CN107244861A - 一种透水混凝土的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及路面施工材料制备技术领域，具体涉及一种透水混凝土的制备方法。本发明以天然海绵作为模板，用水冲洗后，再用正硅酸乙酯蒸气对天然海绵进行熏蒸后与多巴胺溶液混合，过滤，分离得到滤渣；将滤渣和硅酸钠溶液混合并用盐酸调节pH，振荡反应，得到反应液；将反应液加热升温，搅拌反应后，过滤，将所得滤饼炭化后用氢氟酸浸泡，得到自制透水颗粒；再将豆腐打碎后发霉，再进行发酵和过滤，得发酵滤液，将自制透水颗粒和发酵滤液混合，经发酵，过滤，得到发酵滤渣，即改性自制透水颗粒，最后将改性自制透水颗粒、普通硅酸盐水泥、粉煤灰等进行混合即可。本发明制备的透水混凝土具有极佳的透水性和机械抗压性能，可广泛应用于路面施工上。

Description

一种透水混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及路面施工材料制备技术领域，具体涉及一种透水混凝土的制备方法。
背景技术
越来越多的实践表明，进入路面结构内的水是造成或加速路面结构损坏的主要原因。对此，有关专家进行了不少研究，力图通过合理设计排水基层材料以及内部排水***，以减少直至消除路面的水损坏，从而提高路面的使用性能，延长其使用寿命。透水混凝土就是在这种环境下发展出的新型排水基层材料。
学界对透水混凝土的命名不一，有的称为多孔混凝土、大孔混凝土，也有叫做无砂混凝土、排水混凝土等等。这些叫法都跟它的材料组合或者内部结构特征有关系，它的结构的特点是采用开级配，主要是粗骨料和水泥制成的，通常粗骨料的粒径也釆用的是同一粒径范围的。细骨料通常情况下只会加入很少的一部分有的甚至说是不含细骨料的。也正是由于透水性混凝土材料组合与普通混凝土极大的不同和特殊性，使得透水混凝土的内部结构以空隙组成的骨架形成的。透水混凝土的强度主要是靠它的粗集料和外层包裹着的一层薄水泥架之间形成的较大的粘结力以及彼此之间的内摩擦力。故透水混凝土的质量会比较轻、整个结构式比较透气的、水是可以通过透水性混凝土流出的。也正因为这些特点透水性混凝土受到了很多国家的青睐和追捧，是一种绿色环保的新型材料。
目前常见的透水混凝土都是利用混凝土的大孔、多孔特性达到透水目的，但是多孔混凝土孔隙率较大就造成了其抗压强度的降低，减少了混凝土的使用寿命。
因此，发明一种既具有良好透水性，同时抗压强度优异的透水混凝土对路面施工材料制备技术领域具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前常见的透水混凝土多采用多孔结构来提高混凝土的透水效果，但是多孔结构形成的高孔隙率造成混凝土的抗压强度降低，影响混凝土使用范围的缺陷，提供了一种透水混凝土的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）称取天然海绵粉碎并筛选出粒径为3～5mm的天然海绵颗粒，将得到的天然海绵颗粒用水冲洗20～30min，再将冲洗后的天然海绵颗粒放入熏蒸炉中，预热至160～170℃，接着将正硅酸乙酯加热至沸腾，并将沸腾后产生的正硅酸乙酯蒸气通入管式炉中，用正硅酸乙酯蒸气熏蒸冲洗后的天然海绵颗粒3～5h，得到预处理天然海绵颗粒；
（2）将上述预处理天然海绵颗粒和多巴胺溶液混合后超声振荡处理，过滤，分离得到滤渣；
（3）将上述滤渣和硅酸钠溶液混合搅拌20～30min，得到混合悬浮液，再用盐酸调节混合悬浮液pH至5.5～6.0，振荡反应20～30min，得到反应液；
（4）将上述反应液加热升温，搅拌反应后，过滤，分离得到滤饼，将所得滤饼在氩气保护下炭化，出料，再用氢氟酸浸泡，得到自制透水颗粒；
（5）称取豆腐打碎后放入竹筛中，将竹筛移入温室中，静置直至豆腐表面发霉，将发霉的豆腐和水混合后装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后过滤，分离得到发酵滤液；
