CN115819036B - 植生混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种植生混凝土及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：(1)将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、石子、减水剂、降碱剂和水投入搅拌机中，搅拌均匀，得到植生混凝土试块；(2)将所述植生混凝土试块放入二氧化碳养护箱内进行养护。其中，所述水为二氧化碳纳米气泡水，所述降碱剂的制备方法包括：以硅质材料和碱溶液为原料，混合均匀后，烘干得羟基活化的硅质材料；将所述羟基活化的硅质材料和偶联剂混合，在100～160℃下焙烧2～3h。通过该制备方法制得的植生混凝土可以明显降低混凝土的碱度，增加抗压强度，同时大量利用二氧化碳，为实现碳中和目标提供了一种途径。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种植生混凝土及其制备方法。
背景技术
植生混凝土主要由粗骨料、胶凝材料、外加剂和水等按比例调配拌合而成。植生混凝土孔隙率一般能达到20％～30％左右，且以连通孔隙和半连通孔隙为主。可通过渗透方式往孔隙内灌入孔隙基质，为植物提供了透水、透气的生长空间，使得植物根系能够穿透混凝土层扎入下方土体，为整个植生混凝土体系增强加筋效果。
然而，混凝土内部为强碱性，pH一般都在10以上，无法满植物的生长需求。为了降低混凝土内部的碱度。华南理工大学的胡春明、胡勇有、虢清伟等(2006)研究了蜡封方法对植生混凝土孔隙环境碱度的影响，试验结果表明：蜡封方法简单、有效、实用，处理后的植生混凝土孔隙环境pH值较未处理的植生混凝土低0.5～1个单位。但蜡封方法是在混凝土成型后再加工，无法在混凝土制备过程中完成，增加了施工工艺，实际应用较少。现有技术中虽然公开了可以通过添加降碱剂从而降低混凝土的碱度，但会对混凝土的强度性能造成一定影响。
温室气体CO2的排放导致的全球变暖成为广泛关注的话题。每生产1t混凝土产生0.12～0.16t的碳排放。在混凝土中采用二氧化碳矿化养护可以提高混凝土的力学性能，但由于CO2气体在混凝土中的渗透过程较慢，效果还有待进一步提高。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植生混凝土及其制备方法，通过该制备方法制得的植生混凝土可以明显降低混凝土的碱度，增加抗压强度，同时大量利用二氧化碳，为实现碳中和目标提供了一种途径。
具体而言，本发明首先提供了一种植生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、石子、减水剂、降碱剂和水投入搅拌机中，搅拌均匀，得到植生混凝土试块；
(2)将所述植生混凝土试块放入二氧化碳养护箱内进行养护；
其中，所述水为二氧化碳纳米气泡水，
所述降碱剂的制备方法包括：以硅质材料和碱溶液为原料，混合均匀后，烘干得羟基活化的硅质材料；将所述羟基活化的硅质材料和偶联剂混合，在100～160℃下焙烧2～3h；所述偶联剂选自聚甲基氢硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、十六烷基三甲氧基硅烷、乙氧基三甲基硅烷、六甲基二硅氧烷中的一种或几种。
添加降碱剂虽然可以降低植生混凝土的碱度，但会对混凝土的强度性能造成一定影响。本发明的发明人经过大量的实验摸索，发现通过添加特定的降碱剂，可以实现基本不降低混凝土强度的技术效果，并进一步复配纳米气泡水拌合、后期碳化养护的制备工艺，该降碱剂可以在植生混凝土表面形成防水透气膜，这种膜既可以防止混凝土中碱性的渗出，还能方便后期二氧化碳的进入，促进碳化养护，提高二氧化碳的固化率，从而可制备得到一种具有低碱度且高抗压强度的植生混凝土。
作为优选，步骤(1)中，以重量份计，所述水泥为120～170份、所述粉煤灰为15～30份、所述矿粉为25～40份、所述硅灰为5～20份、所述石子为1400～1700份、所述水为40～80份、所述减水剂为3～6份、所述降碱剂为0.5～3份。
作为优选，所述二氧化碳纳米气泡水按照中国专利CN202210203705.8中公开的制备方法获得。为节省篇幅，仅引用于此，但上述专利中所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
