CN107814500A - 一种生态混凝土胶凝材料及中性生态混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生态混凝土胶凝材料及中性生态混凝土，属于混凝土领域。生态混凝土胶凝材料，其含有以下质量份的成分：石膏20～80份，粉煤灰30～70份，高岭土5～30份，减水剂0.05～0.5份，外加剂0.05‑0.5份；所述外加剂为硫酸钙、硫酸钠、硫酸氢钠、氯化钙中的至少一种。生态混凝土，其含有上述生态混凝土胶凝材料、骨料和水。本发明生态混凝土胶凝材料呈中性，pH在6.9～7.2，28d抗压强度不小于52.3MPa；采用该胶凝材料制备中性生态混凝土，其pH在7.0～7.8，性能优异，植被生长率高达98％，能够改善建筑稳定性，同时又起到美化环境景观的作用。

Description

一种生态混凝土胶凝材料及中性生态混凝土

技术领域

本发明属于混凝土领域，具体涉及一种生态混凝土胶凝材料及中性生态混凝土。

背景技术

生态混凝土又称多孔混凝土，指的是一类特种混凝土材料，具有特殊的结构与表面特性，能够减小环境负荷、适应生物生长，对调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自认的协调具有积极作用。

目前制备生态混凝土均采用水泥作为胶凝材料，水泥水化过程中会产生氢氧化钙等强碱水化产物(即使很少水泥都会水化产生氢氧化钙)，造成强碱环境，对植物所生长的环境起到不利的影响，不利于植物早期的发芽以及后期长时间的生长，出现植物不发芽或次年生长率低的情况。

中国专利CN106630718A公开了一种生态混凝土添加剂及生态混凝土，其生态混凝土添加剂含有(NH₄)₂SO₄、Na₂O·SiO₂和磷酸二氢钾，其生态混凝土含有花岗岩、改性水泥及生态混凝土添加剂；其使用生态混凝土添加剂将生态混凝土pH控制在8～11，同时由于其生态混凝土还有8～25％的水泥，不利于植物正常生长，植被生长率最高仅达到75％；同时其28d的抗压强度也偏低。

中国专利CN104557102A公开了一种生态混凝土，该生态混凝土由以下重量的原料制备而成：水泥100份，粉末状混合剂0.01-1.0份，纤维质材料1-10份，增强高分子剂0-5份，粗骨料400-500份，细骨料0-100份，减水剂0.01-0.5份，水20-40份；其主要目的是通过在生态混凝土中添加硅酸钙载体的硬化促进剂、纤维质材料和增强高分子材料提高了生态混凝土的粘结强度和抗拉、抗折、抗弯强度性能；但其仍未解决水泥和生态混凝土pH影响植物正常生长的问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种用于制备中性生态混凝土的新型胶凝材料。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供了一种生态混凝土胶凝材料，其含有以下质量份的成分：石膏20～80份，粉煤灰30～70份，高岭土5～30份，减水剂0.05～0.5份，外加剂0.05～0.5份；所述外加剂为硫酸钙、硫酸钠、硫酸氢钠、氯化钙中的至少一种。

优选的，上述生态混凝土胶凝材料中，含有以下质量份的成分：石膏25～55份，粉煤灰35～60份，高岭土8～25份，减水剂0.2～0.5份，外加剂0.05-0.5份。

其中，上述生态混凝土胶凝材料中，所述粉煤灰的pH值为7～8。

其中，上述生态混凝土胶凝材料中，将各成分混合均匀即得。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种适宜植物生长，同时强度高、孔隙率大、结构稳定、抗冻融性好的新型中性生态混凝土。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供了一种生态混凝土，该生态混凝土含有上述生态混凝土胶凝材料、骨料和水。

其中，上述生态混凝土中，所述生态混凝土胶凝材料：骨料：水的质量比为1：3～7：0.2～0.4。

其中，上述生态混凝土中，所述骨料的粒径为20～40mm。

其中，上述生态混凝土中，所述生态混凝土的pH为7.0～7.8。

本发明还提供了上述生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将生态混凝土胶凝材料、骨料和水搅拌混合均匀，即得所述的生态混凝土。

