CN108558314A - 一种碳纤维增强的透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维增强的透水混凝土及其制备方法，解决了现有技术的透水混凝土存在抗压强度低、耐久性差、透水效果差、使用寿命低的技术问题。本发明提供一种碳纤维增强的透水混凝土及其制备方法，按重量份数计，其由以下原料组分制成：水泥130～170份、钢渣20～30份、氧化镁15～22份、氧化钙13～15份、煤矸石16～30份、粉煤灰15～30份、环氧丙烯酸酯树脂2～6份、聚丙烯纤维2～2.5份、短切碳纤维10～30份、碎石40～60份、粗砂20～30份、碳酸锂0.5～0.8份、非离子表面活性剂2～5份、水170～182份；同时还提供其制备方法。本发明广泛应用于道路材料技术领域。

Description

一种碳纤维增强的透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路材料技术领域，具体涉及一种碳纤维增强的透水混凝土及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展和城市建设的进程，现代城市的地表逐步被钢筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆盖，与自然的土壤相比，现代化地表给城市带来一系列的问题，其主要表现为以下几个方面：(1)不透水的路面阻碍了雨水的下渗，使得雨水对地下水的补充被阻断，再加上地下水的过度抽取，城市地面容易产生下沉。(2)传统的密实路表面，轮胎噪声大。车辆高速行驶过程中，轮胎滚进时会将空气压入轮胎和路面间，待轮胎滚过，空气又会迅速膨胀而发出噪声，雨天这种噪声尤为明显，影响了居民的生活与工作。(3)传统城市路面为不透水结构，雨水通过路表排除，泄流能力有限，当遇到大雨或暴雨时，雨水容易在路面汇集，大量集中在机动车和自行车道上，导致路面大范围积水。(4)不透水路面使城市空气湿度降低，加速了城市热岛效应的形成。(5)不透水路面是“死亡性地面”，会影响地面的生态***，它使水生态无法正常循环，打破了城市生态***的平衡，影响了植被的正常生长。
透水混凝土能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等等的一些城市环境问题。并能有效的消除地面上的油类化合物等对环境污染的危害；同时，是保护地下水、维护生态平衡、能缓解城市热岛效应的优良的铺装材料。
目前，关于透水混凝土的制备技术还存在诸多缺陷，大多数透水混凝土存在抗压强度低、耐久性差、透水效果差、使用寿命低的问题，大大限制了其适用范围。透水混凝土由于具有特殊的多孔结构，造成其抗压强度偏低；且由于长时间受水中有害物质侵蚀，造成骨料表面胶凝材料脱落，耐久性较差；另外，透水混凝土在使用过程中，其孔隙极易被尘土、有机物质等堵塞，造成其使用寿命下降，而目前的高压冲洗法存在耗时耗力的缺点。对于目前已公开的透水混凝土领域的专利技术而言，所制备的透水混凝土抗压强度多为20MPa左右，将其用于承载性道路混凝土，强度偏低。另外，对于如何提高透水混凝土的耐久性、透水效果、使用寿命等关键技术，尚未技术公开。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种原料组成科学配伍、抗压强度低、耐久性差、透水效果差、使用寿命低的问题的碳纤维增强的透水混凝土及其制备方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种碳纤维增强的透水混凝土，按重量份数计，其由以下原料组分制成：水泥130～170份、钢渣20～30份、氧化镁15～22份、煤矸石16～30份、粉煤灰15～30份、环氧丙烯酸酯树脂2～6份、聚丙烯纤维2～2.5份、短切碳纤维10～30份、碎石40～60份、粗砂20～30份、碳酸锂0.5～0.8份、非离子表面活性剂2～5份、水170～182份。
优选的，按重量份数计，原料组分为：水泥150份、钢渣25份、氧化镁18份、煤矸石23份、粉煤灰22份、环氧丙烯酸酯树脂4份、聚丙烯纤维2份、短切碳纤维20份、碎石50份、粗砂25份、碳酸锂0.7份、非离子表面活性剂3份、水176份。
