一种适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土及制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土及制备方法。


背景技术：

2.海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”。海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。在海绵城市建设过程中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节，并考虑其复杂性和长期性。透水混凝土在满足强度要求的同时，还需要保持一定的贯通孔隙来满足透水性的要求，因此在配制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。
3.现有的混凝土，结构强度不高，透水性不高，容易发生积水，容易发生损坏，使用寿命不长。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土及制备方法。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土，按照重量百分比计算包括：12.24～12.86％的水泥、4.56～5.14％的复合纤维、3.26～3.84％的复合补强剂、5.45～5.95％的水、0.224～0.246％的减水剂、0.214～0.236％的速凝早强剂，其余为骨料。
6.进一步的，所述复合纤维按照重量百分比计算包括：25.40～26.60％的玻璃纤维、28.30～28.90％的玄武岩纤维，其余为聚丙烯纤维；所述复合补强剂按照重量百分比计算包括：35.40～36.60％的纳米二氧化硅、27.50～28.10％的纳米二硼化锆粉，其余为纳米氮化硅。
7.进一步的，按照重量百分比计算包括：12.24％的水泥、4.56％的复合纤维、3.26％的复合补强剂、5.45％的水、0.224％的减水剂、0.214％的速凝早强剂、74.052％的骨料；所述复合纤维按照重量百分比计算包括：25.40％的玻璃纤维、28.30％的玄武岩纤维、46.30％的聚丙烯纤维；所述复合补强剂按照重量百分比计算包括：35.40％的纳米二氧化硅、27.50％的纳米二硼化锆粉、37.10％的纳米氮化硅。
8.进一步的，按照重量百分比计算包括：12.86％的水泥、5.14％的复合纤维、3.84％的复合补强剂、5.95％的水、0.246％的减水剂、0.236％的速凝早强剂、71.728％的骨料；所述复合纤维按照重量百分比计算包括：26.60％的玻璃纤维、28.90％的玄武岩纤维、44.50％的聚丙烯纤维；所述复合补强剂按照重量百分比计算包括：36.60％的纳米二氧化
硅、28.10％的纳米二硼化锆粉、35.30％的纳米氮化硅。
9.进一步的，按照重量百分比计算包括：12.55％的水泥、4.85％的复合纤维、3.55％的复合补强剂、5.70％的水、0.235％的减水剂、0.225％的速凝早强剂、72.89％的骨料；所述复合纤维按照重量百分比计算包括：26.00％的玻璃纤维、28.60％的玄武岩纤维、45.40％的聚丙烯纤维；所述复合补强剂按照重量百分比计算包括：36.00％的纳米二氧化硅、27.80％的纳米二硼化锆粉、36.20％的纳米氮化硅。
10.进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述速凝早强剂由三乙醇胺、硅酸钠和碳酸锂组成，所述三乙醇胺、硅酸钠和碳酸锂的质量比为3:4:3。
11.本发明还提供一种适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土的制备方法，具体制备步骤如下：
12.步骤一：按照上述重量百分比，称取水泥、复合纤维、复合补强剂、水、减水剂、速凝早强剂和骨料；
13.步骤二：将步骤一中二分之一重量份的复合纤维、复合补强剂和水进行加热混合搅拌和超声震荡处理，得到改性复合材料；
14.步骤三：将步骤一中的骨料和剩余的水进行预处理搅拌2～3min，然后加入步骤一中的剩余的复合纤维和复合补强剂，继续搅拌2～3min，得到预处理混合料a；
15.步骤四：将步骤一中的水泥、减水剂和速凝早强剂加入到步骤三中制得的预处理混合料中，继续搅拌4～5min，得到预处理混合料b；
16.步骤五：将步骤二中制得的改性复合材料加入到步骤四中制得的预处理混合料b中，继续搅拌7～8min，得到混凝土浆料；
17.步骤六：将步骤五中制得的混凝土浆料倒入到模具中，然后进行平压振荡成型处理；
18.步骤七：成型后继续带模具养护，2天后拆模，标准条件下养护至相应龄期，得到高强度透水混凝土。
