CN107935467B - 一种秸秆纤维透水混凝土及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种秸秆纤维透水混凝土及制备方法。将植物秸秆解束为分散的秸秆纤维，与二氧化硅微粉进行碱液蒸汽养护，形成由二氧化硅微粉包裹的改性秸秆纤维，再与高钙粉煤灰、细骨料、减水剂、水泥混合均匀，即得秸秆纤维透水混凝土。该方法通过气态氧化凝聚的二氧化硅微粉的蒸氧使以凝胶包裹秸秆纤维，同时具有良好的分散性、渗透性和调稠性，包裹秸秆纤维形成的改性纤维具有增稠性，形成的秸秆纤维网络具有良好的透水性，同时使水泥浆与细集料、秸秆纤维的粘结力增强，大幅提高混凝土强度，另外，该方法可有效回收农林秸秆，实现了固体废弃物的高价值综合利用。

Description

一种秸秆纤维透水混凝土及制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及透水混凝土的制备，特别是涉及一种秸秆纤维透水混凝土及制备方法。

背景技术

在传统的城市道路、人行道、广场等城市设施的设计、施工方面，历来都强调要求密实而不透水，这曾被视为不变的准则，从现在城市设施建筑材料及工艺上得以验证，然而这种材料，尤其是用于地面时会给城市环境带来很多危害，如排水不畅、加重排水设施负担、不透气的路面很难与空气进行热量水分的交换，缺乏对城市地表温度、湿度的调节能力，产生“热岛现象”等。为克服传统混凝土的缺点，人们研究开发了透水混凝土。

透水混凝土又称多孔混凝土，是由粗骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，通过减少或避免使用细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层胶凝材料相互粘结形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构。其与普通的混凝土材料的组合上有很大的区别，透水性混凝土粗骨料粒径单一，不掺或者少掺细骨料的特殊材料组合决定了透水混凝土的特点是具有大量的连通的空隙，具有高透性、蓄水能力强、吸音降噪、良好装饰性、易维护性、抗冻融性、耐用性、高散热性、生态环保性等有点，但同时也存在着强度不高，不能承受高强度荷载，对路基要求高，施工难度大，运行维护成本较高，灰尘易阻塞空隙降低渗水能力和易造成冻害等缺点。

随着混凝土制备技术的发展，通过增强骨料颗粒之间的结合强度、完善钢筋的保护措施以及使用纤维增韧等手段，透水水泥混凝土将越来越多地应用于高速和高荷载能力路面的建造。在纤维增强和增韧透水混凝土方面，农用秸秆是一种新兴资源，从性能上看类似于纺织纤维又不同于纺织纤维，粗纤维含量较高，比重小于粘胶纤，容重小，自身含有大量的孔隙，吸湿回潮率大于棉纤维，断裂强力较大，并且我国具有丰富的秸秆资源，用于透水混凝土制备可极大提高其本身性能，还能做到秸秆资源的有效利用。

中国发明专利申请号201710374266.6公开了一种透水混凝土，包括：粗集料、水泥、水、外加剂、介孔材料、增强纤维。具有以下优点和效果：透水混凝土内介孔材料、增强纤维以及水泥混合后在粗集料颗粒内形成胶结层，胶结层内的增强纤维通过介孔材料连接，形成网状结构，提高透水混凝土的强度。

中国发明专利申请号201610534188.7公开了一种高强纤维透水混凝土，包括以下原料：水泥、花岗岩碎石、粉煤灰、聚丙烯纤维、减水剂、纳米复合填料、水。此发明提供的高强纤维透水混凝土，通过合理的配比，选出适合高强纤维透水混凝土的减水剂、纳米复合填料种类及用量，制得透水混凝土。