优选的，水泥为强度等级大于或者等于42.5的普通硅酸盐水泥；钢渣粒径为5mm～8mm；煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量为2％～3％；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰或Ⅲ级粉煤灰；碎石粒径在2mm～3.5mm；粗砂粒径为1mm～2.36mm。
优选的，短切碳纤维的直径为5～10mm，长度为3～25mm；非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或者失水山梨醇酯。
上述的一种碳纤维增强的透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取水泥、钢渣、氧化镁、煤矸石、粉煤灰、环氧丙烯酸酯树脂、聚丙烯纤维、短切碳纤维、碎石、粗砂、碳酸锂、非离子表面活性剂、水；
(2)将步骤(1)称取的短切碳纤维作为阳极，在外加磁场中进行阳极氧化处理，外加磁场的强度为20～30mT，以石墨板、不锈钢板、铜板或镍板作为阴极，用铵盐类电解质溶液进行电化学氧化处理，电解液的浓度范围为2～12％，电解液的温度为0～60℃；施加的电流密度为0.1～8mA/cm2，碳纤维在电解液中停留的时间为60～180s，再用水洗涤后，进入干燥装置后，得改性短切碳纤维；
(3)将步骤(1)称取的水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中进行第一次搅拌混合均匀；再加入步骤(1)称取的非离子表面活性剂和水后，进行第二次搅拌混合均匀；加入步骤(2)制得的改性短切碳纤维和步骤(1)称取的聚丙烯纤维进行第三次搅拌混合均匀后；最后加入步骤(1)称取的环氧丙烯酸酯树脂后在搅拌机里进行第四次搅拌混合均匀，得透水混凝土浆；
(4)透水混凝土预制、浇筑：将步骤(3)制得的透水混凝土浆输送至模具中，干燥后用保鲜膜覆盖，带模养护1d后拆模，标准养护至28d，得碳纤维增强的透水混凝土。
优选的，步骤(3)中，第一次搅拌混合的转速为120～200r/min，搅拌30～40min。
优选的，步骤(3)中，第二次搅拌混合的转速为250～400r/min，搅拌30～60min，搅拌均匀呈流态浆。
优选的，步骤(3)中，第三次搅拌混合的转速为500～600r/min，搅拌15～30min。
优选的，步骤(3)中，所述第四次搅拌混合的转速为500～600r/min，搅拌20～30min，搅拌至均匀状态。
优选的，步骤(4)中，所述干燥条件：100±5℃干燥5h。
本发明的有益效果：
(1)本发明的碳纤维增强的透水混凝土的原料组分配伍科学，协同增效，具有显著的抗压强度、较好的耐水效果和较高的耐久性能，使用寿命长。本发明碳纤维增强的透水混凝土的原料组分中短切碳纤维和环氧丙烯酸酯树脂与其他原料组分通过制备方法工艺发生协同增效，显著提高本发明碳纤维增强的透水混凝土抗压强度、耐水效果和耐久性能。
(2)透水混凝土是富含空洞的且抗冻性能十分优越，当遇到低温时混凝土发生冷缩，使混凝土发生变形。由于透水混凝土的空隙较多，变形发生空隙的收缩抵挡住大部分的缓和了大部分的变形，因此即使在低温透水时混凝土也能抵挡住破坏。吸声降噪性：由于其结构上面多孔，当有声波射入到表面使，一部分被反射，另一部分则则投入到内部向前传播。由于孔隙中空气运动的黏滞作用和摩擦力使一部分将声能转变为热能而消耗掉。另一部分声波反射后，经过材料内部回到表面，有些声波回到空气中，有些又反射回材料内部，有些又反射回材料内部，如此反复，直到平衡，已达到吸声降噪的效果。
(3)本发明的制备方法结合原料组分进行特殊的多次搅拌混合，首先将水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中进行第一次搅拌，选择不同粒径分布的骨料构建出透水混凝土的骨架；再加入非离子表面活性剂和水进行第二次搅拌使水泥与前期骨料相紧密结合，再加入改性短切碳纤维和聚丙烯纤维进行第三次搅拌，既使浆料孔隙制作前期基础，改性短切碳纤维和聚丙烯纤维的加入又增加透水混凝土的抗压强度和耐久性能；最后加入环氧丙烯酸酯树脂进行第四次搅拌混合，使制得的碳纤维增强的透水混凝土具有显著的透水性能。改性短切碳纤维和环氧丙烯酸酯树脂协同增效，改性短切碳纤维增强的透水混凝土，增加了混凝土的韧性和抗冲击性，改善了混凝土的抗裂性、抗渗性及耐磨损性，大大提高了混凝土的耐久性能，从而提高了混凝土的使用质量和寿命，能有效提高混凝土的强度、耐久性、抗冻性和防腐能力等。
