一种黏土基再生骨料混凝土及其制造方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种黏土基再生骨料混凝土及其制造方法。

背景技术

工程建设伴随人类文明发展而不断取得技术突破，进入近现代社会以后，钢筋混凝土成为全球工程建设领域用量最大的工程材料。钢筋混凝土所用到的钢筋、水泥、砂石、掺合料和外加剂涉及矿石冶炼和加工、工业固体废弃物资源化利用和新型化工材料研发等诸多行业领域。钢筋混凝土材料，特别是混凝土材料不断向高性能、高效能、高质量和高创新方向发展，特别是外加剂的使用，使得混凝土工作性能和力学性能有较大改善。

掺合料的使用提升了建筑废弃物和工业固体废弃物资源化利用率和附加值，而混凝土中石子占比往往在45％左右，这些用量巨大的石子多为石头破碎而成，石头主要为山体中的石料，不仅在生产过程中产生较大的能源消耗、噪音污染和粉尘污染，而且会破坏地球山体地貌，并进而影响气候变化。此外，现有抗压强度等级在C60以下的混凝土破坏时，往往是石子和水泥砂浆界面产生裂缝而破坏，而石子颗粒一般没有被破坏，使得石子的力学性能未充分发挥，实际上是浪费了石子的力学性能。若抗压强度等级在C60以下的混凝土破坏时，主要以石子等粗骨料的破坏为主要破坏形式，将极大提升混凝土中石子的利用效能。

发明内容

本发明的目的是针对目前缺乏可替代混凝土中石子的低成本高效能粗骨料问题，提出一种黏土基再生骨料混凝土及其制造方法。

本发明提供一种黏土基再生骨料混凝土，所述黏土基再生骨料混凝土包括下列重量份原料：42.5级普通硅酸盐水泥14.9～28.9份、水洗砂21.4～33.7份、粒径为20mm的黏土基再生骨料0～46.7份、粒径为5mm的石子0～16.7份、粒径为10-20mm的石子0～27.7份、聚羧酸减水剂0～0.1份、水6.2～10.3份。

进一步，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述石子为工程渣土泥砂分离出的石子经破碎后的石子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，外形为椭球形。

进一步，所述3D打印用黏土基再生骨料包括下列重量份原料：工程弃土60份、胶凝材料6.7～20份、掺合料0～13.3份、水16～20份。

进一步，所述工程弃土为工程渣土泥砂分离后的泥饼经自然晾晒后粉碎而得的粉末，粒径小于2.36mm，含水率为7％。

进一步，所述胶凝材料为普通硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、碱激发胶凝材料中的一种。

进一步，所述掺合料为陶瓷烧制过程中的废渣、石粉中的一种，所述陶瓷烧制过程中的废渣的粒径小于1.18mm，所述石粉为废弃混凝土粉碎过程中产生的粒径为0.074mm的粉末颗粒；

所述水为地下水、地表水或海水。

进一步，所述碱激发胶凝材料所用激发剂为水玻璃、硫酸盐激发剂中的一种或两种；

所述硫酸盐激发剂包括下列重量份原料：27～53.5份生石灰粉、33.5～67份二水石膏、6～13份硫酸钠。

本发明还提供一种黏土基再生骨料混凝土的制造方法，包括以下步骤：

S1、通过黏土基再生骨料生产设备的控制系统设置黏土基再生骨料原料所需重量份数；

S2、将黏土基再生骨料原材料按照设计的配比进行称量，所述黏土基料按两份称量，第一份和第二份的质量百分比分别为70％和30％，在第一份黏土材料中加入称量后的胶凝材料并搅拌，再加入第二份黏土基料并加入称量后的外掺料和水进行搅拌；

S3、将搅拌后的混合料加到黏土基再生骨料挤料成型设备中，挤压出所述黏土基再生骨料；

S4、对黏土基再生骨料进行室内养护、浸水养护或碳化养护；

S5、根据黏土基再生骨料混凝土配合比设计，称量计算好的水泥、水洗砂、石子、减水剂、水和黏土基再生骨料，先将水泥、砂子、石子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中进行预拌，再加入水和减水剂进行搅拌，即得新拌黏土基再生骨料混凝土。

