CN113354348B - 一种大孔隙卵石生态混凝土及其现场制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种大孔隙卵石生态混凝土及其现场制备方法，所述混凝土包括如下重量百分比的原料：粗骨料75‑85％；水泥7‑12％；矿物掺合料3‑6％；水3‑6％；外加剂0.3‑0.7％；混凝土增效剂0.5‑1.3％。所述混凝土的现场制备方法是将水泥、矿物掺合料和水分批加入粗骨料中进行搅拌，再加入外加剂和混凝土增效剂进行高速搅拌后即得到可浇筑施工的大孔隙卵石生态混凝土，该方法操作简便、制备效率高且产量大，并且所制得混凝土具有比重小、抗压强度高、空隙率高、透水性强和植生性能好的特点。

Description

一种大孔隙卵石生态混凝土及其现场制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种大孔隙卵石生态混凝土及其现场制备方法。
背景技术
在河道、库坝的传统治理过程中，长期以来由于比较片面地强调防洪、蓄排水为主的治理理念，多采用传统的浆砌石、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡等硬质护坡结构，此类护坡结构虽然加固边坡和防止水土流失，但是由于普通混凝土等表面植被无法生长，限制了城乡的绿化面积，使得城市基本建设与环境保护产生矛盾。因而，为了提高植被覆盖率，并满足城乡道路硬化以及河流护岸要求，人们开始研究大孔隙混凝土，以期大孔隙混凝土同时满足两种功能：一是有一定的强度，满足实际工程对混凝土强度的要求；二是混凝土自身存在一定比例的孔隙，具有透水、透气性能，地表水和混凝土底部土壤中的水分可以进行循环。这种混凝土内部及表层均可以有动植物生长，即为生态混凝土。但现有生态混凝土中的抗压强度、抗冲刷能力和植生性能多数无法满足绿化及护岸要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种大孔隙卵石生态混凝土，所述混凝土具有比重小、抗压强度高、空隙率高、透水性强和植生性能好的特点。
本发明的另一目的在于提供一种上述大孔隙卵石生态混凝土的现场制备方法，该制备方法工艺简单，施工效率高且产量大。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：一种大孔隙卵石生态混凝土，包括如下重量百分比的原料：粗骨料75-85％；水泥7-12％；矿物掺合料3-6％；水3-6％；外加剂0.3-0.7％；混凝土增效剂0.5-1.3％。
优选的，所述粗骨料为灰岩、花岗岩、火山岩或鹅卵石中的至少两种，所述粗骨料的粒级为20-80mm。
本上述卵石表面光滑、形状各异、磨圆度好，通过卵石类型及粒级的混合得到抗压强度良好、空隙率和透水性较好的混凝土。当粗骨料的粒级过大时，混凝土的抗压强度大幅下降，要保证混凝土具有足够的抗压强度，则需要大幅增加水泥用量，造成成本增加且影响所制混凝土的生态性能；当粗骨料的粒级过小时，所制混凝土的空隙率低、透水性差，进而导致植生性能较差。
优选的，所述矿物掺合料由粉煤灰、矿粉和硅灰中的至少两种混合而成。
优选的，所述混凝土增效剂为CTF增效剂或SJ-D型增效剂。
在发明中，通过添加所述矿物掺合料能够有效改善混凝土的耐久性、抗压强度和抗腐蚀性，并且改善混凝土内部的PH环境使其更适宜植物生长。其中，矿渣能够提高水泥浆体的粘聚性，减少浆体吸水，并且提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能；粉煤灰的掺入可有效降低混凝土的碱度；硅灰的加入有利于提高混混凝土的抗压强度。所述混凝土增效剂能够改善混凝土的和易性、耐久性和保水效果，并且提升混凝土的强度。
优选的，所述外加剂为改性聚羧酸减水剂，所述外加剂的制备包括如下步骤：