(4)本发明增加的改性短切碳纤维，采用碳纤维处理方法简单，操作难度低，又能达到较好的处理效果，提高了碳纤维的表面亲和力，应用工艺简单，分布均匀，无明显的各向异性，适合混凝土现浇工艺特别是大体积混凝土工程施工。本发明采用的工艺简单，操作简便，可以大批量制备。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的生产方法；所使用的原料，如无特殊规定，均为常规的市售产品。
实施例1
制备一种碳纤维增强的透水混凝土，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：水泥130份、钢渣20份、氧化镁15份、煤矸石16份、粉煤灰15份、环氧丙烯酸酯树脂2份、聚丙烯纤维2份、短切碳纤维10份、碎石40份、粗砂20份、碳酸锂0.5份、非离子表面活性剂2份、水170份；水泥为强度等级等于42.5的普通硅酸盐水泥；钢渣粒径为5mm～8mm；煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量为2％～3％；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；碎石粒径在2mm～3.5mm；粗砂粒径为1mm～2.36mm。短切碳纤维的直径为5～10mm，长度为3～25mm；非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
(2)将步骤(1)称取的短切碳纤维作为阳极，在外加磁场中进行阳极氧化处理，外加磁场的强度为20mT，以石墨板作为阴极，用铵盐类电解质溶液进行电化学氧化处理，电解液的浓度为2％，电解液的温度为0℃；施加的电流密度为0.1mA/cm2，碳纤维在电解液中停留的时间为60s，再用水洗涤后，进入干燥装置后，得改性短切碳纤维。
(3)将步骤(1)称取的水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中以转速为120r/min、搅拌30min进行第一次搅拌混合均匀；再加入步骤(1)称取的非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚和水后，以转速为250r/min，搅拌30min，搅拌均匀呈流态浆进行第二次搅拌混合均匀；加入步骤(2)制得的改性短切碳纤维和步骤(1)称取的聚丙烯纤维以转速为500r/min、搅拌15min进行第三次搅拌混合均匀后；最后加入步骤(1)称取的环氧丙烯酸酯树脂后在搅拌机里以转速为500r/min、搅拌20min进行第四次搅拌混合均匀，得透水混凝土浆。
(4)透水混凝土预制、浇筑：将步骤(3)制得的透水混凝土浆输送至模具中，100±5℃干燥5h后用保鲜膜覆盖，带模养护1d后拆模，标准养护至28d，得碳纤维增强的透水混凝土。
实施例2
制备一种碳纤维增强的透水混凝土，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：水泥170份、钢渣30份、氧化镁22份、煤矸石30份、粉煤灰30份、环氧丙烯酸酯树脂6份、聚丙烯纤维2.5份、短切碳纤维30份、碎石60份、粗砂30份、碳酸锂0.8份、非离子表面活性剂5份、水182份；水泥为强度等级等于42.5的普通硅酸盐水泥；钢渣粒径为5mm～8mm；煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量为2％～3％；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；碎石粒径在2mm～3.5mm；粗砂粒径为1mm～2.36mm。短切碳纤维的直径为5～10mm，长度为3～25mm；非离子表面活性剂为失水山梨醇酯。
(2)将步骤(1)称取的短切碳纤维作为阳极，在外加磁场中进行阳极氧化处理，外加磁场的强度为30mT，以不锈钢板作为阴极，用铵盐类电解质溶液进行电化学氧化处理，电解液的浓度为12％，电解液的温度为60℃；施加的电流密度为8mA/cm2，碳纤维在电解液中停留的时间为180s，再用水洗涤后，进入干燥装置后，得改性短切碳纤维；
