CN107619298B - 一种抗泛碱水泥基透水材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗泛碱水泥基透水材料，由以下重量份的原料配制而成：烧结彩砂100份，水泥20‑40份，活性物质2‑5份，减水剂0.1‑0.4份，水6‑20份；其中，烧结彩砂由粉煤灰、造孔剂、增塑剂、色料、激发剂按20:2‑6:0‑6：0‑1:1‑6的重量百分比配制而成。本发明的抗泛碱水泥基透水材料，在制备过程中，一方面利用地质聚合物碱激发结合烧结造孔技术制备出具有丰富孔结构的烧结彩砂，使其具有一定的吸附功能，可将大部分水泥水化产生的氢氧化物吸附在孔隙中并结晶，防止其随水蒸气蒸发到表面；另一方面在水泥中添加活性物质，将少量未能被吸附的氢氧化钙反应；即采用骨料吸附与添加活性物质相结合的方法，彻底解决了水泥基透水材料的泛碱问题。
Description
技术领域
本发明涉及透水材料领域，尤其涉及一种抗泛碱水泥基透水材料。
背景技术
透水材料是为解决城市地表硬化、营造高质量的自然生活环境、维护城市生态平衡而产生的环保建材新产品，具有缓解地表径流、补给地下、净化路面雨水、改善城市热环境、吸收城市噪音、改善城市地表土壤生态环境等作用。市场上常见的透水材料主要有混凝土透水材料、陶瓷透水材料、砂基透水材料等。其中水泥基透水材料作为砂基透水材料的一种，含有水泥原料。而水泥的主要成分为硅酸钙，是一种弱酸强碱盐，发生水化反应后生成氢氧化钙，极易溶解在水中，产生大量的金属离子与氢氧根离子。水泥基透水材料在养护过程中，为了确保强度，往往需要喷水养护，一部分水参与水泥的水化反应，另一部分含有大量氢氧化钙的水分会蒸发到透水材料表面，再与空气中二氧化碳反应形成碳酸钙的白色物质，从而发生泛碱现象，严重影响透水材料的外观质量和耐久性，同时也影响透水材料面层装饰效果。
目前，常用的提高水泥基透水材料抗泛碱性能的方法是添加活性物质，使其与氢氧化钙反应，达到抑制的效果。但水泥泛碱主要发生在养护早期，而活性物质与氢氧化钙反应迟缓，仍会出现泛碱现象，抑制效果不理想。公开号为CN106380121A的专利中提出了一种防泛碱的自清洁透水材料，通过硬脂酸钠处理活性炭来缓解砖面泛碱问题，但并不能使泛碱现象得到彻底抑制；公开号为CN102603249A的专利中提供了一种抗泛碱陶瓷砖填缝剂，通过掺入高活性偏高岭土，使其与水泥中多余的氢氧化钙反应来减少水泥中游离Ca2+的存在来抑制泛碱现象，但长期条件下其抑制效果逐渐减弱，且并没有直接从透水材料角度达到抑制泛碱现象的效果。因此，长期来看，现有技术并不能彻底解决水泥基透水材料的泛碱问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种骨料吸附与添加活性物质相结合的方法，来彻底解决水泥基透水材料的泛碱问题。
本发明采用的技术方案为：
一种抗泛碱水泥基透水材料，由以下重量份的原料配制而成：烧结彩砂100份，水泥20-40份，活性物质2-5份，减水剂0.1-0.4份，水6-20份；其中，所述烧结彩砂由粉煤灰、造孔剂、增塑剂、色料、激发剂按20:2-6:0-6：0-1:1-6的重量比配制而成。
进一步的，烧结彩砂为富含孔结构的球形颗粒，所述烧结彩砂中孔结构的孔径为5-20μm，球形颗粒的粒径为210-420μm。
进一步的，造孔剂为石墨、PMMA微球、淀粉、有机纤维中的一种或几种，所述造孔剂的粒径为5-25μm。
进一步的，激发剂由重量比为1-2:4-7的氢氧化钠和水玻璃混合配制而成。
进一步的，活性物质为硅灰、粉煤灰、偏高岭土、市售水泥抑泛碱剂等中的一种或几种。
进一步的，水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5、52.5或62.5。
进一步的，该水泥基透水材料通过以下步骤制备：
(1)骨料烧结彩砂的制备：将烧结彩砂的原料按配方称取，在搅拌机中混合均匀得到混合料；将混合料倒入高速造粒机中，边喷水边造粒；将造好的粒放入50-120℃的干燥箱中养护23-25h；之后在70-200℃下烘干；干燥后的颗粒在800-1200℃温度下烧结10-30min后得到烧结彩砂；