中国发明专利申请号201410233250.X公开了一种秸秆纤维混凝土及其制备方法，此发明混凝土使用了植物秸秆纤维，经过处理，不仅增加了混凝土的抗折强度，同时该混凝土还具有良好的防水性、抗裂性能、抗冲击性能；还解决了石子和砂级配不良导致的新拌混凝土粘聚性、易离析、早期收缩增大的缺点。

中国发明专利申请号201410378710.8公开了一种秸秆纤维增强的泡沫混凝土及制备方法，将胶凝材料、秸秆纤维、增稠剂进行搅拌混合后将水、化学发泡剂、稳泡剂、催化剂加入搅拌得到浆状混合料，然后加入膨胀蛭石搅拌得到化学发泡的泡沫混凝土；将物理发泡剂加入到化学发泡的泡沫混凝土中，搅拌后浇筑到模具中，等混凝土凝固和硬化脱模后制得产品。

根据上述，现有方案中一般透水混凝土因大骨料和缝隙原因致使混凝土强度低，在通过增加胶粉、利用高强度凝胶等提升了透水混凝土的强度的同时，由于透水混凝土孔隙的存在，大骨料导致缺少粘接面，导致其粘接强度低，另外在施工过程中水泥浆体及细集料易出现浆体下沉流动堵塞下部孔隙，进一步影响透水性能，极大提高了施工难度，鉴于此，本发明提出了一种创新性的秸秆纤维透水混凝土及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

针对目前应用较广的透水混凝土存在着强度不高，不能承受高强度荷载，对路基要求高，施工难度大，水泥浆体及细集料易阻塞空隙降低渗水能力和易造成冻害等缺点，本发明提出一种秸秆纤维透水混凝土及制备方法，从而有效提高了透水混凝土强度的同时，保证了施工的方便，并有效实现了固体废弃物的高价值综合利用。

本发明涉及的具体技术方案如下：

一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，制备过程为：

（1）将天然植物秸秆粉碎、过20目筛，与氯化氢溶液混合，常温搅拌均匀，分散机高速分散40~60min，抽滤，取滤饼洗涤至中性，加入水中，加入表面活性剂，高速分散80~100min，超声处理20~30min，再高速分散20~40min，抽滤、洗涤并干燥，得到解束分散的秸秆纤维；

（2）取电炉烟气中氧化凝聚的二氧化硅微粉，与步骤（1）的解束分散的秸秆纤维混合均匀，利用碱液进行蒸汽养护5~8h，形成由二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维；

（3）将步骤（2）制得的二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维与高钙粉煤灰、细骨料、减水剂、水泥拌和均匀，即得透水混凝土。

优选的，所述氯化氢溶液的质量分数为5~8%；所述秸秆的氯化氢分散液中，秸秆与氯化氢溶液的混合质量比例为1:25~1:15；

优选的，所述表面活性剂为硫酸化蓖麻油、月桂醇硫酸钠、甘胆酸钠或油酸中的至少一种；用量为秸秆质量的0.5-1%；

优选的，步骤（2）所述电炉烟气中氧化凝聚的二氧化硅微粉与解束分散的秸秆纤维以质量比1：5-10混合均匀；

优选的，所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化镁溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液或碳酸钾溶液中的至少一种，质量浓度为10~12%；

优选的，步骤（3）所述的二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维、高钙粉煤灰、细骨料、减水剂、水泥按照重量份的配合比为：二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维12-16份、高钙粉煤灰3~5份、细骨料55~65份、减水剂1~2份、水泥10~15份；

优选的，所述高钙粉煤灰中，氧化钙的含量应不低于10%；

优选的，所述细骨料为人工砂或天然砂，细度模数为2.2~3；

优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛树脂、芳香族氨基磺酸盐聚合物或脂肪族羟基磺酸盐聚合物中的至少一种。

