海綿城市高強高韌性再生骨料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高強高韌性再生骨料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。然而，對于再生骨料透水混凝土而言，目前通常制備的混凝土其強度較低，導(dǎo)致其在海綿城市中的應(yīng)用受到限制，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是，再生骨料透水混凝土強度提高，其韌性與抗裂性達不到要求，為此，本發(fā)明專利設(shè)計了一種海綿城市高強高韌性再生骨料透水混凝土。
[0004]本發(fā)明的混凝土增韌用復(fù)合材料，采用增韌效能優(yōu)異的改性二氧化硅納米管、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和木粉纖維，通過增溶劑和硅烷偶聯(lián)劑的表面改性作用將三種增韌材料有效結(jié)合，形成一種獨特的復(fù)合增韌體系，制備出的復(fù)合材料能夠在混凝土中充分分散，有效發(fā)揮材料協(xié)同增韌的效果，賦予混凝土整體具有良好的韌性、各向同性和抗疲勞性，是一種高性能混凝土增韌材料。復(fù)合增韌材料還增加了再生骨料混凝土的韌性，且制備得到的混凝土 28天抗壓強度可以達到30-60MPa，可以得到高強高韌性再生骨料透水混凝土，并具有很高的透水性，使得制備的再生骨料混凝土適合海綿城市使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海綿城市高強高韌性再生骨料混凝土及其制備方法。增韌材料可以在混凝土中充分分散，有效發(fā)揮材料協(xié)同增韌的效果，賦予混凝土整體具有良好的韌性、各向同性和抗疲勞性。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種海綿城市高強高韌性再生骨料混凝土，按重量份計，包括以下原料:水泥320-360份、鋰渣粉40-80份、硅灰20-40份、再生粗骨料700-900份、天然粗骨料500-400份、超細微珠20-30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，增韌材料20-30份、二乙醇胺1_1.2份、葡萄糖酸鈉0.05-0.1份;所述增韌材料按重量份計，包括以下原料:改性二氧化硅納米管1.2-1.8份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物22-28份、活化木粉纖維46-50份、硅烷偶聯(lián)劑3.5-5份、增溶劑3.0-3.5份、填料4_6份和水180-220份。
[0007]所述改性二氧化硅納米管的制備方法為:
(1)在兩個相同的5L尼龍罐中各裝入30顆直徑為10 mm的不銹鋼球和45顆直徑為5 mm的不銹鋼球，然后分別加入0.9 kg二氧化硅納米管，再分別滴加90 ml無水乙醇，并用尼龍蓋密封;將兩個球磨罐對稱地放入球磨機中，在轉(zhuǎn)速為400 rpm、且每30分鐘自動轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向的條件下球磨處理48 h；
(2)取步驟(I)處理后的二氧化硅納米管加入到pH為8、20wt%吐溫20水溶液中超聲18h，過濾，用水洗凈后，于55-57°C下真空干燥15 h;
(3)取步驟(2)處理后的二氧化硅納米管在401^35的%氫氧化鈉水溶液中攪拌48小時，過濾，將粉末用純水洗凈后，于58-60°C下真空干燥18 h;
(4)取步驟(3)處理后的二氧化硅納米管在35L、20wt%雙氧水中攪拌72小時，過濾，將粉末用純水洗凈后，于50-52°C下真空干燥48 h，得到1.52-1.60 kg表面帶羥基的二氧化硅納米管；
(5)取步驟(4)制備的表面帶羥基的二氧化硅納米管1.5kg，加入到40 L二氯甲烷中，在氮氣保護下室溫超聲處理3 h后，加入110 ml三氟化硼-乙醚絡(luò)合物并室溫攪拌3 h;再在-13?-15°C、攪拌條件下，緩慢滴加570 ml 3-甲基-3-羥甲基氧雜環(huán)丁烷，控制滴加時間為6h;滴加完畢后于-11?-13°C繼續(xù)攪拌I h;然后加入550 ml無水甲醇，按5500_6000rpm的轉(zhuǎn)速離心處理20-25 min，分離回收溶劑，粉末經(jīng)無水甲醇洗凈并在室溫下真空干燥24 h后，得到1.77-1.86 kg改性二氧化硅納米管；
