CN113845346B - 一种结合丙烯酸的高透水性混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种结合丙烯酸的高透水性混凝土及其制备方法，属于混凝土制备技术领域。包括以下质量份原料：水泥20‑30份，砂子15‑25份，改性石墨烯3‑5份，矿渣80‑100份，水溶性丙烯酸树脂溶液4‑6份，水40‑60份。制备方法为：将改性石墨烯和水溶性丙烯酸树脂溶液混合，加热搅拌，得到混合物A；将水泥、砂子、矿渣和水混合，搅拌均匀，搅拌均匀，得到混合物B；将混合物A与混合物B混合，即得到结合丙烯酸的高透水性混凝土。该混凝土具有较高的透水性和抗压强度，抗冻性增强，混凝土表面无裂纹。

Description

一种结合丙烯酸的高透水性混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土制备技术领域，具体涉及一种结合丙烯酸的高透水性混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土作为一种路面材料，具有施工简单、路面强度高、稳定性好、耐久性好，养护维修简单等优点。生态透水混凝土系采用水泥、水、透水砼增强剂(胶结材料)掺配高质量的同粒径或间断级配骨料所组成的，并具有一定空隙率的混合材料。将其制成混凝土路面、护坡及其制品时，能取得排水、抗滑、吸音、降噪、渗水效果，可改善地表生态循环，利于行车交通安全，保护生活环境，解决由于大规模现代化城市建设带来的负面影响。
然而，现有透水性混凝土的透水性还是比较差，水分无法及时排出，温度变化较大时混凝土表面就会出现开裂现象，降低使用寿命，而且现有透水性混凝土还存在强度和透水性无法兼具的问题，进一步限制了透水性混凝土的使用范围。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种结合丙烯酸的高透水性混凝土及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
一种结合丙烯酸的高透水性混凝土，包括以下质量份原料：水泥20-30份，砂子15-25份，改性石墨烯3-5份，矿渣80-100份，水溶性丙烯酸树脂溶液4-6份，水40-60份。
进一步地，所述改性石墨烯的制备方法：在膨化石墨中加入浓硫酸、高锰酸钾和过氧化氢，调节pH至中性，进行水热反应，得到含层间水的氧化石墨烯，然后加入四氯化碳和钛酸丁酯，继续水热反应，得到二氧化钛插层氧化石墨烯，即改性石墨烯。
进一步地，所述水溶性丙烯酸树脂溶液浓度为5-6％。
进一步地，所述砂子的粒径为2-3mm，所述矿渣的粒径为6-8mm。
本发明还提供一种结合丙烯酸的高透水性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将改性石墨烯和水溶性丙烯酸树脂溶液混合，加热搅拌，得到混合物A；
将水泥、砂子、矿渣和水混合，搅拌均匀，得到混合物B；
将混合物A与混合物B混合，搅拌均匀，即得到结合丙烯酸的高透水性混凝土。
进一步地，所述加热温度为60-70℃，时间为1-3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明利用钛酸丁酯制备具有二氧化钛插层结构的石墨烯，该插层结构具有不规则孔道，使混凝土在后期使用过程中的水分可以自由流动，避免由于温度的变化导致堆积的水分发生热胀冷缩，进而发生膨胀，使混凝土出现开裂现象。而且，氧化石墨烯自身具有较大的比表面积，在混凝土水化过程中形成许多致密的结构，通过填充水泥基体的孔隙，使水泥水化产物形貌更加致密，从而提高混凝土的强度。
经过改性的石墨烯，不仅减少了团聚现象，而且由于其具有“小尺寸效应”，可充分填补到丙烯酸初期在混凝土表面形成的覆盖膜的孔洞中，进一步起到有效阻隔水和氧气等原子通过的作用，使混凝土表面与空气隔绝，大幅度降低水分从混凝土表面蒸发损失，从而利用混凝土中自身的水分最大限度地完成水化作用，插层结构促进水的流动性，加上丙烯酸自身的疏水性质，使水分均匀分散，提升水化效果。改性石墨烯中的二氧化钛还可以进一步提高覆盖膜的机械性能，防止产生裂纹，稳定性提升。
本发明制备的结合丙烯酸的高透水性混凝土可同时兼具透水性和机械性能，使用范围更广。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
一种结合丙烯酸的高透水性混凝土，包括以下质量份原料：水泥20-30份，砂子15-25份，改性石墨烯3-5份，矿渣80-100份，水溶性丙烯酸树脂溶液4-6份，水40-60份。
所述改性石墨烯的制备方法：
在膨化石墨中加入浓硫酸(质量浓度为98％)充分搅拌(膨化石墨与浓硫酸质量比为1:30)，然后加入高锰酸钾直至全部反应(膨化石墨与高锰酸钾的质量比为1:1)，再加入去离子水，搅拌，混合均匀后加入过氧化氢(膨化石墨与过氧化氢的质量比为1:3)，加入去离子水离心，洗涤至中性，得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯在120-140℃条件下超声处理2h，得到含层间水的氧化石墨烯；在含层间水的氧化石墨烯中加入四氯化碳和钛酸丁酯，在130-140℃条件下水热反应2h，得到二氧化钛插层氧化石墨烯，即改性石墨烯。
所述水溶性丙烯酸树脂溶液浓度为5-6％。
所述砂子的粒径为2-3mm，所述矿渣的粒径为6-8mm。
