流动性，硫酸钠能够激发硅酸盐水泥与火山灰的活性，使其能够与硅酸钠产生相互协同配合的作用，进一步的提高混凝土材料的机械性能，并且，硅酸盐水泥混凝土由于具有较小的孔隙率和较高的强度，其与小分子的增强剂相互配合，能够进一步的降低混凝土的孔隙率，使得混凝土具有良好的耐久性能。