进一步，所述预拌时间为2min，搅拌时间为3min。

进一步，所述3D打印用黏土基再生骨料的28d筒压强度大于2MPa，压碎指标小于30％，1h吸水率小于20％。

本发明采用挤压成型技术对工程弃土进行高效资源化利用，由于所用黏土基料价廉易得，不仅实现了低成本规模化生产黏土基再生骨料混凝土粗骨料，而且有效提高了再生骨料资源化利用率和附加值，降低了一般工程建设中用量较大的混凝土材料成本；同时解决了传统石子生产过程中破坏地表地貌风景、能源消耗大、噪音污染和粉尘污染等问题，为混凝土行业可持续高质量发展提供技术支持。

附图说明

图1为一种椭球形3D打印用黏土基再生骨料示意图。

图2为对照例再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图3为实施例1黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图4为实施例2黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图5为实施例3黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图6为实施例4黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图7为实施例5黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图8为实施例6黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图9为实施例7黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图10为实施例8黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图11为实施例9黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

图12为实施例10黏土基再生骨料混凝土试块破坏形式图片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

对照例1

本对比例再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥14.9份、水洗砂31.6份、5mm粒径石子15.7份、10-20mm石子31.6份、聚羧酸减水剂0.1份、自来水6.2份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述石子为工程渣土泥砂分离出的石子经破碎后的石子。

先将水泥、砂子、石子倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水和减水剂，再搅拌3min；搅拌完成后先测试新拌混凝土坍落度，再将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动2min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在室内和水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土试块破坏形式如图1所示，主要为石子和水泥砂浆界面破坏。

实施例1

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥14.9份、水洗砂31.6份、5mm粒径石子15.7份、10-20mm石子27.7份、粒径为20mm的黏土基再生骨料3.9份、聚羧酸减水剂0.1份、自来水6.2份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述石子为工程渣土泥砂分离出的石子经破碎后的石子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、石子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水和减水剂，再搅拌3min；搅拌完成后先测试新拌混凝土坍落度，再将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动2min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在室内和水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图3所示，破坏后的混凝土外形较为完整，出现少部分黏土基再生骨料破坏形式。

实施例2

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥14.9份、水洗砂31.6份、5mm粒径石子15.7份、10-20mm石子24.0份、粒径为20mm的黏土基再生骨料7.6份、聚羧酸减水剂0.1份、自来水6.2份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述石子为工程渣土泥砂分离出的石子经破碎后的石子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、石子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水和减水剂，再搅拌3min；搅拌完成后先测试新拌混凝土坍落度，再将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动2min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在室内和水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图4所示，破坏后的混凝土外形较为完整，出现较多黏土基再生骨料破坏形式。

实施例3

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥15.3份、水洗砂32.6份、5mm粒径石子16.2份、10-20mm石子16.2份、粒径为20mm的黏土基再生骨料13.2份、聚羧酸减水剂0.1份、自来水6.4份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述石子为工程渣土泥砂分离出的石子经破碎后的石子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、石子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水和减水剂，再搅拌3min；搅拌完成后先测试新拌混凝土坍落度，再将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动2min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在室内和水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图5所示，破坏后的混凝土外形较为完整，出现较多黏土基再生骨料破坏形式。

实施例4

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥15.8份、水洗砂33.7份、5mm粒径石子16.7份、粒径为20mm的黏土基再生骨料27.1份、聚羧酸减水剂0.1份、自来水6.6份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述石子为工程渣土泥砂分离出的石子经破碎后的石子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、石子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水和减水剂，再搅拌3min；搅拌完成后先测试新拌混凝土坍落度，再将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动2min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在室内和水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图6所示，破坏后的混凝土外形较为完整，主要为黏土基再生骨料破坏形式。

