拆除混凝土再生细骨料的改性与应用研究

发布时间：2017-09-25 15:45

  本文关键词：拆除混凝土再生细骨料的改性与应用研究

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【摘要】：将拆除混凝土加工成再生骨料用于再生混凝土的制备不仅解决了环境污染问题,也实现了资源再利用。与天然骨料相比,再生骨料存在大量微细裂纹、压碎指标值高、吸水率大、微粉含量高,利用其制备的再生水泥制品的力学性能与耐久性会显著降低。为改善再生混凝土和再生砂浆性能,再生骨料强化是有潜在应用前景的方法,本文通过对比强化前后骨料吸水率、再生胶砂需水量比和强度比以及再生砂浆水胶比、保水率、稠度损失和抗压强度等基本性能,分别评价了CO2养护强化和微生物矿化强化再生细骨料的改性效果,并探索了各强化方法中试验因素的影响。同时利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热重法、压汞法等微观分析探究改性原理。此外,在再生细骨料未经任何处理的条件下,本文通过复掺多种外加剂以改善再生砂浆基本性能,并确定了适用于再生砂浆的专用复合外加剂的最优配方。CO2养护强化再生骨料是近年出现的新方法,强化的效果及其影响因素尚不清楚。此外,已有的文献报道基本上均采用存放时间较短的废弃混凝土制备再生骨料,这种骨料可碳化物质含量较多,碳化效果较好。但是实际工程中常常会遇到存放时间较长的再生骨料,骨料中可碳化物质含量极少。考虑到本文所用拆除混凝土再生细骨料的可碳化物质含量较低,本文提出通过外加钙源提高可碳化物质含量的方法,以增强碳化养护效果,并探索了各因素对碳化效果的影响,最终确定了最优碳化方案。本文试验条件下,加钙碳化养护强化存放时间较长的拆除混凝土再生细骨料是可行的,CO2养护强化再生细骨料的最优处理条件是：碳化在混凝土碳化试验箱内进行,外加钙源为氢氧化钙,掺量为0.01-0.05mo1/kg,CO2浓度为70%,骨料含水率约5%,碳化温度为25℃℃。经最优条件处理后,碳化产物碳酸钙可有效填充骨料表面裂纹,降低再生细骨料的孔隙率。与原状再生细骨料相比,骨料吸水率降低62%,再生胶砂需水量比由1.17降至1.06,强度比由0.95增大到1.04。与原状再生细骨料M10砂浆相比,由最优条件处理的再生细骨料配制的砂浆需水量减小,稠度损失由50.0%降至28.8%,28d抗压强度无明显变化但较天然砂浆提高近21%-26%。微生物矿化同样是强化再生骨料的新方法,目前尚未见微生物矿化处理再生细骨料的研究报道。本文拟采用含不同钙源的微生物培养液振荡浸泡处理再生细骨料,研究微生物矿化处理对再生混凝土细骨料性能和再生砂浆性能的影响。在本文试验条件下,微生物矿化方法可以有效改善再生细骨料性能和再生砂浆性能,且最优处理条件是：选用巴氏生孢八叠球菌,在由牛肉浸膏和蛋白胨配制的培养基中培养,培养24h后放入适量再生细骨料继续振荡浸泡3～6h,后加入氯化钙和尿素混合溶液并继续振荡保存24h。利用最优条件处理再生细骨料后,骨料表面有明显的碳酸钙包覆层,CaCO3粒径在5-10μm范围内,使骨料吸水率下降近40%。与原状再生砂浆相比,由最优条件处理的再生细骨料制备的M10再生砂浆需水量减少,2h稠度损失由50.0%降至28.1%,保水率由88.6%提高至96.5%,孔结构得到一定程度的细化,但界面过渡区出现明显缝隙,抗压强度下降约12%。与天然砂浆相比,微生物矿化强化后的再生砂浆孔隙率降低,界面过渡区结构较为紧密,故强度提高近10%。考虑到再生细骨料强化工艺的复杂性,本试验通过复掺多种外加剂配制出适用于再生砂浆的粉料专用复合外加剂,提高再生细骨料利用率并改善再生砂浆基本性能。结合再生砂浆性能改善效果和外加剂成本分析,最终确定专用复合外加剂为由MN、LL和NS按比例2：6：1均匀混合而成,其最佳掺量为胶凝材料质量的0.75%,满足掺量小、分散性好等要求。与原状再生细骨料M10砂浆相比,采用该复合外加剂配制的砂浆稠度损失大幅减小,保水率大幅提高,抗压强度较改性前提高近66%。本文试验条件下,与采用碳化强化、微生物矿化强化以及化学强化再生细骨料的M10再生砂浆相比,采用专用复合外加剂的M10再生砂浆保水率高,稠度损失小,且具有更小的水胶比和更高的抗压强度。此外,实验室条件下碳化强化再生细骨料时,预拌砂浆外加成本约为1650元／吨：微生物矿化强化再生细骨料时,预拌砂浆外加成本约为8250元/吨；化学强化再生细骨料时,预拌砂浆外加成本约为30元/吨；利用本实验确定的最优砂浆专用复合外加剂改性再生砂浆时,每吨预拌砂浆的外加剂成本仅为4.34元,成本最低。所以采用专用复合外加剂的性价比优于碳化强化、微生物矿化强化以及化学强化再生细骨料的方法。
