CN112851218B - 一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，包括以下步骤，将废弃混凝土破碎成粉料后与纤维素以及二氧化硅溶胶烧结成多孔回收骨料，并进行表面改性得到表面改性的多孔回收骨料，然后按照配方配制混凝土，浇筑固化后将固化后的混凝土浸渍于水基破孔剂中一段时间，从而得到快透水混凝土。本发明克服了现有技术中的透水混凝土力学强度较低，同时透水效率较低的缺陷，本发明中的快透水混凝土其内部的骨料由废弃混凝土制成，从而起到了节能环保的作用，同时骨料内部具有较多相互连通的通孔，使得混凝土的透水效果相较于一般的透水混凝土而言效果更好，且本混凝土的整体强度大大提升。

Description

一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展和城市建设的进程，现代城市的地表逐步被钢筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆盖，与自然的土壤相比，现代化地表给城市带来一系列的问题，其主要表现为以下几个方面：
(1)不透水的路面阻碍了雨水的下渗，使得雨水对地下水的补充被阻断，再加上地下水的过度抽取，城市地面容易产生下沉。(2)传统的密实路表面，轮胎噪声大。车辆高速行驶过程中，轮胎滚进时会将空气压入轮胎和路面间，待轮胎滚过，空气又会迅速膨胀而发出噪声，雨天这种噪声尤为明显，影响了居民的生活与工作。(3)传统城市路面为不透水结构，雨水通过路表排除，泄流能力有限，当遇到大雨或暴雨时，雨水容易在路面汇集，大量集中在机动车和自行车道上，导致路面大范围积水。(4)不透水路面使城市空气湿度降低，加速了城市热岛效应的形成。(5)不透水路面是“死亡性地面”，会影响地面的生态系统，它使水生态无法正常循环，打破了城市生态系统的平衡，影响了植被的正常生长。
透水混凝土由欧美、日本等国家针对原城市道路的路面的缺陷，开发使用的一种铺装材料。这种铺装材料能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等等的一些城市环境问题，能有效的消除地面上的油类化合物等对环境污染的危害，同时能保护地下水、维护生态平衡、能缓解城市热岛效应。其有利于人类生存环境的良性发展及城市雨水管理与水污染防治等工作上，具有特殊的重要意义。
透水混凝土系统拥有系列色彩配方，配合设计的创意，针对不同环境和个性要求的装饰风格进行铺设施工，这是传统铺装和一般透水砖不能实现的特殊铺装材料。但是，现有技术中的透水混凝土的强度通常较低，同时还存在透水效率较低的缺陷。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的透水混凝土力学强度较低，同时透水效率较低的缺陷，提供了一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，包括以下步骤：
(S.1)多孔回收骨料的制备：将废弃混凝土经除杂质后破碎成粉料，并在粉料中加入纤维素以及二氧化硅溶胶，搅拌均匀后压制成预制小块，预制小块烧结后得到内部含有相互连通的通孔的多孔回收骨料；
(S.2)多孔回收骨料表面改性：将回收骨料浸渍于水溶性高分子溶液中，从而将多孔回收骨料的表面孔洞进行闭孔处理，将然后再次浸渍于硅烷偶联剂乙醇溶液中自然干燥后得到表面改性的多孔回收骨料；
(S.3)混凝土配料：按照配方配制水泥、表面改性的多孔回收骨料、减水剂、碳纤维、粘度调节剂以及水，混合均匀后进行浇筑并固化；
(S.4)透水处理：将固化后的混凝土浸渍于水基破孔剂中一段时间，从而将多孔回收骨料表面孔洞的水溶性高分子溶解去除，得到快透水混凝土。
本发明中的快透水混凝土其内部的骨料由废弃混凝土制成，从而能够将原本的建筑垃圾进行回收利用，从而起到了节能环保的作用。同时本发明中的这种骨料内部具有较多相互连通的通孔，从而能够用于对液体进行流通，从而使得混凝土的透水效果相较于一般的透水混凝土而言效果更好。
本发明为了使得多孔骨料中的孔洞不会被水泥封堵，因此首先将孔洞通过水溶性高分子进行封堵，当回你搅拌均匀并浇筑固化后，再通过破孔剂进行破孔，即可保证一定量的孔洞处于联通状态，从而有效减少了孔洞的封堵率，进而保证了透水效果。
