地质聚合物再生混凝土及其制备方法

1.一种地质聚合物再生混凝土，其特征在于：其组分包括再生粗集料、再生细集料、粉煤灰、矿渣粉、水、硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙，该地质聚合物混凝土的配合比按各组分的质量比(再生粗集料按100份计)如下：
其中，粉煤灰采用低钙粉煤灰和高钙粉煤灰中的一种，其等级为I级或II级。
2.根据权利要求1所述的地质聚合物再生混凝土，其特征在于：各组分优选的配方(再生粗集料按100份计)为：
3.根据权利要求1所述的地质聚合物再生混凝土，其特征在于：矿渣粉采用水淬高炉矿渣磨细而成，比表面积不低于400m2/kg。
4.根据权利要求1所述的地质聚合物再生混凝土，其特征在于：再生粗集料由废混凝土破碎筛分后得到，粒径为5-31.5mm。
5.根据权利要求1所述的地质聚合物再生混凝土，其特征在于：再生细集料由废混凝土破碎筛分后得到，粒径为0-5mm，细度模数为2.1-3.2。
6.根据权利要求1所述的地质聚合物再生混凝土，其特征在于：硅酸钠的模数为
3.0-3.3。
7.根据权利要求1所述的地质聚合物再生混凝土，其特征在于：氢氧化钠为工业级以上纯度的产品。
8.根据权利要求1所述的地质聚合物再生混凝土，其特征在于：萘磺酸盐甲醛缩合物的硫酸钠含量为0-25％。
9.根据权利要求1所述的地质聚合物再生混凝土，其特征在于：蔗糖化钙的pH值＝
7-14。
10.权利要求1或2所述的地质聚合物再生混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按照配合比准确称量再生粗集料、再生细集料、粉煤灰、矿渣粉、水、硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙；
2)先将粉煤灰和矿渣粉倒入搅拌机中，搅拌20-35s；然后放入再生粗集料和再生细集料，搅拌20-40s；
3)用部分拌合水溶解硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙，成为硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙溶液；
4)将步骤3所配制的硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙溶液与剩余的拌合水一起倒入搅拌机中，继续进行搅拌，搅拌时间为3min，即制成所述的地质聚合物再生混凝土。

地质聚合物再生混凝土及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种地质聚合物再生混凝土及其制备方法。\n背景技术\n[0002] 地质聚合物包括所有采用天然矿物或工业固体废物制备成的以硅氧四面体和铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体。地质聚合物的制备不仅可以大量利用天然矿物(如煤矸石、高岭土等)和工业固体废物(如粉煤灰、水淬高炉矿渣、转炉钢渣等)，而且由于其本身具有硬化快、强度高、渗透率低、耐酸腐蚀、耐高温、导热率低、耐久性好等特点，受到建筑行业的广泛关注，加之这种新型材料其能耗只有水泥生产能耗的30％，被认为是水泥的一种良好的补充和替代材料。\n[0003] 粉煤灰和水淬高炉矿渣分别是燃煤电厂和炼铁高炉排出的工业固体废渣。据统计，2008年，这两种工业固体废渣的排放总量达到3.5亿吨，比2007年增长6％左右，随着我国工业用电量的增长和钢铁产量的增长，这两种固体废物的排放量还将持续增加。长期以来，如何大量、高效、安全地利用这两种工业固体废物，是关系到国民经济健康、持续、稳定发展的大事。业已证明，除了将这两种固体废物作为掺合料替代部分水泥用于普通混凝土的配制外，将它们作为地质聚合物的主要硅铝相原材料是完全可能的，这也符合工业固体废物无害化、减量化和资源化的具体要求，具有良好的经济、生态和社会效益。