CN113135711A - 多尺度纤维改性透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多尺度纤维改性透水混凝土及其制备方法，能够提高透水混凝土的力学性能和抗冻性，并提高了透水系数。多尺度纤维改性透水混凝土，制备所述多尺度纤维改性透水混凝土的原料包括水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料和水；水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料的质量比为1：0.1‑0.4：0.1‑0.5：0‑0.05：0.0002‑0.002：0.015‑0.05：0‑0.0002：4.2‑5.2：0.36‑0.56。所述的多尺度纤维改性透水混凝土的制备方法，其包括以下步骤：纳米纤维素加入水中预分散；粗骨料、水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰干混均匀，加入水搅拌1‑2min；加入预分散好的纳米纤维素、微米纤维和引气剂，接着搅拌2‑4min至均匀。

Description

多尺度纤维改性透水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种透水混凝土及其制备方法，具体涉及一种多尺度纤维改性透水混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

透水混凝土在国外的研究及应用起步较早，20 世纪 70年代开始，英国和美国研究出了新型的多孔透水混凝土并应用于实际工程。相比而言，我国对透水混凝土的研究与应用起步较晚，但是发展速度较快， 20 世纪九十年代中期将研究成果应用到实际工程中。从 2005 年开始，我国大力推进海绵城市建设，倡导在城市基础建设中推广透水混凝土材料的使用，但由于有关透水混凝土方面的实际研究成果较少，所以在工程中并未得到广泛应用。 透水混凝土的研究在国内还属于新领域，影响透水混凝土的因素和机理还不够清晰，在荷载作用力和环境因素的综合作用下，骨料颗粒间的结合强度较低，容易引发严重的路面开裂现象。有效的利用再生骨料，减少资源的浪费，避免对环境造成二次污染，具有重大的经济价值和社会效益。但是，利用再生骨料制备的透水混凝土透水性能较好，但是力学性能和耐久性更差，限制了再生骨料在透水混凝土中的应用。

近几十年来，纳米材料的研究已成为一个极具发展前景的前沿课题。生物基纳米纤维素、微米纤维新材料取自于自然界中的天然植物资源，如树木、稻草、棉花、大豆皮等，具有高结晶度、高杨氏模量、高长径比、低密度、低成本、环保和可再生等特性，被认为是更具潜力的绿色纳米材料，已成为21世纪生物资源中最重要的纳米材料之一。研究表明，较低掺量的生物基纳米材料即可改善混凝土拌合物的和易性，提高水泥混凝土的强度和耐久性。

申请人在前期的实验中发现，当水泥基材料早龄期遭受失水和低温等严酷环境条件作用时，生物基纳米纤维素、微米纤维材料对水泥基材料的强度发展和阻裂效果尤为明显。

发明内容

本发明目的是提供了一种多尺度纤维改性透水混凝土及其制备方法，能够提高透水混凝土的力学性能和抗冻性，并提高了透水系数。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种多尺度纤维改性透水混凝土，制备所述多尺度纤维改性透水混凝土的原料包括水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料和水；

水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料的质量比为1：0.1 -0.4：0.1-0.5：0- 0.05：0.0002-0.002：0.015-0.05：0-0.0002：4.2-5.2：0.36-0.56。

所述多尺度纤维改性透水混凝土优选方案，水泥为通用硅酸盐水泥，强度等级42.5。

所述多尺度纤维改性透水混凝土优选方案，粉煤灰的需水量比≤100%，烧失量≤8.0%。

所述多尺度纤维改性透水混凝土优选方案，硅灰活性指数≥105%。

所述多尺度纤维改性透水混凝土优选方案，纳米纤维素长径比大于200，微米纤维为PE或者PVA纤维，直径20-40µm，长度12-15mm。

所述多尺度纤维改性透水混凝土优选方案，引气剂为聚醚类引气剂。

所述多尺度纤维改性透水混凝土优选方案，粗骨料取自于公称粒径5-16mm，石粉含量低于10%，针片状颗粒含量≤15%，压碎指标值≤15%，吸水率小于10%。

一种所述的多尺度纤维改性透水混凝土的制备方法，其包括以下步骤：

1） 纳米纤维素加入水中预分散，水：纳米纤维素质量比=2~3；

2）粗骨料、水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰干混均匀，加入水搅拌1-2min；

3）加入预分散好的纳米纤维素、微米纤维和引气剂，接着搅拌2-4min至均匀。

本发明的优点在于：

1)通过改善再生骨料与基体之间的界面及混凝土基体的微结构性能，显著提高了透水混凝土的力学性能和抗冻性，并提高了透水系数；

2)用生物基纳米技术时，制备同等性能要求的再生透水混凝土，可节约水泥15-30%，具有显著的经济效益；社会效益：环境效益显著

3)纳米纤维素、微米纤维取自可再生绿色植物，无碳排放压力，且植物生长过程吸收二氧化碳，释放氧气；

4）显著提高再生透水混凝土的力学性能和耐久性，减少不可再生资源的浪费，有利于实现我国“碳高峰和碳中和”目标。

具体实施方式

下面利用对本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

制备所述多尺度纤维改性透水混凝土的原料包括水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料和水；

水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料的质量比为1：0.1：0.2：0.05：0.0015：0.05： 0.0001：4.2：0.36。

