CN108358547A - 一种硅烷偶联剂改性辉绿岩透水混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅烷偶联剂改性辉绿岩透水混凝土的制备方法，包括：以硅烷偶联剂改性的辉绿岩为集料、与水泥及减水剂混合均匀，成型、脱模，即得。SCA改性后辉绿岩集料使得透水混凝土的力学性能明显改善，透水性能有一定下降。集料粒径越小，SCA改性集料透水混凝土试件强度增加的幅度越大，改性效果越好；粒径越大，SCA改性集料试件的孔隙率越高，透水系数越大。综合考虑工程实际经济性和生态效益最大化的要求，预处理采用浓度1％的SCA溶液较为合适。
Description
技术领域
本发明属于透水混凝土制备领域，特别涉及硅烷偶联剂改性辉绿岩集料对透水混凝土性能的影响。
背景技术
透水混凝土又称多孔混凝土，是采用粗集料、水泥、水、掺合料和外加剂等材料拌合而成的一种多孔隙的蜂窝状轻质混凝土，主要通过胶凝材料在表面的包覆实现粗集料颗粒之间的相互黏结而形成孔洞均匀分布结构。作为一种生态型多功能透水铺装材料，透水混凝土具有良好的透水透气性，同时其独特的多孔结构还可以减少道路环境噪声。透水混凝土的组成集料粒径相对较大，胶结材料用量少且界面胶结点少、集料胶凝层过渡区较为薄弱，导致透水混凝土的强度低，限制了其大规模的应用。因此，提高透水混凝土的强度成为关键。透水混凝土凝结硬化后的强度一方面主要来源于集料之间的相互嵌锁作用，另一方面来源于集料和胶凝材料间的界面结合强度。
硅烷偶联剂是应用在混凝土改性方面的一种新型表面处理有机材料，其所含的烷氧基(RSiX3)可与集料及胶凝材料中的二氧化硅、氧化铝及硅酸盐以化学键结合，能通过分子桥化学键接的方式，明显提高胶结界面的强度和耐老化性能，改善混凝土材料的力学性能和耐久性。陈明杰和李磊研究表明硅烷偶联剂是一种具有优良防水性能的建筑涂料。刘建祥，阎慧群等人研究发现硅烷偶联剂可以与混凝土发生化学反应，从而提高早期混凝土的防水性能和抗氯离子渗透性能。但是还未见有关硅烷偶联剂改性预处理集料对透水混凝土性能的研究。
另一方面，人造岗石，又称合成石、再造石、工程石。它是以天然大理石碎料、岗石白泥为主要原材料，加入有机树脂为胶结剂，经真空搅拌、高压震荡成型，经过室温固化等工序而制成的合成石，再经过切割成为建材石板，广泛引用于建筑装修行业。广西贺州市目前有30多家人造岗石生产企业，产量居我国前列，人造岗石板材约3000余万平方米，边角料、废水循环沉淀池废渣等固体废弃物产量每年达数十吨。目前，我国科研人员虽然已在很多方面对人造岗石固体废弃物白泥的利用进行了研究。但由于为使岗石最终产品纹理色泽多样性，岗石生产过程中通常加入一些如镜玻、白玻、石英砂等配料，再与聚酯树脂(固化剂、促进剂、偶联剂等按一定比例混合制成的粘合剂)充分搅拌混合均匀后真空高温加压成型固化。固体废弃物白泥中的不饱和聚酯树脂、残碱及铁、钾、镁等可溶性盐及杂质含量较多，这些利用方法都有各自的局限性，在其综合利用研究与开发中面临许多问题没有得到解决。因此，目前绝大多数企业仍是将人造岗石固体废弃物白泥统一收集清运至堆放场或围坝堆放，人造岗石生产中产生的边角废料可用于铺路或租用附近的废坑进行填埋项目，占用了大量土地并造成严重的环境污染,长期以来是当地政府环保中的一大难题。如何加快固体废弃物白泥的综合利用成为我国人造岗石工业中非常突出的问题。
《硅烷偶联剂用于酸性集料改性方法及路用性能研究》利用硅烷偶联剂对花岗岩集料进行改性并研究了改性后集料的路用性能，研究结果表明：添加硅烷偶联剂的花岗岩集料与沥青粘附性明显增强，水稳定性显著提高，此外，对沥青混合料的高温性能、抗老化性能、力学性能等也都有不同程度的改善。但对将该类硅烷偶联剂改性集料用于制备水泥基透水混凝土的问题未有涉及。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种硅烷偶联剂改性辉绿岩透水混凝土的制备方法。配制几种不同浓度的硅烷偶联剂溶液对不同粒径辉绿岩集料颗粒表面改性预处理，研究硅烷偶联剂预处理对上述集料透水混凝土力学强度与透水性能的影响。有效改善了辉绿岩透水混凝土集料和胶结料的界面结合区域的粘结特性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种硅烷偶联剂改性辉绿岩透水混凝土的制备方法，包括：