此外，本发明中的这种多孔骨料表面还通过硅烷偶联剂进行改性，从而使得其与其余组分之间的结合力更加优异，使得混凝土的整体强度大大提升。且本发明中还在混凝土中掺杂了一定的碳纤维，其能够有效起到增韧补强的作用，大大提升了透水混凝土的力学强度。
作为优选，所述步骤(S.1)中废弃混凝土破碎后的粒径为0.1～20mm，所述废弃混凝土粉料、纤维素以及二氧化硅溶胶三者的质量之比为100:(3～10)：(30～50)，所述烧结温度为600～850℃。
作为优选，所述二氧化硅溶胶的浓度为20～40wt％。
作为优选，所述步骤(S.2)中的水溶性高分子溶液为聚乙二醇溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、羟甲基纤维素溶液、羧甲基纤维素溶液或者海藻酸钠溶液。
作为优选，所述步骤(S.2)中水溶性高分子溶液的浓度为0.5～2.5％。
作为优选，所述步骤(S.2)中硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-792、KH-171或者KH-602中的一种，且溶液浓度为5～10wt％。
作为优选，所述步骤(S.3)中以重量份数计，混凝土配方如下：水泥280～300份、表面改性的多孔回收骨料500～700份、减水剂10～15份、碳纤维30～50份、粘度调节剂3～8份、水150～200份。
作为优选，所述减水剂为聚羧酸型减水剂，所述粘度调节剂的结构通式如下式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0002924012810000031
(1)本发明中的混凝土粘度调节剂为高分子聚合物，其主链由有机硅结构单元以及聚醚单元构成，其中有机硅结构单元具有一定的疏水性能，而聚醚单元则具有亲水性能，从而整个粘度调节剂的主链结构具有半疏水半亲水的效果，使得其主链本身还具有一定的表面活性剂的效果，使得混凝土中的各个组分能够更加稳定的混合。此外，由于从而其能够降低体系的表面活性能，当其加入到混凝土中后能够在一定程度下调节混凝土的粘度。
(2)本发明中的主链的侧边还设置有丰富的侧链结构，使得其具有优异的吸附性能，使得聚合物在水泥颗粒表面上吸附密度更高，吸附层的厚度增加，从而能够明显降低屈服应力，从而起到改善混凝土粘度的作用，从而同时具备了分散和降粘的功能，且能够与聚羧酸减水剂的适应性良好，使得低水胶比下的施工性能更加稳定。因此，对于高等级强度混凝土性能的改善具有显著的效果，使得其在剪切状态下的流变性能有效提升，达到易于泵送施工的粘度要求。
(3)而本发明在主链以及侧链尾端还设置有硼硅活性端，硼硅活性端之间可以相互连接，从而在不搅拌的情况下形成交联网络结构，提升了整体的粘度。而在水性体系的剪切作用下这种交联网络可以被破坏，从而粘度又可以降低，使得泵送性能大大提升。等到泵送完毕后又可以重新形成交联网络，将混凝土紧紧的各组分紧紧包覆，在一起而不会出现离析的现象，从而大大提升了混凝土固化后的强度。
(4)同时，硼硅活性端中的硼原子与侧链中的氮原子能够形成类似于氢键的不稳定作用力，从而使得其在静止状态下的粘度能够提升，而在剪切作用下这种不稳定作用力便会分解，从而粘度降低便于泵送，待到泵送完毕后这种类似于氢键的不稳定作用力便又会重新形成，有效提升了混凝土的整体稳定性。
(5)本发明中的侧链结构为聚丙烯酰胺结构，在适宜的低浓度下，聚丙烯酰胺溶液可视为网状结构，链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点，而其又是假塑性流体，具有剪切变稀的特点从而便于泵送。
(6)本发明中的硼硅活性端的末端为一个硼酸结构，三个硼硅活性端可以在失水条件下形成硼氧六环结构，有效提升固化后混凝土的力学强度。
作为优选，所述步骤(S.4)中水基破孔剂按照重量份数计包括：酒精100～200份、异丙醇30～100份、十二烷基苯磺酸钠10～30份、双氧水10～30份以及水1000份。
