一种海绵城市用的透水混凝土及其制备方法转让专利
申请号 : CN202110827801.5
文献号 : CN113321475B
文献日 : 2022-03-22
发明人 : 王景芸
申请人 : 武汉大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种海绵城市用的透水混凝土,其特征在于,所述透水混凝土的原料以质量百分比计包括:胶结剂10‑15%,骨料74‑80%,活性钢渣3‑5%,外加剂0.5‑2%,水4.5‑6.5%;所述骨料由轻质多孔陶粒和碎石按质量比4~5∶11组成;
所述轻质多孔陶粒的原料以质量百分比计包括:钢渣20‑35%,磷渣40‑55%,废橡胶轮胎粉A 1‑3%,废橡胶轮胎粉B 3‑8%,生石灰4‑7%,石膏4‑6%,胶结剂5‑8%;
所述废橡胶轮胎粉A的粒径30‑60μm;
所述废橡胶轮胎粉B为取粒径100‑240μm的废橡胶轮胎粉,经硅烷偶联剂改性预处理得到。
2.根据权利要求1所述的海绵城市用的透水混凝土,其特征在于,所述活性钢渣的制备步骤包括:将钢渣加入助磨剂粉磨5‑8h,1450‑1600℃热活化0.5‑2h,再次粉磨至细度为2
460‑800m/kg。
3.根据权利要求2所述的海绵城市用的透水混凝土,其特征在于,所述活性钢渣的制备2
步骤包括:将钢渣加入助磨剂粉磨6.5h,1500℃热活化1h,再次粉磨至细度为460‑800m /kg。
4.根据权利要求2或3所述的海绵城市用的透水混凝土,其特征在于,所述助磨剂为红土和三乙醇胺按质量比3∶1混合。
5.根据权利要求1所述的海绵城市用的透水混凝土,其特征在于,所述轻质多孔陶粒的原料以质量百分比计包括:钢渣30%,磷渣45%,废橡胶轮胎粉A 2%,废橡胶轮胎粉B 6%,生石灰5%,石膏5%,水泥7%。
6.根据权利要求1所述的海绵城市用的透水混凝土,其特征在于,所述轻质多孔陶粒的制备步骤包括:将轻质多孔陶粒的各原料加水混合成团,陈化,800‑1300℃煅烧20‑30min,形成具有中空和微孔结构的轻质多孔陶粒。
7.根据权利要求6所述的海绵城市用的透水混凝土,其特征在于,制备所述轻质多孔陶粒时的陈化时间为2h,然后再于1050℃煅烧25min。
8.根据权利要求1所述的海绵城市用的透水混凝土,其特征在于,所述废橡胶轮胎粉B的硅烷偶联剂改性的方法包括:将废橡胶轮胎粉置于硅烷偶联剂中浸泡18‑22h,干燥即得废橡胶轮胎粉B。
9.根据权利要求1所述的海绵城市用的透水混凝土,其特征在于,所述透水混凝土的原料以质量百分比计包括:水泥13%,轻质多孔陶粒21%,碎石55%,活性钢渣4%,外加剂
1.5%,水5.5%。
10.权利要求1所述的海绵城市用的透水混凝土的制备方法,其特征在于,包括:将所述轻质多孔陶粒、活性钢渣与所述碎石、胶结剂、外加剂和水混合制备而成。
说明书 :
一种海绵城市用的透水混凝土及其制备方法
技术领域
背景技术
水,缓解城市热岛效应,保护城市自然水系不受破坏,具有很强的环保价值,对于改善人居
环境也具有重要意义。因此,透水混凝土作为一种新的环保型、生态型的道路材料,日益受
到人们特别是业界的关注。
通孔隙从而满足透水性的要求,另一方面还需要满足强度要求。因此,在配制透水混凝土时
除了选择合适的原材料外,还要通过配合比设计和制备工艺以及添加剂来达到保证强度和
孔隙率的目的。陶粒由于其密度小、内部多孔,形态、成分较均一,且具有一定强度,因而展
现出优异的使用性能,如质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震,良好的隔绝性等,近年来除广泛应用于
建筑材料外,还作为环保材料、绿化材料有所使用。现有技术中,以陶粒作为粗骨料时,因陶
粒为多孔结构、筒压强度较小、吸水率高,制得的透水混凝土在生产时存在水灰比波动大、
