CN112390579A - 一种抗渗混凝土及其制备方法 - Google Patents

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李国栋
李振收
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Abstract

本发明提供了一种抗渗混凝土及其制备方法，抗渗混凝土包括以下质量份数的组分：水泥100份、水30～50份、沙子120～150份、碎石280～310份、减水剂1～3份、纳米二氧化硅5～7份、橡胶颗粒60～75份、花岗岩石粉50～64份。本发明抗渗性能强，开发利用纳米级二氧化硅、花岗岩废石料和废旧轮胎橡胶颗粒成为绿色环保建筑的具有潜在的巨大市场，同时具有显著的经济、社会和生态效益。

Description

一种抗渗混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑防渗技术领域，尤其是涉及一种抗渗混凝土及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的发展，地下空间领域发展迅猛，但地下空间的建设和维护往往伴随着诸多问题。地下空间渗漏是绝大多数地下工程存在的问题，水对地下结构的侵蚀成为制约地下空间发展的重大问题之一，如何有效降低地下水渗漏成为了当今研究的主题。目前，国内多采用常规防渗措施，例如在混凝土中加入聚丙烯纤维来提高其抗渗性，但随着人们对地下抗渗性能要求的不断提高，现如今的抗渗技术越来越不能满足要求。众所周知，素混凝土是由沙子和水泥砂浆加水混合制成，其结构中存在众多微小间隙，微小间隙的存在为水的渗漏提供了路径，如何减小间隙成为了增强混凝土抗渗性能的关键。
随着我国工业化发展日趋迅猛，产生了越来越多的工业废料，例如由于开采技术有限、环保意识薄弱等一系列原因，在采石场产生了大量的废弃矿石渣，这些矿石渣多数形状不规则，尺寸较小等原因无法作为建筑材料使用，而且存放废弃矿渣需要占用大量土地，这严重影响国家土体资源和人民健康。又例如轮胎作为汽车主要损耗品之一，我国每年需要淘汰大量废旧轮胎，众所周知，轮胎作为稳定的有机工业产品，其分解难度巨大，分解周期长，且分解过程可能会产生有毒气体，危害环境。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种抗渗混凝土及其制备方法，以提供一种绿色环保、抗渗性能强的混凝土。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种抗渗混凝土，包括以下质量份数的组分：水泥100份、水30～50份、沙子120～150份、碎石280～310份、减水剂1～3份、纳米二氧化硅5～7份、橡胶颗粒60～75份、花岗岩石粉50～64份。
进一步的，包括以下质量份数的组分：水泥100份、水30～40份、沙子120～140份、碎石280～300份、减水剂1～2份、纳米二氧化硅5～6份、橡胶颗粒60～65份、花岗岩石粉55～60份。
进一步的，碎石的粒径为6-10mm。
进一步的，减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率为20％～30％。
进一步的，橡胶颗粒的目数为60～75目。
进一步的，花岗岩石粉的目数为50～64目。
进一步的，纳米二氧化硅的粒径为2-30nm。
本发明的另一目的在于提供一种抗渗混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将废旧轮胎切块并碾碎成橡胶颗粒；
(2)用计量器按配比分别称取水泥、水、沙子、碎石、减水剂、纳米二氧化硅、橡胶颗粒、花岗岩石粉；
(2)将橡胶颗粒放入到碱性溶液中浸泡3～5分钟，取出用清水洗净晾晒干燥；
(3)将水泥倒入水中，使用水泥搅拌机充分搅拌；
(4)将纳米二氧化硅、橡胶颗粒、花岗岩石粉混合均匀，然后添加到搅拌好的水泥中，添加减水剂，使用水泥搅拌机充分搅拌；
(5)将碎石和沙子倒入水泥中，使用水泥搅拌机充分搅拌，得到最终产物。
进一步的，步骤(2)中，碱性溶液为浓度为15％～20％的KOH溶液。
进一步的，步骤(3)中，搅拌时间为5～10min；步骤(4)中，搅拌时间为5～10min；步骤(5)中，搅拌时间为5～10min。
相对于现有技术，本发明所述的抗渗混凝土具有以下优势：
