CN108395272A - 一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，提供一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土，包括以下重量份配比的原料成分：纳米微粉:粉煤灰:硅灰:水泥:间断级配骨料:水:减水剂为 (5‑10):(10‑20):(5‑12):(35‑45):(270‑290):(23‑28):(0.8‑1.2)；本发明还公开了该混凝土的制备方法；本发明引入了纳米微粉制备出了孔隙率大、透水性好、强度高、抗冻性好、耐腐性强的透水混凝土；经测试，标准养护28d透水性混凝土的有效孔隙率≥20%，透水系数≥4.0mm/s，抗压强度≥35Mpa。

Description

一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，我国已有许多城市因受暴雨发生内涝，随着城市化建设，路面材料可以自然渗水的区域不断减少，取而代之的是沥青、混凝土、大理石等不透水的路面材料。怎样才能缓解城市的内涝之灾，那就是建造海绵城市，使城市建筑、配套设施都具备吸水功能。其中之一就是要大规模使用透水性的路面材料。透水性混凝土是由粗骨料表面包覆一薄层胶凝材料相互粘结而形成孔穴均匀分布的连通蜂窝状结构，具有高的孔隙率、透气和透水等特点。透水混凝土路面与普通混凝土相比，具有良好的透水、透气性，同时具有良好的生态效应和经济效益。然而，目前应用透水路面材料的工程数量少，且大多集中在公园等小型室外场所，由于透水混凝土粗骨料粒径大，胶结材料用量少，胶结点少，胶结层薄，界面过渡区薄弱，导致透水混凝土的强度低，限制了其大规模的应用。因此，如何提高透水混凝土的强度，同时又保障一定的透水系数成为关键。近年来，国内关于透水混凝土的研究报道都有不同程度的涉及和涵盖，也提出一些比较成熟的观点和研究结论，但仍存在不足之处。
中国专利申请号：CN201610333509.7 公开了一种利用废弃混凝土制备的生态环保型透水混凝土，该发明侧重于利用再生骨料组合物及再生混凝土微粉。中国专利申请号：CN201610400908.0 公开一种环保型再生骨料透水混凝土及其制备方法，胶凝材料仅有水泥。中国专利申请号：CN201610645002.5 公开一种透水混凝土及其施工工艺，胶凝材料为水泥和硅粉。以上专利都是从骨料和施工工艺角度进行透水混凝土的制备，透水性能均较好，但是骨料与胶结料之间关键的界面结合性能及耐久性没有良好体现。透水混凝土的高孔隙率具有很好的透水作用，但它良好的透水性和高强度、高耐久性很难兼得。
透水混凝土主要由骨料和胶结料组成，其强度一方面依赖于骨料之间形成嵌锁作用，另一方面依赖于骨料和胶结料的界面结合及胶结料本身的性能。其中骨料和胶结料的界面区状态对于透水混凝土强度的影响尤为显著。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种强度高、透水性能优良、耐久性良好的掺入活性纳米微粉的透水性混凝土。该混凝土中通过引入Al2O3-SiO2-CaO-MgO纳米微粉，增强骨料和胶结料的界面结合状态并提高胶结料自身强度以改善透水混凝土的性能。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土，包括以下重量份配比的原料成分：纳米微粉:粉煤灰:硅灰:水泥:间断级配骨料:水:减水剂为 (5-10):(10-20):(5-12): (35-45):(270-290):(23-28):(0.8-1.2)。
进一步的改进是，纳米微粉为Al2O3-SiO2-CaO-MgO纳米微粉。引入的纳米微粉为Al2O3-SiO2-CaO-MgO体系，来源于微晶刚玉磨料生产过程中产生的废料，最大粒径<100nm。
进一步的改进是，纳米微粉7重量份、粉煤灰15重量份、硅灰10重量份、水泥40重量份、间断级配骨料280重量份、水25重量份、减水剂1.0重量份。
进一步的改进是，所述间断级配骨料是由2.5-5.0mm级配的骨料和10-15mm级配的骨料按1:4的重量比组成的混合骨料。
本发明的另一目的是提供上述掺入纳米微粉的透水性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）先将上述重量份配比的纳米微粉、粉煤灰、硅灰、水泥采用球磨机干混球磨10分钟进行预拌均匀，然后卸料得到粉料A，备用；
（2）再将上述重量份配比的水和减水剂以及步骤（1）制得的粉料A拌合2-3分钟，然后加入上述重量份的2.5-5.0mm级配的骨料搅拌1.5分钟，再加入对应重量份的10-15mm级配的骨料搅拌2分钟，进行逐级包裹式拌合；
（3）采用压制成型和振动相结合的工艺，在2.5 MPa压力下，压制成型，同时采用振动工艺振动10s成型为150mm×150mm×150mm立方体试件，即得到掺入纳米微粉的透水性混凝土。
本发明具有如下的有益效果：
（1）经测试，标准养护28d透水混凝土的有效孔隙率≥20%，透水系数≥4.0mm/s，抗压强度≥35Mpa；说明具有良好的强度及透水性。
（2）透水混凝土的结构是由胶结料、界面过渡区和骨料三个部分组成，其中界面过渡区状态对硬化后混凝土的强度起着决定性的作用。本发明引入纳米微粉、粉煤灰及硅灰对于透水混凝土强度的提高主要源于两方面：一方面增强了胶结料，第二方面改善了界面过渡层的状态。纳米微粉、粉煤灰和硅灰的火山灰效应消耗大量的氢氧化钙，生成低碱性水化硅酸钙，低碱性水化硅酸钙具有更致密的微观结构，同时纳米微粉在水泥水化中起到微晶核作用，增加凝胶体的形成数量，并使水化产物在胶结层中分布均匀，另外纳米微粉的填充作用有利于提高水泥石的致密程度，从而提高胶结层的强度。
