CN109824321A - 一种二氧化碳养护预制透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种二氧化碳养护预制透水混凝土及其制备方法，所述透水混凝土由下述质量份组成：55～80份再生骨料、7～30份镍渣砂、18～40份胶结料、5～25份水、0.01～2份萘系减水剂、0～0.02份纤维素醚、0～0.01份温轮胶组成。所述胶结料由下述质量份组成：70～90份普通硅酸盐水泥、5～15份粉煤灰、10～30份钢渣、5～15份石灰或白灰渣、0.02～1份纳米碳酸钙组成。本发明工艺简单，充分利用透水混凝土结构优势和工业副产物镍渣、钢渣、粉煤灰等材料性能，利用二氧化碳养护实现高效、快速、环保生产，在获得高强、高耐久的透水混凝土制品的同时，既降低能源消耗，又能有效利用工业尾气、冶炼废渣和建筑垃圾，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

Description

一种二氧化碳养护预制透水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳养护预制透水混凝土及其制备方法，属于建筑材料制备的技术领域。

背景技术

近年来，我国大力推进“海绵城市”建设，而透水混凝土路面铺装是一种增加雨水下渗的优良的海绵城市技术方法，可以很好的改善地表径流条件。

透水混凝土是一种骨架-空隙结构,常以单粒级粗集料作为骨架,往往强度较低，施工过程中易发生浆体下沉堵塞空隙和养护过程中易失水影响强度增长等问题。如何提高强度、减小堵塞是目前研究透水混凝土制备技术的关键问题。

我国有学者曾广泛深入研究二氧化碳养护制备混凝土技术，利用该制备技术制得的混凝土制品强度增长快，其效率较常用的蒸汽养护更高，反应产物为结晶更好的碳酸钙，对混凝土耐久性较有利。然而该技术在混凝土制备领域推广较缓慢，其主要原因是该制备技术应用于普通混凝土时碳化程度不够高，制得的混凝土由于碳化而碱度降低，不利于钢筋钝化膜的形成。

但是，二氧化碳矿化这一混凝土制备技术，若应用于透水混凝土，有其独特的优势。透水混凝土空隙率高，易于二氧化碳气体渗透；透水混凝土养护过程易失水，但干燥有利于二氧化碳碳化程度的提高；骨料挂浆层厚度薄，易于在短时间内达到较高的碳化程度；透水混凝土往往不配置钢筋，不需要考虑混凝土低碱度问题。

专利201810468636.7公开了一种固碳透水混凝土的制备方法，该制备方法包含废气除尘、在废气氛围下混合搅拌、入模成型、转入固碳室内养护15天以上、更换养护气体至养护时间结束。该专利提出了在混凝土养护过程中固定二氧化碳的理念。然而，对于这一专利，其目的在于固定二氧化碳，而非透水混凝土生产，对于混凝土配合比、养护制度等都没有针对透水混凝土生产而制定相应参数，养护时间也特别长。

本发明利用二氧化碳养护技术制备透水混凝土，解决了透水混凝土强度低、强度增长慢问题，提供了一种高效、快速、环保的透水混凝土生产方式，同时，为适应这一养护技术、降低透水混凝土制品能耗，合理利用多种冶炼废渣和再生骨料设计配合比。本发明为减少工业尾气排放和消纳工业固体废弃物和建筑垃圾提供了一条有效的技术途径。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种二氧化碳养护预制透水混凝土及其制备方法。该发明首先解决了透水混凝土强度增长慢、生产效率低、空隙分布不均匀的问题，其次，本发明大量利用冶炼废渣和再生骨料、大量消耗二氧化碳，解决了工业尾气排放和工业固体废弃物和建筑垃圾消纳问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种二氧化碳养护预制透水混凝土及其制备方法采用以下技术方案实现：

所述透水混凝土由下述质量份组成：55～80份再生骨料、7～30份镍渣砂、18～40份胶结料、5～25份水、0.01～2份萘系减水剂、0～0.02份纤维素醚、0～0.01份温轮胶组成。所述胶结料由下述质量份组成：70～90份普通硅酸盐水泥、5～15份粉煤灰、10～30份钢渣、5～15份石灰或白灰渣、0.02～1份纳米碳酸钙组成。