以硅烷偶联剂改性的辉绿岩为集料、与水泥及减水剂混合均匀，成型、脱模，即得。
与普通混凝土不同，透水混凝土是一种骨架-空隙结构，具有较高透水性能，但其强度和耐久性较普通混凝土有所下降。为了实现强度、耐久性和透水性的平衡，本申请对骨料粒径、级配、骨料预处理方法、集灰比、成型方式、压力大小和养护方法对透水混凝土上述性能的影响进行了系统研究，发现：透水混凝土最薄弱部位是集料与胶结料的界面区域。为此，本申请提出：可通过优化集料与胶凝材料的界面结合状态和胶结层的增强来获得高性能透水混凝土，并通过大量实验摸索发现：采用硅烷偶联剂改性的辉绿岩为集料制备的透水混凝土力学性能显著提升，且透水性仅略有下降，完全满足相关透水混凝土技术要求。
优选的，所述硅烷偶联剂改性的辉绿岩的制备方法包括：
1)将硅烷偶联剂在醇水溶液中水解，稀释，配制成硅烷偶联剂水解液；
2)将不同粒径的辉绿岩集料放入上述水解液中浸泡一定时间，过筛、风干，即得。
优选的，所述偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570或3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷。
本申请研究发现：对于小粒径的集料(粒径小于4.75mm)，硅烷偶联剂改性对制备的透水混凝土透水性影响较大。为此，本申请通过对硅烷偶联剂改性小粒径集料的集灰比、搅拌方式、成型工艺及养护条件进行了优化，但提升效果不显著。进一步研究中，本申请系统分析了硅烷偶联剂改性集料制备透水混凝土过程中孔径和开孔率的变化规律，并通过大规模实验研究发现：采用季铵烃基类SCA(3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷)改性辉绿岩可进一步提高透水混凝土的透水性。
优选的，所述硅烷偶联剂水解液的质量浓度为0.5％～2％。
优选的，所述辉绿岩集料、水泥、减水剂及水的质量比为：1568-1685：477-531：1.05-1.17：143-151。
优选的，所述辉绿岩的粒径2.36～13.2mm。
优选的，所述减水剂为聚羧酸粉体减水剂或FDN高效减水剂。
优选的，所述水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥。
在原料中添加一定量的人造岗石固体废弃物白泥可有效降低透水混凝土的成本，但也会导致强度和透水性的下降。本申请综合考虑力学性能和透水性能，优选的人造岗石固体废弃物白泥外掺10％与SCA预处理(浓度1％)辉绿岩配制透水混凝土，最佳配合比为：SCA改性辉绿岩集料、水泥、白泥、减水剂、水的质量比为：1685.6：477.6：47.8：1.05：143.3。
在透水性方面，与不加入白泥的透水混凝土相似，采用季铵烃基类SCA(3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷)改性辉绿岩也可进一步提高透水混凝土的透水性，同时，研究还发现：将3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷与FDN高效减水剂复配时，透水混凝土的强度和透水性最优。
本申请还提供了任一上述的方法制备的透水混凝土，所述透水混凝土的透水系数为1.24～3.33cm/s。
本申请还提供了硅烷偶联剂改性辉绿岩在制备透水混凝土中的应用。
本发明的有益效果