(3)将步骤(1)称取的水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中以转速为200r/min、搅拌40min进行第一次搅拌混合均匀；再加入步骤(1)称取的非离子表面活性剂失水山梨醇酯和水后，以转速为400r/min，搅拌60min，搅拌均匀呈流态浆进行第二次搅拌混合均匀；加入步骤(2)制得的改性短切碳纤维和步骤(1)称取的聚丙烯纤维以转速为600r/min、搅拌30min进行第三次搅拌混合均匀后；最后加入步骤(1)称取的环氧丙烯酸酯树脂后在搅拌机里以转速为600r/min、搅拌30min进行第四次搅拌混合均匀，得透水混凝土浆；
(4)透水混凝土预制、浇筑：将步骤(3)制得的透水混凝土浆输送至模具中，100±5℃干燥5h后用保鲜膜覆盖，带模养护1d后拆模，标准养护至28d，即为所制备的碳纤维增强的透水混凝土。
实施例3
制备一种碳纤维增强的透水混凝土，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：水泥140份、钢渣22份、氧化镁16份、煤矸石20份、粉煤灰20份、环氧丙烯酸酯树脂3份、聚丙烯纤维2份、短切碳纤维15份、碎石45份、粗砂22份、碳酸锂0.6份、非离子表面活性剂2份、水172份；水泥为强度等级等于42.5的普通硅酸盐水泥；钢渣粒径为5mm～8mm；煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量为2％～3％；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；碎石粒径在2mm～3.5mm；粗砂粒径为1mm～2.36mm。短切碳纤维的直径为5～10mm，长度为3～25mm；非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
(2)将步骤(1)称取的短切碳纤维作为阳极，在外加磁场中进行阳极氧化处理，外加磁场的强度为22mT，以铜板作为阴极，用铵盐类电解质溶液进行电化学氧化处理，电解液的浓度为5％，电解液的温度为25℃；施加的电流密度为4mA/cm2，碳纤维在电解液中停留的时间为90s，再用水洗涤后，进入干燥装置后，得改性短切碳纤维。
(3)将步骤(1)称取的水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中以转速为150r/min、搅拌33min进行第一次搅拌混合均匀；再加入步骤(1)称取的非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚和水后，以转速为300r/min，搅拌45min，搅拌均匀呈流态浆进行第二次搅拌混合均匀；加入步骤(2)制得的改性短切碳纤维和步骤(1)称取的聚丙烯纤维以转速为520r/min、搅拌18min进行第三次搅拌混合均匀后；最后加入步骤(1)称取的环氧丙烯酸酯树脂后在搅拌机里以转速为520r/min、搅拌25min进行第四次搅拌混合均匀，得透水混凝土浆；
(4)透水混凝土预制、浇筑：将步骤(3)制得的透水混凝土浆输送至模具中，100±5℃干燥5h后用保鲜膜覆盖，带模养护1d后拆模，标准养护至28d，得碳纤维增强的透水混凝土。
实施例4
制备一种碳纤维增强的透水混凝土，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：水泥160份、钢渣28份、氧化镁20份、煤矸石28份、粉煤灰25份、环氧丙烯酸酯树脂5份、聚丙烯纤维2.5份、短切碳纤维28份、碎石55份、粗砂28份、碳酸锂0.7份、非离子表面活性剂4份、水180份；水泥为强度等级等于42.5的普通硅酸盐水泥；钢渣粒径为5mm～8mm；煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量为2％～3％；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；碎石粒径在2mm～3.5mm；粗砂粒径为1mm～2.36mm。短切碳纤维的直径为5～10mm，长度为3～25mm；非离子表面活性剂为失水山梨醇酯。