陶粒界面与水泥浆体粘接强度较低,导致陶粒容易从透水混凝土中剥离与脱落进而影响美
观和耐久性。故现有陶粒透水混凝土技术主要针对的是抗压和抗折强度的提高。另有公开
号为CN105272067A的发明专利公开了一种含有陶粒的轻质透水混凝土,该轻质透水混凝土
3
中的组成成分及单方用量配比kg/m如下:拌合水130‑150,水泥410‑450,陶粒990‑1000,外
加剂1.11‑1.80,所述陶粒为粒径5mm‑10mm连续级配的煤矸石陶粒,粒型为球形,煤矸石陶
3 3 3 3
粒的堆积密度等级为900kg/m‑950kg/m ,紧密堆积密度为980kg/m ‑1030kg/m ,表观密度
3 3
为1700kg/m‑1800kg/m ;上述含有陶粒的混凝土使用煤矸石制成的陶粒,解决了煤矸石的
堆放和处理问题,具有质量轻,透气性好的优点,但陶粒中孔道多为封闭结构,在力学强度
方面,陶粒与天然骨料相比强度较低,由于透水材料中使用的胶凝材料相对较少,不能满足
陶粒包裹所需的大量胶凝材料的需要,因此最终制成的产品强度和透水率偏低。
放,不仅占用了大量土地资源,还严重污染环境、威胁人体健康。公开号为CN101343162A的
发明专利公开了一种聚合物改性橡胶粉多孔水泥混凝土路面罩面材料,由水泥、聚合物乳
液、细集料、粗集料,由不超过50%体积率的橡胶粉取代矿物集料、还有增塑剂/消泡剂;所
述橡胶粉若由废弃橡胶粉代替,其粒径在0.075‑9.5mm之间。该专利是直接将橡胶粉与其他
原料混合制备透水混凝土,利用了橡胶粉的保水作用,并且橡胶粉会截住混凝土的微观裂
缝;另一方面,该专利利用树脂聚合物或/和聚合物乳液提高混凝土抗折强度的同时降低其
抗压强度,使得混凝土的脆性降低而柔韧性增加,且聚合物的使用量较多。
发明内容
能够保证透水混凝土的强度。
质多孔陶粒和碎石按质量比4~5:11组成;
的强度;钢渣和磷渣中的三氧化二铁、氧化钙、氧化镁则对陶粒的烧制起到助熔作用,可以
在一定程度上降低烧结温度,扩大烧结温度范围,防止胚料的烧制中粘结。发明人发现将钢
渣和磷渣按照特定用量范围复配,可以优化烧制过程中发生的反应,提高陶粒的耐磨性和
透水性。经过硅烷偶联剂改性预处理的废橡胶轮胎粉B吸附能力增强,增加了其与胶凝材料
之间的黏结强度,减少与胶凝材料界面裂缝的产生,有助于加强陶粒的强度;将废橡胶轮胎
粉B与粒径更小的废橡胶轮胎粉A搭配使用,更利于填充到钢渣和磷渣间隙/孔隙中,使之致
密,较多的废橡胶轮胎粉A分布在间隙/孔隙深处,而剩余废橡胶轮胎粉A与更多的废橡胶轮
胎粉B分布在间隙/孔隙浅表或者是与胶凝材料接触的过渡区域,这能够防止胶凝材料封闭
陶粒的宏观微孔,更有利于煅烧后强度和孔隙率的提高。煅烧后,废橡胶轮胎粉A和B碳化,
陶粒本身形成多孔材料,不仅能够过滤水质,还具有蓄水储水作用。另一方面,在制备陶粒
时,由于废橡胶轮胎粉A和B存在不同程度的憎水性,能够进一步增加陶粒内部的气泡含量,
使得透水混凝土在保持较高强度的同时,也具有优异的透水性能。
活性钢渣、胶结剂、外加剂等搭配,所述骨料的粒径与现有技术相同,陶粒和碎石的粒径均
为5‑10mm;这样形成的陶粒之间、碎石之间及陶粒和碎石之间形成大量连通的孔隙,能够在
保证透水作用的同时使得混凝土抗压和抗折强度提高。
℃热活化0.5‑2h,再次粉磨至细度为460‑800m /kg。钢渣经过上述粉磨和煅烧,其中的Si‑
O、Al‑O键遭到破坏,形成具有活性的二氧化硅和三氧化二铝,从而加快水化,增加胶凝活
性,提升混凝土抗压强度和抗折强度,降低干燥收缩。所述活性钢渣不仅细度和比表面积相
比处理前有提升,而且在颗粒的晶格和表面性质方面,粉体生成表面缺陷及高密度错位,发
生晶格畸变,在制备透水混凝土时更容易激发钢渣中的活性CaO反应生成具有强胶凝性能
的CaCO3,CaO的进一步水化也能产生体积膨胀,一定程度上抑制混凝土的干燥收缩。更优选
