CN104557102A - 一种生态混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生态混凝土，该生态混凝土由以下重量份的原料制备而成：水泥100份，粉末状混合剂0.01-1.0份，纤维质材料1-10份，增强高分子剂0-5份，粗骨料400-550份，细骨料0-100份，减水剂0.01-0.5份，水20-40份。发明通过在生态混凝土中添加硅酸钙载体的硬化促进剂、纤维质材料和增强高分子材料提高了生态混凝土的粘结强度和抗拉、抗折、抗弯性能，拓展了生态混凝土在建筑外构，停车场、人行道、广场、公园，道路，河道护岸及绿化基盘等强度要求高的领域的铺装应用。
Description
技术领域
本发明涉及环境治理建材，特别涉及一种生态混凝土及其制备方法。
背景技术
生态混凝土又称多孔混凝土。日本混凝土工学协会于1995年提出了多孔混凝土的概念：所谓多孔混凝土，指的是一类特种混凝土材料，具有特殊的结构与表面特性，能够适应生物生长，对调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极的作用。
生态混凝土由于具有多孔结构，雨水透过性能良好，而且有吸音性，适合草本类植物生长等特性，已经被应用于河道景观的边坡治理、园林绿化中。随着生态混凝土的推广应用，也出现一些问题，尤其是在建筑外构，停车场、人行道、广场、公园，道路，河道护岸及绿化基盘等领域的应用过程中，首先生态混凝土的多孔结构，影响了其力学强度，尤其抗压性能，业界公认的孔隙与抗压强度是一组矛盾体，如何打破这组矛盾，寻找新的平衡点是今后研究方向，即，既要有很好的孔隙，同时又能有较高的抗压强度；而且在实际应用中还发现：生态混凝土是脆性结构，抗折、抗弯性能较低，达不到建筑物外构，停车场、人行道、广场、公园，道路，河道护岸及绿化基盘等的铺装应用需要。于此同时，生态混凝土早期强度较低，也影响了其进一步推广应用。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种生态混凝土及其制备方法，通过在生态混凝土中添加硅酸钙载体的硬化促进剂、纤维质材料和增强高分子材料促进了生态混凝土的硬化速度，早强效果好，提高了生态混凝土的粘结强度和抗拉、抗折、抗弯性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明一种生态混凝土由以下重量份的原料制备而成：水泥100份，粉末状混合剂0.01-1.0份，纤维质材料1-10份，增强高分子剂0-5份，粗骨料400-550份，细骨料0-100份，减水剂0.01-0.5份，水20-40份。
所述粉末状混合剂为BET比表面积大于30m2/g的硅酸钙水合物粉末为载体的硬化促进剂。
所述粉末状混合剂由以下重量份的原料制备而成：硅酸钙水合物100份，硬化促进剂0.01-300份。
所述纤维质材料为直径为1-1000μm、长度为3-30mm的有机或无机类短纤维质材料。
所述纤维质材料为以下材料中的一种：碳钢纤维、不锈钢纤维、抗碱玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、PVA纤维、EVA纤维。
所述增强高分子剂为以下材料中的一种：橡胶乳胶、树脂乳液、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、不饱和聚酯、环氧树脂。
粉末状混合剂的制造工艺为以下三种方法中的一种：1)将硅酸钙水合物粉末浸泡在硬化促进剂饱和水溶液中，然后干燥，干燥温度为40-150℃，干燥时间为1-48h，最后再进行粉碎；2)将硬化促进剂饱和水溶液喷洒在硅酸钙水合物粉末中，然后干燥，干燥温度为40-150℃，干燥时间为1-48h，最后再进行粉碎；3)将泥状硅酸钙中混入硬化促进剂，然后干燥，干燥温度为40-150℃，干燥时间为1-48h，最后再进行粉碎。
所述硬化促进剂为以下材料中的一种或几种的混合物：氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、硫酸盐、硫氰酸、氢氧化物、碳酸盐、水玻璃、氧化铝系、胺类、有机酸、无水马来酸。
本发明生态混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)将水泥、粗骨料、细骨料、粉末状混合剂、纤维质材料搅拌混合均匀构成第一混合物；
2)将高性能减水剂、增强高分子剂与水搅拌混合均匀构成第二混合物；
3)将第二混合物搅拌加入到第一混合物中；
