CN101318795A - 一种植被型多孔混凝土的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种植被型多孔混凝土的制备方法，采用“预包裹”技术，将具有特定组成的浆体包裹粗骨料，形成粒径较均匀的球体，以这些球体的物理堆聚及其表层浆体的胶结作用，形成固相间胶结良好且气相连通的多孔、大孔结构。具体制备步骤是：(1)确定包裹骨料的浆体流动度和粘度范围，通过绝对体积法算出配合比；(2)采用四步搅拌工序和振捣与加压相结合的成型方式；(3)对孔隙进行封碱处理。本发明克服传统方法中浆体向下流动所导致的孔隙分布不均匀和不连续孔隙增多以及混凝土孔隙中碱度偏高不利于植物生长的难题。本发明制备的植被型多孔混凝土可应用于高速公路的路肩隔板、建筑屋顶、防岸护坡、停车场等部位，具有良好的景观效应和生态环保意义。

Description

一种植被型多孔混凝土的制备方法
技术领域
本发明属于环保型、功能型建筑材料制备技术领域，具体涉及一种能使植物在其孔隙中生长的具有连续大孔、多孔结构的植被型多孔混凝土的制备方法。
技术背景
随着我国经济的快速发展和城市建设步伐的加快，地面被大量的建筑物和混凝土道路所覆盖，不透水区域增多，城市绿色植被面积明显减少，热岛效应加剧；河道、大坝等主要由混凝土板块所护砌，切断了水生物链，降低了河流的自我净化能力；混凝土质地脆硬，表面粗糙且触觉效果差，视觉效果缺乏生机，使人产生粗、硬、冷、暗的感觉。因此，开发既能充分利用地球资源、减少能源消耗，同时又与自然生态相协调的环保型混凝土逐渐引起人们的重视。
本专利涉及的植被型多孔混凝土是一种具有连续大孔结构，并且能使植物在其孔隙中生长，而根系可以通过混凝土基架深入到土壤层中，源源不断地吸收土壤中养分的环保型建筑材料。它不仅科学地解决了混凝土上不能繁衍花草的难题，而且能使混凝土在不改变原有功能的基础上进行绿化，在生态效益、自净效益、防洪效益、景观效益和经济效益上都有很大的优越性，实现了工程建设和环境保护的完美结合。
目前，植被型多孔混凝土在欧洲、美国、日本等国家和地区已经应用于高速公路的路肩隔板、建筑屋顶、防岸护坡、停车场等部位。而在我国，其同类产品研究与应用虽然已有所报道，但由于现有的制备技术存在浆体容易往下流动，致使混凝土下部的孔隙率远小于混凝土上部的孔隙率，局部区域甚至于完全堵死，使得根系不能直接穿透孔隙到达土壤层，同时无法实现强度与孔隙之间的互动调控；混凝土内部碱度过高，无法满足植物生长的正常环境需求等诸多问题，有实质性推广应用的先例很少。因此上述问题的解决将会带来巨大的经济和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于克服上述植被型多孔混凝土制备方法存在的不足，提供一种植被型多孔混凝土的制备方法，采用新型的“预包裹”制备技术，同时进行孔隙内封碱处理，使得制得的多孔混凝土具有所需的孔隙率、良好的透水性能、适中的等效孔径、较低的碱度、抗压抗折强度符合要求、较高的耐久性能、施工技术方便、成本低廉等优点。
本发明包含以下两个方面内容：(1)混凝土配合比；(2)搅拌和成型方法。
混凝土的配合比，各组分的重量份数如下：
水泥        8.9～15.0
粉煤灰      2.2～3.6
水          2.3～3.9
减水剂      0.16～0.28
骨料        77.2～86.4
或者
水泥        9.1～15.3
矿渣        2.3～3.8
水          3.2～4.7
减水剂      0.17～0.29
骨料        75.9～85.3
或者
水泥        8.3～13.9
细砂        2.8～4.6
水          3.2～4.8
减水剂      0.17～0.28
骨料        76.4～85.6
本发明所述原材料中，水泥选用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；骨料选用粒径为10～20mm的单一粒级级配且球度不小于0.6的碎石；粉煤灰选用优质II级粉煤灰；矿渣选用磨细矿渣；细砂选用粒径小于0.3mm的河砂；减水剂为萘系或聚羧酸系减水剂。