作为优选，所述硅质材料为石英、高岭土、滑石、云母、硅砂、硅灰石、石棉、叶蜡石的一种或几种；更优选所述硅质材料的粒径小于200目。
作为优选，所述碱溶液选自氢氧化钠水溶液、碳酸氢氨水溶液、氨水中的一种或几种；更优选所述碱溶液的浓度为10～20％，所述硅质材料与所述碱溶液的质量比为10：(1～10)，更优选质量比为10：(1～5)。
本发明中，采用上述硅质材料、及上述碱溶液更有利于制备高隔绝效果的降碱剂。
作为优选，所述偶联剂以偶联剂稀释液的形式加入；
进一步优选的，所述偶联剂稀释液为偶联剂的乙醇水溶液，按质量比计，在所述偶联剂稀释液中，乙醇：水：偶联剂为1：8：1。
作为优选，所述羟基活化的硅质材料与所述偶联剂的质量比为1：(0.01～0.1)，更优选为1：(0.03～0.1)。当所述羟基活化的硅质材料与所述偶联剂的质量比为1：(0.03～0.1)时，效果最佳。
作为优选，所述烘干在120～140℃下进行。
作为优选，所述石子的粒径为3～25mm。
作为优选，步骤(2)中，所述养护的条件为温度20～60℃，相对湿度为40％～80％，二氧化碳浓度为20％～60％。
本发明还提供一种植生混凝土，其通过上述的制备方法制备得到。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种植生混凝土及其制备方法，通过该制备方法制得的植生混凝土可以明显降低混凝土的碱度，增加抗压强度，同时大量利用二氧化碳，为实现碳中和目标提供了一种途径，技术经济效益和社会效益显著。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所做的修改或替换，均属于本发明的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所有试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
以下实施例所用水为二氧化碳纳米气泡水，请参见中国专利CN202210203705.8中实施例5制备的气泡水。
实施例1
本实施例提供一种植生混凝土，其配方如下表1：
表1混凝土的原料配合比(kg/m3)
| 编号 | 水泥 | 粉煤灰 | 矿粉 | 硅灰 | 石子 | 水 | 减水剂 | 降碱剂 |
| T | 152 | 22 | 33 | 13 | 1655 | 57 | 4.8 | 1.0 |
其制备方法如下：
(1)按照表1配合比，将水泥(P.I 42.5水泥)、粉煤灰、矿粉、硅灰、石子(5～20mm石灰岩骨料)、减水剂(聚羧酸)、降碱剂和水(二氧化碳纳米气泡水)投入搅拌机中，搅拌均匀，得到混合料；将所得混合料倒入模具中，1天后脱模得到试块；
所述降碱剂的制备步骤如下：将50kg高岭土(1000目)和30kg氢氧化钠水溶液(浓度为10％)投入反应釜中，搅拌均匀后得到羟基活化的高岭土；将50kg所述羟基活化的高岭土和15kg十六烷基三甲氧基硅烷乙醇水溶液(乙醇：水：偶联剂＝1：8：1)加入反应釜中，在120℃下焙烧2h，即得。
(2)将所述植生混凝土试块在二氧化碳养护箱内养护28d制成植生混凝土，所述养护的条件为温度40℃，相对湿度为60％，二氧化碳浓度为40％。
对比例1～6
参见表2，本对比例1～6提供一种植生混凝土，其与实施例1的区别在于：是否使用降碱剂，或水选自普通水还是二氧化碳纳米气泡水，或养护选择碳化氧化还是自然氧化。
表2不同处理方法植生混凝土
| 编号 | 降碱剂 | 纳米气泡水 | 碳化养护 |
| 空白样 | 0 | 0 | 0 |
| 实施例1 | 1 | 1 | 1 |
| 对比例1 | 1 | 0 | 0 |
| 对比例2 | 0 | 1 | 0 |
| 对比例3 | 0 | 0 | 1 |
| 对比例4 | 1 | 1 | 0 |
| 对比例5 | 1 | 0 | 1 |
| 对比例6 | 0 | 1 | 1 |
其中，降碱剂为0代表不添加降碱剂，降碱剂为1代表添加降碱剂；纳米气泡水为0代表采用普通水，纳米气泡水为1代表采用纳米气泡水；碳化养护为0代表采用自然养护，碳化养护为1代表采用碳化养护。
对比例7
对比例7与对比例1区别仅在于，制备所述降碱剂的偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷
实施例与对比例的试验结果如下表3，按照DB11/T 775-2021测试方法：
表3不同处理方法植生混凝土强度和pH
| 编号 | 28d抗压强度/MPa | pH值 |
| 空白样 | 13.8 | 11.4 |
| 实施例1 | 15.9 | 7.8 |
| 对比例1 | 13.6 | 8.7 |
| 对比例2 | 14.5 | 9.8 |
| 对比例3 | 14.9 | 9.6 |
| 对比例4 | 14.2 | 8.6 |
| 对比例5 | 14.3 | 8.5 |
| 对比例6 | 15.2 | 9.4 |
| 对比例7 | 8.3 | 9.6 |
通过表3可见，对比对比例1和空白样、对比例2和4、对比例3和5，采用降碱剂可以明显降低混凝土的碱度，但对混凝土的强度有一定的影响。采用二氧化碳纳米气泡水拌合和碳化养护可以增加混凝土的强度，降低碱度的作用较小。综合使用三种方法，即同时采用降碱剂、使用二氧化碳纳米气泡水拌合、碳化养护的实施例1相比空白样强度增加15％，混凝土碱度降低3.6，提升效果明显，同时相比未添加降碱剂的对比例6，不仅可以降低混凝土的碱度，还提升了混凝土的强度。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种植生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、石子、减水剂、降碱剂和水投入搅拌机中，搅拌均匀，得到植生混凝土试块；
（2）将所述植生混凝土试块放入二氧化碳养护箱内进行养护；
其中，所述水为二氧化碳纳米气泡水，
所述降碱剂的制备方法包括：以硅质材料和碱溶液为原料，混合均匀后，烘干得羟基活化的硅质材料；将所述羟基活化的硅质材料和偶联剂混合，在100~160℃下焙烧2~3h；所述偶联剂选自聚甲基氢硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、十六烷基三甲氧基硅烷、乙氧基三甲基硅烷、六甲基二硅氧烷中的一种或几种；所述碱溶液的浓度为10~20%，所述硅质材料与所述碱溶液的质量比为10：（1~10）；所述羟基活化的硅质材料与所述偶联剂的质量比为1：（0.01~0.1）；
步骤（1）中，以重量份计，所述水泥为120~170份、所述粉煤灰为15~30份、所述矿粉为25~40份、所述硅灰为5~20份、所述石子为1400~1700份、所述水为40~80份、所述减水剂为3~6份、所述降碱剂为0.5~3份。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳纳米气泡水按照中国专利CN202210203705.8中公开的制备方法获得。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅质材料选自石英、高岭土、滑石、云母、硅砂、硅灰石、石棉、叶蜡石中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硅质材料的粒径小于200目。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液选自氢氧化钠水溶液、碳酸氢氨水溶液、氨水中的一种或几种。
6.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂以偶联剂稀释液的形式加入。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，按质量比计，在所述偶联剂稀释液中，乙醇：水：偶联剂为1：8：1。
8.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述石子的粒径为3~25mm。
9.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述养护的条件为温度20~60℃，相对湿度为40%~80%，二氧化碳浓度为20%~60%。
10.一种植生混凝土，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。
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