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CN114180898A - 一种再生透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种再生透水混凝土及其制备方法 Download PDF

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CN114180898A
CN114180898A CN202111381146.1A CN202111381146A CN114180898A CN 114180898 A CN114180898 A CN 114180898A CN 202111381146 A CN202111381146 A CN 202111381146A CN 114180898 A CN114180898 A CN 114180898A
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concrete
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黎木平
侯茜茜
彭诗卉
李洁
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Shenzhen Traffic Engineering Test Center Co ltd
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Abstract

本申请涉及混凝土的技术领域，具体公开了一种再生透水混凝土及其制备方法。再生透水混凝土其包括如下重量份的原料：水泥230‑386份、再生粗骨料516‑1411份、碎石0‑1146份、聚羧酸减水剂4‑10份、粉煤灰8‑30份、矿粉4‑18份、硅灰11‑23份、废橡胶颗粒50‑70份、聚丙烯纤维框架材料4‑15份、水40‑70份；其制备方法为：将水泥、废橡胶颗粒、硅灰、聚丙烯纤维框架材料混匀，得到混合物A；将粉煤灰、矿粉混匀，得到混合物B；将剩余原料混合，倒入一半水，混匀，得到混合物C；将三种混合物混匀，倒入其余水，混匀制得。本申请的再生透水混凝土，具有良好的透水性和强度的优点。

Description

一种再生透水混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种再生透水混凝土及其制备方法。
背景技术
海绵城市是为了应对解决当前城市道路排水难等问题提出的新的城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和对应自然灾害等方面具有良好的弹性，下雨时蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放加以利用。因此，透水材料得以推广和使用。
透水混凝土就是透水材料的一种。透水混凝土又称多孔混凝土，是由骨料、水泥、增强剂和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，具有透气、透水、重量轻的特点。作为一种新的环保、生态型道路材料，透水混凝土已越来越受到人们的欢迎。
目前，大多数透水混凝土为了满足自身的透水性能，内部呈疏松多孔设置，导致透水混凝土的承重强度较小，容易损坏。
发明内容
为了提高透水混凝土的抗压强度和抗折强度，本申请提供一种再生透水混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种再生透水混凝土，采用如下技术方案：
一种再生透水混凝土，其包括如下重量份的原料：水泥230-386份、再生粗骨料516-1411份、碎石0-1146份、聚羧酸减水剂4-10份、粉煤灰8-30份、矿粉4-18份、硅灰11-23份、废橡胶颗粒50-70份、聚丙烯纤维框架材料4-15份、水40-70份；
其中，聚丙烯纤维框架材料为采用甲壳素、甲醛与聚丙烯纤维交联得到；且所需甲壳素、甲醛、聚丙烯纤维的重量配比为(6-8)：(110-130)：(1-3)。
通过采用上述技术方案，本申请的再生透水混凝土，通过原料之间的协同作用，在保证透水混凝土透水系数的同时，还增强了透水混凝土的抗压强度和抗折强度。其中，透水系数为26.8-28.6mm/s，7d抗压强度为26.1-36.9MPa，28d抗压强度为44.0-55.7MPa，7d抗折强度为6.82-8.15MPa，28d抗折强度为11.63-13.31MPa。。
