一種海綿城市環(huán)保再生骨料透水混凝土及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種海綿城市環(huán)保再生骨料透水混凝土及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海綿城市建設(shè)應(yīng)遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城 市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進雨水 資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護。建設(shè)"海綿城市"并不是推倒重來，取代傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)，而是 對傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的一種"減負"和補充，最大程度地發(fā)揮城市本身的作用。在海綿城市建設(shè) 過程中，應(yīng)統(tǒng)籌自然降水、地表水和地下水的系統(tǒng)性，協(xié)調(diào)給水、排水等水循環(huán)利用各環(huán)節(jié)， 并考慮其復(fù)雜性和長期性。作為城市發(fā)展理念和建設(shè)方式轉(zhuǎn)型的重要標志，我國海綿城市 建設(shè)"時間表"已經(jīng)明確且"只能往前，不可能往后"。全國已有130多個城市制定了海綿城市 建設(shè)方案。
[0003] 利用透水混凝土鋪設(shè)城市道路及廣場是實現(xiàn)高效"滲"、"排"的重要技術(shù)手段。與 普通混凝土相比，透水混凝土最顯著的特點是不含細骨料、具有較大孔隙率，水分可以通過 孔隙迅速滲透。利用再生骨料制備透水混凝土，一方面可以提高建筑垃圾的利用率，促進固 體廢棄物的資源化利用，另一方面可以應(yīng)用于城市道路、廣場，將雨水還原為地下水，減小 城市排水壓力，解決城市內(nèi)澇，改善城市生態(tài)環(huán)境，提高城市宜居水平，海綿城市中如果采 用再生骨料，還可以大大提高城市的環(huán)保性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種海綿城市環(huán)保再生骨料透水混凝土及其制備方法，其 將改性復(fù)合炭素納米材料、活化處理的木粉和等規(guī)聚丙烯相結(jié)合，通過偶聯(lián)劑和相容劑的 表面改性作用，形成獨特的增韌添加劑，用其制得的高強高韌性再生骨料混凝土具有很高 的透水性，適合海綿城市使用。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種海綿城市環(huán)保再生骨料透水混凝土，其所用原料按重量份計包括：水泥320-360 份、鋰渣粉40-80份、超細微珠20-30份、硅灰20-40份、再生粗骨料700-900份、天然粗骨料 400-500份、減水劑3-4份、水100-120份、聚丙烯酸酯10-20份、膠黏劑10-20份、增韌添加劑 20-30份、三乙醇胺1-1.2份、葡萄糖酸鈉0.05-0.1份、養(yǎng)護材料5-10份。
[0006] 所述鋰渣粉的平均粒徑為4.0-6 ·6μL?; 所述娃灰的比表面積2 1600m2/kg; 所述減水劑為市售的萘系高效減水劑，其減水率為18-24%; 所述超細微珠是將從粉煤灰中分選出來的空心玻璃微珠經(jīng)機械粉碎成淺灰色粉末，其 密度為2 · 49g/cm3，比表面積為1200m2/kg; 所述再生粗骨料是將廢舊混凝土經(jīng)破碎、分揀、篩分、清洗、干燥后，再篩分出直徑6mm- 12mm的顆粒，即得所述再生粗骨料； 所述膠黏劑為聚乙酸乙烯酯； 所述養(yǎng)護材料為淀粉接枝陰離子-非離子基團內(nèi)養(yǎng)護材料，其結(jié)構(gòu)式如下：
1) 在室溫下將偶聯(lián)劑加入水中攪拌至其完全溶解;然后加入改性復(fù)合炭素納米材料和 活化處理的木粉，室溫超聲分散2 h后攪拌3 h，再升溫至55-57Γ攪拌24 h，過濾，所得粉末 置于工業(yè)離心機中，以450 r/min離心20 min，再于50_52°C下真空干燥20h; 2) 將等規(guī)聚丙稀、填料與步驟1)制得的粉末裝入高速混合機中，在320-350 r/min轉(zhuǎn)速 下分散2-3 h后升溫至113-115°C，再加入相容劑，在500-550 r/min轉(zhuǎn)速下分散16-20 min 后，放入冷混鍋中冷卻，待溫度降到48-50°C時放料，得到初混料； 3) 將所得初混料置于172-180 °C、轉(zhuǎn)速為65-75 r/min的雙螺桿擠出機中混煉0.5-1 h 后擠出，得到混煉料； 4) 將所得混煉料粉碎處理，得到粒度為80-160目的混凝土添加劑； 所用各原料按重量份計為:改性復(fù)合炭素納米材料1-2份、活化處理的木粉35-40份、等 規(guī)聚丙烯18-23份、水100-150份、偶聯(lián)劑2.5-3.5份、填料3-5份、相容劑2.2-3.2份。