一种秸秆纤维透水混凝土，由上述方法制备得到。通过将秸秆纤维解束，形成分散的纤维，然后与电炉气态氧化凝聚的二氧化硅微粉混合均匀，利用碱液蒸汽养护，形成由气态氧化凝聚的二氧化硅微粉包裹的改性秸秆纤维；然后将改性秸秆纤维与高钙粉煤灰、细骨料、减水剂、水泥混合均匀得到透水混凝土。显著的优势是气态氧化凝聚的二氧化硅微粉具有良好的分散性、渗透性和调稠性，包裹秸秆纤维形成的改性纤维具有增稠性，与水泥、细骨料不易下沉，形成的秸秆纤维网络作为良好的透水通道，而且气态氧化凝聚的二氧化硅微粉在混凝土内部结晶，使水泥浆与细集料、秸秆纤维的粘结力增强，大幅提高混凝土强度。气态氧化凝聚的二氧化硅微粉汽化炉烟气回收废弃固体物，秸秆味农林废弃物，本发明实现了固体废弃物的高价值综合利用。

植物秸秆含有丰富的纤维素、半纤维素及木质素等，纤维结构紧密，有较好的韧性和抗拉强度。将秸秆掺入混凝土内部后呈三维乱向分布，当混凝土因早期收缩应变引起裂缝时，秸秆纤维能跨越微裂缝区域传递荷载，改善混凝土内部的应力分布，增加裂缝扩展的动能消耗，从而约束裂缝扩展；同时，当混凝土承受外部拉力时，其内部的植物秸秆纤维能提供拉结拉应力，吸收混凝土表面裂缝处的应力，从而提高混凝土的阻裂性能和抗拉性能。同时，由于秸秆纤维在混凝土内部形成连续的透水通道，使得混凝土的空隙率增大，易于排除水分。而二氧化硅微粉在混凝土内部结晶，使秸秆纤维及混凝土细骨料不易随水分下沉，混凝土的坍落度减小，强度得以维持。因此，本发明采用二氧化硅微粉包裹的秸秆纤维对混凝土进行掺杂改性。

本发明提供了一种秸秆纤维透水混凝土及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了采用二氧化硅微粉包裹秸秆纤维制备透水混凝土的方法。

2、气态氧化凝聚的二氧化硅微粉具有良好的分散性、渗透性和调稠性，包裹秸秆纤维形成的改性纤维具有增稠性，与水泥、细骨料混合后不易下沉，形成的秸秆纤维网络作为良好的透水通道。

3、气态氧化凝聚的二氧化硅微粉在混凝土内部结晶，使水泥浆与细集料、秸秆纤维的粘结力增强，大幅提高混凝土强度。

4、气态氧化凝聚的二氧化硅微粉为汽化炉的烟气回收制得，秸秆为农林废弃物，实现了固体废弃物的高价值综合利用。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，制备过程为：

（1）将天然植物秸秆粉碎、过20目筛，与氯化氢溶液混合，常温搅拌均匀，分散机高速分散40min，抽滤，取滤饼洗涤至中性，加入水中，加入表面活性剂硫酸化蓖麻油，高速分散80min，超声处理20min，再高速分散20min，抽滤、洗涤并干燥，得到解束分散的秸秆纤维；所述氯化氢溶液的质量分数为5%；所述秸秆的氯化氢分散液中，秸秆与氯化氢溶液的混合质量比例为1:25；硫酸化蓖麻油用量为秸秆质量的0.5%；

（2）将电炉烟气中氧化凝聚的二氧化硅微粉与解束分散的秸秆纤维以质量比1：5混合均匀；利用碱液进行蒸汽养护5h，形成由二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维；

（3）将步骤（2）制得的二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维12份、高钙粉煤灰3份、细骨料55份、减水剂木质素磺酸盐1份、水泥10份拌和均匀，即得透水混凝土。

