CN112125600A - 含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其原料包括以下重量份的组份：粗骨料1200～1250份，细骨料500～650份，普通硅酸盐水泥260～300份，水120～150份，水解聚丙烯酰胺6～10份，硅粉150～200份，复合纤维4～8份；其中，所述复合纤维由天然纤维和改性聚丙烯组成，所述复合纤维的长度为7～9mm。本发明的含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土通过多孔玄武岩和钢渣来作为骨料，以提高透水性，并加入复合纤维以提高混凝土的力学性能。该复合纤维采用天然纤维和改性聚丙烯的组合，利用天然纤维的形状来提高握裹力，利用改性聚丙烯的抗碱性来提高天然纤维的耐腐蚀性。本发明通过组份及其制备工艺的改进，大大提高了混凝土的透水性、强度、抗冲击、耐久性等综合性能。
Description
技术领域
本发明属于建筑领域，具体涉及一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土及其制备方法。
背景技术
透水性混凝土具有良好的透水性能，非常适应制作各种道路。其制成的道路可以有效解决诸多问题，例如城市路面硬化过程中，降雨产生的地表水直接经过下水管道排走，地下水得不到有效补充的问题；城市路面硬化后，水分蒸发量大幅降低，容易形成热岛效应，恶化城市小气候。但是普通透水混凝土随着透水性的增加，导致其强度大幅下降。而钢渣是一种低利用率的废弃材料，其具有多孔，高透气性，硬度高，耐磨性好等特性，而被广泛研究。将钢渣作为混凝土集料制备混凝土，能够提高混凝土的性能，具有强度高、耐磨性、耐久性好和透气性好等优点。其中，电炉钢渣因为安定性好而被广泛使用，数量庞大的转炉钢渣则因为游离氧化钙和氧化镁的存在，因而安定性较差，而被大量浪费。此外，给混凝土中添加纤维也是提高混凝土的一种常见做法，使用单一的纤维，化学纤维存在裹握力差，天然纤维存在易腐蚀等问题。另外，研究发现，给混凝土增加聚合物，可以改变混凝土的原有性能，使之具有高强度、抗渗、抗冻、抗冲、耐磨、耐化学腐蚀、抗射线等显著优点。目前常用的聚合物主要有热固性树脂、热塑性树脂、沥青类、焦油类以及乙烯类单体等。这些聚合物的使用会使混凝土早强，并变得密实，但是，也会显著减小孔隙率，降低透水性。如何确保足够的强度，且确保透水性是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种早强、高强度、高透水性的含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土及其制备方法。
本发明的技术方案是提供一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其特征在于，其原料包括以下重量份的组份：
粗骨料1200～1250份，细骨料500～650份，普通硅酸盐水泥260～300份，水120～150份，水解有机物6～10份，硅粉150～200份；其中，所述粗骨料和细骨料均为转炉钢渣，所述水解有机物为水解聚丙烯酰胺。
优选的，还包括重量份4～8份的复合纤维，所述复合纤维由天然纤维和改性聚丙烯组成，所述复合纤维的长度为7～9mm；所述天然纤维为剑麻纤维或椰壳纤维，所述天然纤维经过清洗、脱脂、打松、防腐、防碱、脱水、成纤处理后，形成直径0.3～1.5mm的长纤维，将得到的所述长纤维与改性聚丙烯混合并固化后，经过裁切得到所述复合纤维。
优选的，所述细骨料为经过压蒸处理和研磨处理后得到的粒径为4～6mm的钢渣颗粒，所述细骨料的表观密度大于等于3100m2/kg。
优选的，所述压蒸处理的压力为1.9mpa，温度为210℃，持续时间为6～7小时。
优选的，所述粗骨料为经过压蒸处理的粒径10～20mm的转炉钢渣。
优选的，所述复合纤维中的单根纤维直径在0.3～1.5mm之间随机分布。
优选的，所述复合纤维的处理工艺为：
1)清洗，将所述天然纤维在清水中清洗以去除杂质；
2)脱脂，将所述天然纤维在弱碱性溶液中充分浸泡，以去除其中的果胶，脱脂后继续清洗；
3)打松，将所述天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松；
4)防腐，将所述天然纤维浸泡在防腐剂中进行防腐处理；
5)防碱，将所述天然纤维在抑碱剂中浸泡；
6)脱水，将所述天然纤维自然晾干以去除多余水分；
7)成纤，将所述天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松并且对齐；