(2)将步骤(1)称取的短切碳纤维作为阳极，在外加磁场中进行阳极氧化处理，外加磁场的强度为20～30mT，以镍板作为阴极，用铵盐类电解质溶液进行电化学氧化处理，电解液的浓度为10％，电解液的温度为50℃；施加的电流密度为7mA/cm2，碳纤维在电解液中停留的时间为150s，再用水洗涤后，进入干燥装置后，得改性短切碳纤维。
(3)将步骤(1)称取的水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中以转速为180r/min、搅拌35min进行第一次搅拌混合均匀；再加入步骤(1)称取的非离子表面活性剂失水山梨醇酯和水后，以转速为350r/min，搅拌50min，搅拌均匀呈流态浆进行第二次搅拌混合均匀；加入步骤(2)制得的改性短切碳纤维和步骤(1)称取的聚丙烯纤维以转速为550r/min、搅拌25min进行第三次搅拌混合均匀后；最后加入步骤(1)称取的环氧丙烯酸酯树脂后在搅拌机里以转速为550r/min、搅拌28min进行第四次搅拌混合均匀，得透水混凝土浆。
(4)透水混凝土预制、浇筑：将步骤(3)制得的透水混凝土浆输送至模具中，100±5℃干燥5h后用保鲜膜覆盖，带模养护1d后拆模，标准养护至28d，得碳纤维增强的透水混凝土。
实施例5
制备一种碳纤维增强的透水混凝土，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：水泥150份、钢渣25份、氧化镁18份、煤矸石23份、粉煤灰22份、环氧丙烯酸酯树脂4份、聚丙烯纤维2份、短切碳纤维20份、碎石50份、粗砂25份、碳酸锂0.7份、非离子表面活性剂3份、水176份；水泥为强度等级等于42.5的普通硅酸盐水泥；钢渣粒径为5mm～8mm；煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量为2％～3％；粉煤灰为Ⅲ级粉煤灰；碎石粒径在2mm～3.5mm；粗砂粒径为1mm～2.36mm。短切碳纤维的直径为5～10mm，长度为3～25mm；非离子表面活性剂为失水山梨醇酯。
(2)将步骤(1)称取的短切碳纤维作为阳极，在外加磁场中进行阳极氧化处理，外加磁场的强度为20～30mT，以石墨板作为阴极，用铵盐类电解质溶液进行电化学氧化处理，电解液的浓度为7％，电解液的温度为30℃；施加的电流密度为4mA/cm2，碳纤维在电解液中停留的时间为120s，再用水洗涤后，进入干燥装置后，得改性短切碳纤维。
(3)将步骤(1)称取的水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中以转速为160r/min、搅拌35min进行第一次搅拌混合均匀；再加入步骤(1)称取的非离子表面活性剂失水山梨醇酯和水后，以转速为320r/min，搅拌45min，搅拌均匀呈流态浆进行第二次搅拌混合均匀；加入步骤(2)制得的改性短切碳纤维和步骤(1)称取的聚丙烯纤维以转速为550r/min、搅拌25min进行第三次搅拌混合均匀后；最后加入步骤(1)称取的环氧丙烯酸酯树脂后在搅拌机里以转速为550r/min、搅拌25min进行第四次搅拌混合均匀，得透水混凝土浆。
(4)透水混凝土预制、浇筑：将步骤(3)制得的透水混凝土浆输送至模具中，100±5℃干燥5h后用保鲜膜覆盖，带模养护1d后拆模，标准养护至28d，得碳纤维增强的透水混凝土。
对照组1
制备一种透水混凝土，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：水泥150份、钢渣25份、氧化镁18份、煤矸石23份、粉煤灰22份、环氧丙烯酸酯树脂4份、聚丙烯纤维2份、碎石50份、粗砂25份、碳酸锂0.7份、非离子表面活性剂3份、水176份；水泥为强度等级等于42.5的普通硅酸盐水泥；钢渣粒径为5mm～8mm；煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量为2％～3％；粉煤灰为Ⅲ级粉煤灰；碎石粒径在2mm～3.5mm；粗砂粒径为1mm～2.36mm；非离子表面活性剂为失水山梨醇酯。