19.进一步的，在步骤二中，先将复合纤维中的玻璃纤维、复合补强剂中的纳米二氧化硅和六分之一重量份的水进行加热混合搅拌和超声震荡处理，得到改性玻璃纤维；再将复合纤维中的玄武岩纤维、复合补强剂中的纳米二硼化锆粉和六分之一重量份的水进行加热混合搅拌和超声震荡处理，得到改性玄武岩纤维；最后将复合纤维中的聚丙烯纤维、复合补强剂中的纳米氮化硅和六分之一重量份的水进行加热混合搅拌和超声震荡处理，得到改性聚丙烯纤维。
20.进一步的，在步骤五中依次将改性玻璃纤维、改性玄武岩纤维和改性聚丙烯纤维加入到步骤四中制得的预处理混合料b中。
21.进一步的，在步骤六中采用0.5～0.9mpa压力进行压力成型。
22.本发明的技术效果和优点：
23.1、采用本发明的原料配方所制备出的适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土，配方中的复合纤维和复合补强剂配合使用，可有效加强混凝土的强度和透水性能；复合纤维中的玻璃纤维，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，可有效对混凝土进行支撑，提高混凝土的抗压强度和安全性；复合纤维中的玄武岩纤维，玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，可有效增强混凝土的结构强度和
安全性能；复合纤维中的聚丙烯纤维，聚丙烯纤维具有强度高、韧性好、耐化学品性和抗微生物性好及价格低等优点，聚丙烯纤维可作为混凝土、灰泥等的填充材料，提高混凝土的抗冲击性、防水隔热性；同时玻璃纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维配合使用，可进一步加强混凝土内部的结构强度，同时复合纤维在混凝土内部形成纤维网络，可有效加强混凝土的高透水性能；
24.2、本发明在制备适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土的过程中，复合补强剂中的纳米二氧化硅，纳米二氧化硅具有对抗紫外线的光学性能，能提高复合纤维和混凝土的抗老化、强度和耐化学性能；复合补强剂中的纳米二硼化锆粉，纯度高，粒径小，分布均匀，比表面积大，表面活性高，耐高温，抗氧化，硬度高，可有效加强混凝土的结构强度和稳定性；复合补强剂中的纳米氮化硅，粒径小，分布均匀，比表面积大，表面活性高，机械强度高，耐化学腐蚀性能好，可有效加强混凝土的结构强度，可有效延长混凝土的使用寿命，另外纳米二氧化硅、纳米二硼化锆粉和纳米氮化硅配合使用对复合纤维进行改性处理，可有效加强复合纤维的结构强度和自身性能，进而提高混凝土的结构强度和透水性能。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、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。
26.实施例1：
27.本发明提供了一种适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土，按照重量百分比计算包括：12.24％的水泥、4.56％的复合纤维、3.26％的复合补强剂、5.45％的水、0.224％的减水剂、0.214％的速凝早强剂、74.052％的骨料；所述复合纤维按照重量百分比计算包括：25.40％的玻璃纤维、28.30％的玄武岩纤维、46.30％的聚丙烯纤维；所述复合补强剂按照重量百分比计算包括：35.40％的纳米二氧化硅、27.50％的纳米二硼化锆粉、37.10％的纳米氮化硅；
28.所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述速凝早强剂由三乙醇胺、硅酸钠和碳酸锂组成，所述三乙醇胺、硅酸钠和碳酸锂的质量比为3:4:3；
29.本发明还提供一种适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土的制备方法，具体制备步骤如下：
30.步骤一：按照上述重量百分比，称取水泥、复合纤维、复合补强剂、水、减水剂、速凝早强剂和骨料；
31.步骤二：将步骤一中二分之一重量份的复合纤维、复合补强剂和水进行加热混合搅拌和超声震荡处理，得到改性复合材料；
32.步骤三：将步骤一中的骨料和剩余的水进行预处理搅拌3min，然后加入步骤一中的剩余的复合纤维和复合补强剂，继续搅拌3min，得到预处理混合料a；
33.步骤四：将步骤一中的水泥、减水剂和速凝早强剂加入到步骤三中制得的预处理混合料中，继续搅拌5min，得到预处理混合料b；
34.步骤五：将步骤二中制得的改性复合材料加入到步骤四中制得的预处理混合料b
中，继续搅拌8min，得到混凝土浆料；
35.步骤六：将步骤五中制得的混凝土浆料倒入到模具中，然后进行平压振荡成型处理；
36.步骤七：成型后继续带模具养护，2天后拆模，标准条件下养护至相应龄期，得到高强度透水混凝土。
37.在步骤二中，先将复合纤维中的玻璃纤维、复合补强剂中的纳米二氧化硅和六分之一重量份的水进行加热混合搅拌和超声震荡处理，得到改性玻璃纤维；再将复合纤维中的玄武岩纤维、复合补强剂中的纳米二硼化锆粉和六分之一重量份的水进行加热混合搅拌和超声震荡处理，得到改性玄武岩纤维；最后将复合纤维中的聚丙烯纤维、复合补强剂中的纳米氮化硅和六分之一重量份的水进行加热混合搅拌和超声震荡处理，得到改性聚丙烯纤维；在步骤五中依次将改性玻璃纤维、改性玄武岩纤维和改性聚丙烯纤维加入到步骤四中制得的预处理混合料b中。