8)混合，将所述天然纤维与所述改性聚丙烯充分混合后，自然晾干；
9)裁切，将上一步骤中的所述天然纤维进行裁切，以获得长度为7～9mm的复合纤维。
本发明还提供一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土的制备方法，其原料包括以下重量份的组份：
粗骨料1200～1250份，细骨料500～650份，普通硅酸盐水泥260～300份，水120～150份，水解有机物6～10份，硅粉150～200份，复合纤维4～8份；其中，所述粗骨料和细骨料均为转炉钢渣，所述水解有机物为水解聚丙烯酰胺；所述复合纤维由天然纤维和改性聚丙烯组成，所述复合纤维的长度为7～9mm；其制备方法包括以下步骤：
1)制备原料备用；
2)将所述粗骨料、细骨料和复合纤维进行充分搅拌；
3)加入25％的水继续进行搅拌，并持续30秒；
4)加入普通硅酸盐水泥继续进行搅拌，并持续100秒；
5)加入剩余的水及其他原料继续进行搅拌得到所述含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土。
优选的，所述复合纤维的制备工艺包括：
1)清洗，将所述天然纤维在清水中清洗以去除杂质；
2)脱脂，将所述天然纤维在弱碱性溶液中充分浸泡，以去除其中的果胶，脱脂后继续清洗；
3)打松，将所述天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松；
4)防腐，将所述天然纤维浸泡在防腐剂中进行防腐处理；
5)防碱，将所述天然纤维在抑碱剂中浸泡；
6)脱水，将所述天然纤维自然晾干以去除多余水分；
7)成纤，将所述天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松并且对齐；
8)混合，将所述天然纤维与所述改性聚丙烯充分混合后，自然晾干；
9)裁切，将上一步骤中的所述天然纤维进行裁切，以获得长度为7～9mm的复合纤维。
优选的，所述细骨料为经过压蒸处理和研磨处理后得到的粒径为4～6mm的钢渣颗粒；其中，所述压蒸处理的压力为1.9mpa，温度为210℃，持续时间为6～7小时。
本发明的含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土使用钢渣作为骨料，以提高透水性，并加入复合纤维以提高混凝土的力学性能；并利用水解聚丙烯酰胺做早强剂，实现早强，并可后期溶于水，以确保透水性。该复合纤维采用天然纤维和改性聚丙烯的组合，利用天然纤维的形状来提高握裹力，利用改性聚丙烯的抗碱性来提高天然纤维的耐腐蚀性。本发明通过组份及其制备工艺的改进，大大提高了混凝土的早强、透水性、强度、抗冲击、耐久性等综合性能。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
本发明提供一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其原料包括以下重量份的组份：粗骨料1200～1250份，细骨料500～650份，普通硅酸盐水泥260～300份，水120～150份，水解聚丙烯酰胺6～10份，硅粉150～200份，复合纤维4～8份。经过试验，上述组份和配比获得的混凝土的强度、透水性及使用寿命都满足设计要求。其中，优选的方案是，重量份的组份：粗骨料1230份，细骨料570份，普通硅酸盐水泥270份，水130份，水解聚丙烯酰胺8份，硅粉170份，复合纤维6份；其中，粗骨料和细骨料均为转炉钢渣制成。水解聚丙烯酰胺的加入，使得混凝土减小了水灰比，使得混凝土更密实，强度高，同时也具有较好的粘接性，具有较好的早强性能；后期使用过程中，受到雨水或地下水的作用，水解聚丙烯酰胺溶解于水，从而确保了孔隙率，提高了透水性。
其中，复合纤维由天然纤维和改性聚丙烯组成，复合纤维的长度为7～9mm。天然纤维为剑麻纤维或椰壳纤维，尤其是椰壳纤维。椰壳纤维，因其加工难度大，不容易成纤，因而还未得到广泛的应用，价格低廉。剑麻纤维或椰壳纤维具有较好的耐碱性，较好的强度，而且产量大，成本低，适宜广泛使用。本实施例中的改性聚丙烯为市场上购买的常见的材料，其通过化学或物理改性提高了聚丙烯的抗老化性、弹性模量和刚度。天然纤维经过清洗、脱脂、打松、防腐、防碱、脱水、成纤处理后，形成直径0.3～1.5mm的长纤维，将得到的长纤维与改性聚丙烯混合并固化后，经过裁切得到复合纤维。研究表明，复合纤维可以有效抑制混凝土裂缝的增长，提高混凝土的综合性能。复合纤维的长度和握裹力直接相关，但是过长的复合纤维会增加搅拌和成型的难度，并且容易形成具有疏水性的官能团，也不利于利用天然纤维的透水能力，从而降低透水性。本发明采用天然纤维和改性聚丙烯合成的复合纤维，利用天然纤维的不规则外形，及其中的毛细管道，来提高握裹力和透水性。