本发明的有益效果是：

本发明打破当前生态混凝土以水泥为胶凝材料的常规思路，创造性的研发出一种新型无碱的中性生态混凝土胶凝材料，该胶凝材料pH为6.9～7.2，采用本发明胶凝材料可制备得到新型中性生态混凝土，其pH在7.0～7.8，根本上改变目前市面上碱性生态混凝土的现状，不需要采用酸碱中和、封闭等技术措施，确保植物能够长久的生长，植被生长率高达98％；粉煤灰等物质能够加速胶凝材料的水化反应过程，促进非晶相结构的形成，从而使生态混凝土强度及耐久性提高，28d多孔混凝土的抗压强度不小于15.0MPa，孔隙率在21％～30％之间；抗冻融次数不少于50次；

本发明创造性的提出了一种生态混凝土胶凝材料的新思路，制备出性能优异能够适宜植物生长的生态混凝土，该生态混凝土用于河流、水运航道、铁路和高速公路、景区园林等生态混凝土护坡/护岸，具有强度高、大孔隙率、结构稳定性、抗冻融性好的性能特点，又能适应多种植物的生长，改善了护坡/护岸稳定性的同时又起到美化环境景观的作用，可实现长期持续性生态护坡/护岸。

具体实施方式

具体的，一种生态混凝土胶凝材料，含有以下质量份的成分：石膏20～80份，粉煤灰30～70份，高岭土5～30份，减水剂0.05～0.5份，外加剂0.05～0.5份；所述外加剂为硫酸钙、硫酸钠、硫酸氢钠、氯化钙中的至少一种。

本发明生态混凝土胶凝材料中，加入石膏、粉煤灰、高岭土能够增强和粘接胶凝材料中各成分；此外，粉煤灰等物质能够加速胶凝材料的水化反应过程，促进非晶相结构的形成，从而提高生态混凝土的强度及耐久性；加入减水剂起到降低混凝土用水量的作用；外加剂与粉煤灰、高岭土相互配合，进一步促进水化产物结晶，使水化更充分。

此外，发明人还对粉煤灰进行了进一步筛选，采用pH值为7～8的粉煤灰不仅能够使混凝土性能更优异，还使本发明生态混凝土胶凝材料呈中性，从而能够制得中性生态混凝土。

本发明提供的生态混凝土胶凝材料制备方法简单，将各成分混合均匀即得。本发明根据美国标准ASTM D 4972(土壤pH值的标准试验方法)来测定胶凝材料不同龄期的pH值情况，经检测本发明生态混凝土胶凝材料的pH为6.9～7.2，呈中性。

优选的，上述生态混凝土胶凝材料中，含有以下质量份的成分：石膏25～55份，粉煤灰35～60份，高岭土8～25份，减水剂0.2～0.5份，外加剂0.05-0.5份。

本发明还提供了一种生态混凝土，该生态混凝土含有上述生态混凝土胶凝材料、骨料和水。

优选的，本发明生态混凝土中，所述生态混凝土胶凝材料：骨料：水的质量比为1：3～7：0.2～0.4。使用上述质量比例的生态混凝土胶凝材料使得生态混凝土的硬度等达到一个相对的平衡点，保证生态混凝土的孔隙率控制在21％～30％之间，28d抗压强度不小于15.0MPa，抗冻融次数不少于50次，生态混凝土性能优异。

本发明生态混凝土中骨料的粒径为20～40mm，有利于为植物生长提供充足的环境以确保植物根系能够进入土地，利用土地的营养进行正常的生长。

由于本发明生态混凝土中生态混凝土胶凝材料的pH为6.9～7.2，而骨料和水对pH基本无影响，因此，本发明生态混凝土的pH可控制在7.0～7.8，确保植物能够长久的生长，植被生长率高达98％。

本发明还提供了上述生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将生态混凝土胶凝材料、骨料和水搅拌混合均匀，即得所述的生态混凝土。

优选的，一种生态混凝土胶凝材料，含有以下质量份的成分：石膏25～55份，粉煤灰35～60份，高岭土8～25份，减水剂0.2～0.5份，外加剂0.05-0.5份；所述外加剂为硫酸钠、硫酸钙、硫酸氢钠、氯化钙中的至少一种；所述粉煤灰的pH值为7～8。

一种生态混凝土，该生态混凝土含有上述生态混凝土胶凝材料、骨料和水；所述生态混凝土胶凝材料：骨料：水的质量比为1：3～7：0.2～0.4；所述骨料的粒径为20～40mm。