(1)本发明绿色环保、抗渗性能强，开发利用纳米级二氧化硅、花岗岩废石料和废旧轮胎橡胶颗粒成为绿色环保建筑的具有潜在的巨大市场，同时具有显著的经济、社会和生态效益。
(2)纳米二氧化硅具有高比表面积和高活性的特点，其具有的微小体积可以最大程度填充混凝土结构内的间隙，还可以在水泥水化过程中充当催化剂的作用，使水化反应产生更多产物，进一步提高混凝土力学性能。
(3)橡胶颗粒由研磨废旧轮胎制成，具有工艺流程简单，成本低等优点，成为了未来混凝土添加剂的新趋势，废旧轮胎作为难以分解的工业废弃物，其分解过程十分困难，分解周期达到100多年，本发明通过研磨废旧轮胎，使其达到二次利用的目的，符合绿色环保建筑理念。
(4)废旧轮胎橡胶颗粒具有高延展性，能充分填充混凝土结构缝隙，同时其具有的韧性，可以显著提高混凝土的韧性强度，减小其破坏程度。
(5)通过添加废旧轮胎橡胶颗粒，可以减少水泥砂浆的用量，从而降低工程造价。
(6)本发明通过掺加不同份额纳米级二氧化硅和废旧轮胎橡胶颗粒，通过控制变量来选定最优配合比，同时，利用两者抗渗方面各自优势，提高了混凝土的防渗性能。
(7)花岗岩石粉作为一种稳定的矿物质，其本身就有相对稳定的特性，由于花岗岩石粉中有钙质颗粒等活性物质，能与水泥发生水化作用，使混凝土更加致密，抗渗性能增加。
(8)本发明适用于城市中地铁车车站、隧道、地下商场、地下人防等地下空间的防渗处理，可以最大程度降低地下空间渗漏状况。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种抗渗混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1.将废旧轮胎切块并碾碎成粒径为60目的橡胶颗粒，花岗岩废石粉为山东石料厂制造，水泥采用P·O42.5级水泥，碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂(工业级)，减水率为20％。
2.混凝土的组成及配合比为：水泥：水：沙子：碎石：减水剂＝1:0.3:1.2:2.8:0.01，用计量器按照上述比例称取水泥20千克，水6千克，沙子24千克，碎石56千克，减水剂0.2千克。
3.将11千克的橡胶颗粒放入碱性溶液(浓度为15％的KOH溶液)中浸泡30分钟，并取出用清水洗净晾晒干燥。
4.将20千克的水泥倒入6千克的水中，使用水泥搅拌机充分搅拌。
5.将1千克的纳米二氧化硅、10千克的花岗岩石粉与11千克的橡胶颗粒混合均匀后导入事先搅拌好的水泥中，添加0.2千克的减水剂，使用水泥搅拌机充分搅拌。
6.将56千克的碎石和24千克的沙子倒入水泥中，充分搅拌，得到最终产物。
实施例2
一种抗渗混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1.将废旧轮胎切块并碾碎成粒径为70目的橡胶颗粒，花岗岩废石粉为山东石料厂制造，水泥采用P·O42.5级水泥，碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂(工业级)，减水率为20％。。
2.混凝土的组成及配合比为：水泥：水：沙子：碎石：减水剂＝1:0.3:1.2:2.8:0.01，用计量器按照上述比例称取水泥20千克，水6千克，沙子24千克，碎石56千克，减水剂0.2千克。
3.将14千克的橡胶颗粒放入碱性溶液中(浓度为15％的KOH溶液)浸泡30分钟，并取出用清水洗净晾晒干燥。
4.将20千克的水泥倒入6千克的水中，使用水泥搅拌机充分搅拌。
5.将1.2千克的纳米二氧化硅、10千克的花岗岩石粉与14千克的橡胶颗粒混合均匀后导入事先搅拌好的水泥中，添加0.2千克的减水剂，使用水泥搅拌机充分搅拌。
6.将56千克的碎石和24千克的沙子倒入水泥中，充分搅拌，得到最终产物。
实施例3
一种抗渗混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1.将废旧轮胎切块并碾碎成粒径为80目的橡胶颗粒，花岗岩废石粉为山东石料厂制造，水泥采用P·O42.5级水泥，碎石采用粒径6mm～10mm碎石，减水剂采用聚羧酸系减水剂(工业级)，减水率为20％。。
2.混凝土的组成及配合比为：水泥：水：沙子：碎石：减水剂＝1:0.3:1.2:2.8:0.01，用计量器按照上述比例称取水泥20千克，水6千克，沙子24千克，碎石56千克，减水剂0.2千克。