其中，细骨料为经过压蒸处理和研磨处理后得到的粒径为4～6mm的钢渣颗粒，细骨料的表观密度大于等于3100m2/kg。压蒸处理的压力为1.9mpa，温度为210℃，持续时间为6～7小时。研磨前，首先通过磁铁对细骨料进行吸附处理，以去除其中的铁，避免铁的不耐腐蚀性影响混凝土的强度，也降低了研磨的难度。试验表明，经过压蒸处理的钢渣颗粒，去除钢渣中的氧化钙，并且加入高活性的硅粉，从而提高钢渣的安定性，提高混凝土的抗老化性。试验数据表明，150～200份硅粉可以显著提高了混凝土的强度。
优选的，复合纤维的处理工艺为：
1)清洗，将天然纤维在清水中清洗以去除杂质；
2)脱脂，将天然纤维在弱碱性溶液中充分浸泡，以去除其中的果胶，脱脂后继续清洗；
3)打松，将天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松；
4)防腐，将天然纤维浸泡在防腐剂中进行防腐处理；
5)防碱，将天然纤维在抑碱剂中浸泡，抑碱剂(或称抗碱剂、阻碱剂)采用市面上常见的产品；
6)脱水，将天然纤维自然晾干以去除多余水分；
7)成纤，将天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松并且对齐；
8)混合，将天然纤维与改性聚丙烯充分混合后，自然晾干；
9)裁切，将上一步骤中的天然纤维进行裁切，以获得长度为7～9mm的复合纤维。经过上述步骤处理后，使得天然纤维寿命大大延长。
此外，本发明还提供一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土的制备方法，其原料包括以下重量份的组份：
粗骨料1200～1250份，细骨料500～650份，普通硅酸盐水泥260～300份，水120～150份，水解聚丙烯酰胺6～10份，硅粉150～200份，复合纤维4～8份；其中，复合纤维由天然纤维和改性聚丙烯组成，复合纤维的长度为7～9mm；其制备方法包括以下步骤：
1)制备原料备用；
2)将粗骨料、细骨料和复合纤维进行充分搅拌；
3)加入25％的水继续进行搅拌，并持续30秒；
4)加入普通硅酸盐水泥继续进行搅拌，并持续100秒；
5)加入剩余的水及其他原料继续进行搅拌得到含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土。
通过粗骨料、细骨料和复合纤维的干拌，将复合纤维进一步纤维化，促进其均匀分布，从而提高混凝土的综合性能。
为了验证本发明的效果，本发明做了以下对比试验，检测定水头下以下三个试件的透水性(三个试件形状体积一致，测试条件一致)：
试件1：普通钢渣混凝土试件；
试件2：本发明的含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土试件；
试件3：经过自来水冲刷24h以后的本发明的含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土试件。
| 试件编号 | 渗透系数(cm/s) | 备注 |
| 1 | 16.23 | |
| 2 | 10.07 | |
| 3 | 12.65 |
试验结果如上表所示。
由上表可知，本发明的含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土试件在增加了纤维后，仍可保持10以上的渗透系数，透水性能较佳；经过冲刷后，孔隙率有提高，渗透系数上升至12.65，保持较好的透水性能。
本发明的含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土和普通钢渣纤维混凝土的抗弯拉对比试验数据如下：
*支座间跨度450mm,两个试件高度150mm，宽度150mm，试验温度27摄氏度。
由上表可知，本发明的抗弯拉强度大幅提高。
以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其特征在于，其原料包括以下重量份的组份：粗骨料1200～1250份，细骨料500～650份，普通硅酸盐水泥260～300份，水120～150份，水解有机物6～10份，硅粉150～200份；其中，所述粗骨料和细骨料均为转炉钢渣，所述水解有机物为水解聚丙烯酰胺。
2.根据权利要求1所述的一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其特征在于：还包括重量份4～8份的复合纤维，所述复合纤维由天然纤维和改性聚丙烯组成，所述复合纤维的长度为7～9mm；所述天然纤维为剑麻纤维或椰壳纤维，所述天然纤维经过清洗、脱脂、打松、防腐、防碱、脱水、成纤处理后，形成直径0.3～1.5mm的长纤维，将得到的所述长纤维与改性聚丙烯混合并固化后，经过裁切得到所述复合纤维。