\n[0004] 废混凝土是由混凝土生产、建筑施工以及建筑物拆除过程中的产生的，2005年达到1.2亿吨以上。随着我国经济建设步伐的进一步加快，废混凝土的总量还将增加。将废混凝土破碎后作为再生集料不但能解决天然集料资源紧张问题，利于集料产地环境保护，而且可以减少城市废混凝土的堆放、占地以及由此带来的环境污染问题，实现混凝土生产的循环化，保证建筑业的长久进而实现可持续发展。\n[0005] 在我国，各地都建有火力发电厂、炼铁(钢)厂，且都面临着大量的建筑物拆、建任务，三种固体废物的资源化利用任务艰巨。本发明提出的利用粉煤灰、矿渣粉和废混凝土三种固体废物为主要原材料配制地质聚合物再生混凝土具有一定的前瞻性，目标明确，手段得当，实施容易。但由于普通混凝土的配合比设计方法和制备工艺不再适用于地质聚合物再生混凝土，本发明提出了专门用于地质聚合物再生混凝土的配合比及其制备方法。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的在于提出一种地质聚合物再生混凝土及其制备方法，该再生混凝土具有较好工作性、较高强度、优异耐久性和耐高温性。\n[0007] 本发明提出的地质聚合物再生混凝土，由再生粗集料、再生细集料、粉煤灰、矿渣粉、水、硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙组成，其各组分按其质量比例的配方(再生粗集料按100份计)如下：\n[0008] 再生粗集料 100\n[0009] 再生细集料 35-90\n[0010] 粉煤灰 7-42\n[0011] 矿渣粉 7-50\n[0012] 水 9-20\n[0013] 硅酸钠 0.5-3.0\n[0014] 氢氧化钠 0.5-3.0\n[0015] 萘磺酸盐甲醛缩合物 0.05-0.20\n[0016] 蔗糖化钙 0.005-0.05。\n[0017] 上述各组份较为优选的配方(再生粗集料按100份计)为：\n[0018] 再生粗集料 100\n[0019] 再生细集料 40-80\n[0020] 粉煤灰 10-35\n[0021] 矿渣粉 10-40\n[0022] 水 10-18\n[0023] 硅酸钠 0.8-2.5\n[0024] 氢氧化钠 0.8-2.8\n[0025] 萘磺酸盐甲醛缩合物 0.06-0.15\n[0026] 蔗糖化钙 0.01-0.04。\n[0027] 其中对各组成分材料的品质要求如下：\n[0028] 粉煤灰：采用低钙粉煤灰或高钙粉煤灰，按照GB 1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰》检验，等级应为I级或II级。\n[0029] 矿渣粉：采用水淬高炉矿渣磨细而成，比表面积不低于400m2/kg。\n[0030] 再生粗集料：由废混凝土破碎、筛分后得到，粒径为5-31.5mm，其他质量指标满足上海市DJ/TJ08-2018《再生混凝土应用技术规程》。\n[0031] 再生细集料：由废混凝土破碎、筛分后得到，粒径为0-5mm，细度模数为2.1-3.2，其他质量指标满足上海市DJ/TJ08-2018《再生混凝土应用技术规程》。\n[0032] 水：自来水。\n[0033] 硅酸钠：为固态，模数为3.0-3.3；若采用液态，其用量应按含固量进行折算。\n[0034] 氢氧化钠：为固态，工业级以上纯度的氢氧化钠产品；若采用液态，其用量应按含固量进行折算。\n[0035] 萘磺酸盐甲醛缩合物：为粉状，硫酸钠含量0-25％；若采用液态时，其用量应按含固量进行折算。\n[0036] 蔗糖化钙：为粉状，pH＝7-14；若采用液态，其用量应按含固量进行折算。