一种高粘结性能地聚物再生混凝土及其制备方法

本发明属于再生混凝土制备领域，具体地说，涉及一种高粘结性能地聚物再生混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、地聚合物其硬化过程是含硅铝酸盐物质的材料与碱性活化剂反应，形成硅氧四面体、铝氧四面体的低聚物。这些低聚物经过反应最终形成三维网络结构，其与普通硅酸盐水泥的反应机理完全不同。地聚合物是一种非晶态到半晶态的三维硅铝酸盐结构，具有良好的耐火性、耐酸性和耐高温性。目前的研究中，地聚合物主要是由粉煤灰、矿渣粉、偏高岭土等作为前驱体与碱激发剂(片状氢氧化钠和水玻璃配制而成)混合制成。

2、现有技术的普通水泥浆料与再生粗骨料之间的粘结强度往往不足，导致混凝土整体力学性能不佳。再生粗骨料表面的残留物和微裂缝使得其与水泥基体的界面粘结力较弱，容易导致界面处的应力集中和裂缝产生。

3、有鉴于此特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高粘结性能地聚物再生混凝土及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用技术方案如下：

3、本发明第一方面在于提供一种高粘结性能地聚物再生混凝土及其制备方法，包括如下百分比的原料：矿渣粉15％-20％、粉煤灰15％-20％、硅酸钾5％-10％、氢氧化钠1％-5％、细骨料10％-15％、粗骨料20％-25％、纳米sio20.5％-1％、钢纤维1％-3％、微生物溶液0.5％-1.5％、复合溶液1％-2％、微生物0.5％-1.25％、余量为水。微生物通过生物矿化作用，在混凝土内部形成均匀分布的碳酸钙晶体。这些晶体能够桥接裂缝和孔隙，进一步提高混凝土的整体强度和耐久性。由于碳酸钙晶体的存在，混凝土在受到外部荷载时表现出更高的抵抗力，从而提升了粘结性能。

4、可选的，复合溶液由氯化钙和尿素溶于水混合而成，且氯化钙、尿素和水的质量比为1：(1-3)：2。其中，氯化钙提供钙离子，尿素分解产生碳酸根离子，与钙离子反应生成碳酸钙沉淀，其化学反应式为：

5、cacl2→ca2++2cl-

6、(nh2)2co+h2o→2nh3+co2

7、co2+ca2+→caco3↓

8、氯化钙和尿素的混合确保在溶液中生成足量的碳酸根离子与钙离子相结合，形成稳定的碳酸钙沉淀。生成的碳酸钙沉淀填充混凝土的孔隙和裂缝，增强粘结性能和密实度。

9、可选的，粗骨料为再生粗骨料和天然粗骨料，且再生粗骨料和天然粗骨料之间的质量比为(1-4)：(1-5)。其中，再生粗骨料为废弃混凝土经过分拣、破碎、清洗和分级以后按一定比例混合后形成的粗骨料，其各项性能在一定程度上可以替代天然粗骨料；天然粗骨料为碎石，细骨料为河砂。天然粗骨料和再生粗骨料均采用5-25mm级配；其中，天然粗骨料吸水率4.2％，孔隙率52％；压碎指标8％，表观密度2620kg/m3；再生粗骨料的吸水率8.3％；泥块含量0.2％；孔隙率50％；压碎指标15％；表观密度2320kg/m3；细骨料的细度模数为2.7，表观密度为2560kg/m3。

10、可选的，微生物溶液采用的为枯草芽孢杆菌溶液，浓度为106-108cfu/ml。枯草芽孢杆菌能够分解尿素，产生氨和碳酸根离子。碳酸根离子与环境中的钙离子反应，生成碳酸钙沉淀。碳酸钙沉淀充填在混凝土的孔隙和裂缝中，增强了混凝土的密实度和强度。微生物分解尿素，产生碳酸根离子，与钙离子反应生成碳酸钙沉淀的反应式为：

11、(nh2)2co+h2o→2nh3+co2

12、co2+ca2+→caco3↓

13、通过添加微生物溶液可以显著地增强混凝土的密实度和粘结性能，通过生物矿化作用，提高混凝土的强度和耐久性。

14、可选的，氢氧化钠为纯度为99.8％的片状氢氧化钠，颜色为白色。

15、可选的，纳米sio2的比表面积为220m2/g，纳米sio2的表观密度为55g/l，纳米sio2的含量为99.5％，纳米sio2的平均粒径为30nm，纳米sio2为白色的粉末。