S1、在氮气氛围下，将摩尔比为0.2-0.4：1的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸钠加水溶解，搅拌升温至70-80℃；
S2、分别滴加引发剂，丙烯酸与端羟基超支化聚合物的混合溶液，进行3-5h的聚合反应；
S3、步骤S2的聚合反应结束后，降低温度至室温，加入氢氧化钠溶液调节PH至中性，即得到所述改性聚羧酸减水剂。
更优选的，所述引发剂为过硫酸钠溶液，所述引发剂与甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为0.2-0.4：1。
更优选的，所述丙烯酸、端羟基超支化聚合物以及甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为11-14：1-3：2。
其中，所述端羟基超支化聚合物的制备包括如下步骤：
A、在氮气氛围下，将0.1-0.12mol三乙醇胺和8-12ml甲醇加入至三口烧瓶中搅拌20-40min，然后滴加0.1-0.13mol丙烯酸甲酯，升温至30-40℃反应4-5h，在60-65℃、60-80rpm条件下通过旋蒸仪去除溶剂甲醇，得到AB2单体；
B、将步骤A所得的AB2单体、0.02-0.03mol三羟甲基丙烷和0.1-0.12g对甲苯磺酸混合搅拌，并且升温至110-130℃反应3-4h，反应结束后再次旋蒸去除溶剂，即得到上述的端羟基超支化聚合物。
在上述外加剂的制备方法中，通过在聚羧酸减水剂的聚合反应中引入端羟基超支化聚合物制得所述改性聚羧酸减水剂的空间位阻效应明显增强，使该减水剂分散性提高，能够延缓水泥浆体的水化，与上述混凝土增效剂复掺使用分散效果好，使水泥水化程度和强度提高，同时，有利于改善混凝土的孔结构，提高混凝土的长期耐久性能。
本发明的另一目的通过如下技术方案实现：所述大孔隙卵石生态混凝土的现场制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述原料配比将水泥、矿物掺合料和水分成两批加入，首先将粗骨料和一半的水投入到搅拌机中搅拌20-30s，再加入一半的水泥和矿物掺合料预搅拌30-60s；
(2)再将余下的水泥、矿物掺合料、水以及外加剂和混凝土增效剂加入搅拌30-60s；
(3)经步骤(2)后，继续搅拌3-5min，出料即得到可浇筑施工的大孔隙卵石生态混凝土。
优选的，所述步骤(2)中，混凝土在最表层浇筑时加入生态团，所述生态团是由纱网包裹天然有机基质、营养肥料和植物种子得到的。
更优选的，所述天然有机基质为农作物秸秆、木屑、玉米芯、稻壳、蔗渣和锯末屑中的至少一种；所述植物种子为耐碱植物种子。
本发明所述大孔隙卵石生态混凝土的制备方法操作简单、时间短，在施工现场快速拌合后即可浇筑，制备效率高且产量大。为了改善大孔隙卵石混凝土内部的碱性环境，使其更适合植物的生长，在浇筑最表层时在混凝土中加入生态团，所述生态团的直径为1-3cm，所述生态团中的天然有机基质为农作物秸秆、木屑、玉米芯、稻壳、蔗渣和锯末屑等农业废弃物，农业废弃物腐烂后会释放出一种弱酸性物质也有利于改善大孔隙卵石生态混凝土的生态环境，并通过营养肥料为植物生长提供所需营养成分。由于混凝土内部为偏碱性环境，在本发明中所述植物种子优选为碱地肤、羊草、星星草等耐碱植物种子，更利于植物的存活和生长。
本发明的有益效果在于：本发明所述大孔隙卵石生态混凝土具有比重小、抗压强度高、空隙率高、透水性强和植生性能好的特点，该混凝土的现场制备方法操作简单、时间短、效率高且产量大，浇筑成型后所述混凝土的耐久性好、抗冲刷能力强，并且适宜植物生长。将所述混凝土作为护岸材料进行河道治理，即可以满足防洪冲标准要求，降低河道治理成本；又有利于绿化环境，构建能透水、透气、生长植物的生态防护平台，实现植生及生态功能。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种大孔隙卵石生态混凝土，包括如下重量百分比的原料：粗骨料75％；水泥12％；矿物掺合料6％；水6％；外加剂0.4％；混凝土增效剂0.6％。