【关键词】：再生细骨料 CO_2养护 微生物矿化 外加剂
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 符号表9-14
• 第一章 绪论14-30
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状与现存问题15-26
• 1.2.1 再生细骨料15
• 1.2.2 再生骨料的制备15-16
• 1.2.3 再生细骨料的特点16-17
• 1.2.4 再生骨料的强化措施17-25
• 1.2.4.1 物理强化17-19
• 1.2.4.2 化学强化19-23
• 1.2.4.3 CO_2养护强化23-24
• 1.2.4.4 微生物矿化强化24-25
• 1.2.5 再生砂浆外加剂25-26
• 1.3 本文研究内容、思路和方案26-30
• 1.3.1 研究内容26-27
• 1.3.2 研究思路27-28
• 1.3.3 研究方案28-30
• 第二章 原材料与试验方法30-34
• 2.1 原材料30-32
• 2.1.1 胶凝材料30
• 2.1.2 再生细骨料30-31
• 2.1.3 其他原材料31-32
• 2.2 配合比设计32
• 2.3 试验方法32-34
• 2.3.1 宏观性能测试32
• 2.3.2 微观性能测试32-34
• 2.3.2.1 热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)32
• 2.3.2.2 压汞测孔仪(MIP)32
• 2.3.2.3 电子扫描显微镜(SEM)32-33
• 2.3.2.4 X-ray衍射仪(XRD)33-34
• 第三章 碳化强化再生细骨料34-52
• 3.1 碳化条件的影响34-38
• 3.1.1 外加钙源的必要性35-36
• 3.1.2 CO_2气体浓度对骨料性能的影响36-37
• 3.1.3 骨料含水率对骨料性能的影响37
• 3.1.4 不同碳化条件强化后的再生细骨料对砂浆性能的影响37-38
• 3.1.5 碳化条件影响的微观分析38
• 3.2 钙源种类的影响38-42
• 3.2.1 钙源种类对骨料性能的影响39
• 3.2.2 不同钙源种类强化后的再生细骨料对砂浆性能的影响39-40
• 3.2.3 钙源种类影响的微观分析40-42
• 3.3 钙源掺量的影响42-45
• 3.3.1 钙源掺量对骨料性能的影响42-43
• 3.3.2 不同钙源掺量强化后的再生细骨料对砂浆性能的影响43-44
• 3.3.3 钙源掺量影响的微观分析44-45
• 3.4 碳化压力的影响45-48
• 3.4.1 碳化压力对骨料性能的影响45-46
• 3.4.2 不同碳化压力强化后的再生细骨料对砂浆性能的影响46
• 3.4.3 碳化压力影响的微观分析46-48
• 3.5 碳化温度的影响48-50
• 3.5.1 碳化温度对骨料性能的影响48-49
• 3.5.2 不同碳化温度强化后的再生细骨料对砂浆性能的影响49
• 3.5.3 碳化温度影响的微观分析49-50
• 3.6 碳化箱碳化与加压碳化效果的比较50-51
• 3.7 本章小结51-52
• 第四章 微生物矿化强化再生细骨料52-58
• 4.1 试验方法52
• 4.2 试验结果与分析52-53
• 4.2.1 对再生细骨料性能的影响52-53
• 4.2.2 对再生砂浆性能的影响53
• 4.3 微观分析53-56
• 4.3.1 再生细骨料微观形貌的变化53-54
• 4.3.2 再生砂浆的孔结构变化54-55
• 4.3.3 再生砂浆的界面过渡区变化55-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 再生砂浆复合外加剂58-64
• 5.1 试验方法58
• 5.2 单掺外加剂的砂浆性能58-59
• 5.3 复合外加剂的砂浆性能59-60
• 5.4 机理分析60-61
• 5.5 成本分析61-62
• 5.6 本章小结62-64
• 第六章 各种改性方法的比较64-66
• 6.1 改性效果的比较64-65
• 6.2 经济成本的比较65-66
• 第七章 结论与展望66-68
• 7.1 结论66-67
• 7.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 攻读硕士学位期间获得的成果74

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本文编号：918219