(1)SCA改性后辉绿岩集料使得透水混凝土的力学性能明显改善，透水性能有一定下降。集料粒径越小，SCA改性辉绿岩集料透水混凝土试件强度增加的幅度越大，改性效果越好；粒径越大，SCA改性辉绿岩集料试件的孔隙率越高，透水系数越大。综合考虑工程实际经济性和生态效益最大化的要求，预处理采用浓度1％的SCA溶液较为合适。
(2)水泥石—SCA改性辉绿岩界面的显微硬度大于水泥石—未处理辉绿岩界面，且SCA改性集料后，抗压强度较高的透水混凝土试件都有大粒径辉绿岩集料断裂现象，而未改性试件受压断裂面都发生在集料—水泥浆的界面过渡区。说明SCA预处理增强了辉绿岩集料和水泥浆体之间的粘结，而且对辉绿岩—胶凝材料浆体界面结构有一定优化作用。
(3)SCA改性辉绿岩集料透水混凝土比未经处理辉绿岩集料试件的结构更为密实，孔隙相对较少，胶结层厚度明显增大。SCA改性改善了辉绿岩表面吸附水泥水化产物Ca(OH)2并沉积成晶形成水化硅酸钙的能力，降低了晶体的取向性，形成的化学新键改善了水泥水化产物的形貌和界面组织结构及结合力。SCA通过化学成键作用于集料和水泥浆体，在7d的龄期内已发生作用，因此7d到28d的龄期内透水混凝土强度增幅的变化不明显。
(4)本申请综合考虑力学性能和透水性能，人造岗石固体废弃物白泥外掺10％与SCA预处理(浓度1％)辉绿岩配制透水混凝土更为合适，最佳配合比为：SCA改性辉绿岩集料、水泥、白泥、减水剂、水的质量比为：1685.6：477.6：47.8：1.05：143.3。外掺岗石白泥10％时，透水混凝土的7d、28d抗压强度相较于基准透水混凝土分别提高了16％、12％，透水系数为1.24cm/s，符合相关透水混凝土标准要求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1SCA预处理前后不同粒径辉绿岩集料透水混凝土表观形貌；
图2SCA预处理前后辉绿岩集料-水泥石界面水泥水化物SEM形貌；
图3辉绿岩集料SCA(浓度1％)改性前后透水混凝土受压破碎表观形貌；
图4人造岗石固体废弃物白泥的XRD分析图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例1
1原材料和试验测试方法
1.1试验原材料
(1)水泥：P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，广西华润水泥有限公司生产，水泥物理力学性能指标，如表1所示。
表1水泥物理力学性能指标
(2)集料：辉绿岩碎石，粒径2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm，广西田东县辉绿岩矿业有限公司生产，集料的化学元素分析结果见表2，物理性能指标见表3。
表2集料化学元素分析结果表(单位:％)
表3集料物理性能指标
(3)硅烷偶联剂：型号KH-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)，微黄无色透明液体，熔点-48℃，沸点190℃，密度201.05g/cm3，广东东莞市鼎海塑胶化工有限公司生产；减水剂：聚羧酸粉体减水剂，白色粉末，巴斯夫化学品公司生产，减水率≥25％；无水乙醇，无水乙酸：工业级，市售。
1.2硅烷偶联剂预处理辉绿岩集料颗粒的制备
硅烷偶联剂(以下简称SCA)水解方法：将无水乙醇和蒸馏水按体积比4：1配制醇水混合溶液，滴加无水乙酸调整醇水溶液pH值至3.5～4.5之间；缓慢滴加一定量的硅烷偶联剂(硅烷偶联剂的用量可按照硅烷偶联剂质量分数5％-10％添加)，并充分搅拌30min，直到配制溶液匀质、无色透明。
辉绿岩集料预处理方法：量取一定体积水解后的硅烷偶联剂混合液，缓慢加入至一定量的蒸馏水中稀释并搅拌15min，配制出水解液(质量分数为0.5％、0.75％、1％、1.25％、1.5％、2％)，密封待用。将不同粒径的辉绿岩集料放入水解液中浸泡一定时间，取出过筛并风干干燥24h后待用。
1.3试件制备和养护