在实施例中，所述粗骨料为灰岩和鹅卵石的混合料，所述粗骨料的粒级为20-40mm。
所述矿物掺合料由粉煤灰与硅灰混合而成，质量比为1:0.8。
所述混凝土增效剂为SJ-D型增效剂。
所述外加剂为改性聚羧酸减水剂，所述外加剂的制备包括如下步骤：
S1、在氮气氛围下，将摩尔比为0.2：1的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸钠加水溶解，搅拌升温至70℃；
S2、分别滴加引发剂、丙烯酸与端羟基超支化聚合物的混合溶液，进行3h的聚合反应；
S3、步骤S2的聚合反应结束后，降低温度至室温，加入氢氧化钠溶液调节PH至中性，即得到所述改性聚羧酸减水剂。
所述引发剂为过硫酸钠溶液，所述引发剂与甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为0.2：1。
所述丙烯酸、端羟基超支化聚合物以及甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为11：1：2。
其中，所述端羟基超支化聚合物的制备包括如下步骤：
C、在氮气氛围下，将0.1mol三乙醇胺和8ml甲醇加入至三口烧瓶中搅拌20min，然后滴加0.1mol丙烯酸甲酯，升温至30℃反应5h，在60℃、60rpm条件下通过旋蒸仪去除溶剂甲醇，得到AB2单体；
D、将步骤A所得的AB2单体、0.02mol三羟甲基丙烷和0.1g对甲苯磺酸混合搅拌，并且升温至110℃反应3h，反应结束后再次旋蒸去除溶剂，即得到上述的端羟基超支化聚合物。
所述大孔隙卵石生态混凝土的现场制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述原料配比将水泥、矿物掺合料和水分成两批加入，首先将粗骨料和一半的水投入到搅拌机中搅拌20s，再加入一半的水泥和矿物掺合料预搅拌30s；
(2)再将余下的水泥、矿物掺合料、水以及外加剂和混凝土增效剂加入搅拌30s；
(3)经步骤(2)后，继续搅拌3min，出料即得到可浇筑施工的大孔隙卵石生态混凝土。
在本实施例中，所述步骤(2)的混凝土在最表层浇筑时加入生态团，所述生态团是由纱网包裹玉米秸秆、营养肥料和羊草种子得到的，所述生态团的直径为1cm。
实施例2
一种大孔隙卵石生态混凝土，包括如下重量百分比的原料：粗骨料82％；水泥10％；矿物掺合料3.5％；水3％；外加剂0.6％；混凝土增效剂0.9％。
在实施例中，所述粗骨料为花岗岩和火山岩的混合料，所述粗骨料的粒级为40-60mm。
所述矿物掺合料由粉煤灰和矿粉混合而成，质量比为1:0.7。
所述混凝土增效剂为CTF增效剂。
所述外加剂为改性聚羧酸减水剂，所述外加剂的制备包括如下步骤：
S1、在氮气氛围下，将摩尔比为0.3：1的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸钠加水溶解，搅拌升温至75℃；
S2、分别滴加引发剂、丙烯酸与端羟基超支化聚合物的混合溶液，进行4h的聚合反应；
S3、步骤S2的聚合反应结束后，降低温度至室温，加入氢氧化钠溶液调节PH至中性，即得到所述改性聚羧酸减水剂。
所述引发剂为过硫酸钠溶液，所述引发剂与甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为0.3：1。
所述丙烯酸、端羟基超支化聚合物以及甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为12：2：2。
其中，所述端羟基超支化聚合物的制备包括如下步骤：