（3）Al2O3-SiO2-CaO-MgO纳米微粉的活性掺合料对界面过渡区具有协同增强效应，同时增多透水混凝土的贯通孔，在提高透水性的同时，尤为显著的提高了界面结合强度，降低了混凝土的收缩变形，提高了耐久性；
（4）本发明一方面为推广工业固体废弃物的综合利用开辟一条新的应用途径，另一方面纳米微粉的掺入显著提高了透水混凝土的强度，为该类透水混凝土实现大规模路面铺装奠定基础。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的解释和说明，需要注意的是，以下实施例仅是较佳实施例，而不是全部实施例，不应造成对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土，包括如下重量份的原料：Al2O3-SiO2-CaO-MgO纳米微粉7重量份、粉煤灰15重量份、硅灰10重量份、水泥40重量份、间断级配骨料280重量份、水25重量份、减水剂1.0重量份。其中，间断级配骨料是由2.5-5.0mm级配的骨料和10-15mm级配的骨料按1:4的重量比组成的混合骨料。
实施例1的透水性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述重量份的Al2O3-SiO2-CaO-MgO纳米微粉、粉煤灰、硅灰、水泥四种干粉状物料称量后，采用球磨机干混球磨10分钟进行预拌混匀，然后卸料，得到粉料A，备用；
（2）将上述重量份的水和减水剂等液体物料和预拌的粉料A拌合2分钟，然后加入56重量份的2.5-5.0mm的骨料搅拌1.5分钟，随后加入224重量份的10-15mm的骨料搅拌2分钟，形成逐级包裹式拌合；
（3）在2.5 MPa压力下，压制成型，同时采用振动工艺振动10s成型为150mm×150mm×150mm立方体试件，即得到实施例1的透水性混凝土。
对实施例1的透水性混凝土闭模养护3 h后脱模，覆盖塑料薄膜在标准条件下养护至28d进行性能测试。力学性能测试参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》；孔隙率测定参照DB11/T 775-2010《透水混凝土路面技术规程》；透水系数测定参照CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行。
经测试：标准养护28d龄期透水混凝土试件的有效孔隙率为23%，透水系数为4.3mm/s，抗压强度为37MPa。透水性能优良且抗压强度高。
实施例2
一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土，包括如下重量份的原料：Al2O3-SiO2-CaO-MgO纳米微粉5重量份、粉煤灰10重量份、硅灰5重量份、水泥35重量份、间断级配骨料270重量份、水23重量份、减水剂0.8重量份。其中，间断级配骨料是由2.5-5.0mm级配的骨料和10-15mm级配的骨料按1:4的重量比组成的混合骨料。
实施例2的透水性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述重量份的Al2O3-SiO2-CaO-MgO纳米微粉、粉煤灰、硅灰、水泥四种干粉状物料称量后，采用球磨机干混球磨10分钟进行预拌混匀，然后卸料，得到粉料A，备用；
（2）将上述重量份的水和减水剂等液体物料和预拌的粉料A拌合2分钟，然后加入54重量份的2.5-5.0mm的骨料搅拌1.5分钟，随后加入216重量份的10-15mm的骨料搅拌2分钟，形成逐级包裹式拌合；
（3）在2.5 MPa压力下，压制成型，同时采用振动工艺振动10s成型为150mm×150mm×150mm立方体试件，即得到实施例2的透水性混凝土。
对实施例2的透水性混凝土闭模养护3 h后脱模，覆盖塑料薄膜在标准条件下养护至28d进行性能测试。力学性能测试参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》；孔隙率测定参照DB11/T 775-2010《透水混凝土路面技术规程》；透水系数测定参照CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行。
经测试：标准养护28d龄期透水混凝土试件的有效孔隙率为22%，透水系数为4.2mm/s，抗压强度为37MPa。透水性能优良且抗压强度高。
实施例3
一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土，包括如下重量份的原料：Al2O3-SiO2-CaO纳米微粉10重量份、粉煤灰20重量份、硅灰12重量份、水泥45重量份、间断级配骨料290重量份、水28重量份、减水剂1.2重量份。其中，间断级配骨料是由2.5-5.0mm级配的骨料和10-15mm级配的骨料按1:4的重量比组成的混合骨料。
实施例3的透水性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述重量份的Al2O3-SiO2-CaO-MgO纳米微粉、粉煤灰、硅灰、水泥四种干粉状物料称量后，采用球磨机干混球磨10分钟进行预拌混匀，然后卸料，得到粉料A，备用；