在将混凝土搅拌机滚筒润湿后进行透水混凝土的拌制，采用原材料分批投料水泥浆包裹技术制备透水混凝土标准试件：首先投入辉绿岩集料和用水量15％的自来水，搅拌30s使集料表面润湿，然后加入水泥及减水剂，搅拌90s使集料表面附着水泥，最后将剩余85％自来水全部加入，再搅拌90s后出料。将搅拌均匀的透水混凝土用试件成型，脱模后进行标准养护，达到龄期后进行性能测试。抗压强度及透水系数试件尺寸100mm×100mm×100mm，轴心抗压强度测试试件尺寸100mm×100mm×300mm。
1.4透水混凝土试验配合比
本实验透水混凝土设计配合比(体积法计算)见表4，通过调整集料SCA处理浓度研究辉绿岩透水混凝土各项性能的变化规律。
表4透水混凝土配合比
2试验结果与分析
按照表4的透水混凝土配合比进行试拌，从中选出拌和物粘结好，表面呈金属光泽的试样用试模振动成型，并标准养护一定龄期，测试力学性能和透水性能。力学强度性能的测试按照GB50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的相关规定进行；连通孔隙率及透水系数依据CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中所述方法进行测试。
2.1SCA预处理对透水混凝土性能影响测试结果分析
表5透水混凝土性能测试结果
从表5中可看出，SCA改性集料试件的抗压强度大于未处理集料试件。这说明SCA改性集料对透水混凝土力学性能的提高有明显作用。随着SCA浓度增大，7d、28d抗压强度呈现出先增大后减小的趋势。SCA预处理浓度为1.0％时，抗压强度增加幅度最高，轴心抗压强度强度以及劈裂抗拉强度也基本出现了相同变化。SCA改性9.5～13.2mm集料透水混凝土比未处理试样7d和28d抗压强度分别提高29.4％和27.8％，4.75～9.5mm集料透水混凝土比未处理试样7d和28d抗压强度分别提高35.4％和31.9％，2.36～4.75mm集料透水混凝土比未处理试样7d和28d抗压强度分别提高39.5％和32.9％。集料粒径越小，SCA预处理后试样强度增加幅度越大。可能是粒径越小，总比表面积相对较大，SCA处理液和辉绿岩集料的接触面增大，预处理效果更好。粒径越大，集料相互接触的位置减少，水泥浆体的固结作用相对减弱。此外，较大粒径的辉绿岩集料在开采、破碎过程产生微裂纹的可能性更大，也是改性集料混凝土力学性能持续增长的不利因素。
SCA浓度超过1％时，SCA改性集料试件强度整体上呈现出下降的趋势。SCA浓度2％时，9.5～13.2mm集料透水混凝土比未处理试样7d和28d抗压强度分别仅提高了15.8％和16.0％，4.75～9.5mm集料透水混凝土比未处理试样7d和28d抗压强度分别仅提高了1.8％和2.5％，2.36～4.75mm集料透水混凝土比未处理试样7d和28d抗压强度分别仅提高了2.5％和4.1％。集料预处理SCA添加量过多也会影响透水混凝土力学性能。SCA浓度较小时，辉绿岩表面具有硅氧硅键单分子层无法形成；浓度较大时，辉绿岩-水泥界面区易形成具有化学吸附层和大量结构疏松的物理吸附层的多分子膜层，而水泥浆如果以物理吸附形式存在的就会导致界面粘接强度降低。综合考虑工程实际经济性和生态效益最大化的要求，预处理采用浓度1％的SCA溶液较为合适。
SCA改性集料试件透水性能相较于未处理集料试件出现了一定下降，但透水系数范围基本在1.74～3.33cm/s，也能够很好的满足CJJ/T 135—2009标准(20℃下测试)的要求。透水系数略有下降可能是由于SCA改性后辉绿岩集料界面层的黏结力和厚度明显增加，集料和水泥浆间接触点增多，一定程度上密实了透水混凝土结构内部，使得透水混凝土的强度增加的同时孔隙率和透水系数出现一定的下降。改性后辉绿岩集料粒径越大，透水混凝土的孔隙率越高，相应的透水系数也就越大；而比表面积相对较大的小粒径辉绿岩，在拌合物中填充透水混凝土骨架的集料的空隙就相对更少，SCA预处理对总比表面积和有效孔隙率的影响就更加显著。