本发明中的水基破孔剂其主要目的是在于将多孔回收骨料表面用于封堵孔洞的水溶性高分子进行溶解，因此其主要成分为水，其中酒精与异丙醇能够提升水溶性高分子的溶解性，而十二烷基苯磺酸钠的加入能够有效提升水溶液的表面活性能，使得水溶液更加容易流入孔洞中。而双氧水的加入能够在一定程度上对水溶性高分子进行氧化，从而更加容易破坏封堵的水溶性高分子。
因此，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中的快透水混凝土其内部的骨料由废弃混凝土制成，从而能够将原本的建筑垃圾进行回收利用，从而起到了节能环保的作用；
(2)本发明中的快透水混凝土中的骨料内部具有较多相互连通的通孔，从而能够用于对液体进行流通，从而使得混凝土的透水效果相较于一般的透水混凝土而言效果更好；
(3)本发明中的混凝土的整体强度大大提升。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，包括以下步骤：
(S.1)多孔回收骨料的制备：将废弃混凝土经除杂质后破碎成粒径为0.1～20mm的粉料，并在粉料中加入纤维素以及浓度为20wt％的二氧化硅溶胶，其中废弃混凝土粉料、纤维素以及二氧化硅溶胶三者的质量之比为100:3：30，搅拌均匀后压制成直径为0.5～50mm的预制小块，预制小块在600℃下烧结后得到内部含有相互连通的通孔的多孔回收骨料。
(S.2)多孔回收骨料表面改性：将回收骨料浸渍于浓度为0.5％的海藻酸钠水溶液中然后风干，从而将多孔回收骨料的表面孔洞进行闭孔处理，将然后再次浸渍于浓度为5wt％的硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液中，取出后自然干燥后得到表面改性的多孔回收骨料。
(S.3)混凝土配料：按照配方：水泥280份、表面改性的多孔回收骨料500份、减水剂10份、碳纤维30份、粘度调节剂3份、水150份配制原材料，混合均匀后进行浇筑并固化；
其中粘度调节剂的结构通式如下式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0002924012810000051
(S.4)透水处理：将固化后的混凝土浸渍于水基破孔剂中1天时间，从而将多孔回收骨料表面孔洞的水溶性高分子溶解去除，得到快透水混凝土，该水基破孔剂按照重量份数计包括：酒精100份、异丙醇30份、十二烷基苯磺酸钠10份、双氧水10份以及水1000份。
实施例2
一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，包括以下步骤：
(S.1)多孔回收骨料的制备：将废弃混凝土经除杂质后破碎成粒径为0.1～20mm的粉料，并在粉料中加入纤维素以及浓度为40wt％的二氧化硅溶胶，其中废弃混凝土粉料、纤维素以及二氧化硅溶胶三者的质量之比为100:1：50，搅拌均匀后压制成直径为0.5～50mm的预制小块，预制小块在850℃下烧结后得到内部含有相互连通的通孔的多孔回收骨料。
(S.2)多孔回收骨料表面改性：将回收骨料浸渍于浓度为2.5％的聚乙二醇水溶液中然后风干，从而将多孔回收骨料的表面孔洞进行闭孔处理，将然后再次浸渍于浓度为10wt％的硅烷偶联剂KH-560的乙醇溶液中，取出后自然干燥后得到表面改性的多孔回收骨料。
(S.3)混凝土配料：按照配方：水泥300份、表面改性的多孔回收骨料700份、聚羧酸型减水剂15份、碳纤维50份、粘度调节剂8份、水200份配制原材料，混合均匀后进行浇筑并固化；
其中粘度调节剂的结构通式如下式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0002924012810000061
(S.4)透水处理：将固化后的混凝土浸渍于水基破孔剂中2天时间，从而将多孔回收骨料表面孔洞的水溶性高分子溶解去除，得到快透水混凝土，该水基破孔剂按照重量份数计包括：酒精200份、异丙醇100份、十二烷基苯磺酸钠30份、双氧水30份以及水1000份。
实施例3
一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，包括以下步骤：
