CN113292295A - 抗冻融透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

抗冻融透水混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗冻融透水混凝土及其制备方法，原料包括石灰岩碎石、硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣微粉、减水剂、水，优化了制备工艺，用再生骨料替代部分天然骨料制备透水混凝土，并加入了改性的植物纤维，充分利用了废置资源，制备得到的混凝土透水、透气性好、抗冻性能佳，可广泛应用于寒冷地区的城市道路、高速公路等对抗冻性和透水性较高的混凝土。

Description

抗冻融透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种透水混凝土及其制备方法，尤其涉及一种抗冻融透水混凝土及其制备方法。
背景技术
透水性混凝土无论是应用于道路、广场还是河道边坡，都将直接暴露在大气环境中，并且经常受到环境水的浸泡，一旦受冻极易破坏，抗冻性相对较低现在是限制透水混凝土不能广泛应用的技术难点。影响混凝土抗冻性的因素很多，如混凝土孔结构、水灰比、含气量、混凝土饱水度、混凝土的受冻龄期及水泥品种和骨料质量。
目前，我国的废弃混凝土除小部分被用作建筑物以及道路的基础垫层外，大部分被运往郊区，采用堆放或填埋的方式进行处理，造成了极大的浪费和环境污染。来源于废弃混凝土放入再生骨料与天然骨料相比，具有强度低、孔隙率高、含泥量高、棱角裂纹多和吸水性大的特征。再生骨料的这些特点降低了再生混凝土的耐久性，限制了其应用领域。因此提高再生骨料的综合性能，提高应用价值，对于节约资源、改善环境具有重要意义。
植物纤维是一种取材方便、可再循环的资源，具有较好的拉伸性能，伴随着对建筑节能、环保的要求越来越来高，植物纤维混凝土和植物纤维新型墙体材料等建筑材料应运而生。但是，植物纤维具有吸水性，在纤维混凝土搅拌过程中容易成团，不利于水分在混凝土中的渗透。
本发明提供了一种透水混凝土，用再生骨料替代部分天然骨料制备透水混凝土，并加入了改性的植物纤维，得到的混凝土力学性能好、抗冻性好，促进了资源的节约和循环利用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题之一是提供一种抗冻融透水混凝土的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种抗冻融透水混凝土。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将450-750kg石灰岩碎石和20-35kg水投入强制式搅拌机，搅拌10-30s；
(2)向强制式搅拌机中加入150-230kg硅酸盐水泥、20-60kg掺合料、0.5-3kg减水剂和10-20kg水，强制搅拌30-100s，得到拌合物；
(3)向拌合物中加10-15kg水，搅拌30-50s，出料，即得产品。
一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将450-750kg石灰岩碎石和20-35kg水投入强制式搅拌机，搅拌10-30s；
(2)向强制式搅拌机中加入150-230kg硅酸盐水泥、10-25kg硅灰、5-20kg粉煤灰、5-15kg矿渣微粉、0.5-3kg减水剂和10-20kg水，强制搅拌30-100s，得到拌合物；
(3)向拌合物中加10-15kg水，搅拌30-50s，出料，即得产品。
一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将150-300kg再生骨料、50-100kg硅酸盐水泥、1-2.5kg丙烯酸树脂、5-10kg河沙、25-50kg水投入强制式搅拌机Ⅰ中，搅拌1-4min，得到拌合物Ⅰ；
(2)向强制式搅拌机Ⅱ中加入450-750kg石灰岩碎石、20-35kg水，搅拌10-30s；
(3)向强制式搅拌机Ⅱ中加入150-230kg硅酸盐水泥、10-25kg硅灰、5-20kg粉煤灰、5-15kg矿渣微粉、0.5-3kg减水剂和10-20kg水，强制搅拌30-100s，得到拌合物Ⅱ；
