复合增强全再生砖骨料混凝土及其优化方法和制备方法技术

本发明专利技术涉及节能环保和新材料相关技术产业，具体公开了用于火山灰活性增强与混杂纤维增强耦合作用下全再生砖骨料混凝土的优化方法，该方法首先对再生砖骨料进行化学增强优化，促进其有效活性组分与Ca(OH)2反应生成C

【技术实现步骤摘要】
复合增强全再生砖骨料混凝土及其优化方法和制备方法


[0001]本专利技术涉及节能环保和新材料相关技术产业，具体涉及复合增强全再生砖骨料混凝土及其性能优化与制备工艺。

技术介绍

[0002]据统计，我国建筑垃圾产量基本占城市垃圾总量的40％左右。每拆除1万平方米旧建筑将会产生7000～12000吨建筑垃圾，据此估算，到2025年每年产生的建筑垃圾将超过22亿吨。由于前期我国经济发展的不平衡性，烧结黏土砖成为建筑垃圾中较为主要的成分，其占比维持在30％～40％左右。
[0003]将废弃烧结黏土砖破碎后制备再生砖骨料混凝土是使其资源化利用的一项探索。但在研究过程中，发现其存在大量问题。基于相关文献及前期试验结果可知，全再生砖骨料混凝土存在以下主要缺点：(1)全再生砖骨料混凝土强度相对较低(一般强度为C15～C25)，限制了其在工程领域的应用，从而严重制约了废弃烧结黏土砖的资源化利用；(2)全再生砖骨料混凝土收缩率大且易开裂；(3)全再生砖骨料混凝土中水泥的综合利用率较低，一般仅发生一次水化反应即基本终止，导致水泥强度及其性能并未充分发挥；(4)对再生砖骨料的火山灰活性组分及其水化性能的研究相对较少，为充分认识其对混凝土性能的影响；(5)现有普通混凝土配合比设计方法未考虑再生砖骨料的火山灰特性及其影响，适用性较差。
[0004]如何充分利用废弃烧结黏土砖的理化特性，实现其大体量资源化、合理化利用，是急需解决的关键问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种复合增强全再生砖骨料混凝土及其性能优化与制备工艺。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下：
[0007]用于火山灰活性增强与混杂纤维增强耦合作用下全再生砖骨料混凝土的优化方法：该方法首先对全再生砖骨料混凝土进行化学活性增强优化，基于再生砖骨料火山灰有效活性组分与水化性能的界定，采用Ca(OH)2对再生砖骨料进行化学活性增强，以促进其有效活性组分与Ca(OH)2反应生成C
‑
S
‑
H凝胶，提高C
‑
S
‑
H凝胶的致密性并改善C
‑
S
‑
H凝胶的种类；同时，Ca(OH)2的掺入大幅提高了再生砖骨料周边一定范围内水泥的一次水化率，促进了水泥的“二次水化”，从而显著提高了水泥的综合利用率。进一步的，对全再生砖骨料混凝土进行物理增强优化，基于前期的化学活性增强效应，水泥浆体对再生砖骨料的握裹力得到提高，其微裂缝产生方式与普通混凝土产生了本质差异，根据其初始微裂缝开裂方式的不同，针对性的选用不同材料与规格的混杂纤维对再生砖骨料混凝土进行不同维度的增强。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案，在物理增强优化进程中，钢纤维的作用主要体现在纤维的阻裂与抗裂作用以及纤维的框架效应。首先，对于再生砖粗骨料与较大粒径细
骨料(粒径通常为2.36～5mm)形成的裂缝，其阻裂与抗裂作用主要由钢纤维承担，即在钢纤维的黏结—滑移破坏过程中由摩擦力做功消耗能量，有效避免了破坏性裂缝的产生，显著提高了全再生砖骨料混凝土的整体稳定性与承载能力。其次，由于较长钢纤维在全再生砖骨料混凝土中的三维随机分布，形成了显著的纤维框架效应，在混凝土的浇筑与成型过程中有效抑制了大粒径再生砖骨料的下沉与小粒径再生砖骨料的上浮，使由骨料所构成的受力框架的搭建更为合理。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案，在物理增强优化进程中，对于由较小粒径再生砖细骨料(粒径通常为0.15～2.36mm)与水泥浆体之间产生的偶发黏结裂缝，其阻裂与增强作用主要由相对细小的纤维素纤维承担，通过其数量较多、尺寸较小的特点，在其变形直至断裂过程中吸收能量，从而有效抑制和延缓了偶发黏结微裂缝的产生与开展。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案，由于现有普通混凝土配合比设计方法不适用于复合增强全再生砖骨料混凝土，因此提出基于火山灰活性增强与混杂纤维增强耦合作用下的复合增强全再生砖骨料混凝土配合比设计方法，该方法包括如下步骤：
[0011]A、水灰比的计算
[0012]A
‑
1、加权水泥水化程度的计算
[0013]基于水泥各组分的质量比及其28d水化程度，计算加权水泥水化程度
[0014][0015]式中，
‑
硅酸三钙质量比，％；
‑