38.在步骤六中采用0.7mpa压力进行压力成型。
39.实施例2：
40.与实施例1不同的是，按照重量百分比计算包括：12.86％的水泥、5.14％的复合纤维、3.84％的复合补强剂、5.95％的水、0.246％的减水剂、0.236％的速凝早强剂、71.728％的骨料；所述复合纤维按照重量百分比计算包括：26.60％的玻璃纤维、28.90％的玄武岩纤维、44.50％的聚丙烯纤维；所述复合补强剂按照重量百分比计算包括：36.60％的纳米二氧化硅、28.10％的纳米二硼化锆粉、35.30％的纳米氮化硅。
41.实施例3：
42.与实施例1
‑
2均不同的是，按照重量百分比计算包括：12.55％的水泥、4.85％的复合纤维、3.55％的复合补强剂、5.70％的水、0.235％的减水剂、0.225％的速凝早强剂、72.89％的骨料；所述复合纤维按照重量百分比计算包括：26.00％的玻璃纤维、28.60％的玄武岩纤维、45.40％的聚丙烯纤维；所述复合补强剂按照重量百分比计算包括：36.00％的纳米二氧化硅、27.80％的纳米二硼化锆粉、36.20％的纳米氮化硅。
43.分别取上述实施例1
‑
3所制得的高强度透水混凝土与对照组一的高强度透水混凝土、对照组二的高强度透水混凝土、对照组三的高强度透水混凝土、对照组四的高强度透水混凝土、对照组五的高强度透水混凝土和对照组六的高强度透水混凝土，对照组一的高强度透水混凝土与实施例相比无玻璃纤维，对照组二的高强度透水混凝土与实施例相比无玄武岩纤维，对照组三的高强度透水混凝土与实施例相比无聚丙烯纤维，对照组四的高强度透水混凝土与实施例相比无纳米二氧化硅，对照组五的高强度透水混凝土与实施例相比无纳米二硼化锆粉，对照组六的高强度透水混凝土与实施例相比无纳米氮化硅，分九组分别测试三个实施例中制备的高强度透水混凝土以及六个对照组的适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土，每30个样品为一组，进行测试，测试结果如表所示：
[0044][0045]
由表可知，当适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土的原料配比为：按照重量百分比计算包括：12.55％的水泥、4.85％的复合纤维、3.55％的复合补强剂、5.70％的水、0.235％的减水剂、0.225％的速凝早强剂、72.89％的骨料；所述复合纤维按照重量百分比计算包括：26.00％的玻璃纤维、28.60％的玄武岩纤维、45.40％的聚丙烯纤维；所述复合补强剂按照重量百分比计算包括：36.00％的纳米二氧化硅、27.80％的纳米二硼化锆粉、36.20％的纳米氮化硅时，可有效提高适用于海绵城市建设的高强度透水混凝土中的抗压强度和透水性能，保证混凝土路面的高强度和高透水性能，使用寿命更强；故实施例3为本发明的较佳实施方式，配方中的复合纤维和复合补强剂配合使用，可有效加强混凝土的强度和透水性能；复合纤维中的玻璃纤维，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，可有效对混凝土进行支撑，提高混凝土的抗压强度和安全性；复合纤维中的玄武岩纤维，玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，可有效增强混凝土的结构强度和安全性能；复合纤维中的聚丙烯纤维，聚丙烯纤维具有强度高、韧性好、耐化学品性和抗微生物性好及价格低等优点，聚丙烯纤维可作为混凝土、灰泥等的填充材料，提高混凝土的抗冲击性、防水隔热性；同时玻璃纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维配合使用，可进一步加强混凝土内部的结构强度，同时复合纤维在混凝土内部形成纤维网络，可有效加强混凝土的高透水性能；复合补强剂中的纳米二氧化硅，纳米二氧化硅具有对抗紫外线的光学性能，能提高复合纤维和混凝土的抗老化、强度和耐化学性能；复合补强剂中的纳米二硼化锆粉，纯度高，粒径小，分布均匀，比表面积大，表面活性高，耐高温，抗氧化，硬度高，可有效加强混凝土的结构强度和稳定性；复合补强剂中的纳米氮化硅，粒径小，分布均匀，比表面积大，表面活性高，机械强度高，耐化学腐蚀性能好，可有效加强混凝土的结构强度，可有效延长混凝土的使用寿命；另外纳米二氧化硅、纳米二硼化锆粉和纳米氮化硅配合使用对复合纤维进行改性处理，可有效加强复合纤维的结构强度和自身性能，进而提高混凝土的结构强度和透水性能。
[0046]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0047]
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。