\n[0037] 本发明提出的地质聚合物再生混凝土，其制备方法如下：\n[0038] 1)按照配合比准确称量再生粗集料、再生细集料、粉煤灰、矿渣粉、水、硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙；\n[0039] 2)先将粉煤灰和矿渣粉倒入搅拌机中，搅拌20-35s；然后放入再生粗集料和再生细集料，搅拌20-40s；\n[0040] 3)用部分拌合水溶解硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙，成为硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙溶液；\n[0041] 4)将步骤3所配制的硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙溶液与剩余的拌合水一起倒入搅拌机中，继续进行搅拌，搅拌时间为3min，即制成本发明所述的地质聚合物再生混凝土。\n[0042] 本发明利用工业固体废渣粉煤灰、矿渣粉作为提供硅相、铝相的原材料，利用硅酸钠、氢氧化钠作为粉煤灰、矿渣粉的激发组分，组成地质聚合物的主要组分，以再生粗集料和再生细集料作为骨架，通过地质聚合物的固化、胶凝作用，将再生粗集料和再生细集料堆积后搭接而成的骨架紧密地联结在一起，形成致密的，具有一定强度的整体。在制备地质聚合物再生混凝土过程中掺加的萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙则降低了拌合水的界面张力，并吸附于粉煤灰和矿渣粉颗粒表面，有助于改善地质聚合物再生混凝土在新拌阶段的流动性和工作性，易于浇筑和施工。此外，加入的蔗糖化钙吸附于粉煤灰和矿渣粉颗粒表面，还有助于延缓硅酸钠和氢氧化钠对粉煤灰、矿渣粉初始的活性激发作用，使地质聚合物能在较长时间内保持流动性，满足施工过程中的运输、等待、浇筑和密实工序的需要。\n[0043] 本发明具有以下特点：\n[0044] 1)采用工业废渣粉煤灰、矿渣粉为地质聚合物的主要硅铝相原料，可以大幅度降低地质聚合物的生产能耗和资源消耗。\n[0045] 2)采用废混凝土加工而成的再生粗细集料作为集料，可以大量回收和高效利用废弃原料，可以大量节省废混凝土堆放所占用的土地，同时大量减少对天然砂石的开采，保护环境，具有明显的环境、经济和社会综合效益。\n[0046] 3)在地质聚合物再生混凝土配制中，添加了萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙，有助于改善地质聚合物再生混凝土的流动性和施工性，延缓混凝土的凝结时间，方便施工，且这种混凝土强度较高，具有耐久性能好、良好的耐高温性能等特点，可广泛应用于道路工程、结构工程和其他各类土木工程中。\n具体实施方式\n[0047] 下面通过实施例进一步说明本发明。\n[0048] 实施例1：地质聚合物再生混凝土按如下重量比配制而成：再生粗集料100，再生细集料40，粉煤灰10，矿渣粉10，水10，硅酸钠0.8，氢氧化钠2.8，萘磺酸盐甲醛缩合物0.06，蔗糖化钙0.01。所配制的地质聚合物再生混凝土其坍落度为13cm，初凝时间为\n6h25min，终凝时间为7h40min，硬化后3d抗压强度22.5MPa，28d抗压强度为31.2MPa，抗渗等级为P12，5％HCl浸泡3个月后强度损失率为12％，导热系数为2.3W/m·K。\n[0049] 实施例2：地质聚合物再生混凝土按如下重量比配制而成：再生粗集料100，再生细集料80，粉煤灰35，矿渣粉40，水18，硅酸钠2.5，氢氧化钠2.8，萘磺酸盐甲醛缩合物0.15，蔗糖化钙0.04。所配制的地质聚合物再生混凝土其坍落度为24cm，初凝时间为\n8h05min，终凝时间为11h10min，硬化后3d抗压强度53.5MPa，28d抗压强度为68.6MPa，抗渗等级为P18，5％HCl浸泡3个月后强度损失率为0.2％，导热系数为2.4W/m·K。\n[0050] 实施例3：地质聚合物再生混凝土按如下重量比配制而成：再生粗集料100，再生细集料70，粉煤灰25，矿渣粉20，水16，硅酸钠1.7，氢氧化钠0.8，萘磺酸盐甲醛缩合物0.09，蔗糖化钙0.02。所配制的地质聚合物再生混凝土其坍落度为19cm，初凝时间为\n7h25min，终凝时间为9h35min，硬化后3d抗压强度47.2MPa，28d抗压强度为56.0MPa，抗渗