16、可选的，所述微生物为枯草芽孢杆菌的冻干粉末。

17、本发明第二方面在于提供一种制备上述高粘结性能地聚物再生混凝土的方法，包括如下步骤：

18、s1：将氯化钙和尿素和水按照质量比混合，混合均匀后即得到复合溶液；

19、s2：培养枯草芽孢杆菌，并根据将得到的枯草芽孢杆菌制备成微生物溶液；

20、s3：对再生粗骨料进行清洗、筛分，清洗、筛分完成后放入微生物溶液中浸泡，使微生物附着在骨料表面，然后将骨料放置到风干箱内进行风干处理，风干完成后得到产物①；在获取产物①的过程中枯草芽孢杆菌通过浸泡附着在再生粗骨料的表面，形成一层活性生物膜，而微生物在骨料表面活化，使其更容易与后续的化学反应物发生作用。

21、s4：将得到的产物①放入复合溶液中浸泡24-48小时，诱导微生物分解尿素产生碳酸根离子，与钙离子结合形成碳酸钙沉淀，浸泡完成后捞出即得到产物②；当再生骨料浸泡在微生物溶液中时，枯草芽孢杆菌会附着在骨料表面，形成一层活性膜，活性膜不仅能促进碳酸钙的沉淀，还能改善骨料表面的粗糙度，提高骨料与地聚物浆料之间的机械锁合作用。

22、s5：将处理好的产物②、天然粗骨料和细骨料按设计比例放入搅拌机中，进行搅拌处理得到产物③；

23、s6：在产物③中加入矿渣粉、粉煤灰和纳米sio2，进行干混合，得到产物④；

24、s7：在获取产物④的过程中加入碱性激发剂溶液、微生物，继续搅拌得到产物⑤，最后在产物⑤中加入钢纤维和水，搅拌均匀，形成混凝土拌合物；再次加入微生物使得整个混凝土混合物中均匀分布微生物，确保每一部分混凝土都能进行生物矿化作用，从而提高整体粘结性能。通过持续的生物矿化反应，混凝土不仅在短期内表现出更高的粘结强度，还能在长期使用中保持较好的耐久性。

25、s8：将拌制好的混凝土拌合物浇筑到模具中，进行振捣，排除气泡，使混凝土密实，浇筑完成后放置到室温下24-48h后进行拆模，拆模后的混凝土块放置到库房中进行湿养护，形成高粘结性能的再生混凝土。

26、可选的，步骤s2制备微生物溶液的步骤为：

27、s2.1：将枯草芽孢杆菌菌株接种到营养琼脂平板上，并在37℃的恒温培养箱中培养24-48小时；

28、s2.2：将培养好的菌液倒入离心管中，使用4000rpm离心机离心10分钟，收集菌体；

29、s2.3：倒掉上清液，用无菌水洗涤菌体，重复离心，去除残留的培养基成分；

30、s2.4：将收集到的菌体悬浮在无菌水中，制成原菌悬液后用无菌水稀释原菌悬液，制备成所需浓度的微生物溶液。

31、可选的，步骤s8中在湿养护的过程中湿度维持在30％-90％。

32、采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果，当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以下所述的所有优点：

33、1、本发明利用微生物及其生成的溶液来填补混凝土内部的微小空隙，这样就能降低孔隙率并增强其密实性。此外，微生物还能加速碳酸钙的沉积过程，而在这个过程中，碳酸钙具有高度的化学反应能力，能与骨料发生化学反应，生成化学键合。这种化学键合不仅能强化骨料与地聚物基体之间的连结力，还可以进一步提升骨料与地聚物基体之间的接触面，从而提升了混凝土的粘结性能。

34、2、本发明利用了再生粗骨料，符合资源循环利用的环保理念。再生粗骨料经过微生物处理，表面活性得到显著改善，进一步提升了再生混凝土的粘结性能。与传统混凝土相比，使用地聚物作为胶凝材料，不仅减少了对普通水泥的依赖，降低了碳排放，还提升了耐久性和抗腐蚀性能。