(S.1)多孔回收骨料的制备：将废弃混凝土经除杂质后破碎成粒径为0.1～20mm的粉料，并在粉料中加入纤维素以及浓度为30wt％的二氧化硅溶胶，其中废弃混凝土粉料、纤维素以及二氧化硅溶胶三者的质量之比为100:6：40，搅拌均匀后压制成直径为0.5～50mm的预制小块，预制小块在750℃下烧结后得到内部含有相互连通的通孔的多孔回收骨料。
(S.2)多孔回收骨料表面改性：将回收骨料浸渍于浓度为1.5％的聚乙烯醇水溶液中然后风干，从而将多孔回收骨料的表面孔洞进行闭孔处理，将然后再次浸渍于浓度为7wt％的硅烷偶联剂KH-792的乙醇溶液中，取出后自然干燥后得到表面改性的多孔回收骨料。
(S.3)混凝土配料：按照配方：水泥290份、表面改性的多孔回收骨料600份、减水剂12份、碳纤维40份、粘度调节剂5份、水180份配制原材料，混合均匀后进行浇筑并固化；
其中粘度调节剂的结构通式如下式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0002924012810000071
(S.4)透水处理：将固化后的混凝土浸渍于水基破孔剂中1天时间，从而将多孔回收骨料表面孔洞的水溶性高分子溶解去除，得到快透水混凝土，该水基破孔剂按照重量份数计包括：酒精150份、异丙醇60份、十二烷基苯磺酸钠20份、双氧水20份以及水1000份。
实施例4
一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，包括以下步骤：
(S.1)多孔回收骨料的制备：将废弃混凝土经除杂质后破碎成粒径为0.1～20mm的粉料，并在粉料中加入纤维素以及浓度为25wt％的二氧化硅溶胶，其中废弃混凝土粉料、纤维素以及二氧化硅溶胶三者的质量之比为100:5：35，搅拌均匀后压制成直径为0.5～50mm的预制小块，预制小块在650℃下烧结后得到内部含有相互连通的通孔的多孔回收骨料。
(S.2)多孔回收骨料表面改性：将回收骨料浸渍于浓度为1％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中然后风干，从而将多孔回收骨料的表面孔洞进行闭孔处理，将然后再次浸渍于浓度为 6wt％的硅烷偶联剂KH-171的乙醇溶液中，取出后自然干燥后得到表面改性的多孔回收骨料。
(S.3)混凝土配料：按照配方：水泥285份、表面改性的多孔回收骨料550份、减水剂12份、碳纤维35份、粘度调节剂4份、水160份配制原材料，混合均匀后进行浇筑并固化；
其中粘度调节剂的结构通式如下式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0002924012810000081
(S.4)透水处理：将固化后的混凝土浸渍于水基破孔剂中1天时间，从而将多孔回收骨料表面孔洞的水溶性高分子溶解去除，得到快透水混凝土，该水基破孔剂按照重量份数计包括：酒精125份、异丙醇35份、十二烷基苯磺酸钠15份、双氧水15份以及水1000份。
实施例5
一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，包括以下步骤：
(S.1)多孔回收骨料的制备：将废弃混凝土经除杂质后破碎成粒径为0.1～20mm的粉料，并在粉料中加入纤维素以及浓度为35wt％的二氧化硅溶胶，其中废弃混凝土粉料、纤维素以及二氧化硅溶胶三者的质量之比为100:8：45，搅拌均匀后压制成直径为0.5～50mm的预制小块，预制小块在800℃下烧结后得到内部含有相互连通的通孔的多孔回收骨料。
(S.2)多孔回收骨料表面改性：将回收骨料浸渍于浓度为2％的羟甲基纤维素水溶液中然后风干，从而将多孔回收骨料的表面孔洞进行闭孔处理，将然后再次浸渍于浓度为8.5wt％的硅烷偶联剂KH-602的乙醇溶液中，取出后自然干燥后得到表面改性的多孔回收骨料。
(S.3)混凝土配料：按照配方：水泥295份、表面改性的多孔回收骨料650份、减水剂14份、碳纤维45份、粘度调节剂7份、水180份配制原材料，混合均匀后进行浇筑并固化；
其中粘度调节剂的结构通式如下式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0002924012810000091