搅拌和成型方法：其特征在于通过采用独特的“预包裹”技术，将具有上述组成的水泥浆体包裹粗骨料，形成粒径较均匀的球体，以这些球体的物理堆聚及其表层浆体的相互胶结作用，形成固相和液相搭接良好且气相连通的多孔、大孔结构，即固相，液相和气相分别处于Funicular第一领域。
具体的制备步骤如下：
(1)搅拌工序
①首先向搅拌机加入全部骨料和20％～40％的水(水总用量的质量百分比)，搅拌20～30s。这样可以使粗骨料预湿，既能够清洗骨料表面上的杂质，又可以让骨料先达到饱和面干状态，使得骨料表面对胶结材浆体具有一定的黏结性；
②加入40％～50％的胶结材(胶结材总用量的质量百分比)，搅拌20～40s。这样可以把骨料均匀包裹上一层薄浆体壳，使骨料的粒型趋于球体；
③再加入20％～40％的水(水总用量的质量百分比)和50％的减水剂(减水剂总用量的质量百分比)，搅拌20～40s。这样骨料表面能够被包裹上一层浆体，可以使骨料与骨料之间由于搅拌而产生的摩擦力逐渐变小，起到了润滑作用，避免了骨料由于摩擦力量过大而粉碎、开裂；
④在上一步搅拌完后，再加入最后剩余的水、减水剂和胶结材进行搅拌，时间是120～140s。这样可以使浆体进一步充分包裹骨料，修正骨料的粒型，使其成为一颗颗呈金属性色泽、光圆发亮的球体，这些球体之间通过点与点、面与面相互接触、黏结以及良好的物理堆聚保证了植被型多孔混凝土在具备可观孔隙率的基础上达到相应的强度标准。
(2)成型方式
根据植被型多孔混凝土成品形状的要求进行成型。新拌混凝土分三层灌入模具，通过常规的振捣后，再施加0.01～0.05MPa的压力。这样可以使得用胶结浆体包裹的骨料在振捣作用下逐渐密实，球体与球体会以更加紧密的状态相互嵌挤。同时，施加压力可以进一步增加球体间的接触点和减少间距，使植被型多孔混凝土的组织结构更加密实和稳定。
(3)封碱
植被型多孔混凝土试件在拆模后，需要对它的孔隙进行封碱处理。
①配置喷雾溶液，按照水∶草酸的质量比为100∶1～100∶5的比例配置，将草酸与水充分混合、搅拌均匀；
②将上述草酸溶液喷洒于混凝土中，充分喷洒1～5次，使得混凝土的孔隙表面形成草酸钙薄层，隔绝碱类物质与孔隙内填充土壤的接触，阻止碱类物质溶解到孔隙内土壤中，这样能使植被型多孔混凝土孔隙内的pH值保持在合理的范围，从而保证植物的正常生长。
本发明的突出优点在于：
(1)制备方法简单，容易操作，施工成本低。
(2)可以在满足强度要求的基础上保证植被型多孔混凝土的孔隙率与孔隙的连通性，透水性以及适中的等效孔径，具有较高的结构整体稳定性。
(3)通过封碱方式，有效地阻止了孔隙内碱性物质的溶出，遏止了Ca(OH)2的流失导致混凝土强度下降和不利于植物生长的问题。
具体实施方式
本发明可以根据应用的环境条件和工程部位适当调整配方，按照上述制备方法进行操作，配制满足性能要求的植被型多孔混凝土。具体举例如下：
实施例1：
(1)搅拌工序
该搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥        15.0
粉煤灰      3.6
水          3.9
减水剂      0.28
骨料        77.2
具体的制备步骤如下：
①首先向搅拌机加入全部骨料和20％的水(水总用量的质量百分比)，搅拌20s；
②加入50％的胶结材(胶结材总用量的质量百分比，此处的胶结材是指水泥和粉煤灰的混合物)，搅拌40s
③再加入40％的水(水总用量的质量百分比)和50％的减水剂(减水剂总用量的质量百分比)，搅拌40s；
④在上一步搅拌完后，再加入最后剩余的的水、减水剂和胶结材进行搅拌，时间是140s。
(2)成型方式
根据植被型多孔混凝土成品形状的要求进行成型。新拌混凝土分三层灌入模具，通过常规的振捣后，再施加0.03MPa的压力。
(3)封碱
植被型多孔混凝土试件在拆模后，对它的孔隙进行封碱处理。
①配置喷雾溶液，按照水∶草酸的质量比为100∶5的比例配置，将草酸与水充分混合、搅拌均匀；
②将上述草酸溶液喷洒于混凝土中，充分喷洒3次，使混凝土孔隙内的pH值保持在合理的范围，从而保证植物的正常生长。
实施例2：
(1)搅拌工序
该搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥        10.8
粉煤灰      2.7
水          2.8
减水剂      0.20
骨料        83.5
具体的制备步骤如下：