(4)将拌合物Ⅰ加入装有拌合物Ⅱ的强制式搅拌机Ⅱ中，搅拌30-100s，然后向强制式搅拌机Ⅱ中加10-15kg水，搅拌30-50s，出料，即得产品。
一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将5-7.5kg植物纤维在40-65kg改性剂中浸泡6-8h，过300目筛，自然干燥后得到改性的植物纤维；所述改性剂为硅烷乳液和/或氯化石蜡乳液；
(2)将150-300kg再生骨料、50-100kg硅酸盐水泥、1-2.5kg丙烯酸树脂、5-10kg河沙、25-50kg水投入强制式搅拌机Ⅰ中，搅拌1-4min，得到拌合物Ⅰ；
(3)向强制式搅拌机Ⅱ中加入450-750kg石灰岩碎石、20-35kg水，搅拌10-30s；
(4)向强制式搅拌机Ⅱ中加入150-230kg硅酸盐水泥、10-25kg硅灰、5-20kg粉煤灰、5-15kg矿渣微粉、0.5-3kg减水剂、5-7.5kg植物纤维和10-20kg水，强制搅拌30-100s，得到拌合物Ⅱ；
(5)将拌合物Ⅰ加入装有拌合物Ⅱ的强制式搅拌机Ⅱ中，搅拌30-100s，然后向强制式搅拌机Ⅱ中加10-15kg水，搅拌30-50s，出料，即得产品。
优选的，一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将7.5kg剑麻纤维在65kg改性剂中浸泡6-8h，过300目筛，自然干燥后得到改性的剑麻纤维；所述改性剂为硅烷乳液；
(2)将300kg再生骨料、100kg硅酸盐水泥、1kg丙烯酸树脂、10kg河沙、50kg水投入强制式搅拌机Ⅰ中，搅拌40-100s，得到拌合物Ⅰ；
(3)向强制式搅拌机Ⅱ中加入600kg石灰岩碎石、28kg水，搅拌15-40s；
(4)向强制式搅拌机Ⅱ中加入225kg硅酸盐水泥、25kg硅灰、20kg粉煤灰、15kg矿渣微粉、3kg减水剂、7.5kg改性的剑麻纤维和20kg水，强制搅拌20-60s，得到拌合物Ⅱ；
(5)将拌合物Ⅰ加入装有拌合物Ⅱ的强制式搅拌机Ⅱ中，搅拌60s，然后向强制式搅拌机Ⅱ中加15kg水，搅拌30-90s，出料，即得产品。
优选地，所述的减水剂为聚羧酸系减水剂。
优选地，所述的水为洁净自来水。
优选地，所述的再生骨料为经颚式破碎机破碎的废弃混凝土。
优选地，所述的植物纤维为剑麻纤维。
本发明还提供一种抗冻融透水混凝土，采用上述方法制备而成。
本发明所述一种抗冻混凝土，优化了制备工艺，用再生骨料替代部分天然骨料制备透水混凝土，并加入了改性的植物纤维，充分利用了废置资源，制备得到的混凝土透水、透气性好、抗冻性能佳，可广泛应用于寒冷地区的城市道路、高速公路等对抗冻性和透水性较高的混凝土。
具体实施方式
抗压强度测试、抗折强度测试：按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)进行透水混凝土的力学性能测试，试验中主要采用2000kN数显压力机测试混凝土的力学性能。试件的制备：将实施例制备得到的抗冻融透水混凝土分两层装入模内，同时用直径为20mm的金属棍插捣20次，装至与试模顶面平行，然后将试模放到机械振动台振动5秒后立即取下，继续向试模内装混凝土，并同时手工振捣20次，直至混凝土在试模内装填密实，将多余混凝土去除并抹平，然后用薄膜将试模密封，放在标准养护室内洒水养护24小时后拆模，将标准养护室的温度设置为20℃，湿度为96％，养护至28天期满，得到100mm×100mm×100mm的试件。
冻融循环测试：按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB/T50082-2009)中有关试件成型方法的要求制作试件，成型试件尺寸为100mm×100mm×400mm。标准养护室内养护24天，取出后放在(20±2)℃的水中浸泡4天，取出后试件表面水需擦净。采用KDS-60型号的快冻试验机，机箱内水位高出试件5mm，系统自动控制制冷和制热循环，4h一个循环，最高温度(20±1)℃，最低温度(-5±1)℃。
透水系数测试：按照《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T 135-2009)进行，测试温度20℃。
实施例中各原料介绍：
硅酸盐水泥，采用哈尔滨亚泰水泥厂生产的天鹅牌普通硅酸盐水泥，型号P·O42.5。