（6）将自制透水颗粒和发酵滤液混合后，再次发酵，过滤，得到发酵滤渣，即为改性自制透水颗粒；
（7）按重量份数计，称取800～900份上述改性自制透水颗粒、400～450份普通硅酸盐水泥、40～50份粉煤灰、100～150份水和5～10份木质素磺酸钠以及10～15份异丁基三乙氧基硅烷依次加入混料机中，以50～60r/min转速混料5～7min，出料，即可得到透水混凝土。
所述的天然海绵为象耳海绵、蜂窝绵、丝绵、草绵中的任意一种。
步骤（2）中所述的预处理天然海绵颗粒和多巴胺溶液的质量比为1:8，多巴胺溶液的质量浓度为3g/L，超声振荡处理功率为200～300W，超声振荡处理频率为40～50kHz，超声振荡处理时间为1～2h。
步骤（3）中所述的滤渣和硅酸钠溶液的质量比为1:5，硅酸钠溶液的质量分数为30%。
步骤（4）中所述的加热升温的温度为70～80℃，搅拌反应的时间为3～5h，炭化的方法是：先以10℃/min的速率程序升温至500～600℃，预炭化20～30min，再以15℃/min的速率程序升温至1400～1500℃，继续炭化1～2h，氢氟酸的质量分数为40%，浸泡时间为10～12h。
步骤（5）中所述的温室的温度为30～40℃，空气相对湿度为60～70%，静置时间为7～9天，发霉的豆腐和水的质量比为1:5，密封发酵的温度为40～50℃，密封发酵的时间为9～12天。
步骤（6）中所述的自制透水颗粒和发酵滤液的质量比为1:5，发酵的温度为35～45℃，发酵的时间为3～5天。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先以高孔隙率的天然海绵作为模板，用水冲洗后使天然海绵颗粒内部附着水分，再用正硅酸乙酯的蒸气对天然海绵颗粒进行熏蒸，使正硅酸乙酯蒸气逐渐渗透进入天然海绵颗粒内部，并与天然海绵颗粒内部附着的水分接触，发生水解，生成纳米二氧化硅后吸附在天然海绵内壁上，接着用多巴胺溶液浸泡海绵颗粒，利用多巴胺在水中溶解氧的作用下发生氧化自交联反应，在天然海绵颗粒表面形成一层具有粘性的聚多巴胺薄膜，接着与硅酸钠溶液混合，用盐酸和硅酸钠反应生成原硅酸沉淀被具有粘性侧聚多巴胺膜层吸附，再在高温下，原硅酸水解产生纳米二氧化硅，均匀的附着在海绵颗粒表面，随后将附着纳米二氧化硅的天然海绵颗粒进行炭化处理，在高温条件下与炭化后的天然海绵有机质反应，生成具有多孔结构的碳化硅，再将多孔结构碳化硅和富含氨基酸的豆腐发酵液混合后进行二次发酵，在微生物的生物自交联作用下向多孔碳化硅表面引入亲水性的氨基和羧基数量，提高碳化硅的亲水性，用其作为透水混凝土原料，一方面本发明制得的碳化硅具有丰富孔隙结构，可以为水分子通过提供通道，具有极佳的透水性，另外亲水改性后的碳化硅作为原料，还可以通过亲水基团吸引水分子通过，进一步提高了混凝土的透水性；
（2）本发明利用亲水改性后的多孔碳化硅作为透水混凝土的原料，一方面碳化硅本身具有极佳的机械抗压性能，可以提高混凝土的抗压强度，另外本发明制得的透水混凝土中掺入了有机硅氧烷和普通硅酸盐水泥，有机硅氧烷水解后的产物可以增加改性自制透水颗粒表面的硅羟基数量，而这些硅羟基可以和硅酸盐水泥表面的硅羟基发生脱水缩合反应，产生键能极大的Si-O-Si键，提高混凝土内部粘结强度，进一步改善了混凝土的抗压性能，提高了混凝土的抗压强度，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