4)成型。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明生态混凝土1)混凝土中掺入硅酸钙载体的硬化促进剂，既可以加快固化速度，同时又可以提高粘结强度；2)混凝土中掺入纤维质材料，主要在水泥与骨材之间起到架桥和增强作用，尤其是对拉伸强度，可以大幅度提高混凝土的抗拉性能，弥补当前生态混凝土的不足，可用于抗拉要求高的透水路面等的应用需要；3)混凝土中掺合少量的增强高分子材料可以弥补水泥混凝土的脆性，易断裂，抗折、抗弯能力差的缺陷，大幅度提高水泥混凝土的抗折抗弯等性能，少量的掺合，均匀的分散在水泥基中间，充分发挥水泥材料的强度大和高分子材料的柔性好的特点，两者协调作用，增加韧性，4)本发明的高性能生态混凝土既保持了传统生态混凝土的多孔结构，透水且适合植物生长，同时也大大提高了多孔混凝土的综合力学强度，尤其是抗折抗弯等韧性强度，拓展了生态混凝土在建筑外构，停车场、人行道、广场、公园，道路，河道护岸及绿化基盘等强度要求高的领域的铺装应用。
附图说明
图1为本发明一种生态混凝土及其制备方法示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本发明一种生态混凝土由以下原料制备而成：
水泥为普通硅酸盐水泥525R(江苏省南京长江水泥(集团)公司中国水泥厂)；粗骨料为主要指粒径2cm左右的碎石污泥干燥物；细骨料为主要指粒径0.5cm左右的碎石污泥干燥物；粉末状混合剂为硬化促进剂(三异醇胺，国药集团化学试剂有限公司)，以BET比表面积100m2/g的硅酸钙水合物粉末为载体；增强高分子材料为EVA乳液(中国石化集团四川维尼纶厂)，固含量40％)；纤维质材料为PVA纤维(中国石化集团四川维尼纶厂)，直径0.1μm，长度3mm；减水剂为M1系列高减水聚羧酸减水剂(江苏奥莱特新材料有限公司)；水为自来水。如表1所示，本实施例各原料的重量份为：水泥100份，粉末状混合剂0.01份，纤维质材料1份，增强高分子剂2份，粗骨料480份，细骨料50份，减水剂0.5份，水32份。
粉末状混合剂的制作方法为：硬化促进剂(上述三乙醇胺：50ml中加入丙酮100ml得到三乙醇胺与丙酮体积比为50/100的溶液)100g，加入到比表面积BET100m2/g的硅酸钙水合物粉末100g中浸泡，100℃下干燥10h，再粉碎，得到平均粒径35um的粉末状混合剂，粉末状混合剂中硅酸钙水合物粉末100份，硬化促进剂50份。
本发明生态混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)将水泥、粗骨料、细骨料、粉末状混合剂、纤维质材料加入到搅拌装置中搅拌均匀30s，构成第一混合物；
2)将高性能减水剂、增强高分子剂与水搅拌混合均匀构成第二混合物；
3)将第二混合物搅拌加入到第一混合物中，搅拌90s；
4)装入磨具成型，自然养护。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | 比较例4 | |
| 水泥 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 细骨材 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 粗骨材 | 480 | 480 | 480 | 480 | 480 | 480 | 480 |
| 粉末状混合剂 | 0.01 | 0.1 | 1.0 | ||||
| 硬化促进剂 | - | - | - | - | - | 0.1 | 1.0 |
| 减水剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 增强高分子剂 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 纤维质材料 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 水 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 |
实施例2：
本实施例一种生态混凝土的制备原料与实施例1相同，如表1所示，本实施例各原料的重量份为：水泥100份，粉末状混合剂0.1份，纤维质材料1份，增强高分子剂2份，粗骨料480份，细骨料50份，减水剂0.5份，水32份
本实施例粉末状混合剂的制作方法与实施例1相同。
本实施例生态混凝土的制备方法与实施例1相同。
1)将水泥、粗骨料、细骨料、粉末状混合剂、纤维质材料加入到搅拌装置中搅拌均匀30s，构成第一混合物；
2)将高性能减水剂、增强高分子剂与水搅拌混合均匀构成第二混合物；