(2)将步骤(1)称取的水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中以转速为160r/min、搅拌35min进行第一次搅拌混合均匀；再加入步骤(1)称取的非离子表面活性剂失水山梨醇酯和水后，以转速为320r/min，搅拌45min，搅拌均匀呈流态浆进行第二次搅拌混合均匀；加入步骤(1)称取的聚丙烯纤维以转速为550r/min、搅拌25min进行第三次搅拌混合均匀后；最后加入步骤(1)称取的环氧丙烯酸酯树脂后在搅拌机里以转速为550r/min、搅拌25min进行第四次搅拌混合均匀，得透水混凝土浆。
(3)透水混凝土预制、浇筑：将步骤(2)制得的透水混凝土浆输送至模具中，100±5℃干燥5h后用保鲜膜覆盖，带模养护1d后拆模，标准养护至28d，得透水混凝土。
对照组2
制备一种透水混凝土，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取：水泥150份、钢渣25份、氧化镁18份、煤矸石23份、粉煤灰22份、聚丙烯纤维2份、短切碳纤维20份、碎石50份、粗砂25份、碳酸锂0.7份、非离子表面活性剂3份、水176份；水泥为强度等级等于42.5的普通硅酸盐水泥；钢渣粒径为5mm～8mm；煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量为2％～3％；粉煤灰为Ⅲ级粉煤灰；碎石粒径在2mm～3.5mm；粗砂粒径为1mm～2.36mm；短切碳纤维的直径为5～10mm，长度为3～25mm；非离子表面活性剂为失水山梨醇酯。
(2)将步骤(1)称取的短切碳纤维作为阳极，在外加磁场中进行阳极氧化处理，外加磁场的强度为20～30mT，以石墨板作为阴极，用铵盐类电解质溶液进行电化学氧化处理，电解液的浓度为7％，电解液的温度为30℃；施加的电流密度为4mA/cm2，碳纤维在电解液中停留的时间为120s，再用水洗涤后，进入干燥装置后，得改性短切碳纤维。
(3)将步骤(1)称取的水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中以转速为160r/min、搅拌35min进行第一次搅拌混合均匀；再加入步骤(1)称取的非离子表面活性剂失水山梨醇酯和水后，以转速为320r/min，搅拌45min，搅拌均匀呈流态浆进行第二次搅拌混合均匀；加入步骤(2)制得的改性短切碳纤维和步骤(1)称取的聚丙烯纤维以转速为550r/min、搅拌25min进行第三次搅拌混合均匀后；最后在搅拌机里以转速为550r/min、搅拌25min进行第四次搅拌混合均匀，得透水混凝土浆。
(4)透水混凝土预制、浇筑：将步骤(3)制得的透水混凝土浆输送至模具中，100±5℃干燥5h后用保鲜膜覆盖，带模养护1d后拆模，标准养护至28d，得透水混凝土。
下面通过试验报告来进一步说明本发明的碳纤维增强的透水混凝土的性能。
1.对象和方法
(1)受试物：按本发明实施例1～实施例5所给制备方法生产出的碳纤维增强的透水混凝土作为试验样品；对照组1和对照组2所给制备方法生产出的透水混凝土作为对照样品，对照组1和对照组2的制备工艺具体方法参数与实施例5制备工艺具体方法参数相同，其中与实施例5原料组分相比，对照组1原料中未加短切碳纤维，对照组2原料中未加环氧丙烯酸酯树脂。
(2)试验方法
制备：参照CJJ/T135《透水混凝土路面技术规程》中规定的透水混凝土配合比进行混凝土拌合，成型与养护：将混凝土拌合后浇筑成型150mm*150mm*150mm的立方体试件和φ100mm*50mm圆柱体试件，带模养护1d后拆模，标准养护至28d。
透水混凝土性能测试：参照GB50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试透水混凝土养护28d抗压强度，参照CJJ/T135《透水混凝土路面技术规程》测试透水混凝土的透水系数。
耐久性考察：将测试透水混凝土养护28d后，再放置室外2年后，再重新检测其试块的抗压强度和透水系数。
2.试验项目结果
透水混凝土的试验项目结果见表1。
表1 透水混凝土的性能检测结果
3.小结
