本发明属于混凝土制备的技术领域，提供了一种甘蔗渣透水混凝土及制备方法。
背景技术：
随着城市建设的持续推进，自然土壤不断被既不透水也不透气的密实型混凝土所覆盖，“城市热岛效应”、城市内涝、地下水资源恶化等一系列影响人类生存生活品质的问题逐步显现。针对上诉问题国家大力提倡建设海绵城市，希望城市能够像海绵一样，能及时吸纳降雨，提高城市自身调节及应对气候变化的能力。推进建设海绵城市最重要的一环即是大力推广使用透水透气性能良好的生态透水混凝土，充分发挥自然土壤保水、净水的作用。
透水性混凝土又称多孔性混凝土，其是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构。透水混凝土应用的主要目的是水资源、环境保护和防止城市降雨期间的洪涝灾害，其作用方式是将其表面的水分通过自身和基层原地渗透或就近渗透至土壤中，从而维护局部地区的地下水位、净化水质、减小城市排水系统的排水负荷和低洼地区的雨水聚集。
透水性混凝土与普通的混凝土材料的组合上有很大的区别，其粗骨料粒径单一，不掺或者少掺细骨料的特殊材料组合决定了透水混凝土的特点是具有大量的连通的空隙，具有渗透率高、蓄水能力强、吸音降噪、良好的装饰性，易维护性、抗冻融性、耐用性、高散热性及生态环保性等优点。对于透水水泥混凝土，要综合协调水胶比-流变性-强度-孔隙率之间的关系，这样才能使所制备的透水水泥混凝土一方面具有所需要的透水能力，另一方面具有良好的强度。
目前国内外在透水混凝土，尤其是改性增强透水混凝土方面已取得了一定成效。其中滑曙光等人发明了一种用于建设海绵城市的聚合物透水混凝土（中国发明专利申请号201610566934.0），每立方米含有如下原料：水泥370~420kg；碎石1500kg，碎石粒径为5~10mm；粒径0.5mm的硅砂，用量是水泥重量的5％~10％，硅砂颗粒为椭圆形；混合强度增强剂，用量是水泥重量的5％~8％；水，水与水泥的重量比为1：0.27~1：0.33；聚合物复合制剂，用量是水泥重量的3％；聚合物复合制剂是由如下重量配比的原料混配而成：环氧树脂12份、氯化石蜡0.6份、蒙脱石粉1.6份、聚丙烯酰胺1.2份、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物0.3份；此发明的聚合物透水混凝土，成型过程中产生的半畅通空隙及封闭空隙少，畅通空隙多，透水性能好，强度高；引入的聚合物，使水泥石具有一定柔性，抗变形能力好，具有较好的抗冻性能。另外，郑利强发明了一种透水混凝土（中国发明专利申请号201710374266.6），包括以下组分：粗集料1500~1700份；水泥300~550份；水90~120份；外加剂30~80份；介孔材料50~150份；增强纤维150~220份；此发明具有以下优点和效果：第一，透水混凝土内介孔材料、增强纤维以及水泥混合后在粗集料颗粒内形成胶结层，胶结层内的增强纤维通过介孔材料连接，形成网状结构，提高透水混凝土的强度；第二，粗集料颗粒表面胶结层内的网状结构，使得透水混凝土在高温下具有较高的力学性能，提高透水混凝土的耐高温性能；第三，粗集料采用单一粒级，使透水混凝土具有优异的透水性能，排水降噪，调节地表温湿度等生态功能，保护环境，达到了透水性好、生态环保、强度高、耐高温、应用范围广的效果。
可见，现有技术中的透水混凝土因存在较多连通孔洞，普遍存在密实度差，导致整体强度偏低，同时存在浆体附着力不足，易沉底的问题，这些问题大大阻碍了透水混凝土的推广和应用。
技术实现要素：
针对这种情况，我们提出一种甘蔗渣透水混凝土及制备方法，主要是将甘蔗渣实施一定程度的粉碎和解束处理，然后浸泡在一定浓度的硅酸钠溶液中一定时间，待甘蔗渣纤维交织的缝隙间充分融入硅酸钠后取出用风机吹干，随后与一定量的混凝土膨胀剂在高速立式搅拌器中混合均匀，最后在水蒸气环境中短暂养护后干燥制得改性甘蔗渣纤维，将该改性纤维与高钙粉煤灰、粗骨料、减水剂、水泥、有机硅酮、蜡和水等材料混合均匀得到透水混凝土。此方法不仅在保证透水混凝土高渗透率的同时，提高了混凝土的强度和浆体附着力，并且是一种全新的甘蔗渣综合利用途径，具有良好的经济和环保效益。
