CN111003999A - 一种杂化纳米粒子增强生态透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种杂化纳米粒子增强生态透水混凝土及其制备方法，该生态透水混凝土包含水泥200～350份、粉煤灰15～60份、碎石200～900份、废弃玻璃骨料200～800份、纤维素醚0.02～0.06份、脂肪醇乳液0.05～0.3份、纳米二氧化钛3～15份、杂化纳米粒子溶液12～25份、水60～120份；该混凝土的制备方法包括以下步骤：(1)将水、纳米二氧化钛、废弃玻璃骨料混合均匀得到混合物；(2)制备杂化纳米粒子溶液；(3)将水泥、粉煤灰、碎石、纤维素醚、脂肪醇乳液和杂化纳米粒子溶液加入步骤1所得混合物中搅拌；(4)将步骤2所得物倒入模具，养护7～28天后，脱模即可得到杂化纳米粒子增强生态透水混凝土。该混凝土能够提升透水混凝土对污染物的降解作用，其抗腐蚀系数达96％，透水系数达5.1mm/s，28d抗压强度达35.5Mpa。

Description

一种杂化纳米粒子增强生态透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生态透水混凝土及其制备方法，更具体地，涉及一种杂化纳米粒子增强生态透水混凝土及其制备方法。
背景技术
透水混凝土的道路铺装能够实现雨水的渗透，减少地表径流和缓解城市热岛效应。透水混凝土是一种多孔混凝土材料，由水泥浆体包裹骨料形成骨架-孔隙结构，骨料通常选用单粒径粗骨料。由于骨料间硬化浆体较薄，在服役过程中，易发生强度倒缩，为了克服这个缺点，通常需要掺加提升硬化浆体耐久性能的组分材料，目前为了提升透水混凝土的生态性，会在浆体组分中掺入建筑垃圾和矿物废弃料，但这些原料水化活性和胶凝性能较差，易引起透水混凝土早期强度的下降和耐久性能下降。同时，由于纳米二氧化钛在光催化作用下，对空气中氮氧化物具有一定的降解功能，为了进一步提升透水混凝土的生态环保性能，给予其净化污染物的功能，还将纳米二氧化钛加入透水混凝土中。然而，对于透水混凝土而言，由于胶凝材料和传统骨料的不透光性，大多数光作用还集中于混凝土表面，仅依靠内部孔壁反射和散射，引入光照强度有限，限制了透水混凝土整体净化功能发挥。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种长期性能和耐久性能好、内部引光效果好、能够充分发挥纳米二氧化钛降解作用的杂化纳米粒子增强生态透水混凝土；本发明的另一目的是提供该生态透水混凝土的制备方法。
技术方案：本发明所述一种杂化纳米粒子增强生态透水混凝土，包含以下重量组份：水泥200～350份、粉煤灰15～60份、碎石200～900份、废弃玻璃骨料200～800份、纤维素醚0.02～0.06份、脂肪醇乳液0.05～0.3份、纳米二氧化钛3～15份、杂化纳米粒子溶液12～25份、水60～120份。
其中，杂化纳米粒子溶液杂化纳米粒子溶液杂化纳米粒子溶液由氨基化纳米二氧化硅溶液和减水剂溶液制得，氨基化纳米二氧化硅溶液中氨基纳米二氧化硅粒径为20～60nm，杂化纳米粒子溶液中添加了减水剂，能够提升纳米粒子在搅拌时在浆体中的分散性能，同时在搅拌阶段和水化阶段，从杂化纳米粒子表面脱落的减水剂分子起到分散水泥和优化水化产物界面的作用，减水剂为聚羧酸系减水剂，水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为52.5，粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰，碎石级配为单级配，粒径为5～15mm，废弃玻璃骨料粒径为5～10mm，纳米二氧化钛的晶型为锐钛型，粒径为10～80nm。
本发明所述杂化纳米粒子增强生态透水混凝土的制备方法包括以下步骤：
(1)将水、纳米二氧化钛、废弃玻璃骨料混合均匀得到混合物；
(2)制备杂化纳米粒子溶液；
(3)将水泥、粉煤灰、碎石、纤维素醚、脂肪醇乳液和杂化纳米粒子溶液加入步骤1所得混合物中搅拌；
(4)将步骤2所得物倒入模具，养护7～28天后，脱模即可得到杂化纳米粒子增强生态透水混凝土。
其中，步骤2中制备杂化纳米粒子溶液步骤为：
(21)将15～20份氨基化纳米二氧化硅加入85～90水中，超声震荡1～2h得氨基化纳米二氧化硅溶液；
(22)将10～12份质量溶度为10％～15％减水剂溶液在1～3h内缓慢滴入氨基化纳米二氧化硅溶液中，搅拌均匀，制得杂化纳米粒子溶液。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、废弃玻璃骨料透明度高，能够作为透光材料增强透水混凝土内部光强度，有利于纳米二氧化钛光催化效应的发挥，提升透水混凝土对污染物的降解作用；2、引入高分散性的杂化纳米粒子增强胶凝材料组分，能够弥补废弃物掺入造成的对透水混凝土力学和耐久性能的负面作用，其抗腐蚀系数达96％，透水系数达5.1mm/s，28d抗压强度达35.5Mpa。