实施例1制得的透水混凝土加水拌合均匀，成型为混凝土板，其混凝土强度及透水性能（空隙率）如表1所示。

实施例2

一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，制备过程为：

（1）将天然植物秸秆粉碎、过20目筛，与氯化氢溶液混合，常温搅拌均匀，分散机高速分散40min，抽滤，取滤饼洗涤至中性，加入水中，加入表面活性剂月桂醇硫酸钠，高速分散100min，超声处理30min，再高速分散40min，抽滤、洗涤并干燥，得到解束分散的秸秆纤维；所述氯化氢溶液的质量分数为8%；所述秸秆的氯化氢分散液中，秸秆与氯化氢溶液的混合质量比例为1:20； 月桂醇硫酸钠用量为秸秆质量的0.5%；

（2）将电炉烟气中氧化凝聚的二氧化硅微粉与解束分散的秸秆纤维以质量比1：5混合均匀；利用碱液进行蒸汽养护6h，形成由二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维；

（3）将步骤（2）制得的二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维15份、高钙粉煤灰5份、细骨料55份、减水剂磺化三聚氰胺甲醛树脂2份、水泥15份拌和均匀，即得透水混凝土。

实施例2制得的透水混凝土加水拌合均匀，成型为混凝土板，其混凝土强度及透水性能（空隙率）如表1所示。

实施例3

一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，制备过程为：

（1）将天然植物秸秆粉碎、过20目筛，与氯化氢溶液混合，常温搅拌均匀，分散机高速分散50min，抽滤，取滤饼洗涤至中性，加入水中，加入表面活性剂硫酸化蓖麻油，高速分散80min，超声处理20min，再高速分散30min，抽滤、洗涤并干燥，得到解束分散的秸秆纤维；所述氯化氢溶液的质量分数为5%；所述秸秆的氯化氢分散液中，秸秆与氯化氢溶液的混合质量比例为1:25；硫酸化蓖麻油用量为秸秆质量的0.5%；

（2）将电炉烟气中氧化凝聚的二氧化硅微粉与解束分散的秸秆纤维以质量比1：8混合均匀；利用碱液进行蒸汽养护8h，形成由二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维；

（3）将步骤（2）制得的二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维16份、高钙粉煤灰5份、细骨料55份、减水剂脂肪族羟基磺酸盐聚合物1份、水泥15份拌和均匀，即得透水混凝土。

实施例3制得的透水混凝土加水拌合均匀，成型为混凝土板，其混凝土强度及透水性能（空隙率）如表1所示。

实施例4

一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，制备过程为：

（1）将天然植物秸秆粉碎、过20目筛，与氯化氢溶液混合，常温搅拌均匀，分散机高速分散60min，抽滤，取滤饼洗涤至中性，加入水中，加入表面活性剂月桂醇硫酸钠，高速分散100min，超声处理25min，再高速分散40min，抽滤、洗涤并干燥，得到解束分散的秸秆纤维；所述氯化氢溶液的质量分数为5%；所述秸秆的氯化氢分散液中，秸秆与氯化氢溶液的混合质量比例为1:15； 月桂醇硫酸钠用量为秸秆质量的1%；

（2）将电炉烟气中氧化凝聚的二氧化硅微粉与解束分散的秸秆纤维以质量比1：5混合均匀；利用碱液进行蒸汽养护8h，形成由二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维；

（3）将步骤（2）制得的二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维12份、高钙粉煤灰5份、细骨料60份、减水剂芳香族氨基磺酸盐聚合物1份、水泥10份拌和均匀，即得透水混凝土。

实施例4制得的透水混凝土加水拌合均匀，成型为混凝土板，其混凝土强度及透水性能（空隙率）如表1所示。

实施例5

一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，制备过程为：

（1）将天然植物秸秆粉碎、过20目筛，与氯化氢溶液混合，常温搅拌均匀，分散机高速分散50min，抽滤，取滤饼洗涤至中性，加入水中，加入表面活性剂硫酸化蓖麻油，高速分散80min，超声处理20min，再高速分散20min，抽滤、洗涤并干燥，得到解束分散的秸秆纤维；所述氯化氢溶液的质量分数为8%；所述秸秆的氯化氢分散液中，秸秆与氯化氢溶液的混合质量比例为1:25；硫酸化蓖麻油用量为秸秆质量的0.5-1%；