实施例5

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥22.2份、水洗砂22.2份、粒径为20mm的黏土基再生骨料46.7份、自来水8.9份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水，再搅拌3min；搅拌完成后将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动1min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图7所示，破坏后的混凝土外形较为完整，主要为黏土基再生骨料破坏形式。

实施例6

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥22.2份、水洗砂22.2份、粒径为20mm的黏土基再生骨料46.7份、自来水8.9份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水，再搅拌3min；搅拌完成后将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动2min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图8所示，破坏后的混凝土外形较为完整，主要为黏土基再生骨料破坏形式。

实施例7

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥25.0份、水洗砂21.4份、粒径为20mm的黏土基再生骨料45.0份、自来水8.6份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水，再搅拌3min；搅拌完成后将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动1min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图9所示，破坏后的混凝土外形较为完整，主要为黏土基再生骨料破坏形式。

实施例8

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥25.0份、水洗砂21.4份、粒径为20mm的黏土基再生骨料45.0份、自来水8.6份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水，再搅拌3min；搅拌完成后将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动2min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图10所示，破坏后的混凝土外形较为完整，主要为黏土基再生骨料破坏形式。

实施例9

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥28.9份、水洗砂30.9份、粒径为20mm的黏土基再生骨料29.9份、自来水10.3份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水，再搅拌3min；搅拌完成后将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动2min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图11所示，破坏后的混凝土外形较为完整，主要为黏土基再生骨料破坏形式。

实施例10

本实施例黏土基再生骨料混凝土，包括以下重量份原材料：42.5级普通硅酸盐水泥27.2份、水洗砂32.6份、粒径为20mm的黏土基再生骨料32.6份、自来水7.6份，所述水洗砂为工程渣土泥砂分离后经水洗的砂子，所述黏土基再生骨料为工程渣土泥砂分离后的余泥脱水固化后浸水养护28d后的再生骨料，如图2所示，外形为椭球形。

先将水泥、砂子、黏土基再生骨料倒入混凝土搅拌机中搅拌2min，加入水，再搅拌3min；搅拌完成后将新拌混凝土分2次加入100mm立方体试模中，随后放置振动台上振动2min；1d后脱模，并将脱模后的试块放在水中养护，到龄期后取出测试，加载速度为0.7MPa/s，测试结果如表1所示；混凝土破坏形式如图12所示，破坏后的混凝土外形较为完整，观察内部破坏形式主要为黏土基再生骨料破坏形式。

对照例再生骨料混凝土与实施例1-10黏土基再生骨料混凝土对比测试结果如表1所示。

表1黏土基再生骨料混凝土坍落度和抗压强度测试结果

注：表格中的“/”表示所在龄期该项目没有测试

本发明将黏土基再生骨料设计成如图2所示的带有拱形结构，尤其是两侧均带有拱形的近似梭形结构，通过利用圆弧，有效发挥了拱形结构承受抗压强度高的优势。可选的，黏土基再生骨料直径10-30mm

所述黏土基再生骨料，通过添加胶凝材料、外掺料和水并利用挤压技术一体成型，具有成型快、制造成本低和在成型过程中无原材料浪费等优点，可替代石子，有效降低了普通混凝土材料成本，同时充分将工程弃土制成可满足工程需要的再生骨料，实现了工程弃土高效资源化利用。从黏土基再生骨料破坏形式可以看出，主要以黏土基再生骨料破坏为主，充分发挥了混凝土中黏土基再生骨料的力学性能，避免混凝土破坏时碎块大面积剥落导致的强度急速下降带来的灾害，特别是在地震时，可以有效降低因混凝土材料剥落导致的人员伤亡和财产损失。同时，从表1中可以看出，新拌黏土基再生骨料混凝土比相同条件下的混凝土坍落度增加155mm，可显著改善了混凝土工作性能，更有利于混凝土施工；此外，当黏土基再生骨料完成替代石子时，最低抗压强度等级仍可达到C30混凝土强度等级要求，而该强度等级为工程建设中用量较多的混凝土强度等级，故黏土基再生骨料混凝土可以满足大多数工程建设需要。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。