水泥、再生粗骨料、碎石、聚羧酸减水剂为混凝土的基础原料，再生粗骨料不仅实现废物利用、节约资源、降低成本，而且通过再生粗骨料与碎石之间的作用，能够使透水混凝土具有较高的透水系数，增大透水混凝土的透水性能。粉煤灰可以改善透水混凝土的流动性、粘聚性，减少水泥的用量。矿粉可以改善混凝土的和易性、干缩性和抗裂性。通过粉煤灰和矿粉的加入，能够增强密实度，增强透水混凝土的抗压强度。硅灰可以代替部分水泥，硅灰应用到透水混凝土的原料中，能够包裹在水泥颗粒的外部，减少水泥因长期透水而出现损坏，能够增强透水混凝土的抗压强度。废橡胶颗粒具有很强的韧性、抗冲击性好、耐久性好等特点，应用到透水混凝土的原料中，不仅实现了废物利用、节约资源与环境，而且还能够增强透水混凝土的抗折强度。
聚丙烯纤维加入能够穿插在透水混凝土的原料中，减少透水混凝土因干缩、温度变化等因素出现裂缝，提高各原料之间的粘结性，能够增强透水混凝土的抗折强度。通过采用甲壳素和甲醛与聚丙烯纤维进行交联反应，形成聚丙烯纤维框架材料，甲壳素具有很强的生物相容性，能够增强聚丙烯纤维在透水混凝土内部的分散性。通过交联反应，能够增强聚丙烯纤维的两端与透水混凝土各原料之间的粘聚力，使聚丙烯纤维在长时间经过透水之后，不易断裂；同时能够形成网状结构，通过聚丙烯纤维和形成的网状结构的双重增强作用，不仅增多了透水混凝土内部的空隙，还能够在保证良好透水性能的同时够提高透水混凝土的抗折强度。
作为优选：其包括如下重量份的原料：水泥250-350份、再生粗骨料630-1300份、碎石320-860份、聚羧酸减水剂6-8份、粉煤灰12-25份、矿粉6-15份、硅灰15-20份、废橡胶颗粒55-65份、聚丙烯纤维框架材料5-9份、水45-65份。
通过采用上述技术方案，通过对水泥、再生粗骨料、碎石、聚羧酸减水剂、粉煤灰、矿粉、硅灰、废橡胶颗粒、聚丙烯纤维框架材料、水的重量配比进行优化，能够在保证良好透水性的同时进一步提高透水混凝土的强度。
作为优选：所述再生粗骨料包括废砖颗粒、废弃混凝土颗粒，且废砖颗粒和废弃混凝土颗粒的重量配比为1：(1-2)。
通过采用上述技术方案，废砖颗粒和废弃混凝土颗粒能够加强透水混凝土的抗压强度，不仅实现废物利用，节约资源与保护环境，还能够减少水泥的用量，降低生产成本。
作为优选：所述水泥和硅灰的重量配比为1：(0.05-0.07)。
硅灰粒径小，能够填充在水泥颗粒之间，增强透水混凝土内部的密实性。硅灰的添加量太多，会使透水混凝土内部太紧实，虽然增强了强度，但是会降低透水性；硅灰的添加量太少，不能较好的包裹水泥颗粒，不能起到较好的增强水泥抗压强度的作用。通过采用上述技术方案，当硅灰和水泥的重量配比在上述范围内，硅灰能够包裹在水泥的外部，增强水泥颗粒的抗压强度，在保证良好透水性能的同时，还能够增强透水混凝土的抗压强度。
作为优选：所述粉煤灰和矿粉的重量配比为1：(0.6-0.8)。
矿粉成本较高，添加量过多，不仅会增加成本，还会对水泥的水化产生影响，不能较好的提高透水混凝土的抗压强度；矿粉添加量过少，不能起到较优的增加透水混凝土抗压强度的作用。通过采用上述技术方案，当粉煤灰和矿粉的重量配比在上述范围内，能够保证良好透水性能的同时，增加透水混凝土的抗压强度。
作为优选：所述废橡胶颗粒为采用高锰酸钾对废橡胶颗粒进行处理的改性废橡胶颗粒。
通过采用上述技术方案，橡胶表面有憎水基团，与水泥颗粒之间的粘结性低，不能很好的增强透水混凝土的强度。通过对废橡胶颗粒进行化学改性，使橡胶表面的憎水基团转化为亲水性基团，能够增强废橡胶颗粒与水泥之间的粘结性，更好的增强透水混凝土的抗折强度。
作为优选：所述水泥和聚丙烯纤维框架材料的重量配比为1：(0.02-0.04)。
聚丙烯纤维框架材料应用到透水混凝土的原料中，能够增强透水混凝土的韧性和强度。聚丙烯纤维框架材料的添加量过多，会提高透水混凝土的透水性能，但是，会使透水混凝土内部孔隙较多，导致透水混凝土的强度降低；聚丙烯纤维框架材料的添加量过少，不能保证透水混凝土良好的透水性能。通过采用上述技术方案，当水泥和聚丙烯纤维框架材料在上述范围内，既能够保持透水混凝土良好的透水性能，还能够提高透水混凝土的抗折强度。
作为优选：所述聚丙烯纤维框架材料为采用氢氧化钠对聚丙烯纤维框架材料进行处理的改性聚丙烯纤维框架材料。