由表1透水混凝土的性能检测结果可知，本发明实施例1～实施例5所给制备方法生产出的碳纤维增强的透水混凝土的整体性能结果较高，其中抗压强度为38.4～41.0MPa，透水系数为6.7～7.2mm/s，耐久性：将试样放置室外2年后，再检测其抗压强度和透水系数均无明显下降趋势，且整体没有出现骨料表面胶凝材脱落的情况，充分证明本发明的碳纤维增强的透水混凝土具有显著的抗压强度、较好的耐水效果和较高的耐久性能，使用寿命长。其中实施例5制备的透水混凝土的原料组分和制备工艺参数最优，其抗压强度达到41.0MPa，透水系数达到7.2mm/s。
对照组1和对照组2的制备工艺具体方法参数与实施例5制备工艺具体方法参数相同，其中与实施例5原料组分相比，对照组1原料中未加短切碳纤维，对照组2原料中未加环氧丙烯酸酯树脂，但是对照组1和对照组2制得的透水混凝土的抗压强度低、透水效果差、耐久性差，显著低于实施例1～实施例5制得的碳纤维增强的透水混凝土的性能，更充分证明本发明碳纤维增强的透水混凝土的原料组分中短切碳纤维和环氧丙烯酸酯树脂与其他原料组分通过制备方法工艺发生协同增效，显著提高本发明碳纤维增强的透水混凝土抗压强度、耐水效果和耐久性能。
透水混凝土是富含空洞的且抗冻性能十分优越，当遇到低温时混凝土发生冷缩，使混凝土发生变形。由于透水混凝土的空隙较多，变形发生空隙的收缩抵挡住大部分的缓和了大部分的变形，因此即使在低温透水时混凝土也能抵挡住破坏。吸声降噪性：由于其结构上面多孔，当有声波射入到表面使，一部分被反射，另一部分则则投入到内部向前传播。由于孔隙中空气运动的黏滞作用和摩擦力使一部分将声能转变为热能而消耗掉。另一部分声波反射后，经过材料内部回到表面，有些声波回到空气中，有些又反射回材料内部，有些又反射回材料内部，如此反复，直到平衡，已达到吸声降噪的效果。但是，透水混凝土由于具有特殊的多孔结构，容易造成其抗压强度偏低；且由于长时间受水中有害物质侵蚀，容易造成骨料表面胶凝材脱落，耐久性较差；对于目前已公开的透水混凝土领域的专利技术而言，所制备的透水混凝土，将其用于承载性道路混凝土，强度偏低，不符合要求。
本发明的制备方法结合原料组分进行特殊的多次搅拌混合，首先将水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中进行第一次搅拌，选择不同粒径分布的骨料构建出透水混凝土的骨架；再加入非离子表面活性剂和水进行第二次搅拌使水泥与前期骨料相紧密结合，再加入改性短切碳纤维和聚丙烯纤维进行第三次搅拌，既使浆料孔隙制作前期基础，改性短切碳纤维和聚丙烯纤维的加入又增加透水混凝土的抗压强度和耐久性能；最后加入环氧丙烯酸酯树脂进行第四次搅拌混合，使制得的碳纤维增强的透水混凝土具有显著的透水性能。改性短切碳纤维和环氧丙烯酸酯树脂协同增效，改性短切碳纤维增强的透水混凝土，增加了混凝土的韧性和抗冲击性，改善了混凝土的抗裂性、抗渗性及耐磨损性，大大提高了混凝土的耐久性能，从而提高了混凝土的使用质量和寿命，能有效提高混凝土的强度、耐久性、抗冻性和防腐能力等。
本发明增加的改性短切碳纤维，采用碳纤维处理方法简单，操作难度低，又能达到较好的处理效果，提高了碳纤维的表面亲和力，应用工艺简单，分布均匀，无明显的各向异性，适合混凝土现浇工艺特别是大体积混凝土工程施工。本发明采用的工艺简单，操作简便，可以大批量制备。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，例如非离子表面活性剂还可为蔗糖酯、或者脂肪酸聚氧乙烯酯；水泥为强度等级大于42.5的普通硅酸盐水泥等，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维增强的透水混凝土，其特征在于，按重量份数计，其由以下原料组分制成：水泥130～170份、钢渣20～30份、氧化镁15～22份、煤矸石16～30份、粉煤灰15～30份、环氧丙烯酸酯树脂2～6份、聚丙烯纤维2～2.5份、短切碳纤维10～30份、碎石40～60份、粗砂20～30份、碳酸锂0.5～0.8份、非离子表面活性剂2～5份、水170～182份。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的透水混凝土，其特征在于，按重量份数计，所述原料组分为：水泥150份、钢渣25份、氧化镁18份、煤矸石23份、粉煤灰22份、环氧丙烯酸酯树脂4份、聚丙烯纤维2份、短切碳纤维20份、碎石50份、粗砂25份、碳酸锂0.7份、非离子表面活性剂3份、水176份。