（2）将电炉烟气中氧化凝聚的二氧化硅微粉与解束分散的秸秆纤维以质量比1：10混合均匀；利用碱液进行蒸汽养护8h，形成由二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维；

（3）将步骤（2）制得的二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维12份、高钙粉煤灰4份、细骨料55份、减水剂脂肪族羟基磺酸盐聚合物2份、水泥10份拌和均匀，即得透水混凝土。

实施例5制得的透水混凝土加水拌合均匀，成型为混凝土板，其混凝土强度及透水性能（空隙率）如表1所示。

对比例1

一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，制备过程为：

（1）将天然植物秸秆粉碎、过20目筛，与氯化氢溶液混合，常温搅拌均匀，分散机高速分散50min，抽滤，取滤饼洗涤至中性，加入水中，加入表面活性剂硫酸化蓖麻油，高速分散80min，所述氯化氢溶液的质量分数为8%；所述秸秆的氯化氢分散液中，秸秆与氯化氢溶液的混合质量比例为1:25；硫酸化蓖麻油用量为秸秆质量的0.5-1%；

（2）将二氧化硅微粉与分散的秸秆纤维以质量比1：10混合均匀；

（3）将步骤（2）制得的秸秆纤维12份、高钙粉煤灰4份、细骨料55份、减水剂脂肪族羟基磺酸盐聚合物2份、水泥10份拌和均匀，即得透水混凝土。

对比例1制得的透水混凝土加水拌合均匀，成型为混凝土板，其混凝土强度及透水性能（空隙率）如表1所示。

表1：

Claims (8)

1.一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，制备过程为：

（1）将天然植物秸秆粉碎、过20目筛，与氯化氢溶液混合，常温搅拌均匀，分散机高速分散40~60min，抽滤，取滤饼洗涤至中性，加入水中，加入表面活性剂，高速分散80~100min，超声处理20~30min，再高速分散20~40min，抽滤、洗涤并干燥，得到解束分散的秸秆纤维；

（2）取电炉烟气中氧化凝聚的二氧化硅微粉，与步骤（1）的解束分散的秸秆纤维混合均匀，利用碱液进行蒸汽养护5~8h，形成由二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维；所述电炉烟气中氧化凝聚的二氧化硅微粉与解束分散的秸秆纤维以质量比1：5-10混合均匀；

（3）将步骤（2）制得的二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维与高钙粉煤灰、细骨料、减水剂、水泥拌和均匀，即得透水混凝土；所述的二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维、高钙粉煤灰、细骨料、减水剂、水泥按照重量份的配合比为：二氧化硅微粉凝胶包裹的改性秸秆纤维12-16份、高钙粉煤灰3~5份、细骨料55~65份、减水剂1~2份、水泥10~15份。

2.根据权利要求1所述一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述氯化氢溶液的质量分数为5~8%；所述秸秆的氯化氢分散液中，秸秆与氯化氢溶液的混合质量比例为1:25~1:15。

3.根据权利要求1所述一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为硫酸化蓖麻油、月桂醇硫酸钠、甘胆酸钠或油酸中的至少一种；用量为秸秆质量的0.5-1%。

4.根据权利要求1所述一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化镁溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液或碳酸钾溶液中的至少一种，质量浓度为10~12%。

5.根据权利要求1所述一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述高钙粉煤灰中，氧化钙的含量应不低于10%。

6.根据权利要求1所述一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述细骨料为人工砂或天然砂，细度模数为2.2~3。

7.根据权利要求1所述一种秸秆纤维透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛树脂、芳香族氨基磺酸盐聚合物或脂肪族羟基磺酸盐聚合物中的至少一种。

8.一种秸秆纤维透水混凝土，特征是由权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。