3)将第二混合物搅拌加入到第一混合物中，搅拌90s；
4)装入磨具成型，自然养护。
实施例3：
本实施例一种生态混凝土的制备原料与实施例1相同，如表1所示，本实施例各原料的重量份为：水泥100份，粉末状混合剂1份，纤维质材料1份，增强高分子剂2份，粗骨料480份，细骨料50份，减水剂0.5份，水32份
本实施例粉末状混合剂的制作方法与实施例1相同。
本实施例生态混凝土的制备方法与实施例1相同。
1)将水泥、粗骨料、细骨料、粉末状混合剂、纤维质材料加入到搅拌装置中搅拌均匀30s，构成第一混合物；
2)将高性能减水剂、增强高分子剂与水搅拌混合均匀构成第二混合物；
3)将第二混合物搅拌加入到第一混合物中，搅拌90s；
4)装入磨具成型，自然养护。
比较例1：
本比较例一种生态混凝土由以下原料制备而成：
水泥为普通硅酸盐水泥525R(江苏省南京长江水泥(集团)公司中国水泥厂)；粗骨料为主要指粒径2cm左右的碎石污泥干燥物；细骨料为主要指粒径0.5cm左右的碎石污泥干燥物；增强高分子材料为EVA乳液(中国石化集团四川维尼纶厂)，固含量40％)；减水剂为M1系列高减水聚羧酸减水剂(江苏奥莱特新材料有限公司)；水为自来水。如表1所示，本实施例各原料的重量份为：水泥100份，增强高分子剂2份，粗骨料480份，细骨料50份，减水剂0.5份，水32份。
本比较例生态混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)将水泥、粗骨料、细骨料加入到搅拌装置中搅拌均匀30s，构成第一混合物；
2)将高性能减水剂、增强高分子剂与水搅拌混合均匀构成第二混合物；
3)将第二混合物搅拌加入到第一混合物中，搅拌90s；
4)装入磨具成型，自然养护。
比较例2：
本比较例一种生态混凝土由以下原料制备而成：
水泥为普通硅酸盐水泥525R(江苏省南京长江水泥(集团)公司中国水泥厂)；粗骨料为主要指粒径2cm左右的碎石污泥干燥物；细骨料为主要指粒径0.5cm左右的碎石污泥干燥物；纤维质材料为PVA纤维(中国石化集团四川维尼纶厂)，直径0.1μm，长度3mm；减水剂为M1系列高减水聚羧酸减水剂(江苏奥莱特新材料有限公司)；水为自来水。如表1所示，本实施例各原料的重量份为：水泥100份，纤维质材料1份，粗骨料480份，细骨料50份，减水剂0.5份，水32份。
本比较例生态混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)将水泥、粗骨料、细骨料、纤维质材料加入到搅拌装置中搅拌均匀30s，构成第一混合物；
2)将高性能减水剂与水搅拌混合均匀构成第二混合物；
3)将第二混合物搅拌加入到第一混合物中，搅拌90s；
4)装入磨具成型，自然养护。
比较例3：
本比较例一种生态混凝土由以下原料制备而成：
水泥为普通硅酸盐水泥525R(江苏省南京长江水泥(集团)公司中国水泥厂)；粗骨料为主要指粒径2cm左右的碎石污泥干燥物；细骨料为主要指粒径0.5cm左右的碎石污泥干燥物；硬化促进剂：硬化促进剂(三异醇胺，国药集团化学试剂有限公司)；增强高分子材料为EVA乳液(中国石化集团四川维尼纶厂)，固含量40％)；纤维质材料为PVA纤维(中国石化集团四川维尼纶厂)，直径0.1μm，长度3mm；减水剂为M1系列高减水聚羧酸减水剂(江苏奥莱特新材料有限公司)；水为自来水。如表1所示，本实施例各原料的重量份为：水泥100份，硬化促进剂0.1份，纤维质材料1份，增强高分子剂2份，粗骨料480份，细骨料50份，减水剂0.5份，水32份。
本比较例生态混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)将水泥、粗骨料、细骨料、粉末状混合剂、纤维质材料加入到搅拌装置中搅拌均匀30s，构成第一混合物；
2)将高性能减水剂、增强高分子剂与水搅拌混合均匀构成第二混合物；
3)将第二混合物搅拌加入到第一混合物中，搅拌90s；
4)装入磨具成型，自然养护。
比较例4：
本比较例一种生态混凝土的制备原料与比较例3相同，如表1所示，本比较例各原料的重量份为：水泥100份，硬化促进剂1份，纤维质材料1份，增强高分子剂2份，粗骨料480份，细骨料50份，减水剂0.5份，水32份。
本比较例生态混凝土的制备方法与比较例3相同。
试验测试：将上述实施例1-3及比较例1-4制造的生态混凝土分别在自然养护3天、7天、14天和28天按照国标测试弯曲强度和压缩强度，结果见表2和表3。
表2压缩强度测试结果(MPa)
| 3天 | 7天 | 14天 | 28天 | |
| 实施例1 | 12.4 | 18.1 | 22.7 | 25.9 |