2.2硅烷偶联剂处理前后不同集料粒径的透水混凝土的表观形貌
基于碎石集料的颗粒级配不同，拌制混凝土的骨架结构会出现空隙骨架、密实骨架和悬浮密实三种不同形态。辉绿岩拌制透水混凝土形成的空隙骨架结构，空隙率相对较大，强度形成主要依靠集料间的相互摩擦力及胶凝材料的胶结作用。在设计目标孔隙率和水胶比一定的条件下，SCA(浓度1.0％)处理辉绿岩集料前后成型透水混凝土表观形貌如图2所示。SCA改性辉绿岩集料试件比未处理集料试件结构更密实，孔隙相对较少，胶结层厚度明显增大。这也进一步解释了SCA改性集料透水混凝土力学性能提高的成因。透水混凝土的强度是来源于胶凝材料的胶结能力和集料自身的抗压强度。SCA改性辉绿岩集料粒径越大，成型试件结构就越疏松，孔隙也相对较多。粒径越小，集料颗粒与颗粒间的胶结点越多，强度更多变为是靠水泥石的胶结能力的提高。因此，随着粒径的减小，相同浓度SCA改性辉绿岩集料试件强度提高的幅度增大，透水性能有所下降。
2.3透水混凝土集料-水泥石界面显微硬度及破碎部位分析
胶凝材料与粗骨料的接触界面结构是透水混凝土薄弱部分也是影响成型透水混凝土力学性能的重要因素。为进一步揭示SCA改性辉绿岩集料影响透水混凝土强度的机理，本文通过采用显微硬度测试的方法，从微观角度对不同浓度的SCA溶液预处理的辉绿岩集料、水泥石及两者界面区进一步分析研究。从表6可以看出，透水混凝土中辉绿岩和水泥石的显微硬度基本不随SCA改性溶液浓度的变化而变化，SCA预处理辉绿岩—水泥石界面随着SCA改性溶液浓度的增大，出现了先增大后下降的趋势，且强度变化同处理前后透水混凝土强度变化基本相一致。不同SCA浓度改性集料与水泥浆体之间有不同的界面效应。透水混凝土的强度主要由集料之间的胶结点来传递力的作用体现的，也就是集料与水泥浆体的黏结强度决定的。在集料级配相同的情况下，水泥浆体的界面黏结强度和界面厚度则影响了抗压强度。
表6SCA处理前后不同粒径集料显微硬度分析测试结果
2.4透水混凝土集料-水泥石界面水泥水化物SEM分析
利用扫描电子显微镜(SEM)对透水混凝土辉绿岩—水泥石界面水泥水化产物进行微观形貌观察分析。将未经处理和SCA(浓度为1％)改性辉绿岩拌制的透水混凝土，分别养护至7d龄期，并将其放入丙酮溶剂中终止水化。取出并烘干后将透水混凝土试样敲成小块样品，喷金处理后对间断面的集料-水泥石界面水泥水化产物形貌进行SEM观察。
图3为未经处理和SCA(浓度为1％)改性的辉绿岩集料—水泥石界面水泥水化物微观形貌照片。图中可以看出，两者的水化产物形貌有着较大的区别：未经处理的辉绿岩集料表面的水化硅酸钙形状多为针柱状，整体形貌为较为杂乱的纤维状集聚结构，集料表面水泥初步水化产物Ca(OH)2晶体的含量较多；SCA改性的辉绿岩集料表面形貌明显改善，有纤维状集聚，且形成了复杂网状立体结构，水化硅酸钙形状更加圆润，集料表面结晶数量明显减少。说明SCA改性降低了辉绿岩表面的Ca(OH)2结晶量。原因可能是，SCA改性通过新的硅氧烷聚合物和硅氧烷物质的形成，改善了辉绿岩表面吸附水泥水化产物Ca(OH)2并沉积成晶形成水化硅酸钙的能力，同时降低了晶体的取向性。形成的化学新键改变了水泥水化产物的形貌和组织结构，改善了水泥—辉绿岩界面附近水泥水化程度和界面结合力。
2.5透水混凝土抗压强度试验后破坏面分析
7d抗压强度试验后各标准试件的破坏面见图4，受压破碎后，SCA改性集料抗压强度较高的透水混凝土试件出现较多大粒径辉绿岩集料断裂现象，而未处理集料强度较低的试件受压断裂面都发生在大粒径辉绿岩集料—水泥浆的界面过渡区，这也表明SCA改性对辉绿岩透水混凝土水泥—集料界面区的力学性能有很大影响。SCA改性不仅增强了集料和水泥浆体之间的粘结，而且对辉绿岩-胶凝材料浆体界面结构有一定优化作用。SCA主要是通过自身的化学反应成键作用于集料表面和水泥浆体的，这种反应的时间较短，在7d的龄期内已经发生作用，所以在7d到28d的龄期内透水混凝土强度增幅的变化不太明显。
3结果与讨论