地,所述活性钢渣的制备步骤包括:将钢渣加入助磨剂粉磨6.5h,1500℃热活化1h,再次粉
2
磨至细度为460‑800m/kg。
地,制备所述轻质多孔陶粒时的陈化时间为2h,然后再于1050℃煅烧25min。
述废橡胶轮胎粉B;
磨至细度为460‑800m/kg;
联剂为质量浓度8‑10%的异丁基三乙氧基硅烷的水溶液用于改性处理。
再次粉磨至细度为460‑800m/kg。
具有良好的耐磨性和透水性。
胶轮胎粉A和B碳化形成大量孔隙,使得透水混凝土在保证强度的同时也能够进一步提高透
水率。
非常优良的透水混凝土。陶粒用量的增加使得钢渣、磷渣、废橡胶轮胎粉等工业固废得到回
收再利用,利于资源的循环利用和可持续发展。
具体实施方式
实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例,都
属于本发明保护的范围。
量比4~5:11组成;所述轻质多孔陶粒的原料以质量百分比计包括:钢渣20‑35%,磷渣40‑
55%,废橡胶轮胎粉A1‑3%,废橡胶轮胎粉B 3‑8%,生石灰4‑7%,石膏4‑6%,胶结剂5‑
8%。除特别说明外,所述废橡胶轮胎粉A的粒径30‑60μm,采用常规粉磨方式粉磨过筛后获
得;所述废橡胶轮胎粉B也是采用常规粉磨方式粉磨过筛后获得粒径100‑240μm的废橡胶轮
胎粉,再将前述废橡胶轮胎粉置于硅烷偶联剂中浸泡18‑22h,干燥即得废橡胶轮胎粉B。将
轻质多孔陶粒的各原料加适量水混合成团,陈化2h,1050℃煅烧25min,形成具有中空和微
孔结构的轻质多孔陶粒用于制备所述透水混凝土;轻质多孔陶粒和碎石的粒径均为5‑
10mm。
2
加入助磨剂粉磨6.5h,1500℃热活化1h,再次粉磨至细度为460‑800m /kg;上述助磨剂的掺
量为钢渣质量的0.3%。除特别说明外,具体实施方式中的助磨剂为红土和三乙醇胺按质量
比3:1混合。以下实施例和对比例将制备得到的所述轻质多孔陶粒、活性钢渣与所述碎石、
胶结剂、外加剂和水混合即可制备得到本发明透水混凝土,以下实施例和对比例的透水混
凝土的制备方法除特殊说明外是基本相同的。
原料组成不同;具体见表1‑2;制备方法相同。
质多孔陶粒的原料组成不同,具体见表1‑2;制备方法与实施例1相同。实施例7与实施例6基
本相同,区别仅在于所述助磨剂为红土和三乙醇胺按质量比1:1混合,助磨剂总用量不变;
具体见表1‑2。
实施例1相比,钢渣和磷渣并非最优配比,废橡胶轮胎粉B用量较多,实施例3、5与实施例1相
比,进一步降低钢渣与磷渣的用量比,增加废橡胶轮胎粉A的用量,实施例5中还进一步增加
了废橡胶轮胎粉B的用量,使得陶粒的多孔骨架结构改变,橡胶粉的填充效果变差。实施例
2‑5相较于实施例1,透水混凝土的抗压强度和透水率都有所降低。实施例8~9与实施例6相
比,调整钢渣与磷渣的用量比到非最优选比值时,直接影响透水混凝土的耐磨性和透水性。
实施例10~11与实施例6相比,调整废橡胶轮胎粉A和B的比例到非最优选比值时,直接影响
透水混凝土的透水性,一定程度上影响透水混凝土的强度。
按质量比3:1混合作为助磨剂,相比于其他比例,能够促进钢渣的活化性能,能够提升制得
透水混凝土的抗压强度和抗折强度,降低干燥收缩。本发明通过向轻质多孔陶粒中添加废
橡胶轮胎粉A和B,采用两者特定比例的搭配,相比于不采用废橡胶轮胎粉的普通陶粒或者
采用单一粒径的废橡胶轮胎粉,一方面能够使得陶粒成团时更加密实,利于提高透水混凝
土的强度;另一方面,由于煅烧后废橡胶轮胎粉A和B碳化形成大量孔隙,使得透水混凝土在
保证强度的同时也能够进一步提高透水率,制备得到的透水混凝土可用于非承重路面。
情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求
及其等同物限定。