| 实施例2 | 14.7 | 19.5 | 23.6 | 26.6 |
| 实施例3 | 15.9 | 20.9 | 24.3 | 27.1 |
| 比较例1 | 10.1 | 14.5 | 18.0 | 19.2 |
| 比较例2 | 10.6 | 15.7 | 18.5 | 20.3 |
| 比较例3 | 10.9 | 16.8 | 20.2 | 23.8 |
| 比较例4 | 11.4 | 18.1 | 20.8 | 23.7 |
表3弯曲强度测试结果(MPa)
| 3天 | 7天 | 14天 | 28天 | |
| 实施例1 | 4.55 | 5.02 | 5.31 | 5.45 |
| 实施例2 | 4.62 | 5.13 | 5.49 | 5.63 |
| 实施例3 | 4.73 | 5.37 | 5.58 | 5.70 |
| 比较例1 | 3.30 | 3.68 | 3.98 | 4.07 |
| 比较例2 | 3.46 | 3.82 | 4.13 | 4.25 |
| 比较例3 | 3.79 | 4.03 | 4.22 | 4.31 |
| 比较例4 | 4.01 | 4.10 | 4.21 | 4.29 |
从上述测试试验结果可以看出，本发明的实施例1-3制造的生态混凝土，固化速度快，早强效果明显，3天的压缩强度即可达到12MPa、弯曲强度达到4.4MPa，7天的压缩强度即可超过18MPa、弯曲强度超过5.0MPa，满足建筑外构，停车场、人行道、广场、公园，道路，河道护岸及绿化基盘等的铺装需要。实施例1-3及比较例3-4可以看出，随着粉末状混合剂添加量的增加，早强效果更加明显，且有增强效果，而加入其它的硬化促进剂早强效果降低，且没有增强作用。从实施例与比较例1-2可以看出没有加入增强高分子材料或者纤维质材料，强度较低，尤其是弯曲强度。
Claims (9)
1.一种生态混凝土，其特征在于，该生态混凝土由以下重量份的原料制备而成：水泥100份，粉末状混合剂0.01-1.0份，纤维质材料1-10份，增强高分子剂0-5份，粗骨料400-550份，细骨料0-100份，减水剂0.01-0.5份，水20-40份。
2.根据权利要求1所述生态混凝土，其特征在于，所述粉末状混合剂为BET比表面积大于30m2/g的硅酸钙水合物粉末为载体的硬化促进剂。
3.根据权利要求1或2所述生态混凝土，其特征在于，所述粉末状混合剂由以下重量份的原料制备而成：硅酸钙水合物100份，硬化促进剂0.01-300份。
4.根据权利要求1所述生态混凝土，其特征在于，所述纤维质材料为直径为1-1000μm、长度为3-30mm的有机或无机类短纤维质材料。
5.根据权利要求1或4所述生态混凝土，其特征在于，所述纤维质材料为以下材料中的一种：碳钢纤维、不锈钢纤维、抗碱玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、PVA纤维、EVA纤维。
6.根据权利要求1所述生态混凝土，其特征在于，所述增强高分子剂为以下材料中的一种：橡胶乳胶、树脂乳液、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、不饱和聚酯、环氧树脂。
7.根据权利要求2或3所述生态混凝土，其特征在于，粉末状混合剂的制造工艺为以下三种方法中的一种：1)将硅酸钙水合物粉末浸泡在硬化促进剂饱和水溶液中，然后干燥，干燥温度为40-150℃，干燥时间为1-48h，最后再进行粉碎；2)将硬化促进剂饱和水溶液喷洒在硅酸钙水合物粉末中，然后干燥，干燥温度为40-150℃，干燥时间为1-48h，最后再进行粉碎；3)将泥状硅酸钙中混入硬化促进剂，然后干燥，干燥温度为40-150℃，干燥时间为1-48h，最后再进行粉碎。
8.根据权利要求7所述生态混凝土，其特征在于，所述硬化促进剂为以下材料中的一种或几种的混合物：氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、硫酸盐、硫氰酸、氢氧化物、碳酸盐、水玻璃、氧化铝系、胺类、有机酸、无水马来酸。
9.根据权利要求1-8任一项所述生态混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将水泥、粗骨料、细骨料、粉末状混合剂、纤维质材料搅拌混合均匀构成第一混合物；
2)将高性能减水剂、增强高分子剂与水搅拌混合均匀构成第二混合物；
3)将第二混合物搅拌加入到第一混合物中；
4)成型。
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