具体实施方式
实施例1
取原料：水泥300份、粉煤灰30份、碎石800份、废弃玻璃骨料700份、纤维素醚0.02份、脂肪醇乳液0.1份、纳米二氧化钛7份、杂化纳米粒子溶液20份、水90份。水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为52.5；所粉煤灰为I级粉煤灰；碎石级配为单级配，粒径为15mm；废弃玻璃骨料粒径为10mm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛型，粒径为20nm。
杂化纳米粒子溶液制备方法如下：将15份氨基化纳米二氧化硅加入85份水中，超声震荡1h，将10份质量溶度为15％的减水剂溶液在2h小时内缓慢滴入，搅拌均匀，制得杂化纳米粒子溶液。氨基纳米二氧化硅粒径为20nm，减水剂为聚羧酸系减水剂。
制备杂化纳米粒子增强生态透水混凝土：
(1)将水、纳米二氧化钛、废弃玻璃骨料混合搅拌5min，静置10min，再搅拌5min；
(2)将水泥、粉煤灰、碎石、纤维素醚、脂肪醇乳液和杂化纳米粒子溶液加入步骤1所得物，混合搅拌3min；
(3)将步骤2所得物倒入模具，在温度为25℃、湿度60％的条件下养护28天后脱模。
实施例2
取原料：水泥270份、粉煤灰50份、碎石600份、废弃玻璃骨料700份、纤维素醚0.03份、脂肪醇乳液0.2份、纳米二氧化钛6份、杂化纳米粒子溶液18份、水85份。水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为52.5；所粉煤灰为I级粉煤灰；碎石级配为单级配，粒径为15mm；废弃玻璃骨料粒径为10mm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛型，粒径为30nm。
杂化纳米粒子溶液制备方法如下：将15份氨基化纳米二氧化硅加入85份水中，超声震荡1h，将10份质量溶度为15％的减水剂溶液在1h小时内缓慢滴入，搅拌均匀，制得杂化纳米粒子溶液。氨基纳米二氧化硅粒径为30nm，减水剂为聚羧酸系减水剂。
制备杂化纳米粒子增强生态透水混凝土：
(1)将水、纳米二氧化钛、废弃玻璃骨料混合搅拌3min，静置10min，再搅拌5min；
(2)将水泥、粉煤灰、碎石、纤维素醚、脂肪醇乳液和杂化纳米粒子溶液加入步骤1所得物，混合搅拌5min；
(3)将步骤2所得物倒入模具，在温度为20℃、湿度50％的条件下养护28天后脱模。
实施例3
取原料：水泥300份、粉煤灰30份、碎石500份、废弃玻璃骨料800份、纤维素醚0.03份、脂肪醇乳液0.2份、纳米二氧化钛8份、杂化纳米粒子溶液25份、水95份。水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为52.5；所粉煤灰为II级粉煤灰；碎石级配为单级配，粒径为15mm；废弃玻璃骨料粒径为10mm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛型，粒径为20nm。
杂化纳米粒子溶液制备方法如下：将15份氨基化纳米二氧化硅加入85份水中，超声震荡1h，将10份质量溶度为15％的减水剂溶液在1.5h小时内缓慢滴入，搅拌均匀，制得杂化纳米粒子溶液；氨基纳米二氧化硅粒径为20nm，减水剂为聚羧酸系减水剂。
制备杂化纳米粒子增强生态透水混凝土：
(1)将水、纳米二氧化钛、废弃玻璃骨料混合搅拌5min，静置10min，再搅拌3min；
(2)将水泥、粉煤灰、碎石、纤维素醚、脂肪醇乳液和杂化纳米粒子溶液加入步骤1所得物，混合搅拌5min；
(3)将步骤2所得物倒入模具，在温度为25℃、湿度50％的条件下养护28天后脱模。
实施例4
取原料：水泥200份、粉煤灰15份、碎石200份、废弃玻璃骨料200份、纤维素醚0.06份、脂肪醇乳液0.05份、纳米二氧化钛3份、杂化纳米粒子溶液12份、水60份。水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为52.5；所粉煤灰为II级粉煤灰；碎石级配为单级配，粒径为15mm；废弃玻璃骨料粒径为10mm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛型，粒径为20nm。
杂化纳米粒子溶液制备方法如下：将15份氨基化纳米二氧化硅加入85份水中，超声震荡1h，将10份质量溶度为15％的减水剂溶液在1.5h小时内缓慢滴入，搅拌均匀，制得杂化纳米粒子溶液；氨基纳米二氧化硅粒径为20nm，减水剂为聚羧酸系减水剂。