通过采用上述技术方案，透水混凝土长期透水，会影响聚丙烯纤维框架材料在透水混凝土内部的连结性。通过利用氢氧化钠对聚丙烯纤维框架材料进行改性，能够除去聚丙烯纤维表面的蜡质层，在保证不破坏内部聚丙烯纤维的前提下，使聚丙烯纤维表面变的粗糙，使聚丙烯纤维与水泥之间的粘结能力增强；同时使聚丙烯纤维表面形成许多空腔，使水泥进入聚丙烯纤维内，产生互锁效应，进一步增强聚丙烯纤维与水泥之间的粘结性，提高透水混凝土的抗折强度。
第二方面，本申请提供一种再生透水混凝土的制备方法，采用如下技术方案：
一种再生透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1：将水泥、废橡胶颗粒、硅灰、聚丙烯纤维框架材料混合，搅拌均匀，得到混合物A；
S2：将粉煤灰、矿粉混合均匀，得到混合物B；
S3：将再生粗骨料、碎石、聚羧酸减水剂混合，倒入一半重量的水，搅拌均匀，得到混合物C；
S4：将混合物A、混合物B、混合物C混匀，倒入剩下的水，再次混匀，得到再生透水混凝土。
通过采用上述技术方案，首先将水泥、废橡胶颗粒、硅灰、聚丙烯纤维框架材料进行混合，使废橡胶颗粒、聚丙烯纤维框架材料混杂在水泥之间，使硅灰更好的包裹在水泥的外部，增强强度；再将粉煤灰和矿粉进行混合，便于粉煤灰和矿粉混合的更加均匀，便于提高透水混凝土的强度；然后将再生粗骨料、碎石。聚羧酸减水剂、一半重量的水进行混合，便于混合均匀，最后全部混合，并导倒入剩下的水，便于各原料之间混合的更加均匀，在保证透水混凝土具有良好的透水性能的前提下，提高透水混凝土的强度。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、由于本申请中采用聚丙烯纤维框架材料，聚丙烯纤维框架材料能够穿插在透水混凝土的原料之间，不仅使透水混凝土保持良好的透水性能，还能够提高透水混凝土的强度，可使透水系数达到28.6mm/s、7d抗压强度达到36.9MPa、28d抗压强度达到55.7MPa、7d抗折强度达到8.15MPa、28d抗折强度达到13.31MPa。
2、本申请中优选废橡胶颗粒，废橡胶颗粒不仅能够实现废物利用、节约成本、保护环境，应用到透水混凝土的原料中，还能够增强透水混凝土的强度，可使透水系数达到28.6mm/s、7d抗压强度达到36.9MPa、28d抗压强度达到55.7MPa、7d抗折强度达到8.15MPa、28d抗折强度达到13.31MPa。
3、本申请中优选对废橡胶粉进行改性，能够改善废橡胶颗粒表面与水泥之间的结合能力，使废橡胶颗粒与水泥更好的粘结，便于增强透水混凝土的强度，可使透水系数达到28.6mm/s、7d抗压强度达到36.9MPa、28d抗压强度达到55.7MPa、7d抗折强度达到8.152MPa、28d抗折强度达到13.31MPa。
具体实施方式
以下结合具体内容对本申请作进一步详细说明。
原料
水泥为32.5级，且选自郑州中德泽润建筑材料有限公司；碎石平均粒径为9.5-13.2mm、堆积密度为1949kg/m3，且选自湖北聚石通矿业有限公司；聚羧酸减水剂选自济南英出化工科技有限公司；粉煤灰为II级，且选自灵寿县汇鑫矿业加工厂；矿粉为s95级，且选自灵寿县泽宏矿产品加工厂；硅灰选自河南润嘉耐材料科技有限公司；废橡胶颗粒选自深圳市胜天硅橡胶材料科技有限公司；甲壳素选自山东骄阳生物科技有限公司；甲醛选自山东鑫九诚化工科技有限公司；聚丙烯纤维平均长度为0.4-0.6mm，且选自济南浩天化工有限公司；废砖颗粒、废弃混凝土颗粒平均粒径均为16-31.5mm、表观密度均为2547kg/m3、堆积密度均为1440kg/m3、吸水率均为4.5-6.5％。
制备例
制备例1
一种聚丙烯纤维框架材料，采用以下方法制备：
将7kg甲壳素和2kg聚丙烯纤维混合，搅拌30min，然后加入120kg甲醛溶液，在55℃的温度下静置3d，取出固体物，用水洗涤5次，然后将固体物放在-5℃的温度下冷冻干燥20h，制得聚丙烯纤维框架材料；其中甲醛溶液的质量分数为5％。
制备例2
一种改性废橡胶颗粒，采用以下方法制备：
将5kg废橡胶颗粒放在8kg氢氧化钠中浸泡24h，取出后晾干，向废橡胶颗粒中加入6kg高锰酸钾，用稀硫酸调节pH为3，在60℃的温度下搅拌，搅拌期间不断补充高锰酸钾和稀硫酸，至高锰酸钾的红色30min不褪色，然后取出废橡胶颗粒晾干，制得改性废橡胶颗粒。
制备例3
一种改性聚丙烯纤维框架材料，采用以下方法制备：
将制备例1得到的聚丙烯纤维框架材料放入8kg氢氧化钠中浸泡24h，然后取出，干燥至含水率小于0.5％，制得改性聚丙烯纤维框架材料。
实施例
表1实施例1-5再生透水混凝土各原料掺量(单位：kg)