石灰岩碎石，由湖北幻彩红石业有限公司提供，表观密度为2710Kg/cm3，吸水率0.65％，碎石为连续级配，颗粒级配4.75-13.2mm，碎石级配筛分如表1所示。
表1：石灰岩碎石级配筛分结果表
筛孔尺寸/mm 分计筛余/％ 累计筛余/％
13.6 25 25
9.50 50 75
4.75 25 100
再生骨料，为经颚式破碎机破碎的废弃混凝土，表观密度2615Kg/cm3，吸水率4.4％，颗粒级配4.75-13.1mm，碎石级配筛分如表2所示。
表2：再生骨料级配筛分结果表
筛孔尺寸/mm 分计筛余/％ 累计筛余/％
13.1 30 30
9.50 40 70
4.75 30 100
河沙，由灵寿县圣恒矿产品加工厂提供。
硅灰，采用河北科旭建材有限公司提供的牌号为KX12-2的硅灰，粒度325目。
粉煤灰，采用河北科旭建材有限公司提供的牌号为KX110-1的粉煤灰，密度2Kg/m3。
矿渣微粉，采用灵寿县诚恒矿物粉体厂提供的s115级矿渣微粉。
聚羧酸高效减水剂，采用德国巴斯夫F-10减水剂。
剑麻纤维，广西龙州强力麻业有限公司提供的剑麻纤维，直径100-200μm，长度为15mm。
硅烷乳液，采用南昌天润新材料有限公司提供的型号为T-612的硅烷乳液。
氯化石蜡乳液，采用东莞市百宏环保科技有限公司提供的型号为BH-730-2的氯化石蜡乳液。
强制式搅拌机Ⅰ，郑州城建机械设备有限公司提供，型号JS500。
强制式搅拌机Ⅱ，郑州城建机械设备有限公司提供，型号JS1500。
丙烯酸树脂，可以制备或购买得到，制备方法具体参照中国专利(申请号为201210347888.7)中实施例3的制备方法，本发明具体使用深圳市亿诚化工有限公司提供，粘度1000s的丙烯酸树脂。
实施例1
一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将750kg石灰岩碎石和35kg水投入强制式搅拌机，搅拌30s；
(2)向强制式搅拌机中加入225kg硅酸盐水泥、25kg硅灰、20kg粉煤灰、15kg矿渣微粉、3kg减水剂和20kg水，强制搅拌40s，得到拌合物；
(3)向拌合物中加15kg水，搅拌50s，出料，即得产品。
所述减水剂为德国巴斯夫F-10减水剂。
对比例1
一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将300kg再生骨料、100kg硅酸盐水泥、10kg河沙、50kg水投入强制式搅拌机Ⅰ中，搅拌60s，得到拌合物Ⅰ；
(2)向强制式搅拌机Ⅱ中加入600kg石灰岩碎石、28kg水，搅拌30s；
(3)向强制式搅拌机Ⅱ中加入225kg硅酸盐水泥、25kg硅灰、20kg粉煤灰、15kg矿渣微粉、3kg减水剂和20kg水，强制搅拌40s，得到拌合物Ⅱ；
(4)将拌合物Ⅰ加入装有拌合物Ⅱ的强制式搅拌机Ⅱ中，搅拌60s，然后向强制式搅拌机Ⅱ中加15kg水，搅拌50s，出料，即得产品。
所述减水剂为德国巴斯夫F-10减水剂。
实施例2
一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将300kg再生骨料、100kg硅酸盐水泥、1kg丙烯酸树脂、10kg河沙、50kg水投入强制式搅拌机Ⅰ中，搅拌60s，得到拌合物Ⅰ；
(2)向强制式搅拌机Ⅱ中加入600kg石灰岩碎石、28kg水，搅拌30s；
(3)向强制式搅拌机Ⅱ中加入225kg硅酸盐水泥、25kg硅灰、20kg粉煤灰、15kg矿渣微粉、3kg减水剂和20kg水，强制搅拌40s，得到拌合物Ⅱ；
(4)将拌合物Ⅰ加入装有拌合物Ⅱ的强制式搅拌机Ⅱ中，搅拌60s，然后向强制式搅拌机Ⅱ中加15kg水，搅拌50s，出料，即得产品。
所述减水剂为德国巴斯夫F-10减水剂。
实施例3
与实施例2基本相同，区别仅仅在于：所述的步骤(1)中丙烯酸树脂的用量为1.5kg。
实施例4
与实施例2基本相同，区别仅仅在于：所述的步骤(1)中丙烯酸树脂的用量为2.0kg。
实施例5
与实施例2基本相同，区别仅仅在于：所述的步骤(1)中丙烯酸树脂的用量为2.5kg。
实施例6
一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将7.5kg剑麻纤维在65kg改性剂中浸泡8h，过300目筛，自然干燥后得到改性的剑麻纤维；所述改性剂为硅烷乳液；