所述再生骨料粒径在5～16mm之间，为破碎再生混凝土骨料。

所述镍渣砂粒径在0.16～5mm之间，为气冷或水淬镍渣。

所述粉煤灰或为高钙粉煤灰或为低钙粉煤灰，比表面积大于350m²/kg，CaO和SiO₂重量含量之和大于50％。

所述钢渣比表面积大于350m²/kg，CaO和SiO₂重量含量之和大于50％，其中CaO重量含量大于20％。

所述石灰或为熟石灰或为生石灰，其CaO重量含量大于80％，细度0.08mm方孔筛小于18％。

所述白灰渣CaO重量含量大于50％，其比表面积大于350m²/kg。

所述二氧化碳养护预制透水混凝土的制备方法包括以下步骤：

1)再生骨料吸水至饱和面干；

2)按比例计量再生骨料、镍渣砂和40～60％用水量加入搅拌机，搅拌0.5～1分钟；

3)加入胶结料，搅拌1～2分钟；

4)加入剩余用水量、减水剂、纤维素醚和温轮胶，搅拌1～5分钟；

5)将步骤3)混凝土倒入模具，使用低频平板振动机分层振实，带模转入密闭养护箱或养护室；

6)向密闭养护箱或养护室充入二氧化碳气体，控制养护箱或养护室内相对湿度为40～70％，二氧化碳质量分数为20～100％，对混凝土制品进行二氧化碳养护6～24h；

7)养护结束脱模即可。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

1.透水混凝土具有高空隙率，往往应用于无钢筋的路面铺装，对混凝土碱度要求较低，本发明的预制透水混凝土采用二氧化碳养护，合理利用了透水混凝土的高空隙率、低碱度要求，对混凝土预养护要求低，碳化过程更高效，混凝土在较短时间内达到较高的碳化程度，从而获得较高的强度，满足产品服役要求；在预制制备透水混凝土过程中，不需要使用常规预制混凝土所需的高温蒸汽养护，并大量消耗二氧化碳，大大降低预制透水混凝土制备过程中的能量消耗，并为降低工业尾气二氧化碳排放提供了一个方向。

2.本发明合理利用各组份材料的自身优势，实现性能互补：镍渣铁镁含量高，易磨性差，作为细骨料用于透水混凝土，有利于增强混凝土的耐磨性；钢渣由于自身游离氧化钙过多而在混凝土应用中受到阻碍，而在本发明中作为胶结料组份，高含钙量更有利于在二氧化碳养护下参与反应生成碳酸钙，同时合理添补石灰作为钙源，进一步促进胶结料和透水混凝土强度的提升；粉煤灰由于自身圆球状形貌，发挥其粒型效应，有利于提升新拌透水混凝土的工作性；再生骨料由于自身携带部分砂浆而使性能下降，在本发明中采用二氧化碳氧化，在养护过程中可直接强化再生骨料，改善骨料性能，同时还避免增加生产工序；由于透水混凝土自身空隙率高、挂浆层薄，在二氧化碳养护过程中十分有利于二氧化碳气体的深入，从而大大缩减甚至不必考虑混凝土在二氧化碳养护前的预养护和干燥的工序，同时能在短时间内得到高碳化程度和高强度的透水混凝土制品。

3.本发明将再生骨料用作透水混凝土粗集料，并在拌和前先进行吸水处理，使再生骨料饱和面干。再生骨料在生产过程中，造成表面较多裂缝，且常携带砂浆，这些都造成了再生骨料的高吸水率，预先吸水处理有利于透水混凝土拌和时具有良好和易性。

4.本发明采用萘系减水剂和纤维素醚、温轮胶配合，萘系减水剂使混凝土拌合物浆体具有较好的流动性，纤维素醚和温轮胶配合提升混凝土拌合物浆体的剪切强度，使其黏度提升，由此使得透水混凝土骨料挂浆厚度均匀却不易流淌，避免了透水混凝土浆体下沉的问题。

5.本发明所用的胶结料采用了纳米碳酸钙，在二氧化碳养护过程中降低了反应过程中碳酸钙析出的界面能，为碳化反应产物提供了成核位点，大幅加快了混凝土的碳化进程，提高透水混凝土强度。

