CN115849832A - 一种高透水性能水泥基预制砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高透水性能水泥基预制砖及其制备方法，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为(0.1‑0.5):1。本发明中以植物秸秆纤维为载体制备高吸水纤维骨架，在水泥基体中引入中空结构的高吸水纤维骨架，一方面秸秆纤维的骨架结构有助于提高水泥基体的强度，另一方面中空结构的纤维骨架保持水泥基体的高孔隙率。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土预制技术领域，具体涉及一种高透水性能水泥基预制砖及其制备方法。
背景技术
目前城市道路铺设用的地砖绝大部分为非透水地砖，由于没有透水性能，雨水只能沿城市雨水排泄系统流失，从而直接阻断了雨水向地下的渗透，导致城市地下水源得不到补充。
透水砖作为海绵城市建设的重要组成部分，能够吸收、蓄积、渗透、净化雨水，目前为提高透水砖的透水性能，多采用发泡水泥基材料，利用发泡后水泥的多孔结构提高透水性能，但发泡后水泥基体的强度降低，为提高发泡水泥基体的强度一般加入高强度填料，如专利CN113429167A一种适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土及制备方法，玻璃纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维配合使用，可进一步加强混凝土内部的结构强度；专利CN113582628A一种透水混凝土及其制备方法，在粗骨料的表面喷入聚丙烯短纤维。
以上专利中前者采用复合纤维，后者使用聚丙烯短纤维，纤维的引入使得水泥基砖体具有更高的强度，不论是玻璃纤维或聚丙烯纤维均为实心结构，在透水基料中相当于骨料的存在，增加了混凝土的密实程度，孔隙率下降，透水系数降低。
发明内容
针对上述背景技术中的问题，本发明的一个目的在于提供一种高透水性能水泥基预制砖，以植物秸秆纤维为载体制备高吸水纤维骨架，引入中空结构的高吸水纤维骨架，一方面纤维骨架有助于提高水泥基体的强度，另一方面中空结构的纤维骨架保持水泥基体的高孔隙率。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为(0.1-0.5):1。
进一步地，所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:(0.6-1.2)。
进一步地，所述的植物秸秆纤维为长度在10-50mm的纤维段，经由强碱溶液浸泡洗涤干燥获得。
进一步地，所述水泥基料为发泡水泥砂浆混合料。
更进一步地，所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥300-350份、水100-150份、减水剂4-6份、粗骨料320-400份、细骨料300-600份、发泡剂5-20份。
本发明的另一目的在于，提供一种高透水性能水泥基预制砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)植物秸秆纤维预处理：
将植物秸秆纤维去皮、去芯处理，切10-50mm的小段，置于质量浓度为10-15％NaOH溶液中浸泡24～48h，经自来水洗涤后，再烘干；
(2)将高吸水树脂粉末置于容器内，边搅拌边加入含粘结剂的水溶液，至高吸水树脂粉末的体积膨胀至4-6倍，得到膨胀后的高吸水树脂颗粒；
(3)将烘干后的植物秸秆纤维小段置于质量浓度为1-5mol/L的偶联剂溶液中，搅拌分散后，加入膨胀后的高吸水树脂颗粒，边搅拌混合边升温，搅拌至呈粘着状态，取出获得负载高吸水树脂颗粒的植物秸秆纤维；
(4)将步骤(3)负载高吸水树脂颗粒的植物秸秆纤维置于140-200℃条件下加热处理20-40min，使表面的高吸水树脂颗粒呈微失水状态，得到高吸水纤维骨料；
(5)将高吸水纤维骨料加入到水泥基料中，混匀后浇筑至模具内，经振捣、养护成型后，脱模，制得高透水性能水泥基预制砖。
进一步地，步骤(2)中所述高吸水树脂粉末的粒度为20～60目。
进一步地，步骤(2)中所述粘结剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、水玻璃或聚乙二醇二缩水甘油醚。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
第一，本发明中以植物秸秆纤维为载体制备高吸水纤维骨架，在水泥基体中引入中空结构的高吸水纤维骨架，一方面秸秆纤维的骨架结构有助于提高水泥基体的强度，另一方面中空结构的纤维骨架保持水泥基体的高孔隙率。
第二，本发明中对植物秸秆纤维进行强碱浸泡，去除秸秆内部糖类物质，保留植物秸秆纤维的中空结构，之后将膨胀后的高吸水树脂颗粒负载在植物秸秆的表面，再加入至水泥基体中，高吸水树脂颗粒失水后在水泥基砖体内形成孔隙结构，提高水泥基体的高透水性能。
第三，本发明中负载高吸水树脂颗粒的植物秸秆在加热处理后再加入至水泥基料内，此时高吸水树脂颗粒呈微失水状态，在加入水泥基料后，可参与水泥基料的水化反应，增加高系水骨料与水泥基料的结合强度，提高水泥基预制砖的强度。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明中所述的水泥为普通硅酸盐水泥，具体地，使用硅酸盐水泥P.I 42.5。