Figure BDA0003365596810000051
实施例1
一种再生透水混凝土，其原料配比见表1所示。
其中，聚丙烯纤维框架材料采用制备例1制备得到。
一种再生透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1：将水泥、废橡胶颗粒、硅灰、聚丙烯纤维框架材料混合，搅拌30min，得到混合物A；S2：将粉煤灰、矿粉混合，搅拌30min，得到混合物B；
S3：将再深粗骨料、碎石、聚羧酸减水剂混合，倒入一半重量的水，搅拌30s，得到混合物C；S4：将混合物A、混合物B、混合物C混合，搅拌60s，倒入剩下的水，搅拌60s，得到再生透水混凝土。
实施例2-5
一种再生透水混凝土，其和实施例1的区别之处在于，透水混凝土的原料配比不同，其原料配比见表1所示。
表2实施例6-9再生透水混凝土各原料掺量(单位：kg)
Figure BDA0003365596810000061
实施例6-9
一种再生透水混凝土，其和实施例3的区别之处在于，透水混凝土的原料配比不同，其原料配比见表2所示。
表3实施例10-13再生透水混凝土各原料掺量(单位：kg)
Figure BDA0003365596810000062
Figure BDA0003365596810000071
实施例10-13
一种再生透水混凝土，其和实施例6的区别之处在于，透水混凝土的原料配比不同，其原料配比见表3所示。
表4实施例14-17再生透水混凝土各原料掺量(单位：kg)
Figure BDA0003365596810000072
实施例14-17
一种再生透水混凝土，其和实施例12的区别之处在于，透水混凝土的原料配比不同，其原料配比见表4所示。
实施例18
一种再生透水混凝土，其和实施例15的区别之处在于，透水混凝土的原料中，聚丙烯纤维框架材料等量替换为改性聚丙烯纤维框架材料，且改性聚丙烯纤维框架材料采用制备例3制备得到。
实施例19
一种再生透水混凝土，其和实施例18的区别之处在于，透水混凝土的原料中，废橡胶颗粒等量替换为改性废橡胶颗粒，且改性废橡胶颗粒采用制备例1制备得到。
对比例
对比例1
一种再生透水混凝土，其和实施例1的区别之处在于，透水混凝土的原料中，未添加聚丙烯纤维框架材料。
对比例2
一种再生透水混凝土，其和实施例1的区别之处在于，透水混凝土的原料中，再生粗骨料等量替换为废砖颗粒。
对比例3
一种再生透水混凝土，其和实施例1的区别之处在于，透水混凝土的原料中，再生粗骨料等量替换为废弃混凝土颗粒。
对比例4
一种再生透水混凝土，其和实施例1的区别之处在于，透水混凝土的原料中，未添加废橡胶颗粒。
对比例5
一种再生透水混凝土，其和实施例1的区别之处在于，透水混凝土的原料中，聚丙烯纤维框架材料等量替换为聚丙烯纤维。
性能检测试验
对实施例1-19和对比例1-5的再生透水混凝土进行下述性能检测：
透水系数：依据QB/T661-2018《砂基透水混凝土路面试验方法》对再生透水混凝土进行透水系数的检测，检测结果如表5所示。
抗压强度：依据GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》对再生混凝土进行抗压强度的检测，检测结果如表5所示。
抗折强度：依据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对再生混凝土进行抗折强度的检测，检测结果如表5所示。
表5检测结果
Figure BDA0003365596810000081
Figure BDA0003365596810000091
结合实施例1-19和对比例1-5可以看出，本申请的再生透水混凝土，通过原料之间的协同作用，在保证透水混凝土透水系数的同时，还增强了透水混凝土的抗压强度和抗折强度，其中，透水系数为26.8-28.6mm/s，7d抗压强度为26.1-36.9MPa，28d抗压强度为44.0-55.7MPa，7d抗折强度为6.82-8.15MPa，28d抗折强度为11.63-13.31MPa。
结合实施例1-5可以看出，实施例3的透水系数为28.6mm/s、7d抗压强度为26.8MPa、28d抗压强度为44.7MPa、7d抗折强度为7.33MPa、28d抗折强度为12.34MPa，优于其他实施例，表明实施例3中聚丙烯纤维框架的添加量更为合适，能够在保证透水混凝土良好透水性能的同时，使透水混凝土表现出较优的强度。