具体实施方式

本发明一种利用镍渣、钢渣和再生骨料制备的二氧化碳养护预制透水混凝土，所述透水混凝土由下述质量份组成：55～80份再生骨料、7～30份镍渣砂、18～40份胶结料、5～25份水、0.01～2份萘系减水剂、0～0.02份纤维素醚、0～0.01份温轮胶组成。所述胶结料由下述质量份组成：70～90份普通硅酸盐水泥、5～15份粉煤灰、10～30份钢渣、5～15份石灰或白灰渣、0.02～1份纳米碳酸钙组成。

所述再生骨料粒径在5～16mm之间，为破碎再生混凝土骨料。

所述镍渣砂粒径在0.16～5mm之间，为气冷或水淬镍渣。

所述粉煤灰或为高钙粉煤灰或为低钙粉煤灰，比表面积大于350m²/kg，CaO和SiO₂重量含量之和大于50％。

所述钢渣比表面积大于350m²/kg，CaO和SiO₂重量含量之和大于50％，其中CaO重量含量大于20％。

所述石灰或为熟石灰或为生石灰，其CaO重量含量大于80％，细度0.08mm方孔筛小于18％。

所述白灰渣CaO重量含量大于50％，其比表面积大于350m²/kg。

所述二氧化碳养护预制透水混凝土的制备方法包括以下步骤：

1)再生骨料吸水至饱和面干；

2)按比例计量再生骨料、镍渣砂和40～60％用水量加入搅拌机，搅拌0.5～1分钟；

3)加入胶结料，搅拌1～2分钟；

4)加入剩余用水量、减水剂、纤维素醚和温轮胶，搅拌1～5分钟；

5)将步骤3)混凝土倒入模具，使用低频平板振动机分层振实，带模转入密闭养护箱或养护室；

6)向密闭养护箱或养护室充入二氧化碳气体，控制养护箱或养护室内相对湿度为40～70％，二氧化碳质量分数为20～100％，对混凝土制品进行二氧化碳养护6～24h；

7)养护结束脱模即可。

实施例一、

利用二氧化碳养护预制透水混凝土由以下组份质量份组成：60份再生混凝土骨料、30份镍渣砂、14份普通硅酸盐水泥、2份粉煤灰、4份钢渣、1.2份石灰、0.1份纳米碳酸钙、6份水、0.4份萘系减水剂、0.003份纤维素醚、0.001份温轮胶组成。

利用镍渣、钢渣和再生骨料制备的二氧化碳养护预制透水混凝土制备包括以下步骤：

包含以下步骤：

1)再生骨料吸水至饱和面干；

2)按比例计量再生骨料、镍渣砂和40％用水量加入搅拌机，搅拌0.5分钟；

3)加入胶结料，搅拌1分钟；

4)加入剩余用水量、减水剂、纤维素醚和温轮胶，搅拌2分钟；

5)将步骤3)混凝土倒入模具，使用低频平板振动机分层振实，带模转入密闭养护箱；

6)控制养护箱内相对湿度为70％，二氧化碳质量分数为95％，养护6h；

7)养护结束脱模。

实施例二、

利用镍渣、钢渣和再生骨料制备的二氧化碳养护预制透水混凝土由以下组份质量份组成：70份再生混凝土骨料、20份镍渣砂、24份普通硅酸盐水泥、1.5份粉煤灰、4.5份钢渣、1份石灰、0.14份纳米碳酸钙、10份水、0.55份萘系减水剂、0.005份纤维素醚、0.002份温轮胶组成。

利用镍渣、钢渣和再生骨料制备的二氧化碳养护预制透水混凝土制备包括以下步骤：

包含以下步骤：

1)再生骨料吸水至饱和面干；

2)按比例计量再生骨料、镍渣砂和50％用水量加入搅拌机，搅拌1分钟；

3)加入胶结料，搅拌2分钟；

4)加入剩余用水量、减水剂、纤维素醚和温轮胶，搅拌2分钟；

5)将步骤3)混凝土倒入模具，使用低频平板振动机分层振实，带模转入密闭养护箱；

6)控制养护箱内相对湿度为60％，二氧化碳质量分数为60％，养护10h；

7)养护结束脱模。

实施例三、

利用镍渣、钢渣和再生骨料制备的二氧化碳养护预制透水混凝土由以下组份质量份组成：80份再生混凝土骨料、10份镍渣砂、35份普通硅酸盐水泥、2份粉煤灰、4份钢渣、0.8份石灰、0.25份纳米碳酸钙、12份水、0.72份萘系减水剂、0.007份纤维素醚、0.004份温轮胶组成。