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为(0.1-0.5):1。
所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:(0.6-1.2)。
所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥300-350份、水100-150份、减水剂4-6份、粗骨料320-400份、细骨料300-600份、发泡剂5-20份。
高透水性能水泥基预制砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)植物秸秆纤维预处理：
将植物秸秆纤维去皮、去芯处理，切10-50mm的小段，置于质量浓度为15％NaOH溶液中浸泡24～48h，经自来水洗涤后，再烘干；
(2)将20～60目的高吸水树脂粉末置于容器内，边搅拌边加入含粘结剂-聚乙烯醇的水溶液，至高吸水树脂粉末的体积膨胀至4-6倍，得到膨胀后的高吸水树脂颗粒；
(3)将烘干后的植物秸秆纤维小段置于质量浓度为1-5mol/L的偶联剂溶液中，搅拌分散后，加入膨胀后的高吸水树脂颗粒，边搅拌混合边升温，搅拌至呈粘着状态，取出获得负载高吸水树脂颗粒的植物秸秆纤维；
具体地，偶联剂选择使用硅烷偶联剂，如KH550。
(4)将步骤(3)负载高吸水树脂颗粒的植物秸秆纤维置于140-200℃条件下加热处理20-40min，使表面的高吸水树脂颗粒呈微失水状态，得到高吸水纤维骨料；
(5)将高吸水纤维骨料加入到水泥基料中，混匀后浇筑至模具内，经振捣、养护成型后，脱模，制得高透水性能水泥基预制砖。
实施例1
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为0.1:1。
所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:0.6。
所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥350份、水150份、减水剂6份、粗骨料380份、细骨料400份、发泡剂10份。
实施例2
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为0.2:1。
所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:0.6。
所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥350份、水150份、减水剂6份、粗骨料380份、细骨料400份、发泡剂10份。
实施例3
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为0.4:1。
所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:0.6。
所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥350份、水150份、减水剂6份、粗骨料380份、细骨料400份、发泡剂10份。
实施例4
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为0.5:1。
所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:0.6。
所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥350份、水150份、减水剂6份、粗骨料380份、细骨料400份、发泡剂10份。
实施例5
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为0.4:1。
所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:0.8。
所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥350份、水150份、减水剂6份、粗骨料380份、细骨料400份、发泡剂10份。
实施例6
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为0.4:1。
所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:1。
所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥350份、水150份、减水剂6份、粗骨料380份、细骨料400份、发泡剂10份。
实施例7
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为0.4:1。
所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:1.2。
所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥350份、水150份、减水剂6份、粗骨料380份、细骨料400份、发泡剂10份。
对比例1
一种高透水性能水泥基预制砖，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为0.8:1。