①首先向搅拌机加入全部骨料和30％的水(水总用量的质量百分比)，搅拌30s；
②加入45％的胶结材(胶结材总用量的质量百分比)，搅拌30s；
③再加入30％的水(水总用量的质量百分比)和50％的减水剂(减水剂总用量的质量百分比)，搅拌30s；
④在上一步搅拌完后，再加入最后剩余的水、减水剂和胶结材进行搅拌，时间是130s。
(2)成型方式
根据植被型多孔混凝土成品形状的要求进行成型。新拌混凝土分三层灌入模具，通过常规的振捣后，再施加0.03MPa的压力。
(3)封碱
植被型多孔混凝土试件在拆模后，对它的孔隙进行封碱处理。
①配置喷雾溶液，按照水∶草酸的质量比为100∶3的比例配置，将草酸与水充分混合、搅拌均匀；
②将上述草酸溶液喷洒于混凝土中，充分喷洒3次，使混凝土孔隙内的pH值保持在合理的范围，从而保证植物的正常生长。
实施例3：
(1)搅拌工序
该搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥        8.9
粉煤灰      2.2
水          2.3
减水剂      0.16
骨料        86.4
具体的制备步骤如下：
①首先向搅拌机加入全部骨料和40％的水(水总用量的质量百分比)，搅拌30s；
②加入40％的胶结材(胶结材总用量的质量百分比，此处的胶结材是指水泥和粉煤灰的混合物)，搅拌20s；
③再加入20％的水(水总用量的质量百分比)和50％的减水剂(减水剂总用量的质量百分比)，搅拌20s；
④在上一步搅拌完后，再加入最后剩余的水、减水剂(减水剂总用量的质量百分比)和胶结材进行搅拌，时间是120s。
(2)成型方式
根据植被型多孔混凝土成品形状的要求进行成型。新拌混凝土分三层灌入模具，通过常规的振捣后，再施加0.03MPa的压力。
(3)封碱
植被型多孔混凝土试件在拆模后，对它的孔隙进行封碱处理。
①配置喷雾溶液，按照水∶草酸的质量比为100∶1的比例配置，将草酸与水充分混合、搅拌均匀；
②将上述草酸溶液喷洒于混凝土中，充分喷洒5次，使混凝土孔隙内的pH值保持在合理的范围，从而保证植物的正常生长。
实施例4：
搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥        15.3
矿渣        3.8
水          4.7
减水剂      0.29
骨料        75.9
本植被型多孔混凝土的制备方法与实施例1的制备方法相同。
实施例5：
搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥        11.1
矿渣        2.8
水          3.7
减水剂      0.21
骨料        82.2
本植被型多孔混凝土的制备方法与实施例2的制备方法相同。
实施例6：
搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥        9.1
矿渣        2.3
水          3.2
减水剂      0.17
骨料        85.3
本植被型多孔混凝土的制备方法与实施例3的制备方法相同。
实施例7：
搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥        13.9
细砂        4.6
水          4.8
减水剂      0.28
骨料        76.4
本植被型多孔混凝土的制备方法与实施例1的制备方法相同。
实施例8：
搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥        10.1
细砂        3.4
水          3.7
减水剂      0.20
骨料        82.6
本植被型多孔混凝土的制备方法与实施例2的制备方法相同。
实施例9：
搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥        8.3
细砂        2.8
水          3.2
减水剂      0.17
骨料        85.6
本植被型多孔混凝土的制备方法与实施例3的制备方法相同。