上述生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将生态混凝土胶凝材料、骨料和水搅拌混合均匀，即得所述的生态混凝土。

下面通过试验例和实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。

实施例中生态混凝土胶凝材料及生态混凝土分别在自然养护1天、3天、7天、14天、28天按美国标准ASTM D 4972测试pH值；生态混凝土胶凝材料及生态混凝土分别在自然养护28天按国标(SL352-2006)测试抗压强度；生态混凝土按照(参照日本混凝土协会于1998年提出的《多孔混凝土性能试验方法草案》)测试孔隙率、(GB/T 50082普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准)测试抗冻次数；植物覆盖率是通过测量出植物覆盖的面积，然后与总面积的比值得到。

孔隙率测试步骤规定如下：1)用卡尺测量并计算试件的外观体积V₁；2)将试件浸泡在水中使其饱和后，用静水天平称取试件在水中的重量W₁；3)将试件从水中取出，烘干内部吸入的水并擦干表面多余的水，然后将试件放在20℃±2℃、相对湿度60％的条件下自然放置24小时，称取试件在空气中的重量W₂；4)计算混凝土的总孔隙率：P＝(1-(W₂-W₁)/V₁)×100(％)。

实施例1：验证生态混凝土胶凝材料的酸碱性

为了验证新型生态混凝土胶凝材料的酸碱性情况，本发明根据美国标准ASTM D4972(土壤pH值的标准试验方法)来测定其不同龄期的pH值情况，具体试验如下：

1、生态混凝土胶凝材料的制备：

取石膏30份，粉煤灰50份，高岭土20份，减水剂0.3份，外加剂(氯化钙)0.2份，混合均匀得生态混凝土胶凝材料；

2、生态混凝土胶凝材料的酸碱性检测：

按水与生态混凝土胶凝材料的重量比例为0.28混合均匀，将凝固后的生态混凝土胶凝材料研磨至粒径小于2mm的粉末，然后将固体粉末悬浮于蒸馏水中(固体与蒸馏水的质量比为0.1)，根据pH测定仪测定不同龄期(1，3，7，14，28天)的生态混凝土胶凝材料pH情况，试验结果如下表1：

表1生态混凝土胶凝材料的酸碱性

时间/天	1	3	7	14	28
						pH值	6.9	7.1	7.0	7.3	7.2

由表1数据可知，本实施例生态混凝土胶凝材料的pH在6.9～7.2，呈中性。

实施例2：生态混凝土胶凝材料及生态混凝土的性能检测

1、生态混凝土胶凝材料的制备与测试

(1)、中性生态混凝土胶凝材料的制备：

取石膏25份，粉煤灰60份，高岭土15份，减水剂0.3份，外加剂(氯化钙)0.2份，混合均匀既得生态混凝土胶凝材料；

(2)、中性生态混凝土胶凝材料的测试：

按水与生态混凝土胶凝材料的重量比例为0.28混合均匀，得净浆，测试净浆数据为：28d的pH值为7.2；7d和28d的净浆抗压强度为34.3MPa和52.3MPa。

2、生态混凝土的制备与测试

(1)、中性生态混凝土的制备：

按上述比例将生态混凝土胶凝材料配制好，然后按照生态混凝土胶凝材料与骨料的质量比1：4.3取粒径为20～40mm的骨料，放置备用；按照水总质量与胶凝材料的质量比例为0.3，称取拌合混凝土所需水的用量；将胶凝材料、水以及骨料混合均匀，充分搅拌得生态混凝土；

(2)、中性生态混凝土的测试：

将上述生态混凝土装模具(尺寸150mm×150mm×150mm)，振捣5s，自然养护；

测试数据如下：生态混凝土28d的pH值为7.3；28d的抗压强度为18.3MPa；孔隙率为29.2％；抗冻次数为90次。

实施例3：生态混凝土胶凝材料及生态混凝土的性能检测

1、生态混凝土胶凝材料的制备与测试

(1)、中性生态混凝土胶凝材料的制备：

取石膏35份，粉煤灰50份，高岭土15份，减水剂0.3份，外加剂(氯化钙)0.3份，混合均匀既得生态混凝土胶凝材料；

(2)、中性生态混凝土胶凝材料的测试：

按水与生态混凝土胶凝材料的重量比例为0.28混合均匀，得净浆，测试净浆数据为：28d的pH值为7.5；7d和28d的净浆抗压强度为35.6MPa和56.8MPa。

