CN109265108A - 一种净水生态混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种净水生态混凝土及其制备方法。所述净水生态混凝土包括水泥15‑25份、增强材料0.45‑0.65份、乳胶粉0‑0.3份、净水材料1‑4份、净水颗粒5‑10份、骨料65‑75份、减水剂0.05‑0.15份，所述净水颗粒包括有净化功能的颗粒和位于有净化功能的颗粒外表面的淀粉膜，所述淀粉膜为质量分数为5%‑15%的淀粉膜溶液喷洒在有净化功能的颗粒外表面后干燥形成的,所述淀粉膜溶液为改性淀粉溶于溶剂中得到。本发明制备的净水生态混凝土，能有效现有技术中净水生态混凝土容易堵塞、使用寿命短等问题，提高混凝土的孔隙率，具有长久的良好透水性。

Description

一种净水生态混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种净水生态混凝土及其制备方法。
背景技术
海绵城市建设遵循生态优先原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。透水混凝土是海绵城市建设的重要组成部分，为了更好的改善地下水质量，提高饮用水质量，具有净水功能的生态混凝土便应运而生。但是现有透水混凝土路面存在除污能力不足、强度较低的缺陷。
现有技术中，提出了公开为CN107902987A，公开日为2018年04月13日的中国发明专利文件，来解决上述存在的技术问题，该专利文献所公开的技术方案如下：一种除污能力强、机械强度高的去污透水混凝土及其制备方法，其组成及质量百分比为：骨料75％～80％；水泥13％～17％；水3％～6％；粉煤灰1％～2％；增强剂0.34％～0.73％；减水剂0.05％～0.09％。作为改进，所述骨料的10％～20％采用陶粒替代。去污透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：(10)骨料湿润：在搅拌装置中加入包括陶粒的全部骨料和50％量的水，搅拌30s，使骨料表面湿润；(20)混料：将水泥、粉煤灰、增强剂以及减水剂加入表面湿润的骨料中，搅拌60s；(30)出料：把剩下量的水加入搅拌装置，搅拌均匀，分层装料插捣成型，养护得到去污透水混凝土。
上述技术方案在使用过程中会出现以下问题：
（1）该技术方案中通过采用陶粒的多孔结构进行去污，但是陶粒固定在混凝土中，污染物会一直在陶粒中累积，当使用一定时间后，陶粒因为自身结构的限制，已经不能再容纳污染物，导致该混凝土的去污能力下降，直至不能去污，使用寿命短。
（2）该技术方案中主要通过混凝土之间的空隙，保证快速透水，当陶粒不再容纳污染物，污染物会将空隙堵塞，使该透水混凝土失去原有的透水功能，使用寿命短。
（3）该技术方法仅仅依靠陶粒来完成去污工作，而陶粒只是占骨料中的一部分，量小，使得同时去污的能力低且无法长时间的达到去污效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种净水生态混凝土及其制备方法，能有效现有技术中净水生态混凝土容易堵塞、使用寿命短等问题，提高混凝土的孔隙率，具有长久的良好透水性。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种净水生态混凝土，其特征在于：包括水泥15-25份、增强材料0.45-0.65份、乳胶粉0-0.3份、净水材料1-4份、净水颗粒5-10份、骨料65-75份、减水剂0.05-0.15份，所述净水颗粒包括有净化功能的颗粒和位于有净化功能的颗粒外表面的淀粉膜，所述淀粉膜为质量分数为5%-15%的淀粉膜溶液喷洒在有净化功能的颗粒外表面后干燥形成的,所述淀粉膜溶液为改性淀粉溶于溶剂中得到。
所述有净化功能的颗粒为分子筛、果壳活性炭、核桃壳中的一种或多种。
所述溶剂为1,4-二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷或丙酮。
所述改性淀粉经玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉酯化改性得到。
所述淀粉膜的厚度为10μm-20μm。
所述净水材料为聚氯化铝、膨润土或硅藻土中的一种或多种。