E、在氮气氛围下，将0.1mol三乙醇胺和10ml甲醇加入至三口烧瓶中搅拌30min，然后滴加0.12mol丙烯酸甲酯，升温至35℃反应4h，在60℃、70rpm条件下通过旋蒸仪去除溶剂甲醇，得到AB2单体；
F、将步骤A所得的AB2单体、0.025mol三羟甲基丙烷和0.1g对甲苯磺酸混合搅拌，并且升温至120℃反应4h，反应结束后再次旋蒸去除溶剂，即得到上述的端羟基超支化聚合物。
所述大孔隙卵石生态混凝土的现场制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述原料配比将水泥、矿物掺合料和水分成两批加入，首先将粗骨料和一半的水投入到搅拌机中搅拌30s，再加入一半的水泥和矿物掺合料预搅拌40s；
(2)再将余下的水泥、矿物掺合料、水以及外加剂和混凝土增效剂加入搅拌40s；
(3)经步骤(2)后，继续搅拌4min，出料即得到可浇筑施工的大孔隙卵石生态混凝土。
在本实施例中，所述步骤(2)的混凝土在最表层浇筑时加入生态团，所述生态团是由纱网包裹稻壳、蔗渣、营养肥料和碱地肤种子得到的，所述生态团的直径为2cm。
实施例3
一种大孔隙卵石生态混凝土，包括如下重量百分比的原料：粗骨料80％；水泥8％；矿物掺合料5％；水5％；外加剂0.7％；混凝土增效剂1.3％。
在实施例中，所述粗骨料为灰岩、花岗岩和鹅卵石的混合料，所述粗骨料的粒级为20-80mm。
所述矿物掺合料由粉煤灰和矿粉混合而成，质量比为1：0.7。
所述混凝土增效剂为CTF增效剂。
所述外加剂为改性聚羧酸减水剂，所述外加剂的制备包括如下步骤：
S1、在氮气氛围下，将摩尔比为0.3：1的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸钠加水溶解，搅拌升温至80℃；
S2、分别滴加引发剂、丙烯酸与端羟基超支化聚合物的混合溶液，进行4h的聚合反应；
S3、步骤S2的聚合反应结束后，降低温度至室温，加入氢氧化钠溶液调节PH至中性，即得到所述改性聚羧酸减水剂。
所述引发剂为过硫酸钠溶液，所述引发剂与甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为0.3：1。
所述丙烯酸、端羟基超支化聚合物以及甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为13：3：2。
其中，所述端羟基超支化聚合物的制备包括如下步骤：
G、在氮气氛围下，将0.1mol三乙醇胺和10ml甲醇加入至三口烧瓶中搅拌20-40min，然后滴加0.12mol丙烯酸甲酯，升温至35℃反应5h，在60℃、60rpm条件下通过旋蒸仪去除溶剂甲醇，得到AB2单体；
H、将步骤A所得的AB2单体、0.03mol三羟甲基丙烷和0.1g对甲苯磺酸混合搅拌，并且升温至120℃反应4h，反应结束后再次旋蒸去除溶剂，即得到上述的端羟基超支化聚合物。
所述大孔隙卵石生态混凝土的现场制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述原料配比将水泥、矿物掺合料和水分成两批加入，首先将粗骨料和一半的水投入到搅拌机中搅拌30s，再加入一半的水泥和矿物掺合料预搅拌60s；
(2)再将余下的水泥、矿物掺合料、水以及外加剂和混凝土增效剂加入搅拌60s；
(3)经步骤(2)后，继续搅拌4min，出料即得到可浇筑施工的大孔隙卵石生态混凝土。
在本实施例中，所述步骤(2)的混凝土在最表层浇筑时加入生态团，所述生态团是由纱网包裹木屑、营养肥料和星星草种子得到的，所述生态团的直径为2cm。
实施例4
一种大孔隙卵石生态混凝土，包括如下重量百分比的原料：粗骨料85％；水泥7％；矿物掺合料3％；水3.5％；外加剂0.5％；混凝土增效剂1％。