(S.4)透水处理：将固化后的混凝土浸渍于水基破孔剂中2天时间，从而将多孔回收骨料表面孔洞的水溶性高分子溶解去除，得到快透水混凝土，该水基破孔剂按照重量份数计包括：酒精180份、异丙醇80份、十二烷基苯磺酸钠25份、双氧水25份以及水1000份。
将实施例1～5中制备得到的透水混凝土按照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》的要求测试抗压强度以及透水性能进行测试，其还具备良好的透水性能，其数据如下表1所示，从表中数据可知，本发明中得到的节能环保型高强度快透水混凝土不仅具有良好的力学性能。
表1
项目 抗压强度(MPa) 透水系数(mm/s)
实施例1 48.2 14.2
实施例2 50.6 13.9
实施例3 49.1 13.8
实施例4 48.8 14.1
实施例5 50.0 13.7

Claims (6)

1.一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（S.1）多孔回收骨料的制备：将废弃混凝土经除杂质后破碎成粉料，并在粉料中加入纤维素以及二氧化硅溶胶，搅拌均匀后压制成预制小块，预制小块烧结后得到内部含有相互连通的通孔的多孔回收骨料；
（S.2）多孔回收骨料表面改性：将回收骨料浸渍于水溶性高分子溶液中，从而将多孔回收骨料的表面孔洞进行闭孔处理，将然后再次浸渍于硅烷偶联剂乙醇溶液中自然干燥后得到表面改性的多孔回收骨料；
（S.3）混凝土配料：按照配方配制水泥、表面改性的多孔回收骨料、减水剂、碳纤维、粘度调节剂以及水，混合均匀后进行浇筑并固化；
（S.4）透水处理：将固化后的混凝土浸渍于水基破孔剂中一段时间，从而将多孔回收骨料表面孔洞的水溶性高分子溶解去除，得到快透水混凝土；
所述步骤（S.1）中废弃混凝土破碎后的粒径为 0.1~20mm，所述废弃混凝土粉料、纤维素以及二氧化硅溶胶三者的质量之比为 100:（3~10）：（30~50），所述烧结温度为 600~850℃；
所述减水剂为聚羧酸型减水剂，所述粘度调节剂的结构通式如下式（Ⅰ）所示：
Figure 849209DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 94246DEST_PATH_IMAGE002
所述步骤（S.4）中水基破孔剂按照重量份数计包括：酒精 100~200 份、异丙醇 30~100份、十二烷基苯磺酸钠 10~30 份、双氧水 10~30 份以及水 1000 份。
2.根据权利要求 1 所述的一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，其特征在于，所述二氧化硅溶胶的浓度为 20~40wt%。
3.根据权利要求 1 所述的一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（S.2）中的水溶性高分子溶液为聚乙二醇溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、羟甲基纤维素溶液、羧甲基纤维素溶液或者海藻酸钠溶液。
4.根据权利要求 1 所述的一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（S.2）中水溶性高分子溶液的浓度为 0.5~2.5%。
5.根据权利要求 1 所述的一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（S.2）中硅烷偶联剂为 KH-550、KH-560、KH-792、KH-171 或者 KH-602 中的一种，且溶液浓度为 5~10wt%。
6.根据权利要求 1 所述的一种节能环保型高强度快透水混凝土制备方法，其特征在于，所述步骤（S.3）中以重量份数计 ，混凝土配方如下：水泥 280~300 份、表面改性的多孔回收骨料 500~700 份、减水剂 10~15 份、碳纤维 30~50 份、粘度调节剂 3~8 份、水 150~200 份。
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