称取天然海绵放入气流粉碎机中粉碎并筛选出粒径为3～5mm的天然海绵颗粒，将得到的天然海绵颗粒用水冲洗20～30min，再将冲洗后的天然海绵颗粒放入熏蒸炉中，预热至160～170℃，接着将正硅酸乙酯加热至沸腾，并将沸腾后产生的正硅酸乙酯蒸气通入管式炉中，用正硅酸乙酯蒸气熏蒸冲洗后的天然海绵颗粒3～5h，得到预处理天然海绵颗粒；将预处理天然海绵颗粒和质量浓度为3g/L多巴胺溶液按质量比为1:8混合后放入超声振荡仪中，在功率为200～300W，频率为40～50kHz的条件下超声振荡处理1～2h，过滤，分离得到滤渣；按质量比为1:5将滤渣和质量分数为30%的硅酸钠溶液混合搅拌20～30min，得到混合悬浮液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节混合悬浮液pH至5.5～6.0，放置在摇床上振荡反应20～30min，得到反应液；将反应液加热升温至70～80℃，用磁力搅拌机以200～300r/min转速搅拌反应3～5h后，过滤，分离得到滤饼，将所得滤饼转入炭化炉中，以20mL/min的速率向炭化炉中通入氩气，在氩气保护下先以10℃/min的速率程序升温至500～600℃，预炭化20～30min，再以15℃/min的速率程序升温至1400～1500℃，继续炭化1～2h，出料，再用质量分数为40%氢氟酸浸泡10～12h，得到自制透水颗粒；称取豆腐打碎后放入竹筛中，将竹筛移入温度为30～40℃，空气相对湿度为60～70%的温室中，静置7～9天直至豆腐表面发霉，将发霉的豆腐和水按质量比为1:5混合后装入发酵罐中，密封罐口后在40～50℃下保温发酵9～12天，发酵结束后过滤，分离得到发酵滤液；按质量比为1:5将自制透水颗粒和发酵滤液混合后，再次装入发酵罐，在35～45℃下继续发酵3～5天，过滤，得到发酵滤渣，即为改性自制透水颗粒；按重量份数计，称取800～900份改性自制透水颗粒、400～450份普通硅酸盐水泥、40～50份粉煤灰、100～150份水和5～10份木质素磺酸钠以及10～15份异丁基三乙氧基硅烷依次加入混料机中，以50～60r/min转速混料5～7min，出料，即可得到透水混凝土。所述的天然海绵为象耳海绵、蜂窝绵、丝绵、草绵中的任意一种。
实例1
称取象耳海绵放入气流粉碎机中粉碎并筛选出粒径为5mm的象耳海绵颗粒，将得到的象耳海绵颗粒用水冲洗30min，再将冲洗后的象耳海绵颗粒放入熏蒸炉中，预热至170℃，接着将正硅酸乙酯加热至沸腾，并将沸腾后产生的正硅酸乙酯蒸气通入管式炉中，用正硅酸乙酯蒸气熏蒸冲洗后的象耳海绵颗粒5h，得到预处理象耳海绵颗粒；将预处理象耳海绵颗粒和质量浓度为3g/L多巴胺溶液按质量比为1:8混合后放入超声振荡仪中，在功率为300W，频率为50kHz的条件下超声振荡处理2h，过滤，分离得到滤渣；按质量比为1:5将滤渣和质量分数为30%的硅酸钠溶液混合搅拌30min，得到混合悬浮液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节混合悬浮液pH至6.0，放置在摇床上振荡反应30min，得到反应液；将反应液加热升温至80℃，用磁力搅拌机以300r/min转速搅拌反应5h后，过滤，分离得到滤饼，将所得滤饼转入炭化炉中，以20mL/min的速率向炭化炉中通入氩气，在氩气保护下先以10℃/min的速率程序升温至600℃，预炭化30min，再以15℃/min的速率程序升温至1500℃，继续炭化2h，出料，再用质量分数为40%氢氟酸浸泡12h，得到自制透水颗粒；称取豆腐打碎后放入竹筛中，将竹筛移入温度为40℃，空气相对湿度为70%的温室中，静置9天直至豆腐表面发霉，将发霉的豆腐和水按质量比为1:5混合后装入发酵罐中，密封罐口后在50℃下保温发酵12天，发酵结束后过滤，分离得到发酵滤液；按质量比为1:5将自制透水颗粒和发酵滤液混合后，再次装入发酵罐，在45℃下继续发酵5天，过滤，得到发酵滤渣，即为改性自制透水颗粒；按重量份数计，称取900份改性自制透水颗粒、450份普通硅酸盐水泥、50份粉煤灰、150份水和10份木质素磺酸钠以及15份异丁基三乙氧基硅烷依次加入混料机中，以60r/min转速混料7min，出料，即可得到透水混凝土。
实例2