在实施例中，所述粗骨料为花岗岩和火山岩的混合料，所述粗骨料的粒级为60-80mm。
所述矿物掺合料由粉煤灰、矿粉和硅灰混合而成，质量比为0.5:0.3:0.2。
所述混凝土增效剂为SJ-D型增效剂。
所述外加剂为改性聚羧酸减水剂，所述外加剂的制备包括如下步骤：
S1、在氮气氛围下，将摩尔比为0.4：1的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸钠加水溶解，搅拌升温至80℃；
S2、分别滴加引发剂、丙烯酸与端羟基超支化聚合物的混合溶液，进行5h的聚合反应；
S3、步骤S2的聚合反应结束后，降低温度至室温，加入氢氧化钠溶液调节PH至中性，即得到所述改性聚羧酸减水剂。
所述引发剂为过硫酸钠溶液，所述引发剂与甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为0.4：1。
所述丙烯酸、端羟基超支化聚合物以及甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为14：3：2。
其中，所述端羟基超支化聚合物的制备包括如下步骤：
I、在氮气氛围下，将0.12mol三乙醇胺和12ml甲醇加入至三口烧瓶中搅拌40min，然后滴加0.13mol丙烯酸甲酯，升温至40℃反应5h，在65℃、80rpm条件下通过旋蒸仪去除溶剂甲醇，得到AB2单体；
J、将步骤A所得的AB2单体、0.03mol三羟甲基丙烷和0.12g对甲苯磺酸混合搅拌，并且升温至130℃反应4h，反应结束后再次旋蒸去除溶剂，即得到上述的端羟基超支化聚合物。
所述大孔隙卵石生态混凝土的现场制备方法，包括如下步骤：
(1)按上述原料配比将水泥、矿物掺合料和水分成两批加入，首先将粗骨料和一半的水投入到搅拌机中搅拌30s，再加入一半的水泥和矿物掺合料预搅拌60s；
(2)再将余下的水泥、矿物掺合料、水以及外加剂和混凝土增效剂加入搅拌60s；
(3)经步骤(2)后，继续搅拌5min，出料即得到可浇筑施工的大孔隙卵石生态混凝土。
在本实施例中，所述步骤(2)的混凝土在最表层浇筑时加入生态团，所述生态团是由纱网包裹玉米芯、稻壳、营养肥料和碱地肤种子得到的，所述生态团的直径为3cm。
对比例1
对比例1与实施例3的区别在于：对比例1采用市售聚羧酸高性能减水剂HH-6标准型替代实施例2的外加剂。
对比例2
对比例2与实施例3的区别在于：对比例2采用HY-ZX05增效剂替代实施例2的混凝土增效剂。
对比例3
对比例3与实施例3的区别在于：对比例3不加入矿物掺合料。
将上述实施例1-4和对比例1-3制得的大孔隙卵石生态混凝土进行性能测试，采用GB/T17671—1999标准进行混凝土的抗压强度测试。透水性能测试采用如下方法：选一段直径30cm的PVC管，在管内浇筑30cm高的混凝土，养护7天后，在管内装满水进行透水性试验，试验开始时，先提起PVC管，当管内水面下降到开始计时水位线时计时，水面下降到终止计时水位线时停止计时，记下时间差△t，开始计时水位线和终止计时水位线之间的高度差为30cm，渗透系数k＝L/△t，其中，L-----渗径长度。采用灌水法测量大孔隙卵石生态混凝土空隙率，空隙率为混凝土中的空隙体积V0占混凝土总体积V的百分率，即e＝(V0/V)*100％。所述混凝土内部的PH值采用自来水浸泡混凝土试件来模拟雨水一次次循环浸泡冲刷，具体试验过程如下：将成型试件48小时拆模后即放入清水中浸泡，浸泡7天后测量水的pH值，然后把水换掉重新浸泡7天，再测量水的pH值，以此类推测到第44天，共6次。实施例1-4和对比例1-3的测试结果如下表所示。
Figure BDA0003175453150000081
Figure BDA0003175453150000091