所述增强材料为微硅粉、纳米二氧化硅中的一种或两种。
所述乳胶粉为可再分散胶乳粉。
所述骨料为5-15mm碎石。
一种净水生态混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a. 加入65-75份骨料和总用水量的1/3，搅拌使骨料表面润湿；
b. 加入15-25份水泥、0.45-0.65份增强材料、0-0.3份乳胶粉、1-4份净水材料、0.05-0.15份减水剂和总用水量的2/3，搅拌均匀，使胶凝材料均匀的包裹在骨料表面；
c. 加入5-10份净水颗粒，搅拌，使净水颗粒混合均匀；
d. 振捣密实，制得净水生态混凝土；
其中所述总用水量：（水泥量+增强材料量）=0.3。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本申请的净水生态混凝土同时采用净水材料和净水颗粒，能最大程度地吸附污物，并且配合水泥、增强材料、乳胶粉、骨料、减水剂，通过调整材料之间的份比，使得制备的混凝土的孔隙率和强度指标能够满足要求，能最大限度的提高混凝土的生态功能化。
并且在净水生态混凝土中使用净水颗粒，混凝土硬化后，净水颗粒表面包裹的淀粉膜水解，使净水颗粒能够在混凝土骨料间形成空腔，提高混凝土的孔隙率，进而提高透水率；由于形成空腔，当水透过混凝土空隙时，净水颗粒能够最大限度的与污水接触，保证最好的净水效果；并且，净水颗粒在水流的冲击下，会在空腔内不停的运动，不断的与混凝土骨料表面发生碰撞，将一些污物打散，使容易堵塞空隙的物质顺利通过，保证混凝土更长久的具有很好的透水性，延长使用寿命；这种碰撞还能帮助清理净水颗粒本身和净水材料吸附的一些污物，延长吸附寿命。
形成的淀粉膜溶液质量分数在5%-15%，有利于控制淀粉膜的分解时间，满足混凝土工程使用该净水颗粒对淀粉膜分解时间的要求，确保在混凝土制备过程中，该净水颗粒表面的淀粉膜不会完全分解。
2、有净化功能的颗粒为分子筛、果壳活性炭或核桃壳，这些材料是目前市场上常见的净水材料，容易获得，价格优势明显，有助于控制净水生态混凝土的成本，并且核桃壳还能废物再利用，有利于环保。
3、使用改性淀粉，改善了普通淀粉耐水性很差的缺点，使其成膜具有更好的连续性，结构致密，质地细腻，具有明显的耐水性。
溶剂为1,4-二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷或丙酮，使得形成的膜致密性较差，遇水的分解速度较快。
将改性淀粉溶于1,4-二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷或丙酮，使形成的淀粉膜具有一定的耐水性，但遇水后不需要过长的时间才开始分解，二者之间达到平衡，控制净水颗粒表面淀粉膜的完整性及其水解时间，使淀粉膜不会在搅拌过程中就完全分解，能够保证对净水颗粒的保护作用。
4、淀粉膜的厚度为10μm-20μm，能有效控制净水颗粒表面淀粉膜的完整性及其水解时间，使淀粉膜不会在搅拌过程中就完全分解，能够保证对净水颗粒的保护作用。
5、净水材料为聚氯化铝、膨润土或硅藻土，该材料是目前市场上常见的净水材料，容易获得，价格优势明显，有助于控制净水生态混凝土的成本。
6、硅粉或/和纳米二氧化硅作为增强材料，二者都具有非常大的比表面积和反应活性，不仅能有效填充水泥浆内部孔隙，增加其密实度，提高水泥浆与骨料间的胶结界面强度，同时其较高的反应活性可促进混凝土后期强度稳定增长。
7、骨料为粒径5-15mm的碎石，能有效保证混凝土的强度和良好的透水性。
8、制备净水生态混凝土的过程中，加入骨料和第一次加水，使得骨料表面润湿，再加入水泥等胶凝材料，使得胶凝材料与骨料更好的粘结，最后加净水颗粒，可以保证净水颗粒表面膜的完整性，控制其水解时间，保证其在混凝土施工完后能够悬浮在骨料之间，使得制备的净水生态混凝土具有良好的透水性，能提高混凝土的孔隙率，解决现有净水生态混凝土容易堵塞、使用寿命短等问题。
具体实施方式
实施例1
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种用于混凝土的净水颗粒，包括有净化功能的颗粒和位于有净化功能的颗粒外表面的淀粉膜，所述淀粉膜为质量分数为5%的淀粉膜溶液喷洒在有净化功能的颗粒外表面后干燥形成的,所述淀粉膜溶液为改性淀粉溶于溶剂中得到。
其中，有净化功能的颗粒优选为分子筛。所述改性淀粉经玉米淀粉酯化改性得到，所述溶剂为1,4-二氧六环。
该净水颗粒的制备方法如下：
a. 将分子筛清洗干净后105℃烘干，再冷却至室温；
b. 将改性淀粉溶于1,4-二氧六环中得到质量分数5%的淀粉膜溶液；
c. 在分子筛的外表面均匀喷洒淀粉膜溶液，迅速干燥处理，形成10μm厚的淀粉膜，制成净水颗粒。
一种利用上述净水颗粒制备的净水生态混凝土，包括水泥15份、增强材料0.65份、乳胶粉0.3份、净水材料4份、净水颗粒5份、骨料75份、减水剂0.05份。
其中水泥为等级为52.5的普通硅酸盐水泥，增强材料优选为硅粉，乳胶粉为可再分散性乳胶粉，净水材料优选为聚氯化铝，骨料为10mm碎石，减水剂为粉体聚羧酸减水剂，减水率大于25%。
上述利用净水颗粒制备的净水生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：
本发明净水生态混凝土的水胶比优选为0.3，本实施例中胶材，包括水泥和增强材料，用量总和为15.65份，所以用水总量为4.7份。
a. 将75份10mm碎石和1.57份的水倒入搅拌机，搅拌35s使10mm碎石表面润湿；此次用水为总用水量的1/3；
b. 将15份等级为52.5的普通硅酸盐水泥、0.65份硅粉、0.3份可再分散性乳胶粉、4份聚氯化铝、0.05份减水剂和3.13份的水倒入搅拌机，搅拌115s，使材料均匀的包裹在碎石表面；此次用水为总用水量的2/3
c. 将5份净水颗粒倒入搅拌机，搅拌30s，使净水颗粒混合均匀；
d. 振捣密实，进行养护，制得净水生态混凝土。
实施例2
作为本发明另一较佳实施方式，本发明包括一种用于混凝土的净水颗粒，包括有净化功能的颗粒和位于有净化功能的颗粒外表面的淀粉膜，所述淀粉膜为质量分数为10%的淀粉膜溶液喷洒在有净化功能的颗粒外表面后干燥形成的,所述淀粉膜溶液为改性淀粉溶于溶剂中得到。
其中，有净化功能的颗粒优选为果壳活性炭。所述改性淀粉经马铃薯淀粉酯化改性得到，所述溶剂为二氯甲烷。
该净水颗粒的制备方法如下：
a. 将果壳活性炭清洗干净后105℃烘干，再冷却至室温；
b. 将改性淀粉溶于二氯甲烷中得到质量分数10%的淀粉膜溶液；
c. 在果壳活性炭的外表面均匀喷洒淀粉膜溶液，迅速干燥处理，形成15μm厚的淀粉膜，制成净水颗粒。
一种利用上述净水颗粒制备的净水生态混凝土，包括水泥20.35份、增强材料0.5份、净水材料4份、净水颗粒10份、骨料65份、减水剂0.15份。
其中水泥为等级为42.5的普通硅酸盐水泥，增强材料优选为纳米二氧化硅，净水材料优选为硅藻土，骨料为15mm碎石，减水剂为粉体聚羧酸减水剂，减水率大于25%。
上述利用净水颗粒制备的净水生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：
本发明净水生态混凝土的水胶比优选为0.3，本实施例中胶材，包括水泥和增强材料，用量总和为20.85份，所以用水总量为6.26份。
a. 将65份15mm碎石和2.09份的水倒入搅拌机，搅拌25s,使碎石表面润湿；此次用水为总用水量的1/3；
b. 将20.35份等级为42.5的普通硅酸盐水泥、0.5份纳米二氧化硅、4份硅藻土、0.15份减水剂和4.17份的水倒入搅拌机，搅拌120s，使材料均匀的包裹在碎石表面；此次用水为总用水量的2/3
c. 将10份净水颗粒倒入搅拌机，搅拌30s，使净水颗粒混合均匀；
d. 振捣密实，进行养护，制得净水生态混凝土。
实施例3
作为本发明又一较佳实施方式，本发明包括一种用于混凝土的净水颗粒，包括有净化功能的颗粒和位于有净化功能的颗粒外表面的淀粉膜，所述淀粉膜为质量分数为15%的淀粉膜溶液喷洒在有净化功能的颗粒外表面后干燥形成的,所述淀粉膜溶液为改性淀粉溶于溶剂中得到。
其中，有净化功能的颗粒优选为核桃壳。所述改性淀粉经木薯淀粉酯化改性得到，所述溶剂为三氯甲烷。
该净水颗粒的制备方法如下：
a. 将核桃壳清洗干净后105℃烘干，再冷却至室温；
b. 将改性淀粉溶于三氯甲烷中得到质量分数15%的淀粉膜溶液；
c. 在核桃壳的外表面均匀喷洒淀粉膜溶液，迅速干燥处理，形成18μm厚的淀粉膜，制成净水颗粒。