所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:0.6。
所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥350份、水150份、减水剂6份、粗骨料380份、细骨料400份、发泡剂10份。
对比例2
一种高透水性能水泥基预制砖，包括由水泥350份、水150份、减水剂6份、粗骨料380份、细骨料400份、发泡剂10份组成的水泥基料；还包括170份高吸水树脂粉末、350份植物秸秆纤维。
性能测试：
分别测试实施例1-7以及对比例1、对比例2所制备的高透水性能水泥基预制砖的抗压强度、透水率，根据GB/T50081-2010《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度检测。透水系数采用定水头法进行测试。试验结果见表1。
表1预制墙板的性能试验结果
实施例1-7与对比例2相比，采用本发明方法制备的水泥基预制砖的透水系统、抗压强度优于对比例2直接一步法制备的水泥基预制砖。实施例1-4所示本发明高吸水骨料与水泥基料的质量比分别为0.1:1、0.2:1、0.4:1、0.5:1，实施例3所制备的水泥基预制砖抗压强度、透水系数最佳，随着高吸水骨料的增加，制备的水泥基预制砖的性能有所降低，对比例1中高吸水骨料增加至0.8:1时，制备的水泥基预制砖的抗压性能大幅度降低，分析是因为高吸水组分增大，导致骨料与水泥基料内物料发生相分离，水泥性能大幅度降低。
从表1中的数据可以看出，本发明实施例3与5-7所示本发明高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:0.6、1:0.8、1:1、1:1.2，随着高吸水纤维骨架中高吸水树脂颗粒的增加，透水系数逐渐增加，但因过多高吸水树脂颗粒的引入抗压强度却随之降低，但总体上本发明实施例1-7制备的水泥基预制砖的透水系数、抗压强度优异。
总结
本发明中以植物秸秆纤维为载体制备高吸水纤维骨架，在水泥基体中引入中空结构的高吸水纤维骨架，一方面秸秆纤维的骨架结构有助于提高水泥基体的强度，另一方面中空结构的纤维骨架保持水泥基体的高孔隙率。
本发明中对植物秸秆纤维进行强碱浸泡，去除秸秆内部糖类物质，保留植物秸秆纤维的中空结构，之后将膨胀后的高吸水树脂颗粒负载在植物秸秆的表面，再加入至水泥基体中，高吸水树脂颗粒失水后在水泥基砖体内形成孔隙结构，提高水泥基体的高透水性能。
本发明中负载高吸水树脂颗粒的植物秸秆在加热处理后再加入至水泥基料内，此时高吸水树脂颗粒呈微失水状态，在加入水泥基料后，可参与水泥基料的水化反应，增加高系水骨料与水泥基料的结合强度，提高水泥基预制砖的强度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (8)
1.一种高透水性能水泥基预制砖，其特征在于，包括水泥基料及高吸水纤维骨架，所述高吸水限位骨架是以植物秸秆纤维为载体，原位负载高吸水树脂颗粒制成；
所述高吸水纤维骨架与水泥基料的质量比为(0.1-0.5):1。
2.根据权利要求1所述的一种高透水性能水泥基预制砖，其特征在于，所述高吸水纤维骨架中植物秸秆纤维与高吸水树脂颗粒的质量比为1:(0.6-1.2)。
3.根据权利要求1所述的一种高透水性能水泥基预制砖，其特征在于，所述的植物秸秆纤维为长度在10-50mm的纤维段，经由强碱溶液浸泡洗涤干燥获得。
4.根据权利要求1所述的一种高透水性能水泥基预制砖，其特征在于，所述水泥基料为发泡水泥砂浆混合料。
5.根据权利要求4所述的一种高透水性能水泥基预制砖，其特征在于，所述发泡水泥砂浆混合料包括水泥300-350份、水100-150份、减水剂4-6份、粗骨料320-400份、细骨料300-600份、发泡剂5-20份。
6.一种高透水性能水泥基预制砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)植物秸秆纤维预处理：
将植物秸秆纤维去皮、去芯处理，切10-50mm的小段，置于质量浓度为10-15％NaOH溶液中浸泡24～48h，经自来水洗涤后，再烘干；
(2)将高吸水树脂粉末置于容器内，边搅拌边加入含粘结剂的水溶液，至高吸水树脂粉末的体积膨胀至4-6倍，得到膨胀后的高吸水树脂颗粒；
(3)将烘干后的植物秸秆纤维小段置于质量浓度为1-5mol/L的偶联剂溶液中，搅拌分散后，加入膨胀后的高吸水树脂颗粒，边搅拌混合边升温，搅拌至呈粘着状态，取出获得负载高吸水树脂颗粒的植物秸秆纤维；
(4)将步骤(3)负载高吸水树脂颗粒的植物秸秆纤维置于140-200℃条件下加热处理20-40min，使表面的高吸水树脂颗粒呈微失水状态，得到高吸水纤维骨料；
(5)将高吸水纤维骨料加入到水泥基料中，混匀后浇筑至模具内，经振捣、养护成型后，脱模，制得高透水性能水泥基预制砖。
7.根据权利要求6所述的一种轻质隔音预制墙板的生产方法，其特征在于，步骤(2)中所述高吸水树脂粉末的粒度为20～60目。
8.根据权利要求6所述的一种轻质隔音预制墙板的生产方法，其特征在于，步骤(2)中所述粘结剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、水玻璃或聚乙二醇二缩水甘油醚。
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