按照本发明所述制备方法制备出试件后，在标准条件(20±2℃，R.H.≥95)下养护28d，测试其主要性能如表1：
表1
  具体实施例   目标孔隙率(％)   有效孔隙率(％)   抗压强度(MPa)   抗折强度(MPa)   透水系数mm/s   等效孔径mm   孔隙内碱度
  1   20％   20.9   12.28   2.26   19.7   13.7   7.85
  2   27％   27.7   8.72   2.25   22.4   18.0   7.91
  3   30％   29.8   6.95   1.88   22.6   19.8   8.02
  4   20％   19.3   13.52   2.52   18.6   10.2   7.25
  5   27％   27.3   10.12   1.70   25.6   18.2   7.68
  6   30％   29.5   7.42   1.46   31.2   21.3   7.96
  7   20％   19.5   19.6   3.03   20.1   13.6   7.54
  8   27％   26.1   13.58   2.46   23.1   17.4   8.09
  9   30％   29.4   11.7   2.12   28.3   20.5   8.31

Claims (8)

1、一种植被型多孔混凝土的制备方法，其特征在于该方法包括如下工艺步骤：
(1)搅拌工序
该搅拌工序所用的各原料及其重量份数如下：
水泥            8.9～15.0
粉煤灰          2.2～3.6
水              2.3～3.9
减水剂          0.16～0.28
骨料            77.2～86.4；
该搅拌工序包括：
①首先向搅拌机加入所述骨料和占上述总水用量20％～40％的水，搅拌20～30s；
②加入占水泥和粉煤灰总用量的40％～50％的水泥和粉煤灰，搅拌20～40s；
③再加入占上述总水用量20％～40％的水和占总减水剂总用量50％的减水剂，搅拌20～40s；
④在上一步搅拌完后，再加入最后剩余的水、减水剂、水泥和粉煤灰进行搅拌，搅拌时间是120～140s；
(2)成型工序
将上述步骤④获得的混凝土分三层灌入成型模具，通过振捣后，再施加0.01～0.05MPa的压力；
(3)封碱工序
a、将水与草酸按质量比100∶1～100∶5充分混合、搅拌均匀，配置成喷雾溶液；
b、将上述喷雾溶液喷洒于混凝土中，充分喷洒，使得混凝土的孔隙表面形成草酸钙薄层。
2、根据权利要求1所述的一种植被型多孔混凝土的制备方法，其特征在于搅拌工序(1)中所用的各原料及其重量份数如下：
水泥      9.1～15.3
矿渣      2.3～3.8
水        3.2～4.7
减水剂    0.17～0.29
骨料    75.9～85.3；
工序(1)中步骤②和④所述粉煤灰被替换为矿渣。
3、根据权利要求1所述的一种植被型多孔混凝土的制备方法，其特征在于搅拌工序(1)中所用的各原料及其重量份数如下：
水泥      8.3～13.9
细砂      2.8～4.6
水        3.2～4.8
减水剂    0.17～0.28
骨料      76.4～85.6；
工序(1)中步骤②和④所述粉煤灰被替换为细砂。
4、根据权利要求1所述的一种植被型多孔混凝土的制备方法，其特征在于所述粉煤灰是II级粉煤灰或统灰。
5、根据权利要求2所述的一种植被型多孔混凝土的制备方法，其特征在于所述矿渣是磨细矿渣。
6、根据权利要求3所述的一种植被型多孔混凝土的制备方法，其特征在于所述细砂是粒径小于0.3mm的河砂。
7、根据权利要求1～6任一项所述的一种植被型多孔混凝土的制备方法，其特征在于所述水泥是强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；所述骨料是粒径为10～20mm的单一粒级级配且球度不小于0.6的碎石；所述减水剂为萘系或聚羧酸系减水剂。
8、根据权利要求7中任一项所述的一种植被型多孔混凝土的制备方法，其特征在于工序(3)中步骤b所述喷洒次数为1～5。
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