CN113004004A - 一种工业废弃物透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土的领域，具体公开了一种工业废弃物透水混凝土，其由包括以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥400‑440份、粗砂210‑250份、减水剂10‑20份、水200‑240份、改性碳纤维35‑45份、粉煤灰500‑540份、硅灰40‑50份、铁尾矿砂50‑60份、废石750‑790份；其中，所述改性碳纤维是通过对碳纤维表面进行负载超亲水聚合物制备而成；其具有提高透水混凝土的强度，并且混凝土的透水性较好的优点；另外，还提供了一种工业废弃物透水混凝土的制备方法。

Description

一种工业废弃物透水混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土的领域，更具体地说，它涉及一种工业废弃物透水混凝土及其制备方法。

背景技术

透水混凝土又称多孔混凝土，无砂混凝土，透水地坪，是由骨料、硅酸盐水泥、增强剂、和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，基本不含细骨料。透水混凝土由粗骨料表面包覆一薄层硅酸盐水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水和重量轻的特点。透水混凝土能让雨水流入地下，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。

透水混凝土在满足强度要求的同时，还需要保持一定的贯通孔隙来满足透水性的要求，因此在配制时除了选择合适的原材料外，还要通过配合比设计和制备工艺以及添加剂来达到保证强度和孔隙率的目的。透水混凝土由骨料、硅酸盐水泥、水等组成，多采用单粒级或间断粒级的粗骨料作为骨架，细骨料的用量一般控制在总骨料的20％以内。

针对上述中的相关技术，发明人认为，透水混凝土的透水性需要贯通的孔隙来满足透水性的需要，但是孔隙较多，会导致透水混凝土的强度不足，使其容易损坏。

发明内容

为了提高透水混凝土的强度，同时混凝土的透水性较好，本申请提供一种工业废弃物透水混凝土。

本申请的第二个目的是提供一种透水混凝土的制备方法。

本申请提供的一种透水混凝土，采用如下的技术方案：

一种工业废弃物透水混凝土，其由包括以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥400-440份、粗砂210-250份、减水剂10-20份、水200-240份、改性碳纤维35-45份、粉煤灰500-540份、硅灰40-50份、铁尾矿砂50-60份、废石750-790份；

其中，所述改性碳纤维是通过对碳纤维表面进行负载超亲水聚合物制备而成。

通过采用上述技术方案，通过硅酸盐水泥和水混合成硅酸盐水泥浆后，会包覆在石子表面会形成空穴均匀分布的高透水性混凝土，由于硅灰和粉煤灰具有较强的火山灰效应，硅灰与粉煤灰在与硅酸盐水泥浆等拌合时，可以与硅酸盐水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化作用形成胶凝产物，填充高透水型混凝土中较大的孔隙，从而使混凝土的强度增大；通过加入碳纤维可以增加孔隙的连通性，并且对碳纤维表面通过超亲水聚合物进行改性，从而使渗入到混凝土内的水分到达混凝土内部的孔隙后，然后沿改性碳纤维继续渗入，从而可以增大混凝土的透水性。

优选的，所述改性碳纤维的添加量为37-42份。

通过采用上述技术方案，改性碳纤维的添加量在此范围时，使加入的改性碳纤维的量较少，得到的混凝土的渗透性较好。

优选的，按重量份数计，所述改性碳纤维的制备步骤如下：

1)在50-60份的水中加入35-40份的碳纤维，搅拌使碳纤维分散在水中，将温度升高到40-45℃，然后加入3-4份的带双键的硅烷偶联剂，搅拌1-2h，得混合液A；

2)在混合液A中加入5-9份的丙烯酸、4-6份的甲基丙烯酸和3-5份的丙烯腈，搅拌30-50min，然后加入0.04-0.05份的引发剂，升高温度到75-85℃，继续搅拌反应5-7h，过滤，得固体，经洗涤、干燥后，得改性碳纤维。

通过采用上述技术方案，通过在碳纤维表面负载带双键的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂作为单体，使硅烷偶联剂、丙烯酸、甲基丙烯酸和丙烯腈通过聚合反应得到聚合物，得到的聚合物含有大量的羟基和羧基，从而使改性碳纤维的亲水性大大提高，使改性碳纤维具有吸水性，从而使水分沿改性碳纤维渗透，使混凝土的透水性大大提高。

优选的，所述步骤1)中带双键的硅烷偶联剂采用KH151或KH171。

通过采用上述技术方案，KH151或KH171分子结构中都含有双键，在聚合反应中均可以较好的进行反应。

优选的，所述步骤2)中的引发剂采用过硫酸钾或过硫酸铵。

通过采用上述技术方案，引发剂采用过硫酸钾或过硫酸铵时，均可以使聚合反应较容易进行。

优选的，所述步骤2)中干燥的温度为45-55℃，干燥时间为3-5h。

通过采用上述技术方案，干燥的温度设置的较低，可以使得到的聚合物分子结构的羟基不易失去，得到保护，使干燥的时间较长，可以使改性碳纤维干燥的较充分。

优选的，所述碳纤维的长度范围为0.5-2cm。

通过采用上述技术方案，碳纤维的长度在此范围时，得到的混凝土的透水性较好。

优选的，所述废石的粒径大小为1-3cm。

通过采用上述技术方案，废石的粒径在此范围时，得到的混凝土的强度较好。

本申请的第二个目的是提供一种工业废弃物透水混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种工业废弃物透水混凝土的制备方法，其包括如下步骤：