(1)SCA改性后辉绿岩集料使得透水混凝土的力学性能明显改善，透水性能有一定下降。集料粒径越小，SCA改性集料透水混凝土试件强度增加的幅度越大，改性效果越好；粒径越大，SCA改性集料试件的孔隙率越高，透水系数越大。综合考虑工程实际经济性和生态效益最大化的要求，预处理采用浓度1％的SCA溶液较为合适。
(2)水泥石—SCA改性辉绿岩界面的显微硬度大于水泥石—未处理辉绿岩界面，且SCA改性集料后，抗压强度较高的透水混凝土试件都有大粒径辉绿岩集料断裂现象，而未改性试件受压断裂面都发生在集料—水泥浆的界面过渡区。说明SCA预处理增强了辉绿岩集料和水泥浆体之间的粘结，而且对辉绿岩—胶凝材料浆体界面结构有一定优化作用。
SCA改性集料透水混凝土比未经处理集料试件的结构更为密实，孔隙相对较少，胶结层厚度明显增大。SCA改性改善了辉绿岩表面吸附水泥水化产物Ca(OH)2并沉积成晶形成水化硅酸钙的能力，降低了晶体的取向性，形成的化学新键改善了水泥水化产物的形貌和界面组织结构及结合力。SCA通过化学成键作用于集料和水泥浆体，在7d的龄期内已发生作用，因此7d到28d的龄期内透水混凝土强度增幅的变化不明显。
实施例2
1原材料和试验测试方法
1.1试验原材料
(1)水泥：P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，广西华润水泥有限公司生产，水泥物理力学性能指标，如表7所示。
表7水泥物理力学性能指标
(2)集料：辉绿岩碎石，粒径2.36～4.75mm，广西田东县辉绿岩矿业有限公司生产，集料的化学元素分析结果见表8，物理性能指标见表9。
表8集料化学元素分析结果表(单位:％)
表9集料物理性能指标
(3)硅烷偶联剂：型号KH550(γ―氨丙基三乙氧基硅烷)，广东东莞市鼎海塑胶化工有限公司生产；减水剂：聚羧酸粉体减水剂，白色粉末，巴斯夫化学品公司生产，减水率≥25％；无水乙醇，无水乙酸：工业级，市售。
1.2硅烷偶联剂预处理辉绿岩集料颗粒的制备
硅烷偶联剂(以下简称SCA)水解方法：将无水乙醇和蒸馏水按体积比4：1配制醇水混合溶液，滴加无水乙酸调整醇水溶液pH值至3.5～4.5之间；缓慢滴加一定量的硅烷偶联剂，并充分搅拌30min，直到配制溶液匀质、无色透明。
辉绿岩集料预处理方法：量取一定体积水解后的硅烷偶联剂混合液，缓慢加入至一定量的蒸馏水中稀释并搅拌15min，配制出硅烷偶联剂水解液(1wt％)，密封待用。将不同粒径的辉绿岩集料放入水解液中浸泡一定时间，取出过筛并风干干燥24h后待用。
1.3试件制备和养护
在将混凝土搅拌机滚筒润湿后进行透水混凝土的拌制，采用原材料分批投料水泥浆包裹技术制备透水混凝土标准试件：首先投入辉绿岩集料和用水量15％的自来水，搅拌30s使集料表面润湿，然后加入水泥及减水剂，搅拌90s使集料表面附着水泥，最后将剩余85％自来水全部加入，再搅拌90s后出料。将搅拌均匀的透水混凝土用试件成型，脱模后进行标准养护，达到龄期后进行性能测试。抗压强度及透水系数试件尺寸100mm×100mm×100mm。
1.4透水混凝土试验配合比
本实验透水混凝土设计配合比(体积法计算)见表10。
表10透水混凝土配合比
实施例3
透水混凝土制备方法同实施例2，不同之处在于硅烷偶联剂为KH560(γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)
实施例4
透水混凝土制备方法同实施例2，不同之处在于硅烷偶联剂为3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷。
参照CJJ/T 135—2009标准的要求对实施例1-4中1％浓度硅烷偶联剂预处理2.36～4.75mm集料的的透水混凝土的性能进行检测，结果如下表11：
表11实施例1-4透水混凝土的性能测试结果