[0008]所述改性復(fù)合炭素納米材料的制備方法包括如下步驟： 1) 在兩個相同的6 L尼龍球磨罐中分別裝入62顆直徑為5 mm的不銹鋼球和46顆直徑為 10 mm的不銹鋼球，然后分別加入1.4 kg由石墨粉和納米碳管按質(zhì)量比1.5:1組成的復(fù)合炭 素材料，再分別滴加120 mL無水乙醇，用尼龍蓋密封，將兩個球磨罐對稱放入球磨機中，在 轉(zhuǎn)速為500 rpm、且每30 min自動轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向的條件下球磨處理60 h; 2) 將步驟1)處理后的復(fù)合炭素材料加入到pH值為8、質(zhì)量濃度為16%的Tween 40水溶液 中，超聲15 h，過濾，所得濾渣用水洗凈后于60-62°C下真空干燥20 h; 3) 將步驟2)處理后的復(fù)合炭素材料加入到濃度為2 Μ的HC1溶液中，超聲36 h，過濾，所 得濾渣用純水洗凈后于70-72Γ下真空干燥24 h; 4) 將步驟3)處理后的復(fù)合炭素材料加入到40 L由濃硫酸和濃硝酸按體積比9.5:0.5組 成的混酸中，在5-6°C下超聲處理10 h后，加入2.8 kg高錳酸鉀和0.9 kg硝酸鈉，在4-5°C下 攪拌24 h;然后升溫至38-40°C，攪拌12 h，然后在攪拌條件下、在1.5 h內(nèi)緩慢加入60 L水， 再升溫至90-92°C繼續(xù)攪拌15 h;然后在攪拌條件下、在1.5 h內(nèi)緩慢加入85 L水，最后在攪 拌下、在3 h內(nèi)緩慢加入4.5 L雙氧水，繼續(xù)攪拌16 h后過濾，所得濾渣用水洗凈，在75°C下 真空干燥24 h，得到2.32-2.55 kg灰褐色復(fù)合炭素納米材料； 5) 取步驟4)所得復(fù)合炭素納米材料2.2 kg，加入到20 L亞硫酰氯中，在78-80 °C、攪拌 條件下反應(yīng)24-36 h，然后以4500-5000 rpm離心處理10-15 min，分離亞硫酰氯，所得粉末 經(jīng)無水四氫呋喃洗凈，并在室溫下真空干燥6 h;再將粉末加入到12 L有機溶劑A中，室溫超 聲2 h、攪拌3 h后，在48-50°C、攪拌條件下，在15-18 h內(nèi)緩慢滴加3 L溶解有0.7 kg二元醇 化合物的有機溶劑B，滴加完畢后于55-57°C繼續(xù)攪拌10 h;然后升溫至103-105°C攪拌20 h，再升溫至150-152Γ攪拌18-22 h后，減壓蒸餾回收有機溶劑，所得粉末經(jīng)乙醇洗凈后，在 53-55°C下真空干燥60-65 h，得到2.43-2.66 kg含羥基功能團的復(fù)合炭素納米材料； 6) 取步驟5)所得含羥基功能團的復(fù)合炭素納米材料2.4 kg，加入到35 L三氯甲烷中， 在氮氣保護下室溫超聲處理2 h后，然后加入100 mL三氟化硼-乙醚絡(luò)合物并室溫攪拌2 h; 再在-7~-8°C、攪拌條件下，在5 h內(nèi)緩慢滴加550 mL 3-甲基-3-氧雜環(huán)丁烷甲醇，滴加完畢 后于-7~_8°C繼續(xù)攪拌30 h;最后加入500 mL無水乙醇，以4600-5000 rpm離心處理15-18 min，分離回收溶劑，所得粉末經(jīng)無水乙醇洗凈，并在室溫下真空干燥12 h，得到2.74-2.83 kg所述改性復(fù)合炭素納米材料； 其中，所述石墨粉為市售的高純超細石墨粉或天然單晶石墨粉； 所述納米碳管為市售的多壁納米碳管； 所述雙氧水為市售濃度為35%的過氧化氫水溶液； 所述有機溶劑A為經(jīng)干燥處理的無水N-甲基吡咯烷酮或N，N'_二甲基乙酰胺； 所述有機溶劑B是將經(jīng)干燥處理的無水丙酮與N，N'_二甲基乙酰胺按體積比1:9組成的 混合溶劑； 所述二元醇化合物為1，6_己二醇、1，8_辛二醇、1，10-癸二醇或1，5-戊二醇。
[0009] 所述活化處理的木粉是將75 kg、粒徑為90-200目的木粉在180 L、質(zhì)量濃度為15% 的氫氧化鈉水溶液中攪拌12h后過濾，所得木粉用水洗至中性;然后將所得木粉在120 L、質(zhì) 量濃度為12%的過氧化氫水溶液中攪拌18h后過濾，所得木粉用水洗凈，再于65-67 °C下干燥 12h即得。
[0010] 所述偶聯(lián)劑為市售的A-151或A-171硅烷偶聯(lián)劑； 所述填料為輕質(zhì)碳酸鈣，其粒徑為1-30 Mi; 所述相容劑為馬來酸酐接枝共聚物。
[0011] 所述海綿城市環(huán)保再生骨料透水混凝土的制備方法是將水泥、鋰渣粉、超細微珠、 硅灰、再生粗骨料、天然粗骨料、聚丙烯酸酯、增韌添加劑按比例混合，攪拌20-30 s使各粉 料混合均勻，再投入減水劑與膠黏劑攪拌30-40s，再將三乙醇胺、葡萄糖酸鈉、養(yǎng)護材料與 水同時加入攪拌機中，攪拌15-20min即得所述海綿城市環(huán)保再生骨料透水混凝土。
[0012] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案有如下有益效果： 本發(fā)明首次采用了一種"改性復(fù)合炭素納米材料"。該材料以石墨粉和納米碳管這兩種 炭素材料為基礎(chǔ)，通過球磨、超聲、混酸氧化等步驟首先制備出復(fù)合炭素納米材料。復(fù)合炭 素納米材料中包含大量力學(xué)性能優(yōu)異的二維結(jié)構(gòu)的石墨片和一維結(jié)構(gòu)的納米碳管，是一種 非常理想的混凝土增韌增強材料。但復(fù)合炭素納米材料的比表面積大，且比表面能高，容易 團聚形成塊狀聚集體而喪失其優(yōu)異的力學(xué)性能，本發(fā)明進一步對復(fù)合炭