由以上数据表对比可知，实施例1-4所制得的混凝土的抗压强度均大于11.5MPa，空隙率大于25％，能够满足植物生长对空隙的要求，经模拟雨水浸泡冲刷试验，混凝土的内部PH依然呈现为碱性，但PH有所降低，适宜耐碱植物的生长。由对比例1、对比例2和实施例3的实验结果对比可知，本发明制备的改性聚羧酸减水剂和CTF增效剂复掺使用使得实施例3的混凝土的抗压强度显著提升。从对比例3的结果说明矿物掺合料对提高混凝土的抗压强度有所作用，并且能够改善混泥土的孔隙结构和内部PH环境，使得所述混凝土的生态性能有所改善。综上所述，本发明所述大孔隙卵石生态混凝土空隙率高、透水性能好、具有较好的抗压强度、耐冲刷和耐久性能，作为一种新型的护岸材料既能满足护坡的力学性能标准要求，又满足河道边坡的生态平衡要求，兼具美观和功能性，具有广阔的应用前景和实用价值。
上述的具体实施例是对本发明技术方案和有益效果的进一步说明，并非对实施方式的限定。对本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大孔隙卵石生态混凝土，其特征在于：包括如下重量百分比的原料：粗骨料75-85%；水泥7-12%；矿物掺合料3-6%；水3-6%；外加剂0.3-0.7%；混凝土增效剂0.5-1.3%；
所述外加剂为改性聚羧酸减水剂，所述外加剂的制备包括如下步骤：
S1、在氮气氛围下，将摩尔比为0.2-0.4：1的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸钠加水溶解，搅拌升温至70-80℃；
S2、分别滴加引发剂，丙烯酸与端羟基超支化聚合物的混合溶液，进行3-5h的聚合反应；
S3、步骤S2的聚合反应结束后，降低温度至室温，加入氢氧化钠溶液调节PH至中性，即得到所述改性聚羧酸减水剂；
所述引发剂为过硫酸钠溶液，所述引发剂与甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为0.2-0.4：1；
所述丙烯酸、端羟基超支化聚合物以及甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比为11-14：1-3：2。
2.根据权利要求1所述的一种大孔隙卵石生态混凝土，其特征在于：所述粗骨料为灰岩、花岗岩、火山石或鹅卵石中的至少两种，所述粗骨料的粒级为20-80mm。
3.根据权利要求1所述的一种大孔隙卵石生态混凝土，其特征在于：所述矿物掺合料由粉煤灰、矿粉和硅灰中的至少两种混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种大孔隙卵石生态混凝土，其特征在于：所述混凝土增效剂为CTF增效剂或SJ-D型增效剂。
5.如权利要求1-4中任一项所述大孔隙卵石生态混凝土的现场制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
按上述原料配比将水泥、矿物掺合料和水分成两批加入，首先将粗骨料和一半的水投入到搅拌机中搅拌20-30s，再加入一半的水泥和矿物掺合料预搅拌30-60s；
再将余下的水泥、矿物掺合料、水以及外加剂和混凝土增效剂加入搅拌30-60s；
经步骤（2）后，继续搅拌3-5min，出料即得到可浇筑施工的大孔隙卵石生态混凝土。
6.根据权利要求5所述的一种大孔隙卵石生态混凝土的现场制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，混凝土在最表层浇筑时加入生态团，所述生态团是由纱网包裹天然有机基质、营养肥料和植物种子得到的。
7.根据权利要求6所述的一种大孔隙卵石生态混凝土的现场制备方法，其特征在于：所述天然有机基质为农作物秸秆、木屑、玉米芯、稻壳、蔗渣和锯末屑中的至少一种；所述植物种子为耐碱植物种子。
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