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的透水混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级大于或者等于42.5的普通硅酸盐水泥；所述钢渣粒径为5mm～8mm；所述煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为300㎡/kg，其化学成分氧化硅和氧化铝含量为80％～84.5％，氧化钙含量为2％～3％；所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰或Ⅲ级粉煤灰；所述碎石粒径在2mm～3.5mm；所述粗砂粒径为1mm～2.36mm。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的透水混凝土，其特征在于，所述短切碳纤维的直径为5～10mm，长度为3～25mm；所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或者失水山梨醇酯。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取水泥、钢渣、氧化镁、煤矸石、粉煤灰、环氧丙烯酸酯树脂、聚丙烯纤维、短切碳纤维、碎石、粗砂、碳酸锂、非离子表面活性剂、水；
(2)将步骤(1)称取的短切碳纤维作为阳极，在外加磁场中进行阳极氧化处理，外加磁场的强度为20～30mT，以石墨板、不锈钢板、铜板或镍板作为阴极，用铵盐类电解质溶液进行电化学氧化处理，电解液的浓度范围为2～12％，电解液的温度为0～60℃；施加的电流密度为0.1～8mA/cm2，碳纤维在电解液中停留的时间为60～180s，再用水洗涤后，进入干燥装置后，得改性短切碳纤维；
(3)将步骤(1)称取的水泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、碎石、粗砂、氧化镁、碳酸锂加入搅拌机中进行第一次搅拌混合均匀；再加入步骤(1)称取的非离子表面活性剂和水后，进行第二次搅拌混合均匀；加入步骤(2)制得的改性短切碳纤维和步骤(1)称取的聚丙烯纤维进行第三次搅拌混合均匀后；最后加入步骤(1)称取的环氧丙烯酸酯树脂后在搅拌机里进行第四次搅拌混合均匀，得透水混凝土浆；
(4)透水混凝土预制、浇筑：将步骤(3)制得的透水混凝土浆输送至模具中，干燥后用保鲜膜覆盖，带模养护1d后拆模，标准养护至28d，得碳纤维增强的透水混凝土。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的透水混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第一次搅拌混合的转速为120～200r/min，搅拌30～40min。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的透水混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第二次搅拌混合的转速为250～400r/min，搅拌30～60min，搅拌均匀呈流态浆。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的透水混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第三次搅拌混合的转速为500～600r/min，搅拌15～30min。
9.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的透水混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第四次搅拌混合的转速为500～600r/min，搅拌20～30min，搅拌至均匀状态。
10.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的透水混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述干燥条件：100±5℃干燥5h。
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