一种结合丙烯酸的高透水性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将改性石墨烯和水溶性丙烯酸树脂溶液混合，加热搅拌，得到混合物A；
将水泥、砂子、矿渣和水混合，搅拌均匀，得到混合物B；
将混合物A与混合物B混合，搅拌均匀，即得到结合丙烯酸的高透水性混凝土。
进一步地，所述加热温度为60-70℃。
以下实施例中改性石墨烯的制备方法相同，此处不再赘述。
本发明中所涉及到的“份”，没有特殊解释，均为“质量份”。
本发明所用矿渣中的化学组分(质量分数％)：
样品 SiO<sub>2</sub> CaO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO K<sub>2</sub>O 烧失量
矿渣 32.54 37.45 14.78 0.38 8.47 0.28 0.76
本发明所用水泥为P.O 42.5硅酸盐水泥。
实施例1
一种结合丙烯酸的高透水性混凝土，包括以下质量份原料：水泥25份，砂子20份，改性石墨烯4份，矿渣90份，水溶性丙烯酸树脂溶液5份，水50份。
制备方法：
按以上质量称取原料，将改性石墨烯和水溶性丙烯酸树脂溶液混合，在65℃条件下搅拌，得到混合物A；
将水泥、砂子、矿渣和水混合，搅拌均匀，得得到混合物B；
将混合物A与混合物B混合，搅拌均匀，即得到结合丙烯酸的高透水性混凝土。
实施例2
一种结合丙烯酸的高透水性混凝土，包括以下质量份原料：水泥20份，砂子25份，改性石墨烯3份，矿渣80份，水溶性丙烯酸树脂溶液4份，水40份。
制备方法：
按以上质量称取原料，将改性石墨烯和水溶性丙烯酸树脂溶液混合，在70℃条件下搅拌，得到混合物A；
将水泥、砂子、矿渣和水混合，搅拌均匀，得得到混合物B；
将混合物A与混合物B混合，搅拌均匀，即得到结合丙烯酸的高透水性混凝土。
实施例3
一种结合丙烯酸的高透水性混凝土，包括以下质量份原料：水泥30份，砂子15份，改性石墨烯5份，矿渣100份，水溶性丙烯酸树脂溶液6份，水60份。
制备方法：
按以上质量称取原料，将改性石墨烯和水溶性丙烯酸树脂溶液混合，在60℃条件下搅拌，得到混合物A；
将水泥、砂子、矿渣和水混合，搅拌均匀，得得到混合物B；
将混合物A与混合物B混合，搅拌均匀，即得到结合丙烯酸的高透水性混凝土。
对比例1
同实施例1，区别在于，不加改性石墨烯。
对比例2
同实施例1，区别在于，不加水溶性丙烯酸树脂溶液
对比例3
同实施例1，区别在于，将改性石墨烯替换成石墨烯。
试验例1
根据规范CJJ/T135-2009《透水混凝土路面试验规程》将实施例1-3、对比例1-3以及对照组(成分由下述重量份的原料制备而成：玄武岩碎石1400份、粘合剂40份、硅酸盐水泥350份、聚丙烯纤维5份、细骨料35份、水100份)进行性能测试，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003325314010000071
从表1中可以看出，实施例1-3制备的混凝土具有良好的透水性、耐磨性、抗冻性、抗压强度和抗折强度，对比例1由于没有加入改性石墨烯，即没有引入二氧化钛和石墨烯，导致各项性能存在下降趋势；对比例2由于没有引入丙烯酸，导致无法与改性石墨烯进行相互作用，从而导致各项性能也存在下降趋势；对比例3由于石墨烯没有经过改性，故没有相应的插层结构，也没有二氧化钛的引入，所以石墨烯只发挥了其自身的作用，与丙烯酸没有复合作用，导致各项性能也存在下降趋势；相较于对照组来讲，只是普通成分组成的混凝土，各项性能远远弱于实施例1-3制备的混凝土。综上说明，本发明中的各项成分存在相互作用关系，改性石墨烯的使用也取代了一部分水泥的用量，降低了成本，同时，丙烯酸与水泥之间也存在相互作用关系，因而只加入丙烯酸时(对比例1)各项性能也远远强于对照组。
使用实施例1-3制备的混凝土铺设路面28d后，表面无裂纹，经过2个季度(冬季和春季，温差相差30℃)观察测试，地面无开裂现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种结合丙烯酸的高透水性混凝土，其特征在于，包括以下质量份原料：水泥20-30份，砂子15-25份，改性石墨烯3-5份，矿渣80-100份，水溶性丙烯酸树脂溶液4-6份，水40-60份；
所述结合丙烯酸的高透水性混凝土的制备方法包括以下步骤：
将改性石墨烯和水溶性丙烯酸树脂溶液混合，加热搅拌，得到混合物A；
将水泥、砂子、矿渣和水混合，搅拌均匀，得到混合物B；
将混合物A与混合物B混合，搅拌均匀，即得到结合丙烯酸的高透水性混凝土；
所述改性石墨烯的制备方法：在膨化石墨中加入浓硫酸、高锰酸钾和过氧化氢，调节pH至中性，进行水热反应，得到含层间水的氧化石墨烯，然后加入四氯化碳和钛酸丁酯，继续水热反应，得到二氧化钛插层氧化石墨烯，即改性石墨烯。
2.根据权利要求1所述的结合丙烯酸的高透水性混凝土，其特征在于，所述水溶性丙烯酸树脂溶液浓度为5-6％。
3.根据权利要求1所述的结合丙烯酸的高透水性混凝土，其特征在于，所述砂子的粒径为2-3mm，所述矿渣的粒径为6-8mm。
4.根据权利要求1所述的结合丙烯酸的高透水性混凝土，其特征在于，所述加热温度为60-70℃，时间为1-3h。
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