(2)将300kg再生骨料、100kg硅酸盐水泥、1kg丙烯酸树脂、10kg河沙、50kg水投入强制式搅拌机Ⅰ中，搅拌60s，得到拌合物Ⅰ；
(3)向强制式搅拌机Ⅱ中加入600kg石灰岩碎石、28kg水，搅拌30s；
(4)向强制式搅拌机Ⅱ中加入225kg硅酸盐水泥、25kg硅灰、20kg粉煤灰、15kg矿渣微粉、3kg减水剂、7.5kg改性的剑麻纤维和20kg水，强制搅拌40s，得到拌合物Ⅱ；
(5)将拌合物Ⅰ加入装有拌合物Ⅱ的强制式搅拌机Ⅱ中，搅拌60s，然后向强制式搅拌机Ⅱ中加15kg水，搅拌50s，出料，即得产品。
所述减水剂为德国巴斯夫F-10减水剂。
实施例7
与实施例6基本相同，区别仅仅在于：步骤(1)所述的改性剂为氯化石蜡乳液。
实施例8
优选地，所述的改性剂为硅烷乳液和氯化石蜡乳液质量比为(1～3)：(1～3)的混合物。
与实施例6基本相同，区别仅仅在于：步骤(1)所述的改性剂为硅烷乳液和氯化石蜡乳液按质量比为1:2混合得到的混合物。
抗压强度测试结果：7天抗压强度21.63MPa，28天抗压强度32.58。透水系数测试结果：4.62mm/s。
对比例2
一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)将300kg再生骨料、100kg硅酸盐水泥、1kg丙烯酸树脂、10kg河沙、50kg水投入强制式搅拌机Ⅰ中，搅拌60s，得到拌合物Ⅰ；
(2)向强制式搅拌机Ⅱ中加入600kg石灰岩碎石、28kg水，搅拌30s；
(3)向强制式搅拌机Ⅱ中加入225kg硅酸盐水泥、25kg硅灰、20kg粉煤灰、15kg矿渣微粉、3kg减水剂、7.5kg剑麻纤维和20kg水，强制搅拌40s，得到拌合物Ⅱ；
(4)将拌合物Ⅰ加入装有拌合物Ⅱ的强制式搅拌机Ⅱ中，搅拌60s，然后向强制式搅拌机Ⅱ中加15kg水，搅拌50s，出料，即得产品。
所述减水剂为德国巴斯夫F-10减水剂。
测试例1
对实施例制备得到的抗冻融透水混凝土的力学性能进行测试。具体测试结果见表3。
表3：抗压强度测试结果表
Figure BDA0003118862400000091
比较实施例2-5与实施例1，实施例2-5将再生骨料用硅酸盐水泥、丙烯酸树脂和细砂进行包裹处理，代替部分石灰岩碎石骨料，制备得到的混凝土的抗压强度明显提高。对比例1对再生骨料进行包裹处理时没有添加丙烯酸树脂，虽然抗压性能比实施例1有所提高，但是低于实施例2-5。再生骨料的裂纹较多，力学强度要低于天然骨料，通过对再生骨料进行包裹处理，使松散的再生骨料变得紧实，实施例2-5添加了少量的丙烯酸树脂，丙烯酸树脂能很好的促进再生骨料表面包裹一层牢固的微粉浆体，改善再生骨料的形状和界面，因此提高再生骨料的抗压性能。
实施例6-7在制备混凝土过程中加入改性的植物纤维，改性的植物纤维能抑制水泥收缩裂缝的扩大，乱向分布的植物纤维形成网状增强系统，提高混凝土的抗压性能。
测试例2
对实施例制备得到的抗冻融透水混凝土的抗冻性能进行测试。具体测试结果见表4。
表4：冻融循环次数与质量损失率、抗压强度损失率关系测试结果表
Figure BDA0003118862400000101
比较实施例2-5与实施例1，实施例2-5用包裹处理的再生骨料代替部分石灰岩碎石骨料制备的混凝土，质量损失率和抗压强度损失率降低，抗冻性提高。与对比例2相比，实施例6-7采用经改性的植物纤维，改性后的纤维表面疏水性增强，预防了长期透水引起的纤维组织柔软、力学性能下降的问题，降低了抗压强度损失率，增强透水混凝土的抗冻性能。
测试例2
对实施例制备得到的抗冻融透水混凝土的透水系数进行测试。具体测试结果见表5。
表5：透水系数测试结果表
Figure BDA0003118862400000102
Figure BDA0003118862400000111
比较实施例2-5与实施例1，实施例2-5用包裹处理的再生骨料代替部分石灰岩碎石骨料制备的混凝土，改变了骨料的组分，提高了混凝土的透水性能。如对比例2所示，未改性植物纤维的强吸水性限制了其在透水混凝土中的应用，不利于水分在混凝土中的渗透。发明人意外发现，实施例6-7采用经改性的植物纤维，浸泡改性剂后纤维表面疏水性增强，不但不影响透水性能，反而能增强透水混凝土的透水系数。