硅酸二钙质量比，％；
‑
铝酸三钙质量比，％；
‑
铁铝酸四钙质量比，％；
‑
硅酸三钙28d水化比，％；
‑
硅酸二钙28d水化比，％；
‑
铝酸三钙28d水化比，％；
‑
铁铝酸四钙28d水化比，％。
[0016]A
‑
2、活性指数K
pc
与活性增强α
EC
的计算
[0017]通过试验测定再生砖骨料活性系数K
pc
，基于再生砖骨料有效火山灰活性组分的界定选定活性增强剂，并根据骨料特性及反应机理确定其活性增强系数α
EC
与掺量；
[0018]A
‑
3、基于活性增强的水泥强度f
b,r
的计算
[0019][0020]式中，f
b,r
‑
基于活性增强的水泥强度，MPa；f
b,0
‑
水泥强度，MPa。
[0021]A
‑
4、纤维框架系数α
fc
的计算
[0022]由钢纤维与再生砖粗骨料相关参数计算纤维框架系数α
fc
：
[0023][0024]式中，l
f
‑
钢纤维长度，mm；d
CA,max
‑
再生砖粗骨料最大粒径，mm；d
CA,min
‑
再生砖粗骨料最小粒径，mm。
[0025]A
‑
5、水灰比W/C的计算
[0026]基于再生砖骨料的火山灰活性增强及纤维与骨料的框架效应，得到：
[0027][0028]式中，W/C—水灰比；α
a
、α
b
‑
参数，依骨料特性可分别取0.32和0.20。
[0029]B、裹浆厚度t的计算
[0030]B
‑
1、钢纤维表面积S
SF
的计算
[0031][0032]式中，d
f
‑
钢纤维直径，mm；m
SF
‑
钢纤维质量，kg；ρ
SF
‑
钢纤维的密度，kg/m3；υ
S,SF
‑
单根钢纤维的体积，m3。
[0033]B
‑
2、再生砖粗骨料表面积S
CA
的计算
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于火山灰活性增强与混杂纤维增强耦合作用下全再生砖骨料混凝土的优化方法，该方法首先对再生砖骨料混凝土进行化学增强优化，基于再生砖骨料火山灰有效活性组分与水化性能的界定，采用Ca(OH)2对再生砖骨料进行活性增强，以促进其有效活性组分与Ca(OH)2反应生成C
‑
S
‑
H凝胶；进一步的，对所优化的再生砖骨料混凝土进行物理增强优化，根据其初始微裂缝开裂方式的不同，针对性的选用不同材料与规格的混杂纤维对混凝土进行不同维度的增强。2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于：在物理增强优化进程中，对于再生砖粗骨料与细骨料形成的裂缝，由粗钢纤维作为阻裂承担载体。3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于：在物理增强优化进程中，对于再生砖细骨料与水泥浆体之间产生的偶发黏结裂缝，由纤维素纤维作为阻裂承担载体。4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，该再生砖骨料混凝土配合比优化体系的构建包括如下步骤：A、水灰比的确认A
‑
1、加权水泥水化程度的确认基于水泥各组分的质量比及其28d水化程度，进行的构建和确认：式中，
‑
硅酸三钙质量比，％；
‑
硅酸二钙质量比，％；
‑
铝酸三钙质量比，％；
‑
铁铝酸四钙质量比，％；
‑
硅酸三钙28d水化比，％；
‑
硅酸二钙28d水化比，％；
‑
铝酸三钙28d水化比，％；
‑
铁铝酸四钙28d水化比，％；A
‑
2、活性指数K
pc
与活性增强α
EC
的确认基于试验实测进行再生砖骨料活性系数K
pc
的确认；基于再生砖骨料有效火山灰活性组分的界定选定活性增强剂，并根据骨料特性及反应机理确定其活性增强系数α
EC
与掺量；A
‑
3、基于活性增强的水泥强度f
b,r
的确认式中，f
b,r
‑
基于活性增强的水泥强度，MPa；f
b,0
‑
水泥强度，MPa；A
‑
4、纤维框架系数α
fc
的确认由钢纤维与再生砖粗骨料参数进行纤维框架系数α
fc
的确认：式中，l
f
‑
钢纤维长度，mm；dCA,max
‑
再生砖粗骨料最大粒径，mm；d
CA,min
‑
再生砖粗骨料最小粒径，mm；A
‑
5、水灰比W/C的确认
基于再生砖骨料的火山灰活性增强及纤维与骨料的框架效应，得到：式中，W/C—水灰比；α
a
、α
b
‑
参数，依骨料特性可分别取0.32和0.20；B、裹浆厚度t的确认B
‑
1、钢纤维表面积S
SF
的确认式中，d
f
‑
钢纤维直径，mm；m
SF
‑
钢纤维质量，kg；ρ
SF
‑
钢纤维的密度，kg/m3；υ
S,SF
‑
单根钢纤维的体积，m3；B
‑
2、再生砖粗骨料表面积S
CA
的确认基于再生砖骨料的体积密度与粒径质量分布，得到：式中，m
CA
...

【专利技术属性】
技术研发人员：景嘉骅，刘灵，魏苗，
申请(专利权)人：安阳师范学院，
类型：发明
国别省市：