结合实施例6-9可以看出，实施例6的透水系数为28.6mm/s、7d抗压强度为30.4MPa、28d抗压强度为48.6MPa、7d抗折强度为7.45MPa、28d抗折强度为12.54MPa，优于其他实施例，表明实施例6中再生粗骨料的添加量更为合适，能够在保证透水混凝土良好透水性能的同时，使透水混凝土表现出较优的强度。
结合实施例10-13可以看出，实施例12的透水系数为28.5mm/s、7d抗压强度为33.5MPa、28d抗压强度为52.5MPa、7d抗折强度为7.54MPa、28d抗折强度为12.74MPa，优于其他实施例，表明实施例12中硅灰的添加量更为合适，能够在保证透水混凝土良好透水性能的同时，使透水混凝土表现出较优的强度。
结合实施例14-17可以看出，实施例15的透水系数为28.6mm/s、7d抗压强度为36.0MPa、28d抗压强度为54.2MPa、7d抗折强度为7.92MPa、28d抗折强度为13.16MPa，优于其他实施例，表明实施例15中粉煤灰和矿粉的添加量更为合适，能够在保证透水混凝土良好透水性能的同时，使透水混凝土表现出较优的强度。
结合实施例15、实施例18可以看出，实施例18的透水系数为28.6mm/s、7d抗压强度为36.5MPa、28d抗压强度为55.3MPa、7d抗折强度为8.15MPa、28d抗折强度为13.31MPa，优于其他实施例，表明实施例18中采用改性聚丙烯纤维框架更为合适，能够在保证透水混凝土良好透水性能的同时，使透水混凝土表现出较优的强度。
结合实施例18和实施例19可以看出，实施例19的透水系数为28.5mm/s、7d抗压强度为36.9MPa、28d抗压强度为55.7MPa、7d抗折强度为7.98MPa、28d抗折强度为13.19MPa，优于其他实施例，表明实施例19中采用改性废橡胶颗粒更为合适，能够在保证透水混凝土良好透水性能的同时，使透水混凝土表现出较优的强度。
上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种再生透水混凝土，其特征在于，其包括如下重量份的原料：水泥230-386份、再生粗骨料516-1411份、碎石0-1146份、聚羧酸减水剂4-10份、粉煤灰8-30份、矿粉4-18份、硅灰11-23份、废橡胶颗粒50-70份、聚丙烯纤维框架材料4-15份、水40-70份；
其中，聚丙烯纤维框架材料为采用甲壳素、甲醛与聚丙烯纤维交联得到；且所需甲壳素、甲醛、聚丙烯纤维的重量配比为（6-8）：（110-130）：（1-3）。
2.根据权利要求1所述的一种再生透水混凝土，其特征在于：其包括如下重量份的原料：水泥250-350份、再生粗骨料630-1300份、碎石320-860份、聚羧酸减水剂6-8份、粉煤灰12-25份、矿粉6-15份、硅灰15-20份、废橡胶颗粒55-65份、聚丙烯纤维框架材料5-9份、水45-65份。
3.根据权利要求1所述的一种再生透水混凝土，其特征在于：所述再生粗骨料包括废砖颗粒、废弃混凝土颗粒，且废砖颗粒和废弃混凝土颗粒的重量配比为1：（1-2）。
4.根据权利要求1所述的一种再生透水混凝土，其特征在于：所述水泥和硅灰的重量配比为1：（0.05-0.07）。
5.根据权利要求1所述的一种再生透水混凝土，其特征在于：所述粉煤灰和矿粉的重量配比为1：（0.6-0.8）。
6.根据权利要求1所述的一种再生透水混凝土，其特征在于：所述废橡胶颗粒为采用高锰酸钾对废橡胶颗粒进行处理的改性废橡胶颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种再生透水混凝土，其特征在于：所述水泥和聚丙烯纤维框架材料的重量配比为1：（0.02-0.04）。
8.根据权利要求1所述的一种再生透水混凝土，其特征在于：所述聚丙烯纤维框架材料为采用氢氧化钠对聚丙烯纤维框架材料进行处理的改性聚丙烯纤维框架材料。
9.一种如权利要求1-8任一所述的再生透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将水泥、废橡胶颗粒、硅灰、聚丙烯纤维框架材料混合，搅拌均匀，得到混合物A；
S2：将粉煤灰、矿粉混合均匀，得到混合物B；
S3：将再生粗骨料、碎石、聚羧酸减水剂混合，倒入一半重量的水，搅拌均匀，得到混合物C；
S4：将混合物A、混合物B、混合物C混匀，倒入剩下的水，再次混匀，得到再生透水混凝土。
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