(2)水泥基透水材料的制备：按透水材料的配方要求称取原料并混合均匀得到混合料；将混合料采用振动压制的方法压制成型；成型后的样品在室温下浇水养护7-28天，得到水泥基透水材料。
进一步的，步骤(1)中烧结的具体制度为：以10℃/min升温至800-1200℃，之后在800-1200℃保温10-30min。
进一步的，步骤(2)中压制成型的压力为5-15MPa。
本发明的抗泛碱水泥基透水材料具有以下有益效果：
(1)本发明的抗泛碱水泥基透水材料，在制备过程中，一方面利用地质聚合物碱激发技术，结合烧结造孔技术制备出具有丰富孔结构的烧结彩砂骨料，使其具有一定的吸附功能，可将大部分水泥水化产生的氢氧化物吸附在孔隙中并结晶，防止其随水蒸气蒸发到表面；另一方面在制备透水材料过程中，在水泥中添加粉煤灰、硅灰、偏高岭土等活性物质，将少量未能被吸附的氢氧化钙反应；即通过采用骨料吸附与添加活性物质相结合的方法，彻底解决了水泥基透水材料的泛碱问题。
(2)本发明的抗泛碱水泥基透水材料，以水泥作为粘结剂，具有很好的耐老化性能，同时与现有的树脂砂基透水材料和陶瓷透水材料相比，具有很大的价格优势。
(3)本发明的抗泛碱水泥基透水材料，在制备烧结彩砂过程中，添加了高温陶瓷色料，经高温烧结，使得彩砂色彩一致，颜色鲜艳，且永不褪色。
(4)本发明的抗泛碱水泥基透水材料，烧结彩砂的制备过程中，采用高速造粒机成型为球形颗粒，骨料球形度好，有利于增强透水材料的透水性能。
(5)本发明的抗泛碱水泥基透水材料，透水系数在5.3×10-2至5.8×10-2之间，抗折强度在5.5-5.8MPa之间，通过采用骨料吸附与添加活性物质相结合的方法，使得透水材料无泛碱现象出现，有效解决了水泥基透水材料的泛碱问题。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明的抗泛碱水泥基透水材料的制备流程图；
图2为本发明的抗泛碱水泥基透水材料中烧结彩砂的制备流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1和图2所示，分别为本发明的抗泛碱水泥基透水材料及烧结彩砂骨料的制备流程图。在制备烧结彩砂过程中，以粉煤灰为主要原料，利用地质聚合物技术与造孔技术，并结合“混料-高速造粒-养护-干燥-高温烧成”工艺，在烧成之前通过地质聚合物碱激发技术使得颗粒本身具有一定的强度，使其在烧成过程中容易保留造孔剂烧失留下的孔隙，且不会塌落封闭，这样既保证了烧结彩砂的高强度，同时也使烧结彩砂具有丰富的孔结构。
在水泥基透水材料制备过程中，将烧结彩砂骨料的吸附作用与活性物质相结合，先通过烧结彩砂中富含的孔结构将大部分水泥水化产生的氢氧化物吸附在空隙中并结晶，防止其随水蒸气蒸发到表面；再利用水泥中添加的活性物质将少量未能被吸附的氢氧化钙反应，二者相结合，从而彻底解决了水泥带来的泛碱问题。
下面将结合具体实施例对本发明的抗泛碱水泥基透水材料进行进一步说明。
实施例1
一种抗泛碱水泥基透水材料，采用如下重量份的原料配制：40-70目的烧结彩砂100份，42.5白水泥30份，硅灰5份，聚羧酸高效减水剂0.2份，水20份；其中，烧结彩砂由粉煤灰、石墨、膨润土、镨锆黄、激发剂按20:5:2:0.6:4的重量比配制而成；激发剂由重量比为1:4的氢氧化钠和水玻璃混合配制而成。
本实施例的抗泛碱水泥基透水材料采用如下方法制备：
(1)骨料烧结彩砂的制备：按配方要求称取原料，在搅拌机中混合均匀得到混合料；将混合料倒入高速造粒机中，边喷水边造粒；将造好的粒放入70℃的干燥箱中养护24h；之后在120℃下烘干；干燥后的颗粒经1000℃烧结30min后得到黄色烧结彩砂，具体烧结制度为：以10℃/min升温至1000℃，在1000℃保温30min。
(2)水泥基透水材料的制备：按配方要求称取原料，并混合均匀待用；采用振动压制的方法在10MPa的压力下压制成型；将成型好的样品室温下浇水养护28天，得到水泥基透水材料。
实施例2
一种抗泛碱水泥基透水材料，采用如下重量份的原料配制：40-70目的烧结彩砂100份，42.5灰水泥25份，粉煤灰5份，萘系高效减水剂0.3份，水15份；其中，烧结彩砂由粉煤灰、PMMA微球、白泥、铬锡红、激发剂按20:6:3:0.6:5的重量比配制而成；激发剂由重量比为1:5的氢氧化钠和水玻璃混合配制而成。