水泥：通用硅酸盐水泥中的一种，强度等级42.5；

粉煤灰：需水量比95%，烧失量5%；

粒化高炉矿渣粉：活性指数95%，烧失量1.0%；

硅灰：活性指数115%；

纳米纤维素：从天然植物中提取，长径比300-400；

微米纤维：PE或者PVA纤维，直径20-40µm，长度12mm：

引气剂：聚醚类

粗骨料：取自于公称粒径5-16mm，石粉含量5%，针片状颗粒含量10%，压碎指标值10%，吸水率2%；

水：洁净水。

所述的多尺度纤维改性透水混凝土的制备方法，其包括以下步骤：

1） 纳米纤维素、微米纤维加入水中预分散，水：纳米纤维素、微米纤维质量比=3；

2）粗骨料、水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰干混均匀，加入水搅拌1-2min；

3）加入预分散好的纳米纤维素、微米纤维和引气剂，接着搅拌2-4min至均匀。

将搅拌好的混凝土拌合物装入试模，采用压力成型，压缩为初始体积的80%。

产品性能（28d龄期）：抗压强度： 45MPa，抗折强度： 5.0MPa，透水系数：3.0mm/s，孔隙率：15%，抗冻性： F200。

实施例2：

制备所述多尺度纤维改性透水混凝土的原料包括水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料和水；

水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料的质量比为1：0.2：0.3：0：0.0005：0.015:0：5.2：0.50。

水泥：通用硅酸盐水泥中的一种，强度等级42.5；

粉煤灰：需水量比100%，烧失量8.0%；

粒化高炉矿渣粉：活性指数85%，烧失量3.0%；

硅灰：活性指数105%；

纳米纤维素、微米纤维：从天然植物中提取，长径比200-300；

引气剂：聚醚类

粗骨料：取自于公称粒径5-16mm，石粉含量10%，针片状颗粒含量15%，压碎指标值15%，吸水率10%；

水：洁净水。

所述的多尺度纤维改性透水混凝土的制备方法，其包括以下步骤：

1） 纳米纤维素加入水中预分散，水：纳米纤维素=2；

2）粗骨料、水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰干混均匀，加入水搅拌1-2min；

3）加入预分散好的纳米纤维素、微米纤维和引气剂，接着搅拌2-4min至均匀。

将搅拌好的混凝土拌合物装入试模，采用插捣振动成型工艺，每60-80mm厚度插捣15次，然后振动20s。

产品性能（28d龄期）：抗压强度：18MPa，抗折强度：2.7MPa，透水系数： 12mm/s，孔隙率： 25%，抗冻性：F100。

对比例

制备透水混凝土的原料包括水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料和水；

水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、引气剂、粗骨料的质量比为1：0.2：0.3：0.015:0：5.2：0.50。

水泥：通用硅酸盐水泥中的一种，强度等级42.5；

粉煤灰：需水量比100%，烧失量8.0%；

粒化高炉矿渣粉：活性指数85%，烧失量3.0%；

硅灰：活性指数105%；

引气剂：聚醚类

粗骨料：取自于公称粒径5-16mm，石粉含量10%，针片状颗粒含量15%，压碎指标值15%，吸水率10%；

水：洁净水。

搅拌好的混凝土拌合物装入试模，采用插捣振动成型工艺，每60-80mm厚度插捣15次，然后振动20s。

产品性能（28d龄期）：抗压强度：10MPa，抗折强度：2.0MPa，透水系数： 10mm/s，孔隙率： 23%，抗冻性：F50。

通过实施例1及实施例2与对比例比较加入了纳米纤维素、微米纤维透水混凝土的抗压强度均有显著提升，且透水系数与孔隙率均有改善。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多尺度纤维改性透水混凝土，其特征在于：制备所述多尺度纤维改性透水混凝土的原料包括水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料和水；

水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、纳米纤维素、微米纤维、引气剂、粗骨料的质量比为1：0 -0.4：0.1-0.5：0- 0.05：0.0002-0.002：0.015-0.05：0-0.0002：4.2-5.2：0.36-0.56。

2.根据权利要求1所述多尺度纤维改性透水混凝土，其特征在于：水泥为通用硅酸盐水泥，强度等级42.5。

3.根据权利要求1所述多尺度纤维改性透水混凝土，其特征在于：粉煤灰的需水量比≤100%，烧失量≤8.0%。

4.根据权利要求1所述多尺度纤维改性透水混凝土，其特征在于：硅灰活性指数≥105%。

5.根据权利要求1所述多尺度纤维改性透水混凝土，其特征在于：纳米纤维素长径比大于200，微米纤维为PE或者PVA纤维，直径20-40µm，长度12-15mm。

6.根据权利要求1所述多尺度纤维改性透水混凝土，其特征在于：引气剂为聚醚类引气剂。

7.根据权利要求1所述多尺度纤维改性透水混凝土，其特征在于：粗骨料取自于公称粒径5-16mm，针片状颗粒含量≤15%，压碎指标值≤15%。

8.一种如权利要求1所述的多尺度纤维改性透水混凝土的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1） 纳米纤维素加入水中预分散，水：纳米纤维素质量比=2~3：1；

2）粗骨料、水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰干混均匀，

加入水搅拌1-2min；

3）加入预分散好的纳米纤维素、微米纤维和引气剂，接着搅拌2-4min至均匀。