称取蜂窝绵放入气流粉碎机中粉碎并筛选出粒径为3mm的蜂窝绵颗粒，将得到的蜂窝绵颗粒用水冲洗20min，再将冲洗后的蜂窝绵颗粒放入熏蒸炉中，预热至160℃，接着将正硅酸乙酯加热至沸腾，并将沸腾后产生的正硅酸乙酯蒸气通入管式炉中，用正硅酸乙酯蒸气熏蒸冲洗后的蜂窝绵颗粒3h，得到预处理蜂窝绵颗粒；将预处理蜂窝绵颗粒和质量浓度为3g/L多巴胺溶液按质量比为1:8混合后放入超声振荡仪中，在功率为200W，频率为40kHz的条件下超声振荡处理1h，过滤，分离得到滤渣；按质量比为1:5将滤渣和质量分数为30%的硅酸钠溶液混合搅拌20min，得到混合悬浮液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节混合悬浮液pH至5.5，放置在摇床上振荡反应20min，得到反应液；将反应液加热升温至70℃，用磁力搅拌机以200r/min转速搅拌反应3h后，过滤，分离得到滤饼，将所得滤饼转入炭化炉中，以20mL/min的速率向炭化炉中通入氩气，在氩气保护下先以10℃/min的速率程序升温至500℃，预炭化20min，再以15℃/min的速率程序升温至1400℃，继续炭化1h，出料，再用质量分数为40%氢氟酸浸泡10h，得到自制透水颗粒；称取豆腐打碎后放入竹筛中，将竹筛移入温度为30℃，空气相对湿度为60%的温室中，静置7天直至豆腐表面发霉，将发霉的豆腐和水按质量比为1:5混合后装入发酵罐中，密封罐口后在40℃下保温发酵9天，发酵结束后过滤，分离得到发酵滤液；按质量比为1:5将自制透水颗粒和发酵滤液混合后，再次装入发酵罐，在35℃下继续发酵3天，过滤，得到发酵滤渣，即为改性自制透水颗粒；按重量份数计，称取800份改性自制透水颗粒、400份普通硅酸盐水泥、40份粉煤灰、100份水和5份木质素磺酸钠以及10份异丁基三乙氧基硅烷依次加入混料机中，以50r/min转速混料5min，出料，即可得到透水混凝土。
实例3
称取丝绵放入气流粉碎机中粉碎并筛选出粒径为4mm的丝绵颗粒，将得到的丝绵颗粒用水冲洗25min，再将冲洗后的丝绵颗粒放入熏蒸炉中，预热至165℃，接着将正硅酸乙酯加热至沸腾，并将沸腾后产生的正硅酸乙酯蒸气通入管式炉中，用正硅酸乙酯蒸气熏蒸冲洗后的丝绵颗粒4h，得到预处理丝绵颗粒；将预处理丝绵颗粒和质量浓度为3g/L多巴胺溶液按质量比为1:8混合后放入超声振荡仪中，在功率为250W，频率为45kHz的条件下超声振荡处理2h，过滤，分离得到滤渣；按质量比为1:5将滤渣和质量分数为30%的硅酸钠溶液混合搅拌25min，得到混合悬浮液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节混合悬浮液pH至5.7，放置在摇床上振荡反应25min，得到反应液；将反应液加热升温至75℃，用磁力搅拌机以250r/min转速搅拌反应4h后，过滤，分离得到滤饼，将所得滤饼转入炭化炉中，以20mL/min的速率向炭化炉中通入氩气，在氩气保护下先以10℃/min的速率程序升温至550℃，预炭化25min，再以15℃/min的速率程序升温至1450℃，继续炭化1h，出料，再用质量分数为40%氢氟酸浸泡11h，得到自制透水颗粒；称取豆腐打碎后放入竹筛中，将竹筛移入温度为35℃，空气相对湿度为65%的温室中，静置8天直至豆腐表面发霉，将发霉的豆腐和水按质量比为1:5混合后装入发酵罐中，密封罐口后在45℃下保温发酵10天，发酵结束后过滤，分离得到发酵滤液；按质量比为1:5将自制透水颗粒和发酵滤液混合后，再次装入发酵罐，在40℃下继续发酵4天，过滤，得到发酵滤渣，即为改性自制透水颗粒；按重量份数计，称取850份改性自制透水颗粒、420份普通硅酸盐水泥、45份粉煤灰、120份水和7份木质素磺酸钠以及12份异丁基三乙氧基硅烷依次加入混料机中，以55r/min转速混料6min，出料，即可得到透水混凝土。
对照例：青岛某有限公司生产的透水混凝土。
将实例及对照例的透水混凝土进行检测，具体检测如下：
（1）透水系数测定：利用多孔水泥混凝土渗透仪检测其渗透系数；
（2）抗压强度测定：将透水混凝土切割成100mm ×100mm×100mm的试块，分别进行3天、7天、14天及28天的养护，在养护一段时间后采用液压式万能压力机对其进行加压，同时为了在压试块的过程中受力均匀，在试块的上端和下端依次垫了两个金属片，再测试其抗压强度。
具体检测结果如表1。