本实施例的抗泛碱水泥基透水材料采用如下方法制备：
(1)骨料烧结彩砂的制备：按配方要求称取原料，在搅拌机中混合均匀得到混合料；将混合料倒入高速造粒机中，边喷水边造粒；将造好的粒放入80℃的干燥箱中养护24h；之后在150℃下烘干；干燥后的颗粒经1100℃烧结30min后得到黄色烧结彩砂，具体烧结制度为：以10℃/min升温至1100℃，在1100℃保温20min。
(2)水泥基透水材料的制备：按配方要求称取原料，并混合均匀待用；采用振动压制的方法在15MPa的压力下压制成型；将成型好的样品室温下浇水养护28天，得到水泥基透水材料。
实施例3
一种抗泛碱水泥基透水材料，采用如下重量份的原料配制：40-70目的烧结彩砂100份，52.5白水泥40份，偏高岭土4份，脂肪族高效减水剂0.4份，水20份；其中，烧结彩砂由粉煤灰、淀粉、煅烧高岭土、钴蓝、激发剂按20:6:6:1:6的重量比配制而成；激发剂由重量比为2:7的氢氧化钠和水玻璃混合配制而成。
本实施例的抗泛碱水泥基透水材料采用如下方法制备：
(1)骨料烧结彩砂的制备：按配方要求称取原料，在搅拌机中混合均匀得到混合料；将混合料倒入高速造粒机中，边喷水边造粒；将造好的粒放入120℃的干燥箱中养护25h；之后在70℃下烘干；干燥后的颗粒经1200℃烧结25min后得到黄色烧结彩砂，具体烧结制度为：以10℃/min升温至1200℃，在1200℃保温30min。
(2)水泥基透水材料的制备：按配方要求称取原料，并混合均匀待用；采用振动压制的方法在5MPa的压力下压制成型；将成型好的样品室温下浇水养护20天，得到水泥基透水材料。
实施例4
一种抗泛碱水泥基透水材料，采用如下重量份的原料配制：40-70目的烧结彩砂100份，62.5灰水泥30份，市售水泥抑泛碱剂2份，氨基高效减水剂0.1份，水20份；其中，烧结彩砂由粉煤灰、有机纤维、球土、钴青、激发剂按20:2:0:0:1的重量比配制而成；激发剂由重量比为1:2的氢氧化钠和水玻璃混合配制而成。
本实施例的抗泛碱水泥基透水材料采用如下方法制备：
(1)骨料烧结彩砂的制备：按配方要求称取原料，在搅拌机中混合均匀得到混合料；将混合料倒入高速造粒机中，边喷水边造粒；将造好的粒放入50℃的干燥箱中养护23h；之后在200℃下烘干；干燥后的颗粒经800℃烧结10min后得到黄色烧结彩砂，具体烧结制度为：以10℃/min升温至800℃，在800℃保温10min。
(2)水泥基透水材料的制备：按配方要求称取原料，并混合均匀待用；采用振动压制的方法在12MPa的压力下压制成型；将成型好的样品室温下浇水养护7天，得到水泥基透水材料。
对比例1
一种抗泛碱水泥基透水材料，采用如下重量份的原料配制：40-70目的烧结彩砂100份，42.5白水泥30份，硅灰5份，聚羧酸减水剂0.2份，水20份；其中，烧结彩砂由粉煤灰、石墨、膨润土、镨锆黄、激发剂按20:0:2:0.6:4的重量比配制而成；激发剂由重量比为1:4的氢氧化钠和水玻璃混合配制而成。
本实施例的抗泛碱水泥基透水材料采用如下方法制备：
(1)骨料烧结彩砂的制备：按配方要求称取原料，在搅拌机中混合均匀得到混合料；将混合料倒入高速造粒机中，边喷水边造粒；将造好的粒放入70℃的干燥箱中养护24h；之后在120℃下烘干；干燥后的颗粒经1000℃烧结30min后得到黄色烧结彩砂，具体烧结制度为：以10℃/min升温至1000℃，在1000℃保温30min。
(2)水泥基透水材料的制备：按配方要求称取原料，并混合均匀待用；采用振动压制的方法在10MPa的压力下压制成型；将成型好的样品室温下浇水养护28天，得到水泥基透水材料。
对比例2
一种抗泛碱水泥基透水材料，采用如下重量份的原料配制：40-70目的烧结彩砂100份，42.5白水泥30份，聚羧酸减水剂0.2份，水20份；其中，烧结彩砂由粉煤灰、石墨、膨润土、镨锆黄、激发剂按20:4:2:0.6:4的重量比配制而成；激发剂由重量比为1:4的氢氧化钠和水玻璃混合配制而成。
本实施例的抗泛碱水泥基透水材料采用如下方法制备：