利用镍渣、钢渣和再生骨料制备的二氧化碳养护预制透水混凝土制备包括以下步骤：

包含以下步骤：

1)再生骨料吸水至饱和面干；

2)按比例计量再生骨料、镍渣砂和60％用水量加入搅拌机，搅拌1分钟；

3)加入胶结料，搅拌2分钟；

4)加入剩余用水量、减水剂、纤维素醚和温轮胶，搅拌3分钟；

5)将步骤3)混凝土倒入模具，使用低频平板振动机分层振实，带模转入密闭养护箱；

6)控制养护箱内相对湿度为50％，二氧化碳质量分数为40％，养护20h；

7)养护结束脱模。

表1为本发明性能考核指标，本指标参照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》、GB/T12988《无机地面材料耐磨性能试验方法》、GB/T50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》执行。由表1可见，本发明制备的透水混凝土强度高、耐磨性好、耐久性好、具有良好的透水性能。

表1

本发明在制备预制透水混凝土制品时，可根据实际需要改变模具，制成各形式的透水混凝土砖、板等，无需现场拌制、摊铺、振捣、养护，大大加快了透水混凝土路面铺装的生产效率。

本发明在制备过程中未采用高温、高压等高能耗养护形式，而采用二氧化碳养护，降低了养护过程中的能源消耗和生产成本，同时相比于传统现场拌制摊铺的透水混凝土生产方式，本发明所提供的制备生产方式大大加快了透水混凝土制品的强度增长，缩短了生产周期。

本发明在制备过程中使用的胶结料均为无机胶结料，不含有有机合成胶结料，生产过程中无异味；同时本发明大量使用各种冶炼废渣、粉煤灰、再生骨料以及二氧化碳，大量消耗工业固体废弃物、建筑垃圾和工业尾气，是一种环保的、可持续的新一代路面材料。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也是为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种二氧化碳养护预制透水混凝土，其特征在于所述透水混凝土由下述质量份组成：55～80份再生骨料、7～30份镍渣砂、18～40份胶结料、5～25份水、0.01～2份萘系减水剂、0～0.02份纤维素醚、0～0.01份温轮胶；所述胶结料由下述质量份组成：70～90份普通硅酸盐水泥、5～15份粉煤灰、10～30份钢渣、5～15份石灰或白灰渣、0.02～1份纳米碳酸钙。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳养护预制透水混凝土，其特征在于所述再生骨料粒径在5～16mm之间，为破碎再生混凝土骨料。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳养护预制透水混凝土，其特征在于所述镍渣砂粒径在0.16～5mm之间，为气冷或水淬镍渣。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳养护预制透水混凝土，其特征在于所述粉煤灰为高钙粉煤灰或为低钙粉煤灰，比表面积大于350m²/kg，CaO和SiO₂重量含量之和大于50％。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳养护预制透水混凝土，其特征在于所述钢渣比表面积大于350m²/kg，CaO和SiO₂重量含量之和大于50％，其中CaO重量含量大于20％。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳养护预制透水混凝土，其特征在于所述石灰为熟石灰或为生石灰，其CaO重量含量大于80％，细度0.08mm方孔筛小于18％。

7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳养护预制透水混凝土，其特征在于所述白灰渣CaO重量含量大于50％，其比表面积大于350m²/kg。

8.一种如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的二氧化碳养护预制透水混凝土的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：

1)再生骨料吸水至饱和面干；

2)按比例计量再生骨料、镍渣砂和40～60％用水量加入搅拌机，搅拌0.5～1分钟；

3)加入胶结料，搅拌1～2分钟；

4)加入剩余用水量、减水剂、纤维素醚和温轮胶，搅拌1～5分钟；

5)将步骤3)混凝土倒入模具，使用低频平板振动机分层振实，带模转入密闭养护箱或养护室；

6)向密闭养护箱或养护室充入二氧化碳气体，控制养护箱或养护室内相对湿度为40～70％，二氧化碳质量分数为20～100％，对混凝土制品进行二氧化碳养护6～24h；

7)养护结束脱模即可。