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 透水系数(20℃)，cm/s | 1.83 | 1.54 | 1.96 | 2.14 |
| 28d抗压强度/MPa | 39.1 | 33.9 | 36.8 | 41.6 |
实施例5
制备透水混凝土的原料、试件制备及养护方法与实施例1相同，不同之处在于原料中还包括人造岗石固体废弃物白泥。该白泥采自广西贺州某石业有限公司，干燥后为白色粉末，白度85.7％，粒径50μm，其中38μm的占80％以上，XRD分析见图4，化学成分见表12。
表12人造岗石固体废弃物白泥化学元素分析结果表(单位:％)
人造岗石固体废弃物白泥干燥后为白色粉末，本研究在硅烷偶联剂改性辉绿岩透水混凝土的基础上，通过使用不同用量的人造岗石固体废弃物白泥作为掺合料来设计透水混凝土配合比，通过比较分析人造岗石固体废弃物白泥材料不同掺量对透水混凝土性能的影响，确定最佳掺入量，使透水混凝土能满足路面材料的强度和透水要求。将一定量的人造岗石固体废弃物白泥加入透水混凝土拌制中，能大量就地消耗岗石厂的废弃物白泥，可免除白泥堆存造成的环境污染，不需占用堆放场地，减少混凝土拌制用矿粉使用量量，同时也会减少透水混凝土的生产成本。这对人造岗石固体废弃物白泥资源化综合利用及生态环境保护具有重要意义。
选用粒径为9.50～13.2mm的辉绿岩，设计目标孔隙率15％，水胶比0.30，采用内掺法等量替代水泥和外掺法，研究了人造岗石固体废弃物白泥作为掺合料对SCA预处理(浓度1％)辉绿岩透水混凝土立方体抗压强度及透水性能的影响。本实验透水混凝土设计配合比(体积法计算)见表13。
表13掺加白泥的SCA预处理辉绿岩透水混凝土配合比
注：0#为基准对比SCA预处理辉绿岩透水混凝土试验，1～4#为内掺岗石白泥SCA预处理辉绿岩透水混凝土试验，5～8#为外掺岗石白泥SCA预处理辉绿岩透水混凝土试验。
当采用内掺法岗石白泥等质量取代水泥时，试验过程中可以观察到，改性辉绿岩透水混凝土的粘聚性、保水性随着岗石白泥取代水泥质量的增加而变得越来越差，SCA改性辉绿岩透水混凝土成型试件的抗压强度也随着内掺岗石白泥的质量增加而下降。岗石白泥内掺5％、10％、15％、20％时，混凝土的7d抗压强度相较于基准透水混凝土分别下降了2.5％、17％、24％和34％，28d的抗压强度分别下降了5％、19％、25％和40％，这可能是因为透水混凝土强度的一个重要影响因素是集灰比，岗石白泥内掺降低了集灰比，从而导致透水混凝土强度下降。同时因为水灰比增大，自由水量增加，使颗粒间的空隙减少，透水混凝土的流动性有一定的增加，更加容易填充辉绿岩集料间的孔隙，因此透水混凝土的连通孔隙率和透水系数也都随着内掺岗石白泥的质量增加而明显下降。
外掺试验时，改性辉绿岩透水混凝土的粘聚性、保水性随着岗石白泥取代水泥质量的增加有比较明显的改善，掺入的岗石白泥使得浆体的粘聚性改善。从表11可以看出，外掺岗石白泥时，7d和28d龄期SCA改性辉绿岩透水混凝土的成型试件的抗压强度随岗石白泥掺量的上升出现了先上升后下降的趋势。外掺岗石白泥5％、10％、15％时，透水混凝土的7d抗压强度相较于基准透水混凝土分别提高了10％、16％和5％，28d的抗压强度分别提高了9％、12％和6％，当岗石白泥掺量为10％时，7d、28d透水混凝土抗压强度提高最大。当岗石白泥掺量20％时，岗石白泥的加入量过多，一定程度上减弱了改性辉绿岩集料的骨架支撑作用，对透水混凝土的力学性能有一些负面的影响，7d、28d透水混凝土抗压强度分别下降了7％和9％。
表14掺加白泥的SCA预处理辉绿岩透水混凝土性能测试结果