表1
由表1可知，本发明制备的透水混凝土透水系数大，具有较好的透水性能，同时还能保持其优越的抗压性能。

Claims (7)

1.一种透水混凝土的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取天然海绵粉碎并筛选出粒径为3～5mm的天然海绵颗粒，将得到的天然海绵颗粒用水冲洗20～30min，再将冲洗后的天然海绵颗粒放入熏蒸炉中，预热至160～170℃，接着将正硅酸乙酯加热至沸腾，并将沸腾后产生的正硅酸乙酯蒸气通入管式炉中，用正硅酸乙酯蒸气熏蒸冲洗后的天然海绵颗粒3～5h，得到预处理天然海绵颗粒；
（2）将上述预处理天然海绵颗粒和多巴胺溶液混合后超声振荡处理，过滤，分离得到滤渣；
（3）将上述滤渣和硅酸钠溶液混合搅拌20～30min，得到混合悬浮液，再用盐酸调节混合悬浮液pH至5.5～6.0，振荡反应20～30min，得到反应液；
（4）将上述反应液加热升温，搅拌反应后，过滤，分离得到滤饼，将所得滤饼在氩气保护下炭化，出料，再用氢氟酸浸泡，得到自制透水颗粒；
（5）称取豆腐打碎后放入竹筛中，将竹筛移入温室中，静置直至豆腐表面发霉，将发霉的豆腐和水混合后装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后过滤，分离得到发酵滤液；
（6）将自制透水颗粒和发酵滤液混合后，再次发酵，过滤，得到发酵滤渣，即为改性自制透水颗粒；
（7）按重量份数计，称取800～900份上述改性自制透水颗粒、400～450份普通硅酸盐水泥、40～50份粉煤灰、100～150份水和5～10份木质素磺酸钠以及10～15份异丁基三乙氧基硅烷依次加入混料机中，以50～60r/min转速混料5～7min，出料，即可得到透水混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述的天然海绵为象耳海绵、蜂窝绵、丝绵、草绵中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种透水混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的预处理天然海绵颗粒和多巴胺溶液的质量比为1:8，多巴胺溶液的质量浓度为3g/L，超声振荡处理功率为200～300W，超声振荡处理频率为40～50kHz，超声振荡处理时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的一种透水混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的滤渣和硅酸钠溶液的质量比为1:5，硅酸钠溶液的质量分数为30%。
5.根据权利要求1所述的一种透水混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的加热升温的温度为70～80℃，搅拌反应的时间为3～5h，炭化的方法是：先以10℃/min的速率程序升温至500～600℃，预炭化20～30min，再以15℃/min的速率程序升温至1400～1500℃，继续炭化1～2h，氢氟酸的质量分数为40%，浸泡时间为10～12h。
6.根据权利要求1所述的一种透水混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的温室的温度为30～40℃，空气相对湿度为60～70%，静置时间为7～9天，发霉的豆腐和水的质量比为1:5，密封发酵的温度为40～50℃，密封发酵的时间为9～12天。
7.根据权利要求1所述的一种透水混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述的自制透水颗粒和发酵滤液的质量比为1:5，发酵的温度为35～45℃，发酵的时间为3～5天。
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