(1)骨料烧结彩砂的制备：按配方要求称取原料，在搅拌机中混合均匀得到混合料；将混合料倒入高速造粒机中，边喷水边造粒；将造好的粒放入70℃的干燥箱中养护24h；之后在120℃下烘干；干燥后的颗粒经1000℃烧结30min后得到黄色烧结彩砂，具体烧结制度为：以10℃/min升温至1000℃，在1000℃保温30min。
(2)水泥基透水材料的制备：按配方要求称取原料，并混合均匀待用；采用振动压制的方法在10MPa的压力下压制成型；将成型好的样品室温下浇水养护28天，得到水泥基透水材料。
将实施例1-4和对比例1-2中制备得到的透水材料按照JG/T376-2012测试透水系数和抗折强度，并观察其泛碱面积，结果如表1所示。
表1透水材料性能测试表
| 组别 | 透水系数(cm/s) | 抗折强度(MPa) | 泛碱面积 |
| 实施例1 | 5.8×10<sup>-2</sup> | 5.5 | 无泛碱 |
| 实施例2 | 5.3×10<sup>-2</sup> | 5.8 | 无泛碱 |
| 实施例3 | 5.9×10<sup>-2</sup> | 5.8 | 无泛碱 |
| 实施例4 | 5.2×10<sup>-2</sup> | 5.4 | 无泛碱 |
| 对比例1 | 5.6×10<sup>-2</sup> | 5.7 | 46％ |
| 对比例2 | 5.3×10<sup>-2</sup> | 5.4 | 5％ |
由实施例1-4可知，本发明的水泥基透水材料，采用骨料吸附和添加活性物质相结合的方法，彻底解决了水泥透水材料的泛碱问题。同时对比例1中在制备烧结彩砂时未添加造孔材料，对比例2中制备透水材料时未添加活性物质，通过对比例1-2中得到的透水材料的泛碱面积可知，在抗泛碱效果上，骨料吸附法起主要作用，活性物质反应起辅助作用。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (7)
1.一种抗泛碱水泥基透水材料，其特征在于，由以下重量份的原料配制而成：烧结彩砂100份，水泥20-40份，活性物质2-5份，减水剂0.1-0.4份，水6-20份；其中，所述烧结彩砂由粉煤灰、造孔剂、增塑剂、色料、激发剂按20:2-6:0-6:0-1:1-6的重量比配制而成；所述烧结彩砂为富含孔结构的球形颗粒，所述烧结彩砂中孔结构的孔径为5-20μm，球形颗粒的粒径为210-420μm；所述活性物质为硅灰、粉煤灰、偏高岭土、市售水泥抑泛碱剂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的抗泛碱水泥基透水材料，其特征在于，所述造孔剂为石墨、PMMA微球、淀粉、有机纤维中的一种或几种，所述造孔剂的粒径为5-25μm。
3.根据权利要求1所述的抗泛碱水泥基透水材料，其特征在于，所述激发剂由重量比为1-2:4-7的氢氧化钠和水玻璃混合配制而成。
4.根据权利要求1所述的抗泛碱水泥基透水材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5、52.5或62.5。
5.根据权利要求1所述的抗泛碱水泥基透水材料，其特征在于，所述水泥基透水材料通过以下步骤制备：
(1)骨料烧结彩砂的制备：将烧结彩砂的原料按配方称取，在搅拌机中混合均匀得到混合料；将混合料倒入高速造粒机中，边喷水边造粒；将造好的粒放入50-120℃的干燥箱中养护23-25h；之后在70-200℃下烘干；干燥后的颗粒在800-1200℃温度下烧结10-30min后得到烧结彩砂；
(2)水泥基透水材料的制备：按透水材料的配方要求称取原料并混合均匀得到混合料；将混合料采用振动压制的方法压制成型；成型后的样品在室温下浇水养护7-28天，得到水泥基透水材料。
6.根据权利要求5所述的抗泛碱水泥基透水材料，其特征在于，步骤(1)中烧结的具体制度为：以10℃/min升温至800-1200℃，之后在800-1200℃保温10-30min。
7.根据权利要求5所述的抗泛碱水泥基透水材料，其特征在于，步骤(2)中压制成型的压力为5-15MPa。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |