CN109851295B - 一种透水型生态混凝土及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透水型生态混凝土及其制备工艺，属于混凝土技术领域，解决了现有技术中生态混凝土抗压强度和抗折强度较低的技术问题，透水型生态混凝土其原料包括水、硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、纤维质混合添加物、纳米二氧化钛、高效减水剂、引气剂、硅烷偶联剂、专用复合外加剂，专用复合外加剂包括硫酸铵、硅酸钠、磷酸二氢钾、二氧化硅，并将混合溶液分为三份，依次加入原料中，混合均匀，得到透水型生态混凝土。该透水型生态混凝土，在不降低生态混凝土的透水性能的情况下，提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，而且降低了生态混凝土的pH值，适应植物的生长，提高了生态混凝土的适用范围，同时还具有制备方法简单、混合均匀的优点。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体的说，它涉及一种透水型生态混凝土及其制备工艺。
背景技术
生态混凝土又称多孔混凝土，生态混凝土由于具有多孔结构，雨水透过性能良好，而且有吸音性，适合草本类植物生长等特性，受到广泛的关注。但是在生态混凝土的应用过程中，也出现了一些问题，由于生态混凝土的多孔结构，降低了其力学强度，尤其是抗压性能，减小了适用范围，无法满足公园、广场等绿化基盘的需要，然而降低生态混凝土的孔隙，则会同步降低混凝土的透水性能，影响植物的生长，因此，如何在不降低生态混凝土透水性能的情况下，提高生态混凝土的抗压强度，以适应人行道、公园等，是目前生态混凝土技术领域有待解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透水型生态混凝土，在不降低生态混凝土的透水性能的情况下，提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，同时降低了生态混凝土的pH值，适应植物的生长，提高了生态混凝土的适用范围。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种透水型生态混凝土，按重量份数计，其原料包括水60-90份、硅酸盐水泥170-210份、粗骨料1400-1700份、细骨料880-1250份、纤维质混合添加物12-18份、纳米二氧化钛1-2.5份、高效减水剂6-9.5份、引气剂2-4份、硅烷偶联剂1-3份、专用复合外加剂4-6份，所述专用复合外加剂包括硫酸铵12-18份、硅酸钠35-55份、磷酸二氢钾20-30份、二氧化硅40-85份。
通过采用上述技术方案，由于生态混凝土原料之间的相互协同作用，在不降低生态混凝土透水性能的情况下，提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，通过加入专用复合外加剂，降低了生态混凝土的pH值，同时还为植物提供营养元素，增加植物的生长速率，并使植物的根系快速伸入生态混凝土内部，提高植物生长的稳定性。
较优选地，其原料包括水70-80份、硅酸盐水泥180-200份、粗骨料1500-1600份、细骨料1000-1200份、纤维质混合添加物14-16份、纳米二氧化钛1.3-2份、高效减水剂7.5-9份、引气剂2.5-3.5份、硅烷偶联剂1.5-2.5份、专用复合外加剂4.5-5.5份，所述专用复合外加剂包括硫酸铵14-16份、硅酸钠40-50份、磷酸二氢钾22-27份、二氧化硅50-70份。
较优选地，其原料包括水75份、硅酸盐水泥190份、粗骨料1550份、细骨料1110份、纤维质混合添加物15份、纳米二氧化钛1.6份、高效减水剂8.3份、引气剂3份、硅烷偶联剂2.1份、专用复合外加剂5.2份，所述专用复合外加剂包括硫酸铵15份、硅酸钠45份、磷酸二氢钾25份、二氧化硅65份。
通过采用上述技术方案，对生态混凝土的原料配比进一步优化，同时对专用复合外加剂的原料配比进一步优化，进一步提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，同时降低了生态混凝土的pH值，提高了植物的适用性，进而提高了生态混凝土的适用范围。
较优选地，所述高效减水剂为聚羧酸盐减水剂。
较优选地，所述引气剂为石油磺酸盐、松香树脂、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
较优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，对高效减水剂、引气剂、硅烷偶联剂进一步优化，其中高效减水剂降低了生态混凝土的水灰比，引气剂在生态混凝土的制备过程中引入微小气泡，增加了生态混凝土的孔隙，同时硅烷偶联剂增加了生态混凝土原料之间的连接强度，提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，从而提高了生态混凝土的性能和适用范围。
较优选地，所述粗骨料为碎石，碎石为粒径5-25mm的连续级碎石，所述细骨料为河沙，河沙为粒径0.35-0.55mm的连续级河沙。
通过采用上述技术方案，对粗骨料、细骨料进一步优化，并使生态混凝土形成连续有效的孔隙，进一步提高生态混凝土的抗压强度、抗折强度、透水性能。
较优选地，所述纤维质混合添加物包括石墨纤维8-22份、聚酰胺纤维35-55份、聚乙烯醇纤维20-40份、淀粉2-10份。
通过采用上述技术方案，由于纤维质混合添加物原料之间的相互协同作用，并使纤维质混合添加物形成网格结构，不仅增加了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，同时还提高了生态混凝土的孔隙，进而提高生态混凝土的性能。
较优选地，所述纤维质混合添加物采用以下方法制备：将聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、石墨纤维、淀粉混合均匀，得到混合物，之后将混合物加热并使其软化，搅拌并混合均匀，冷却、粉碎、研磨，得到纤维质混合添加物。
通过采用上述技术方案，不仅实现了纤维质混合添加物原料的混合，同时使原料之间形成网格结构，不仅增加了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，同时还提高了生态混凝土的孔隙，进而提高生态混凝土的性能。
本发明的目的二在于提供一种制备上述一种透水型生态混凝土的工艺，其具有制备方法简单、混合均匀的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种制备上述一种透水型生态混凝土的工艺，包括如下步骤：
(1)将高效减水剂、引气剂、硅烷偶联剂、水混合均匀，得到混合溶液，并平均分为三份，备用；
(2)将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、纤维质混合添加物、纳米二氧化钛、专用复合外加剂混合均匀，之后依次加入三份混合溶液，搅拌均匀，得到透水型生态混凝土。
通过采用上述技术方案，首先将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、纤维质混合添加物、纳米二氧化钛、专用复合外加剂进行干混，并混合均匀，不仅加快了混合效率，而且使其混合均匀，之后依次加入三份混合溶液，不仅提高了生态混凝土的均匀度，而且制备方法简单。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明的透水型生态混凝土，在不降低生态混凝土透水性能的情况下，提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，同时降低了生态混凝土的pH值，适应植物的生长，提高了生态混凝土的适用范围。
第二、通过石墨纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维三者之间的协同作用，不仅增加了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，而且增加了生态混凝土的透水性能和保水性能，进而提高了生态混凝土的性能。
第三、通过硫酸铵、磷酸二氢钾、二氧化硅、硅酸钠之间的协同作用，不仅提高了植物生长所需的营养元素，同时降低了生态混凝土的pH值，使植物快速生长，并使植物的根系伸入生活混凝土的孔隙内部，提高植物的稳定性和生态混凝土的适用范围。
第四、通过在生态混凝土的原料中加入纳米二氧化钛，其能够将氮氧化物转换为硝酸盐，从而提供植物所需营养物质，提高生态混凝土的植物覆盖率，通过在生态混凝土的原料中加入硅烷偶联剂，增加了生态混凝土原料之间的密实性，从而提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
表1纤维质混合添加物中各原料的含量(单位：Kg)
| 纤维质混合添加物 | 一 | 二 | 三 | 四 | 五 |
| 石墨纤维 | 8 | 12 | 15 | 17 | 22 |
| 聚酰胺纤维 | 55 | 50 | 47 | 40 | 35 |
| 聚乙烯醇纤维 | 40 | 25 | 30 | 35 | 20 |
| 淀粉 | 2 | 4 | 5 | 7 | 10 |
表2专用复合外加剂中各原料的含量(单位：Kg)
| 专用复合外加剂 | 一 | 二 | 三 | 四 | 五 |
| 硫酸铵 | 18 | 14 | 15 | 16 | 12 |
| 硅酸钠 | 55 | 50 | 45 | 40 | 35 |
| 磷酸二氢钾 | 20 | 22 | 25 | 27 | 30 |
| 二氧化硅 | 40 | 70 | 65 | 50 | 85 |
表3实施例中透水型生态混凝土中各原料的含量(单位：Kg)
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 水 | 60 | 70 | 75 | 80 | 90 |
| 硅酸盐水泥 | 170 | 200 | 190 | 180 | 210 |
| 粗骨料 | 1700 | 1500 | 1550 | 1600 | 1400 |
| 细骨料 | 880 | 1000 | 1110 | 1200 | 1250 |
| 纳米二氧化钛 | 2.5 | 2 | 1.6 | 1.3 | 1 |
| 高效减水剂 | 6 | 9 | 8.3 | 7.5 | 9.5 |
| 引气剂 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 |
| 硅烷偶联剂 | 1 | 2.5 | 2.1 | 1.5 | 3 |
| 纤维质混合添加物一 | 18 | - | - | - | - |
| 纤维质混合添加物二 | - | 16 | - | - | - |
| 纤维质混合添加物三 | - | - | 15 | - | - |
| 纤维质混合添加物四 | - | - | - | 14 | - |
| 纤维质混合添加物五 | - | - | - | - | 12 |
| 专用复合外加剂一 | 6 | - | - | - | - |
| 专用复合外加剂二 | - | 5.5 | - | - | - |
| 专用复合外加剂三 | - | - | 5.2 | - | - |
| 专用复合外加剂四 | - | - | - | 4.5 | - |
| 专用复合外加剂五 | - | - | - | - | 4 |
实施例1
一种透水型生态混凝土
(1)将聚羧酸盐减水剂、石油磺酸盐、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、水混合均匀，得到混合溶液，并平均分为三份，备用；
(2)将硅酸盐水泥、粒径5-25mm的连续级碎石、粒径0.35-0.55mm的连续级河沙、纤维质混合添加物、纳米二氧化钛、专用复合外加剂混合均匀，之后依次加入三份混合溶液，搅拌均匀，得到透水型生态混凝土。
其中，纤维质混合添加物采用以下方法制备：将聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、石墨纤维、淀粉混合均匀，得到混合物，之后将混合物加热并使其软化，搅拌并混合均匀，冷却、粉碎、研磨，得到纤维质混合添加物。
其中，专用复合外加剂采用以下方法制备：将硫酸铵、硅酸钠、磷酸二氢钾、二氧化硅混合均匀，得到专用复合外加剂。
实施例2
一种透水型生态混凝土
(1)将聚羧酸盐减水剂、松香树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、水混合均匀，得到混合溶液，并平均分为三份，备用；
(2)将硅酸盐水泥、粒径5-25mm的连续级碎石、粒径0.35-0.55mm的连续级河沙、纤维质混合添加物、纳米二氧化钛、专用复合外加剂混合均匀，之后依次加入三份混合溶液，搅拌均匀，得到透水型生态混凝土。
其中，纤维质混合添加物采用以下方法制备：将聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、石墨纤维、淀粉混合均匀，得到混合物，之后将混合物加热并使其软化，搅拌并混合均匀，冷却、粉碎、研磨，得到纤维质混合添加物。
其中，专用复合外加剂采用以下方法制备：将硫酸铵、硅酸钠、磷酸二氢钾、二氧化硅混合均匀，得到专用复合外加剂。
实施例3
一种透水型生态混凝土
(1)将聚羧酸盐减水剂、松香树脂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、水混合均匀，得到混合溶液，并平均分为三份，备用；
(2)将硅酸盐水泥、粒径5-25mm的连续级碎石、粒径0.35-0.55mm的连续级河沙、纤维质混合添加物、纳米二氧化钛、专用复合外加剂混合均匀，之后依次加入三份混合溶液，搅拌均匀，得到透水型生态混凝土。
其中，纤维质混合添加物采用以下方法制备：将聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、石墨纤维、淀粉混合均匀，得到混合物，之后将混合物加热并使其软化，搅拌并混合均匀，冷却、粉碎、研磨，得到纤维质混合添加物。
其中，专用复合外加剂采用以下方法制备：将硫酸铵、硅酸钠、磷酸二氢钾、二氧化硅混合均匀，得到专用复合外加剂。
实施例4
一种透水型生态混凝土
(1)将聚羧酸盐减水剂、十二烷基苯磺酸钠、乙烯基三乙氧基硅烷、水混合均匀，得到混合溶液，并平均分为三份，备用；
(2)将硅酸盐水泥、粒径5-25mm的连续级碎石、粒径0.35-0.55mm的连续级河沙、纤维质混合添加物、纳米二氧化钛、专用复合外加剂混合均匀，之后依次加入三份混合溶液，搅拌均匀，得到透水型生态混凝土。
其中，纤维质混合添加物采用以下方法制备：将聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、石墨纤维、淀粉混合均匀，得到混合物，之后将混合物加热并使其软化，搅拌并混合均匀，冷却、粉碎、研磨，得到纤维质混合添加物。
其中，专用复合外加剂采用以下方法制备：将硫酸铵、硅酸钠、磷酸二氢钾、二氧化硅混合均匀，得到专用复合外加剂。
实施例5
一种透水型生态混凝土
(1)将聚羧酸盐减水剂、十二烷基苯磺酸钠、乙烯基三乙氧基硅烷、水混合均匀，得到混合溶液，并平均分为三份，备用；
(2)将硅酸盐水泥、粒径5-25mm的连续级碎石、粒径0.35-0.55mm的连续级河沙、纤维质混合添加物、纳米二氧化钛、专用复合外加剂混合均匀，之后依次加入三份混合溶液，搅拌均匀，得到透水型生态混凝土。
其中，纤维质混合添加物采用以下方法制备：将聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、石墨纤维、淀粉混合均匀，得到混合物，之后将混合物加热并使其软化，搅拌并混合均匀，冷却、粉碎、研磨，得到纤维质混合添加物。
其中，专用复合外加剂采用以下方法制备：将硫酸铵、硅酸钠、磷酸二氢钾、二氧化硅混合均匀，得到专用复合外加剂。
对比例1
对比例1和实施例3的区别在于，透水生态混凝土为市售的生态混凝土。
对比例2
对比例2和实施例3的区别在于，制备透水型生态混凝土的纤维质混合添加物的原料中未添加石墨纤维。
对比例3
对比例3和实施例3的区别在于，制备透水型生态混凝土的纤维质混合添加物的原料中未添加聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维。
对比例4
对比例4和实施例3的区别在于，制备透水型生态混凝土的原料中未添加纤维质混合添加物。
对比例5
对比例5和实施例3的区别在于，制备透水型生态混凝土的专用复合外加剂的原料中未添加硫酸铵、磷酸二氢钾。
对比例6
对比例6和实施例3的区别在于，制备透水型生态混凝土的专用复合外加剂的原料中未添加二氧化硅、硅酸钠。
对比例7
对比例7和实施例3的区别在于，制备透水型生态混凝土的原料中未添加专用复合外加剂。
对比例8
对比例8和实施例3的区别在于，制备透水型生态混凝土的原料中未添加纳米二氧化钛。
对比例9
对比例9和实施例3的区别在于，制备透水型生态混凝土的原料中未添加硅烷偶联剂。
一种透水型生态混凝土的评价
对实施例1-5和对比例1-9制得的透水型生态混凝土，进行下述性能检测，检测结构如表4所示。
1、依照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)，检测28d抗冻融混凝土的抗压强度和抗折强度。
2、依照《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T135-2009)，检测透水混凝土的透水系数和pH。
3、将含有草种的浆体灌入透水型生态混凝土中，养护一个月，计算植物覆盖率。
表4检测结果
从表4中可以看出，本发明的透水型生态混凝土，在不降低生态混凝土透水系数的情况下，即保证具有良好透水性能的情况下，提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，而且还降低了生态混凝土的pH值，同时为植物提供营养元素，提高植物的生长速率，满足人们在人行道、公园、等的使用需要，提高了生态混凝土的适用范围。
通过对比实施例3和对比例1，对比例1和实施例3的区别之处在于透水生态混凝土为市售的生态混凝土，由此可以看出，本发明的透水型生态混凝土，其不仅具有较高的抗压强度和抗折强度，同时还稍微提高了生态混凝土的透水系数，并明显提高了植物覆盖率，提高了混凝土的适用范围。
通过对比实施例3和对比例2-4，对比例2和实施例3的区别之处在于纤维质混合添加物的原料中未添加石墨纤维；对比例3和实施例3的区别之处在于纤维质混合添加物的原料中未添加聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维；对比例4和实施例3的区别之处在于透水型生态混凝土的原料中未添加纤维质混合添加物，由此可以看出，通过在生态混凝土中添加纤维质混合添加物，明显提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，这主要是由于石墨纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维三者之间经过充分混合并形成网格结构，不仅增加了生态混凝土原料之间的连接强度，而且增加了生态混凝土的孔隙，同时石墨纤维具有吸水的功能，提高了生态混凝土的保水性能，聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维具有一定的弹性并起到缓冲的作用，从而提高了生态混凝土的性能。
通过对比实施例3和对比例6-7，对比例5和实施例3的区别之处在于专用复合外加剂的原料中未添加硫酸铵、磷酸二氢钾；对比例6和实施例3的区别之处在于专用复合外加剂的原料中未添加二氧化硅、硅酸钠；对比例7和实施例3的区别之处在于透水型生态混凝土的原料中未添加专用复合外加剂，由此可以看出，通过在生态混凝土中添加专用外加剂，明显降低了生态混凝土的pH值，并明显提高了植物覆盖率，这主要是由于硫酸铵、磷酸二氢钾、二氧化硅、硅酸钠之间的相互协同作用，其中硫酸铵、磷酸二氢钾为植物的生长提供所需的营养元素并降低生态混凝土的pH值，二氧化硅、硅酸钠则进一步降低了生态混凝土的pH值，从而提高了植物覆盖率，加快植物的生长速率，并使植物的根系伸入生态混凝土的孔隙内，提高植物的稳定性，避免植物在受到风吹雨打的情况下出现弯折，从而提高了生态混凝土的适用性。
通过对比实施例3和对比例8，对比例8和实施例3的区别之处在于透水型生态混凝土的原料中未添加纳米二氧化钛；由此可以看出，在生态混凝土的原料中加入纳米二氧化钛，明显提高了植物覆盖率，这主要是由于纳米二氧化钛具有一定的催化性能，其能够将氮氧化物转换为硝酸盐，而硝酸盐是植物所需的营养物质，从而提高了植物的生长速率，提高了生态混凝土的植物覆盖率。
再通过对比实施例3和对比例9，对比例9和实施例3的区别之处在于透水型生态混凝土的原料中未添加硅烷偶联剂，由此可以看出，在生态混凝土的原料中加入硅烷偶联剂，明显提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度，这主要是由于硅烷偶联剂增加了生态混凝土中水泥、粗骨料、细骨料之间的连接强度，同时增加了生态混凝土原料之间的密实性，从而提高了生态混凝土的抗压强度和抗折强度。
Claims (9)
1.一种透水型生态混凝土，其特征在于：按重量份数计，其原料包括水60-90份、硅酸盐水泥170-210份、粗骨料1400-1700份、细骨料880-1250份、纤维质混合添加物12-18份、纳米二氧化钛1-2.5份、高效减水剂6-9.5份、引气剂2-4份、硅烷偶联剂1-3份、专用复合外加剂4-6份；
所述专用复合外加剂由以下原料组成，硫酸铵12-18份、硅酸钠35-55份、磷酸二氢钾20-30份、二氧化硅40-85份；
所述纤维质混合添加物由以下原料组成，石墨纤维8-22份、聚酰胺纤维35-55份、聚乙烯醇纤维20-40份、淀粉2-10份。
2.根据权利要求1所述的一种透水型生态混凝土，其特征在于：其原料包括水70-80份、硅酸盐水泥180-200份、粗骨料1500-1600份、细骨料1000-1200份、纤维质混合添加物14-16份、纳米二氧化钛1.3-2份、高效减水剂7.5-9份、引气剂2.5-3.5份、硅烷偶联剂1.5-2.5份、专用复合外加剂4.5-5.5份，所述专用复合外加剂由以下原料组成，硫酸铵14-16份、硅酸钠40-50份、磷酸二氢钾22-27份、二氧化硅50-70份。
3.根据权利要求1所述的一种透水型生态混凝土，其特征在于：其原料包括水75份、硅酸盐水泥190份、粗骨料1550份、细骨料1110份、纤维质混合添加物15份、纳米二氧化钛1.6份、高效减水剂8.3份、引气剂3份、硅烷偶联剂2.1份、专用复合外加剂5.2份，所述专用复合外加剂由以下原料组成，硫酸铵15份、硅酸钠45份、磷酸二氢钾25份、二氧化硅65份。
4.根据权利要求1所述的一种透水型生态混凝土，其特征在于：所述高效减水剂为聚羧酸盐减水剂。
5.根据权利要求1所述的一种透水型生态混凝土，其特征在于：所述引气剂为石油磺酸盐、松香树脂、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种透水型生态混凝土，其特征在于：所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种透水型生态混凝土，其特征在于：所述粗骨料为碎石，碎石为粒径5-25mm的连续级碎石，所述细骨料为河沙，河沙为粒径0.35-0.55mm的连续级河沙。
8.根据权利要求1所述的一种透水型生态混凝土，其特征在于：所述纤维质混合添加物采用以下方法制备：将聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、石墨纤维、淀粉混合均匀，得到混合物，之后将混合物加热并使其软化，搅拌并混合均匀，冷却、粉碎、研磨，得到纤维质混合添加物。
9.一种制备如权利要求1-8中任意一项所述的一种透水型生态混凝土的工艺，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将高效减水剂、引气剂、硅烷偶联剂、水混合均匀，得到混合溶液，并平均分为三份，备用；
（2）将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、纤维质混合添加物、纳米二氧化钛、专用复合外加剂混合均匀，之后依次加入三份混合溶液，搅拌均匀，得到透水型生态混凝土。
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