以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种抗冻融透水混凝土的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将450-750kg石灰岩碎石和20-35kg水投入强制式搅拌机，搅拌10-30s；
(2)向强制式搅拌机中加入150-230kg硅酸盐水泥、20-60kg掺合料、0.5-3kg减水剂和10-20kg水，强制搅拌30-100s，得到拌合物；
(3)向拌合物中加10-15kg水，搅拌30-50s，出料，即得产品。
2.如权利要求1所述的抗冻融透水混凝土的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将450-750kg石灰岩碎石和20-35kg水投入强制式搅拌机，搅拌10-30s；
(2)向强制式搅拌机中加入150-230kg硅酸盐水泥、10-25kg硅灰、5-20kg粉煤灰、5-15kg矿渣微粉、0.5-3kg减水剂和10-20kg水，强制搅拌30-100s，得到拌合物；
(3)向拌合物中加10-15kg水，搅拌30-50s，出料，即得产品。
3.如权利要求1所述的抗冻融透水混凝土的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将150-300kg再生骨料、50-100kg硅酸盐水泥、1-2.5kg丙烯酸树脂、5-10kg河沙、25-50kg水投入强制式搅拌机Ⅰ中，搅拌1-4min，得到拌合物Ⅰ；
(2)向强制式搅拌机Ⅱ中加入450-750kg石灰岩碎石、20-35kg水，搅拌10-30s；
(3)向强制式搅拌机Ⅱ中加入150-230kg硅酸盐水泥、10-25kg硅灰、5-20kg粉煤灰、5-15kg矿渣微粉、0.5-3kg减水剂和10-20kg水，强制搅拌30-100s，得到拌合物Ⅱ；
(4)将拌合物Ⅰ加入装有拌合物Ⅱ的强制式搅拌机Ⅱ中，搅拌30-100s，然后向强制式搅拌机Ⅱ中加10-15kg水，搅拌30-50s，出料，即得产品。
4.如权利要求1所述的抗冻融透水混凝土的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将5-7.5kg植物纤维在40-65kg改性剂中浸泡6-8h，过300目筛，自然干燥后得到改性的植物纤维；所述改性剂为硅烷乳液和/或氯化石蜡乳液；
(2)将150-300kg再生骨料、50-100kg硅酸盐水泥、1-2.5kg丙烯酸树脂、5-10kg河沙、25-50kg水投入强制式搅拌机Ⅰ中，搅拌1-4min，得到拌合物Ⅰ；
(3)向强制式搅拌机Ⅱ中加入450-750kg石灰岩碎石、20-35kg水，搅拌10-30s；
(4)向强制式搅拌机Ⅱ中加入150-230kg硅酸盐水泥、10-25kg硅灰、5-20kg粉煤灰、5-15kg矿渣微粉、0.5-3kg减水剂、5-7.5kg植物纤维和10-20kg水，强制搅拌30-100s，得到拌合物Ⅱ；
(5)将拌合物Ⅰ加入装有拌合物Ⅱ的强制式搅拌机Ⅱ中，搅拌30-100s，然后向强制式搅拌机Ⅱ中加10-15kg水，搅拌30-50s，出料，即得产品。
5.如权利要求1-4任意一项所述的抗冻融透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸系减水剂。
6.如权利要求1-4任意一项所述的抗冻融透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述的水为洁净自来水。
7.如权利要求3或4任意一项所述的抗冻融透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述的再生骨料为经颚式破碎机破碎的废弃混凝土。
8.如权利要求4所述的抗冻融透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述的植物纤维为剑麻纤维。
9.一种抗冻融透水混凝土，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述方法制备而成。
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