2、生态混凝土的制备与测试

(1)、中性生态混凝土的制备：

按上述比例将生态混凝土胶凝材料配制好，按照生态混凝土胶凝材料与骨料的质量比1：4.3称取粒径为20～40mm的骨料，放置备用；按照水总质量与胶凝材料的质量比例为0.3，称取拌合混凝土所需水的用量；将胶凝材料、水以及骨料混合均匀，充分搅拌即得生态混凝土；

(2)、中性生态混凝土的测试：

将上述生态混凝土装模具(尺寸150mm×150mm×150mm)，振捣5s，自然养护；

测试数据如下：生态混凝土28d的pH值为7.4；28d的抗压强度为19.8MPa；孔隙率为28.9％；抗冻次数为103次。

实施例4：植物生长情况对比试验

(1)试验组：取石膏40份，粉煤灰50份，高岭土10份，减水剂0.3份，外加剂(氯化钙)0.3份，配料均匀混合后备用；

取上述生态混凝土胶凝材料，按生态混凝土胶凝材料与骨料的质量比1：4.3取粒径为20～40mm的骨料，放置备用；按照水总质量与胶凝材料的质量比例为0.3，称取拌合混凝土所需水的用量；将胶凝材料、水以及骨料混合均匀，充分搅拌即得生态混凝土；

进行场外试验浇筑，浇筑完成后，将含有草种、营养土等配成浆体，灌入到生态混凝土中，进行养护，观察植物生长情况。

(2)对比组：取42.5号普通硅酸盐水泥40份，粉煤灰50份，高岭土10份，减水剂0.3份，外加剂(氯化钙)0.3份，进行配料后备用；后续步骤同试验组。

一个月后通过比较试验组和对比组，采用本发明的新型中性生态混凝土胶凝材料的混凝土(试验组)植物生长率达到98％，而采用对比组的混凝土，植物覆盖率只有20％，出现大量的黄叶。

由实施例1～4可知，本发明生态混凝土胶凝材料呈中性，pH在6.9～7.2，28d抗压强度不小于52.3MPa；采用该胶凝材料制备生态混凝土，其pH在7.0～8.5，28d多孔混凝土的抗压强度不小于15.0MPa，孔隙率在21％～30％之间；抗冻融次数不少于50次；本发明生态混凝土不需要采用酸碱中和、封闭等技术措施，确保植物能够长久的生长，植物覆盖率高达98％；将本发明生态混凝土用于河流、水运航道、铁路和高速公路、景区园林等生态混凝土护坡/护岸，能够改善护坡/护岸稳定性，同时又起到美化环境景观的作用，可实现长期持续性生态护坡/护岸。

Claims (8)

1.生态混凝土胶凝材料，其特征在于：含有以下质量份的成分：石膏20～80份，粉煤灰30～70份，高岭土5～30份，减水剂0.05～0.5份，外加剂0.05-0.5份；所述外加剂为硫酸钙、硫酸钠、硫酸氢钠、氯化钙中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的生态混凝土胶凝材料，其特征在于：含有以下质量份的成分：石膏25～55份，粉煤灰35～60份，高岭土8～25份，减水剂0.2～0.5份，外加剂0.05-0.5份。

3.根据权利要求1或2所述的生态混凝土胶凝材料，其特征在于：所述粉煤灰的pH值为7～8。

4.生态混凝土，其特征在于：含有权利要求1～3任一项所述的生态混凝土胶凝材料、骨料和水。

5.根据权利要求4所述的生态混凝土，其特征在于：所述生态混凝土胶凝材料：骨料：水的质量比为1：3～7：0.2～0.4。

6.根据权利要求4或5所述的生态混凝土，其特征在于：所述骨料的粒径为20～40mm。

7.根据权利要求4～6任一项所述的生态混凝土，其特征在于：所述生态混凝土的pH为7.0～7.8。

8.权利要求4～7任一项所述的生态混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将生态混凝土胶凝材料、骨料和水搅拌混合均匀，即得所述的生态混凝土。