制备杂化纳米粒子增强生态透水混凝土：
(1)将水、纳米二氧化钛、废弃玻璃骨料混合搅拌5min，静置10min，再搅拌3min；
(2)将水泥、粉煤灰、碎石、纤维素醚、脂肪醇乳液和杂化纳米粒子溶液加入步骤1所得物，混合搅拌5min；
(3)将步骤2所得物倒入模具，在温度为25℃、湿度50％的条件下养护28天后脱模。
实施例5
取原料：水泥350份、粉煤灰60份、碎石900份、废弃玻璃骨料800份、纤维素醚0.03份、脂肪醇乳液0.3份、纳米二氧化钛15份、杂化纳米粒子溶液12份、水120份。水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为52.5；所粉煤灰为II级粉煤灰；碎石级配为单级配，粒径为15mm；废弃玻璃骨料粒径为10mm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛型，粒径为20nm。
杂化纳米粒子溶液制备方法如下：将15份氨基化纳米二氧化硅加入85份水中，超声震荡1h，将10份质量溶度为15％的减水剂溶液在1.5h小时内缓慢滴入，搅拌均匀，制得杂化纳米粒子溶液；氨基纳米二氧化硅粒径为20nm，减水剂为聚羧酸系减水剂。
制备杂化纳米粒子增强生态透水混凝土：
(1)将水、纳米二氧化钛、废弃玻璃骨料混合搅拌5min，静置10min，再搅拌3min；
(2)将水泥、粉煤灰、碎石、纤维素醚、脂肪醇乳液和杂化纳米粒子溶液加入步骤1所得物，混合搅拌5min；
(3)将步骤2所得物倒入模具，在温度为25℃、湿度50％的条件下养护28天后脱模。
对实施例1～3进行性能检测，结果如表1所示，检测方法参照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》和GB/T50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》。
表1实施例1～3的检测性能
项目 实施例1 实施例2 实施例3
透水系数(mm/s) 4.2 4.5 5.1
7d抗压强度(Mpa) 25.8 24.8 24.5
28d抗压强度(Mpa) 35.5 33.2 31.8
抗侵蚀系数(％) 96 92 95

Claims (7)

1.一种杂化纳米粒子增强生态透水混凝土，其特征在于，包含以下重量组份：水泥200～350份、粉煤灰15～60份、碎石200～900份、废弃玻璃骨料200～800份、纤维素醚0.02～0.06份、脂肪醇乳液0.05～0.3份、纳米二氧化钛3～15份、杂化纳米粒子溶液12～25份、水60～120份。
2.根据权利要求1所述的杂化纳米粒子增强生态透水混凝土，其特征在于，所述杂化纳米粒子溶液由氨基化纳米二氧化硅溶液和减水剂溶液制得。
3.根据权利要求2所述的杂化纳米粒子增强生态透水混凝土，其特征在于，所述氨基化纳米二氧化硅溶液中氨基纳米二氧化硅粒径为20～60nm。
4.根据权利要求2所述的杂化纳米粒子增强生态透水混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
5.根据权利要求1所述的杂化纳米粒子增强生态透水混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰，所述碎石级配为单级配，粒径为5～15mm，所述废弃玻璃骨料粒径为5～10mm，所述纳米二氧化钛的晶型为锐钛型，粒径为10～80nm。
6.一种权利要求1所述的杂化纳米粒子增强生态透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水、纳米二氧化钛、废弃玻璃骨料混合均匀得到混合物；
(2)制备杂化纳米粒子溶液；
(3)将水泥、粉煤灰、碎石、纤维素醚、脂肪醇乳液和杂化纳米粒子溶液加入步骤1所得混合物中搅拌；
(4)将步骤2所得物倒入模具，养护7～28天后，脱模即可得到杂化纳米粒子增强生态透水混凝土。
7.根据权利要求6所述的的杂化纳米粒子增强生态透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤2中制备杂化纳米粒子溶液步骤为：
(21)将15～20份氨基化纳米二氧化硅加入85～90水中，超声震荡1～2h得氨基化纳米二氧化硅溶液；
(22)将10～12份质量溶度为10％～15％减水剂溶液在1～3h内缓慢滴入氨基化纳米二氧化硅溶液中，搅拌均匀，制得杂化纳米粒子溶液。
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