步驟(I)所述二氧化硅納米管純度>96%，長度為2-4μπι，管徑為150-300nm，比表面積〉500m2/go
[0008]所述活化木粉纖維的制備方法為:室溫下，將木粉纖維45kg，在136 L、濃度為20%的氫氧化鈉水溶液中攪拌36小時后過濾，將木粉纖維用水洗至中性;然后，將木粉纖維在90L濃度為18%的過氧化氫水溶液中攪拌30小時，過濾并用水洗凈;再將木粉纖維加入到pH為
8、濃度為25被％的吐溫20的水溶液中超聲3 h、攪拌18小時后過濾，用水洗凈后，于60_62°C下真空干燥24 h后待用;所述木粉纖維的粒徑為100-230目。
[0009]所述增韌材料的制備方法為:
(1)選取改性二氧化硅納米管、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、活化木粉纖維、硅烷偶聯(lián)劑、增溶劑、填料和水備用；
(2)在室溫下將硅烷偶聯(lián)劑加入水中，攪拌至完全溶解，制得硅烷偶聯(lián)劑水溶液;然后取改性二氧化硅納米管和活化木粉纖維加入到硅烷偶聯(lián)劑水溶液中，超聲3 h后，攪拌5 h，再升溫至59-61°C攪拌36 h，過濾，將粉末按500 r/min的轉(zhuǎn)速離心處理35 min，再將粉末在53-55°C下真空干燥30小時待用；
(3)將填料、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和步驟(2)制好的粉末裝入高速混合機中，在350-400r/min轉(zhuǎn)速下分散3-4 h后，升溫至105_110°C，再加入增溶劑，在530-600 r/min轉(zhuǎn)速下分散18-22 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； (4)將步驟(3)制備好的初混料置于溫度為175-190°C、轉(zhuǎn)速為70-85r/min的雙螺桿擠出機中混煉1-1.5 h后擠出，得到混煉料；
(5)將步驟(4)制備好的混煉料粉碎處理，即得到粒度為90-200目的增韌復(fù)合材料。
[0010]所述增溶劑為馬來酸酐接枝共聚物;所述填料為針狀硅灰石，粒徑為1-25μπι;所述硅灰的比表面積2 1600m2/kg;所述減水劑為萘系高效減水劑，減水率為18-24%;所述膠黏劑為聚乙酸乙烯酯。
[0011]所述再生粗骨料的制備方法為:對廢舊混凝土進行破碎、分揀、篩分、清洗、干燥得到廢舊混凝土再生骨料，然后進行篩分得到直徑6mm-12mm的再生粗骨料。
[0012]所述鋰渣粉的平均粒徑4.0-6.6μπι;所述超細微珠的比表面積為1200m2/kg。
[0013]一種制備如上所述的海綿城市高強高韌性再生骨料混凝土的方法，將水泥、鋰渣粉、硅灰、超細微珠、再生粗骨料、天然粗骨料、聚丙烯酸酯、增韌材料按比例混合，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，葡萄糖酸鈉與水同時加入攪拌機中，攪拌15-20分鐘;將上述原材料攪拌均勻制成混合料，得到一種尚強尚初性透水混凝土。
[0014]所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的主要指標:密度1.01g/cm3;熔體流動速率5.0 g/10min(200°C，5kg);洛氏硬度10;彎曲強度21MPa;拉伸強度18 MPa;斷裂伸長率:250%;熱變形溫度:60°C(1.8MPa，未退火)。
[0015]所述的增溶劑為馬來酸酐接枝共聚物，優(yōu)選美國Kraton SEBS FG 1901X馬來酸酐接枝三元共聚物，其主要指標:馬來酸酐接枝物:1.5%;密度:0.91 g/ cm3；熔體指數(shù):22g/1min ；粘度:cps 5000(25°C，25%甲苯溶液)；斷裂伸長率:500%。
[0016]所述的硅烷偶聯(lián)劑為美國聯(lián)碳公司市售的A-171或A-151硅烷偶聯(lián)劑。
[0017]所述的雙氧水為市售濃度為40wt%的過氧化氫水溶液。<