一种利用上述净水颗粒制备的净水生态混凝土，包括水泥20份、增强材料0.5份、净水材料3份、净水颗粒6.4份、骨料70份、减水剂0.1份。
其中水泥为等级为52.5的普通硅酸盐水泥，0.5份增强材料为0.25份纳米二氧化硅和0.25份硅粉，3份净水材料为1份硅藻土和2份膨润土，骨料为15mm碎石，减水剂为粉体聚羧酸减水剂，减水率大于25%。
上述利用净水颗粒制备的净水生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：
本发明净水生态混凝土的水胶比优选为0.3，本实施例中胶材，包括水泥和增强材料，用量总和为20.5份，所以用水总量为6.15份。
a. 将70份15mm碎石和2.05份的水倒入搅拌机，搅拌30s,使碎石表面润湿；此次用水为总用水量的1/3；
b. 将20份等级为52.5的普通硅酸盐水泥、0.25份纳米二氧化硅、0.25份硅粉、1份硅藻土、2份膨润土、0.1份减水剂和4.1份的水倒入搅拌机，搅拌120s，使材料均匀的包裹在碎石表面；此次用水为总用水量的2/3；
c. 将6.4份净水颗粒倒入搅拌机，搅拌30s，使净水颗粒混合均匀；
d. 振捣密实，进行养护，制得净水生态混凝土。
实施例4
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种用于混凝土的净水颗粒，包括有净化功能的颗粒和位于有净化功能的颗粒外表面的淀粉膜，所述淀粉膜为质量分数为12%的淀粉膜溶液喷洒在有净化功能的颗粒外表面后干燥形成的,所述淀粉膜溶液为改性淀粉溶于溶剂中得到。
其中，有净化功能的颗粒优选为分子筛和果壳活性炭。所述改性淀粉经玉米淀粉酯化改性得到，所述溶剂为丙酮。
该净水颗粒的制备方法如下：
a. 将分子筛和果壳活性炭清洗干净后105℃烘干，再冷却至室温；
b. 将改性淀粉溶于丙酮中得到质量分数12%的淀粉膜溶液；
c. 在分子筛和果壳活性炭的外表面均匀喷洒淀粉膜溶液，迅速干燥处理，形成20μm厚的淀粉膜，制成净水颗粒。
一种利用净水颗粒制备的净水生态混凝土，包括水泥25份、增强材料0.45份、乳胶粉0.1份、净水材料1份、净水颗粒8.3份、骨料65份、减水剂0.15份。
其中水泥为等级为52.5的普通硅酸盐水泥，增强材料为纳米二氧化硅，乳胶粉为可再分散性乳胶粉，净水材料为硅藻土，骨料为15mm碎石，减水剂为粉体聚羧酸减水剂，减水率大于25%。
上述利用净水颗粒制备的净水生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：
本发明净水生态混凝土的水胶比优选为0.3，本实施例中胶材，包括水泥和增强材料，用量总和为25.45份，所以用水总量为7.64份。
a. 将65份15mm碎石和2.55份的水倒入搅拌机，搅拌25s使碎石表面润湿；此次用水为总用水量的1/3；
b. 将25份等级为52.5的普通硅酸盐水泥、0.45份纳米二氧化硅、0.1份可再分散性乳胶粉、1份硅藻土、0.15份减水剂和5.09份的水倒入搅拌机，搅拌120s，使材料均匀的包裹在碎石表面；此次用水为总用水量的2/3；
c. 将8.3份净水颗粒倒入搅拌机，搅拌30s，使净水颗粒混合均匀；
d. 振捣密实，进行养护，制得净水生态混凝土。
实施例5
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种用于混凝土的净水颗粒，包括有净化功能的颗粒和位于有净化功能的颗粒外表面的淀粉膜，所述淀粉膜为质量分数为15%的淀粉膜溶液喷洒在有净化功能的颗粒外表面后干燥形成的,所述淀粉膜溶液为改性淀粉溶于溶剂中得到。
其中，有净化功能的颗粒优选为分子筛。所述改性淀粉经玉米淀粉酯化改性得到，所述溶剂为1,4-二氧六环。
该净水颗粒的制备方法如下：
a. 将分子筛清洗干净后105℃烘干，再冷却至室温；
b. 将改性淀粉溶于1,4-二氧六环中得到质量分数15%的淀粉膜溶液；
c. 在分子筛的外表面均匀喷洒淀粉膜溶液，迅速干燥处理，形成15μm厚的淀粉膜，制成净水颗粒。
一种利用净水颗粒制备的净水生态混凝土，包括水泥20份、增强材料0.5份、乳胶粉0.2份、净水材料2份、净水颗粒8份、骨料70份、减水剂0.1份。
其中水泥为等级为52.5的普通硅酸盐水泥，增强材料为硅粉，乳胶粉为可再分散性乳胶粉，净水材料为膨润土，骨料为5mm碎石，减水剂为粉体聚羧酸减水剂，减水率大于25%。