表14数据也可以看出，岗石白泥对改性辉绿岩透水混凝土强度提高的幅度随龄期的增加而不断降低，适量的岗石白泥对透水混凝土早期强度的提高有较大的帮助。这可能是由于岗石白泥微小粒子在透水混凝土胶凝材料水化早期阶段起到了一定的晶核作用，熟料矿物的水化速度因此加快，形成了更多的水化碳铝酸钙。另外，微集填充的岗石白泥也改善了辉绿岩集料的颗粒堆积密度，增加了水泥浆体和SCA改性辉绿岩界面过渡区的密实度，也在一定程度上提高了透水混凝土的抗压强度。但是，SCA改性辉绿岩透水混凝土的流动性随岗石白泥掺量的增大而变差。这是由于岗石白泥的比表面积较高，因而在透水混凝土中需要更多的自由水包裹白泥，岗石白泥掺量增大一定程度上增加了混凝土拌合需水量。在用水量相同的条件下，流动性就会变差。外掺岗石白泥后，辉绿岩透水混凝土中的水泥浆量占比变大，SCA改性辉绿岩骨料与骨料之间孔隙更加容易填充，透水混凝土的密实度提高、孔隙率下降，导致了透水率一定程度的出现了下降。
综合考虑力学性能和透水性能，人造岗石固体废弃物白泥外掺10％与SCA预处理(浓度1％)辉绿岩配制透水混凝土更为合适，最佳配合比为：SCA改性辉绿岩集料、水泥、白泥、减水剂、水的质量比为：1685.6：477.6：47.8：1.05：143.3。外掺岗石白泥10％时，透水混凝土的7d、28d抗压强度相较于基准透水混凝土分别提高了16％、12％，透水系数为1.24cm/s，符合相关透水混凝土标准要求。
实施例6
采用实施例5的最佳配合比和透水混凝土制备方法，不同之处在于减水剂为FDN高效减水剂。
实施例7
采用实施例5的最佳配合比和透水混凝土制备方法，不同之处在于硅烷偶联剂为3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷。
实施例8
采用实施例5的最佳配合比和透水混凝土制备方法，不同之处在于减水剂为FDN高效减水剂、硅烷偶联剂为3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷。
参照CJJ/T 135—2009标准的要求，对实施例5-8的透水混凝土的性能进行检测，结果如下表15：
表15实施例5-8透水混凝土的性能测试结果
| 检测项目 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| 透水系数(20℃)，cm/s | 1.24 | 1.27 | 1.68 | 1.71 |
| 28d抗压强度/MPa | 33.9 | 32.8 | 36.1 | 36.7 |
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种硅烷偶联剂改性辉绿岩透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括：
以硅烷偶联剂改性的辉绿岩为集料、与水泥及减水剂混合均匀，成型、脱模，即得。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性的辉绿岩的制备方法包括：
1)将硅烷偶联剂在醇水溶液中水解，稀释，配制成硅烷偶联剂水解液；
2)将不同粒径的辉绿岩集料放入上述水解液中浸泡一定时间，过筛、风干，即得。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂水解液的质量浓度为0.5％～2％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集料、水泥、减水剂及水的质量比为：1568-1685：477-531：1.05-1.17：143-151。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辉绿岩的粒径2.36～13.2mm。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸粉体减水剂或FDN高效减水剂。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料中还包括人造岗石固体废弃物白泥。
10.权利要求1-9任一项所述的方法制备的透水混凝土。
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