3.将13千克的橡胶颗粒放入碱性溶液(浓度为15％的KOH溶液)中浸泡30分钟，并取出用清水洗净晾晒干燥。
4.将20千克的水泥倒入6千克的水中，使用水泥搅拌机充分搅拌。
5.将1千克的纳米二氧化硅、11千克的花岗岩石粉与13千克的橡胶颗粒混合均匀后导入事先搅拌好的水泥中，添加0.2千克的减水剂，使用水泥搅拌机充分搅拌。
6.将56千克的碎石和24千克的沙子倒入水泥中，充分搅拌，得到最终产物。
对比例1
与实施例1不同之处在于：未添加纳米二氧化硅、花岗岩废石粉和废旧轮胎橡胶颗粒。
对比例2
与实施例1不同之处在于：未添加纳米二氧化硅和花岗岩废石粉。
对比例3
与实施例1不同之处在于：未添加纳米二氧化硅和废旧轮胎橡胶颗粒。
对实施例1-3和对比例1-3进行抗渗试验，试验步骤如下：
(1)实验前1天从养护室中取出试件，晾干表面。在侧面涂一层密封材料，随即将试件压入经烘箱预热的试件套。稍冷却后即可解除压力，消除挤出的密封材料。排除抗渗仪管道中的气泡，将试件套连同试件装在抗渗仪上进行实验。
(2)第一次加0.1MPa水压，以后每8小时增加0.1MPa。随时观察端面渗水情况。
(3)当6个试件中有3个试件端面渗水时，记录水压，停止实验。实验过程中如出现水从周边渗出时，应停止实验重新密封。
表1实验结果
试件组号 抗渗最大水压(MPa)
实施例1 0.98
实施例2 0.87
实施例3 0.81
对比例1 0.70
对比例2 0.78
对比例3 0.75
实验结果表明，当水压力增至0.7MPa后，对比例1(素混凝土)发生渗漏，而本发明获得的混凝土最大抗渗水压明显提高40％，达到0.98MPa。根据国家《地下工程防水技术规范》GB50108-2001混凝土抗渗指标，当混凝土能抵抗0.6MPa静水压力而不渗水时，该种混凝土就达到抗渗混凝土标准。从实验数据可以得知，本发明制备的添加纳米二氧化硅、花岗岩废石粉和废旧轮胎橡胶颗粒的混凝土显著提高了混凝土的抗渗能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种抗渗混凝土，其特征在于：包括以下质量份数的组分：水泥100份、水30～50份、沙子120～150份、碎石280～310份、减水剂1～3份、纳米二氧化硅5～7份、橡胶颗粒60～75份、花岗岩石粉50～64份。
2.根据权利要求1所述的抗渗混凝土，其特征在于：包括以下质量份数的组分：水泥100份、水30～40份、沙子120～140份、碎石280～300份、减水剂1～2份、纳米二氧化硅5～6份、橡胶颗粒60～65份、花岗岩石粉55～60份。
3.根据权利要求1所述的抗渗混凝土，其特征在于：碎石的粒径为6-10mm。
4.根据权利要求1所述的抗渗混凝土，其特征在于：减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率为20％～30％。
5.根据权利要求1所述的抗渗混凝土，其特征在于：橡胶颗粒的目数为60～75目。
6.根据权利要求1所述的抗渗混凝土，其特征在于：花岗岩石粉的目数为50～64目。
7.根据权利要求1所述的抗渗混凝土，其特征在于：纳米二氧化硅的粒径为2-30nm。
8.一种抗渗混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将废旧轮胎切块并碾碎成橡胶颗粒；
(2)用计量器按配比分别称取水泥、水、沙子、碎石、减水剂、纳米二氧化硅、橡胶颗粒、花岗岩石粉；
(2)将橡胶颗粒放入到碱性溶液中浸泡3～5分钟，取出用清水洗净晾晒干燥；
(3)将水泥倒入水中，使用水泥搅拌机充分搅拌；
(4)将纳米二氧化硅、橡胶颗粒、花岗岩石粉混合均匀，然后添加到搅拌好的水泥中，添加减水剂，使用水泥搅拌机充分搅拌；
(5)将碎石和沙子倒入水泥中，使用水泥搅拌机充分搅拌，得到最终产物。
9.根据权利要求8所述的抗渗混凝土的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，碱性溶液为浓度为15％～20％的KOH溶液。
10.根据权利要求8所述的抗渗混凝土的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，搅拌时间为5～10min；步骤(4)中，搅拌时间为5～10min；步骤(5)中，搅拌时间为5～10min。
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