将硅酸盐水泥、粗砂、粉煤灰、硅灰、铁尾矿砂、减水剂搅拌均匀，然后加入废石，搅拌均匀，得混合料；

在水中加入改性碳纤维，搅拌至改性碳纤维分散，然后将其加入混合料中，搅拌均匀，即可得到工业废弃物透水混凝土。

通过采用上述技术方案，首先将混凝土的原料等混合均匀后，将利用改性碳纤维的超亲水性，将改性碳纤维分散在水中，然后将其加入混匀的混凝土原料中，搅拌均匀，即可得到工业废弃物透水混凝土。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、通过硅酸盐水泥和水混合成硅酸盐水泥浆后，会包覆在石子表面会形成空穴均匀分布的高透水性混凝土，由于硅灰和粉煤灰具有较强的火山灰效应，硅灰与粉煤灰在与硅酸盐水泥浆等拌合时，可以与硅酸盐水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化作用形成胶凝产物，填充高透水型混凝土中较大的孔隙，从而使混凝土的强度增大；通过加入碳纤维可以增加孔隙的连通性，并且对碳纤维表面通过超亲水聚合物进行改性，从而使渗入到混凝土内的水分到达混凝土内部的孔隙后，然后沿改性碳纤维继续渗入，从而可以增大混凝土的透水性。

2、通过在碳纤维表面负载带双键的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂作为单体，使硅烷偶联剂、丙烯酸、甲基丙烯酸和丙烯腈通过聚合反应得到聚合物，得到的聚合物含有大量的羟基和羧基，从而使改性碳纤维的亲水性大大提高，使改性碳纤维具有吸水性，从而使水分沿改性碳纤维渗透，使混凝土的透水性大大提高。

3、本申请的透水混凝土的透水性表现优异，其透水系数均在2.3mm/s以上，同时，其7d抗压强度均超过31.4Mpa，其28d抗压强度均大于49.6Mpa。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

原料

碳纤维：生产厂家为河南昶宇新材料科技有限公司，长度范围为0.5-2cm；

废石：将废石进行粉碎，粉碎粒径为1-3cm；

减水剂：采用聚羧酸高效减水剂，生产厂家为河南星锐化工有限公司，型号为工业级。

制备例1

一种改性碳纤维，其制备步骤如下：

1)在50kg的水中加入40kg的碳纤维，搅拌使碳纤维分散在水中，将温度升高到45℃，然后加入3kg的带双键的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂为KH151，搅拌1h，得混合液A；

2)在混合液A中加入9kg的丙烯酸、4kg的甲基丙烯酸和5kg的丙烯腈，搅拌30min，然后加入0.05kg的引发剂，升高温度到75℃，继续搅拌反应7h，过滤，得固体，经洗涤、干燥后，干燥的温度为45℃，干燥时间为5h，得改性碳纤维。

制备例2

一种改性碳纤维，其制备步骤如下：

1)在60kg的水中加入35kg的碳纤维，搅拌使碳纤维分散在水中，将温度升高到40℃，然后加入4kg的带双键的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂为KH171，搅拌2h，得混合液A；

2)在混合液A中加入5kg的丙烯酸、6kg的甲基丙烯酸和3kg的丙烯腈，搅拌50min，然后加入0.04kg的引发剂，升高温度到85℃，继续搅拌反应5h，过滤，得固体，经洗涤、干燥后，干燥的温度为55℃，干燥时间为3h，得改性碳纤维。

制备例3

一种改性碳纤维，其制备步骤如下：

1)在55kg的水中加入37kg的碳纤维，搅拌使碳纤维分散在水中，将温度升高到43℃，然后加入3.5kg的带双键的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂为KH151，搅拌1.5h，得混合液A；

2)在混合液A中加入7kg的丙烯酸、5kg的甲基丙烯酸和4kg的丙烯腈，搅拌40min，然后加入0.045kg的引发剂，升高温度到80℃，继续搅拌反应6h，过滤，得固体，经洗涤、干燥后，干燥的温度为50℃，干燥时间为4h，得改性碳纤维。

实施例

实施例1-9

实施例1-9的一种工业废弃物透水混凝土，其各原料用量分别如表1所示，其制备步骤如下：将硅酸盐水泥、粗砂、粉煤灰、硅灰、铁尾矿砂、减水剂搅拌均匀，然后加入废石，搅拌均匀，得混合料；