（2）将上述重量份的水和减水剂等液体物料和预拌的粉料A拌合2分钟，然后加入58重量份的2.5-5.0mm的骨料搅拌1.5分钟，随后加入232重量份的10-15mm的骨料搅拌2分钟，形成逐级包裹式拌合；
（3）在2.5 MPa压力下，压制成型，同时采用振动工艺振动10s成型为150mm×150mm×150mm立方体试件，即得到实施例3的透水性混凝土。
对实施例3的透水性混凝土闭模养护3 h后脱模，覆盖塑料薄膜在标准条件下养护至28d进行性能测试。力学性能测试参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》；孔隙率测定参照DB11/T 775-2010《透水混凝土路面技术规程》；透水系数测定参照CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行。
经测试：标准养护28d龄期透水混凝土试件的有效孔隙率为25%，透水系数为4.6mm/s，抗压强度为38MPa。透水性能优良且抗压强度高。
对比例1-3
对比例1与实施例1对应，仅原料组分中没有纳米微粉，其余各组分的重量份及配比及制备方法均与实施例1一致，得到的为对比例1的混凝土。
对比例2与实施例2对应，仅原料组分中没有纳米微粉，其余各组分的重量份及配比及制备方法均与实施例2一致，得到的为对比例2的混凝土。
对比例3与实施例3对应，仅原料组分中没有纳米微粉，其余各组分的重量份及配比及制备方法均与实施例3一致，得到的为对比例3的混凝土。
对对比例1-3的混凝土按照上述方法测试，经测试：对比例1的混凝土标准养护28d龄期透水混凝土试件的有效孔隙率为：20% ，透水系数为3.7mm/s，抗压强度为20MPa。对比例2的混凝土标准养护28d龄期透水混凝土试件的有效孔隙率为：18% ，透水系数为3.8mm/s，抗压强度为19MPa。对比例3的混凝土标准养护28d龄期透水混凝土试件的有效孔隙率为：21%，透水系数为3.7mm/s，抗压强度为23MPa。
对比例4
对街区人行步道的普通透水砖，按照上述测试方法进行性能测试，得到有效孔隙率为：18%，透水系数为3.8mm/s，抗压强度为15MPa。
综上可知，本发明的透水性混凝土，引入了Al2O3-SiO2-CaO-MgO体系纳米微粉，透水性能和抗压性能优良。
此外，需要注意的是，本发明中除了实施例1-3中原料组分的重量份及配比列举的几种情况外，还可以取重量份配比为纳米微粉:粉煤灰:硅灰:水泥:间断级配骨料:水:减水剂为 (5-10):(10-20):(5-12): (35-45): (270-290):(23-28):(0.8-1.2)间的任一值或任一配比，不应局限于实施例1-3列举的情况。本领域技术人员应当理解，在本发明的创造性思想基础上，对本发明的任何等同替换或无创造性劳动的修改均视为落入本发明的保护范围内。
本发明的透水性混凝土经标准养护28d透水混凝土的有效孔隙率≥20%，透水系数≥4.0mm/s，抗压强度≥35Mpa；说明具有良好的抗压强度及透水性。引入的纳米微粉为Al2O3-SiO2-CaO-MgO体系，来源于微晶刚玉磨料生产过程中产生的废料，不仅显著提高了透水混凝土的强度，而且变废为宝，为该类透水混凝土实现大规模路面铺装奠定基础。

Claims (7)

1.一种掺入活性纳米微粉的透水性混凝土，其特征在于，其包括以下重量份配比的原料成分：纳米微粉:粉煤灰:硅灰:水泥:间断级配骨料:水:减水剂为 (5-10):(10-20):(5-12): (35-45): (270-290):(23-28):(0.8-1.2)。
2.根据权利要求1所述的透水性混凝土，其特征在于：所述纳米微粉为Al2O3-SiO2-CaO-MgO体系的纳米微粉，最大粒径<100nm。
3.根据权利要求1所述的透水性混凝土，其特征在于：其包括以下重量份的原料成分：纳米微粉7份、粉煤灰15份、硅灰10份、水泥40份、间断级配骨料280份、水25份和减水剂1.0份。
4.根据权利要求1所述的透水性混凝土，其特征在于：所述间断级配骨料是由2.5-5.0mm级配的骨料和10-15mm级配的骨料按1:4的重量比组成的混合骨料。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的透水性混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）先将上述重量份配比的纳米微粉、粉煤灰、硅灰和水泥采用球磨机干混球磨10分钟进行预拌均匀，然后卸料得到粉料A，备用；
（2）再将上述重量份配比的水和减水剂以及步骤（1）制得的粉料A拌合2-3分钟，然后加入上述重量份的2.5-5.0mm级配的骨料搅拌1.5分钟，再加入对应重量份的10-15mm级配的骨料搅拌2分钟，进行逐级包裹式拌合；
（3）采用压制成型和振动相结合的工艺，即得到掺入纳米微粉的透水性混凝土。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，在2.5 MPa压力下，压制成型。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，采用振动工艺振动10s成型为150mm×150mm×150mm立方体试件。
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