上述利用净水颗粒制备的净水生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：
本发明净水生态混凝土的水胶比优选为0.3，本实施例中胶材，包括水泥和增强材料，用量总和为20.5份，所以用水总量为6.15份。
a. 将70份5mm碎石和2.05份的水倒入搅拌机，搅拌30s,使碎石表面润湿；此次用水为总用水量的1/3；
b. 将20份等级为52.5的普通硅酸盐水泥、0.5份硅粉、0.2份可再分散性乳胶粉、2份膨润土、0.1份减水剂和4.1份的水倒入搅拌机，搅拌120s，使材料均匀的包裹在碎石表面；此次用水为总用水量的2/3；
c. 将8份净水颗粒倒入搅拌机，搅拌30s，使净水颗粒混合均匀；
d. 振捣密实，进行养护，制得净水生态混凝土。
将上述5个实施例中制备好的净水生态混凝土试件养护28天后，采用人工配置的模拟生活废水溶液浸泡净水生态混凝土试件28d，自然光照射，模拟封闭水域环境 (如湖泊、水库)，测定水质变化，得到水质净化结果。检测方法参考《水和废水监测分析方法》中的规定，采用COD重铬酸钾法测试COD的含量，采用抗坏血酸分光光度法测试TP含量，采用纳氏试剂分光光度法测试NH4+-N的含量。
本发明实施例得到的净水生态混凝土指标如下表1：
表1
以上试验数据说明：从膜的崩解时间可以看出，淀粉膜不会在搅拌过程中就完全分解，能够保证对净水颗粒的保护作用。同时，数据表明该净水生态混凝土的强度指标和孔隙率完全满足市场的性能指标要求，而且具有优异的净化效果。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种净水生态混凝土，其特征在于：包括水泥15-25份、增强材料0.45-0.65份、乳胶粉0-0.3份、净水材料1-4份、净水颗粒5-10份、骨料65-75份和减水剂0.05-0.15份，所述净水颗粒包括有净化功能的颗粒和位于有净化功能的颗粒外表面的淀粉膜，所述淀粉膜为质量分数为5%-15%的淀粉膜溶液喷洒在有净化功能的颗粒外表面后干燥形成的,所述淀粉膜溶液为改性淀粉溶于溶剂中得到。
2.根据权利要求1所述的一种净水生态混凝土，其特征在于：所述有净化功能的颗粒为分子筛、果壳活性炭、核桃壳中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的一种净水生态混凝土，其特征在于：所述溶剂为1,4-二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷或丙酮。
4.根据权利要求3所述的一种净水生态混凝土，其特征在于：所述改性淀粉经玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉酯化改性得到。
5.根据权利要求4所述的一种净水生态混凝土，其特征在于：所述淀粉膜的厚度为10μm-20μm。
6.根据权利要求1或5所述的一种净水生态混凝土，其特征在于：所述净水材料为聚氯化铝、膨润土或硅藻土中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种净水生态混凝土，其特征在于：所述增强材料为微硅粉、纳米二氧化硅中的一种或两种。
8.根据权利要求7所述的一种净水生态混凝土，其特征在于：所述乳胶粉为可再分散胶乳粉。
9.根据权利要求8所述的一种净水生态混凝土，其特征在于：所述骨料为5-15mm碎石。
10.根据权利要求1或9所述的一种净水生态混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a. 加入65-75份骨料和总用水量的1/3，搅拌使骨料表面润湿；
b. 加入15-25份水泥、0.45-0.65份增强材料、0-0.3份乳胶粉、1-4份净水材料、0.05-0.15份减水剂和总用水量的2/3，搅拌均匀，使胶凝材料均匀的包裹在骨料表面；
c. 加入5-10份净水颗粒，搅拌，使净水颗粒混合均匀；
d. 振捣密实，制得净水生态混凝土；
其中总用水量：（水泥量+增强材料量）=0.3。
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