在水中加入改性碳纤维，搅拌至改性碳纤维分散，然后将其加入混合料中，搅拌均匀，即可得到工业废弃物透水混凝土。

其中，改性碳纤维来自制备例1。

表1实施例1-9的各原料及各原料用量(kg)

实施例10

一种工业废弃物透水混凝土，与实施例4的不同之处在于，改性碳纤维来自制备例2，其余步骤与实施例4均相同。

实施例11

一种工业废弃物透水混凝土，与实施例4的不同之处在于，改性碳纤维来自制备例3，其余步骤与实施例4均相同。

对比例

对比例1

一种工业废弃物透水混凝土，与实施例4的不同之处在于，改性碳纤维的添加量为0，其余步骤与实施例4均相同。

对比例2

一种工业废弃物透水混凝土，与实施例4的不同之处在于，改性碳纤维替换为等重量的碳纤维，其余步骤与实施例4均相同。

性能检测试验

检测方法

分别按照实施例1-11和对比例1-2的方法进行制备混凝土，并且其养护步骤相同，均采用标准养护。然后按照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中的方法对混凝土进行性能测试。其检测结果如表2所示。

表2实施例1-11和对比例1-2的检测结果

	透水系数(mm/s)	7d抗压强度/Mpa	28d抗压强度/Mpa
				实施例1	2.4	31.4	49.6
实施例2	2.6	31.9	51.1
				实施例3	2.7	32.4	51.7
实施例4	2.8	32.8	52.3
				实施例5	2.8	33.5	53.2
实施例6	2.3	31.5	49.7
				实施例7	2.5	31.9	51.0
实施例8	2.7	32.5	51.8
				实施例9	2.8	33.6	53.3
实施例10	2.8	32.9	52.2
				实施例11	2.8	32.8	52.4
对比例1	1.7	29.9	46.6
				对比例2	1.6	31.4	52.3

从表2的检测数据可以看出，本申请的透水混凝土的透水性表现优异，其透水系数均在2.3mm/s以上。同时，其7d抗压强度均超过31.4Mpa，其28d抗压强度均大于49.6Mpa。

从实施例4和实施例6-9的检测数据可以看出，添加的改性碳纤维逐渐增多时，其透水系数逐渐增大，添加了量在43kg时，其透水系数基本不变。同时，添加的改性碳纤维的量逐渐增多时，其抗压强度呈上升趋势。

从实施例4和实施例10-11的检测数据可以看出，制备例1-3得到的改性碳纤维对制备的混凝土的性能表现无明显区别。

从实施例4与对比例1-2的检测数据可以看出，通过对碳纤维进行超亲水改性，可以提高混凝土的透水性。添加未改性的碳纤维对混凝土的透水系数无明显改变。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种工业废弃物透水混凝土，其特征在于，其由包括以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥400-440份、粗砂210-250份、减水剂10-20份、水200-240份、改性碳纤维35-45份、粉煤灰500-540份、硅灰40-50份、铁尾矿砂50-60份、废石750-790份；

其中，所述改性碳纤维是通过对碳纤维表面进行负载超亲水聚合物制备而成。

2.根据权利要求1所述的一种工业废弃物透水混凝土，其特征在于：所述改性碳纤维的添加量为37-42份。

3.根据权利要求1所述的一种工业废弃物透水混凝土，其特征在于：按重量份数计，所述改性碳纤维的制备步骤如下：

1）在50-60份的水中加入35-40份的碳纤维，搅拌使碳纤维分散在水中，将温度升高到40-45℃，然后加入3-4份的带双键的硅烷偶联剂，搅拌1-2h，得混合液A；

2）在混合液A中加入5-9份的丙烯酸、4-6份的甲基丙烯酸和3-5份的丙烯腈，搅拌30-50min，然后加入0.04-0.05份的引发剂，升高温度到75-85℃，继续搅拌反应5-7h，过滤，得固体，经洗涤、干燥后，得改性碳纤维。

4.根据权利要求2所述的一种工业废弃物透水混凝土，其特征在于：所述步骤1）中带双键的硅烷偶联剂采用KH151或KH171。

5.根据权利要求2所述的一种工业废弃物透水混凝土，其特征在于：所述步骤2）中的引发剂采用过硫酸钾或过硫酸铵。

6.根据权利要求1所述的一种工业废弃物透水混凝土，其特征在于：所述步骤2）中干燥的温度为45-55℃，干燥时间为3-5h。

7.根据权利要求1所述的一种工业废弃物透水混凝土，其特征在于：所述碳纤维的长度范围为0.5-2cm。

8.根据权利要求1所述的一种工业废弃物透水混凝土，其特征在于：所述废石的粒径大小为1-3cm。

9.一种权利要求1-8任一所述的一种工业废弃物透水混凝土的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：

将硅酸盐水泥、粗砂、粉煤灰、硅灰、铁尾矿砂、减水剂搅拌均匀，然后加入废石，搅拌均匀，得混合料；

在水中加入改性碳纤维，搅拌至改性碳纤维分散，然后将其加入混合料中，搅拌均匀，即可得到工业废弃物透水混凝土。