3.根据权利要求1所述的一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其特征在于：所述细骨料为经过压蒸处理和研磨处理后得到的粒径为4～6mm的钢渣颗粒，所述细骨料的表观密度大于等于3100m2/kg。
4.根据权利要求3所述的一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其特征在于：所述压蒸处理的压力为1.9mpa，温度为210℃，持续时间为6～7小时。
5.根据权利要求1所述的一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其特征在于：所述粗骨料为经过压蒸处理的粒径10～20mm的转炉钢渣。
6.根据权利要求2所述的一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其特征在于：所述复合纤维中的单根纤维直径在0.3～1.5mm之间随机分布。
7.根据权利要求2所述的一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土，其特征在于：所述复合纤维的处理工艺为：
1）清洗，将所述天然纤维在清水中清洗以去除杂质；
2）脱脂，将所述天然纤维在弱碱性溶液中充分浸泡，以去除其中的果胶，脱脂后继续清洗；
3）打松，将所述天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松；
4）防腐，将所述天然纤维浸泡在防腐剂中进行防腐处理；
5）防碱，将所述天然纤维在抑碱剂中浸泡；
6）脱水，将所述天然纤维自然晾干以去除多余水分；
7）成纤，将所述天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松并且对齐；
8）混合，将所述天然纤维与所述改性聚丙烯充分混合后，自然晾干；
9）裁切，将上一步骤中的所述天然纤维进行裁切，以获得长度为7～9mm的复合纤维。
8.一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土的制备方法，其特征在于：其原料包括以下重量份的组份：
粗骨料1200～1250份，细骨料500～650份，普通硅酸盐水泥260～300份，水120～150份，水解有机物6～10份，硅粉150～200份，复合纤维4～8份；其中，所述粗骨料和细骨料均为转炉钢渣，所述水解有机物为水解聚丙烯酰胺；所述复合纤维由天然纤维和改性聚丙烯组成，所述复合纤维的长度为7～9mm；其制备方法包括以下步骤：
1）制备原料备用；
2）将所述粗骨料、细骨料和复合纤维进行充分搅拌；
3）加入25%的水继续进行搅拌，并持续30秒；
4）加入普通硅酸盐水泥继续进行搅拌，并持续100秒；
5）加入剩余的水及其他原料继续进行搅拌得到所述含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土。
9.根据权利要求8所述的一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述复合纤维的制备工艺包括：
1）清洗，将所述天然纤维在清水中清洗以去除杂质；
2）脱脂，将所述天然纤维在弱碱性溶液中充分浸泡，以去除其中的果胶，脱脂后继续清洗；
3）打松，将所述天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松；
4）防腐，将所述天然纤维浸泡在防腐剂中进行防腐处理；
5）防碱，将所述天然纤维在抑碱剂中浸泡；
6）脱水，将所述天然纤维自然晾干以去除多余水分；
7）成纤，将所述天然纤维通过机械拍打、揉搓，使其疏松并且对齐；
8）混合，将所述天然纤维与所述改性聚丙烯充分混合后，自然晾干；
9）裁切，将上一步骤中的所述天然纤维进行裁切，以获得长度为7～9mm的复合纤维。
10.根据权利要求9所述的一种含水解有机物的钢渣复合纤维透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述细骨料为经过压蒸处理和研磨处理后得到的粒径为4～6mm的钢渣颗粒；其中，所述压蒸处理的压力为1.9mpa，温度为210℃，持续时间为6～7小时。
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