为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：
一种甘蔗渣透水混凝土的制备方法，对甘蔗渣纤维进行粉碎和解束后，采用硅酸钠及混凝土膨胀剂进行改性，然后与高钙粉煤灰、粗骨料、减水剂、水泥、有机硅酮、蜡、水混合均匀，制得甘蔗渣透水混凝土，制备的具体步骤如下：
（1）在植物粉碎机中对甘蔗渣进行粉碎，然后浸泡于醋酸中搅拌解束30~40min，再浸泡于40~45波美度的硅酸钠溶液中40~60min，使甘蔗渣纤维交织的缝隙间充分融入硅酸钠，取出甘蔗渣纤维，采用风机吹干，制得吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维；
（2）将步骤（1）制得的吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维与混凝土膨胀剂在高速立式搅拌器中混合均匀，然后置于水蒸气环境中养护2~3h，使膨胀剂与硅酸钠发生部分水化形成穿插于甘蔗渣纤维间的针状钙矾石晶体，再干燥，制得改性甘蔗渣纤维；其中：吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维70~82重量份、混凝土膨胀剂18~30重量份；
（3）将步骤（2）制得的改性甘蔗渣纤维与高钙粉煤灰、粗骨料、减水剂、水泥、有机硅酮、蜡、水混合均匀，制得透水混凝土；其中：改性甘蔗渣纤维5~10重量份、高钙粉煤灰11~14重量份、粗骨料28~50重量份、减水剂1~2重量份、水泥20~26重量份、有机硅酮2~3重量份、蜡1~2重量份、水50-100重量份。
优选的，步骤（1）所述甘蔗渣为果蔗或糖蔗的残渣，粉碎后的粒径为0.5~1mm。
优选的，步骤（2）所述混凝土膨胀剂为硫铝酸钙型膨胀剂、氧化钙型膨胀剂中的一种。
优选的，步骤（2）所述高速立式搅拌器的搅拌速度为1500~2200r/min，混合时间为25~40min。
优选的，步骤（3）所述高钙粉煤灰的氧化钙含量为12~15%。
优选的，步骤（3）所述粗骨料为粒径8~15mm的碎石或卵石。
优选的，步骤（3）所述减水剂为木质素磺酸盐、多环芳香族盐、水溶性树脂磺酸盐中的至少一种。
优选的，步骤（3）所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥中的至少一种。
优选的，步骤（3）所述蜡为费托蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙烯-乙酸乙烯共聚蜡中的至少一种。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的甘蔗渣透水混凝土。
该方法对甘蔗渣纤维进行粉碎和解束后，采用硅酸钠及混凝土膨胀剂进行改性，然后与高钙粉煤灰、粗骨料、减水剂、水泥、有机硅酮、蜡、水混合均匀，制得甘蔗渣透水混凝土。与传统方法相比，本发明的制备的甘蔗渣透水混凝土，透水透气性能优异，抗开裂能力强，混凝土强度高，耐久性好，同时浆体的附着力好，显著改善了浆体沉底现象，并且制备方法简单易行，是一种全新的甘蔗渣综合利用途径，具有良好的经济和环保效益。
本发明提供了一种甘蔗渣透水混凝土及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明制备的甘蔗渣混凝土，改性甘蔗渣纤维后可扩大粗骨料粒径范围，蜡和有机硅酮迁移至浆体表面，硬化后形成具有疏水作用的膜，有效提高了透水混凝土的透水透气性能。
2.本发明的制备方法中利用改性纤维的微膨胀效果，可抵消部分混凝土浆体的收缩拉应力，提高了混凝土的抗开裂能力，制得的混凝土强度高，耐久性好。
3.本发明的制备中形成的针状钙矾石晶体可成为浆体水化产物的生长面和附着面，在浆体硬化后起到锚固作用，并且改性甘蔗渣纤维具有增稠作用，可提高浆体的附着力，改善浆体沉底现象。
4.本发明的制备方法简单易行，并且是一种全新的甘蔗渣综合利用途径，具有良好的经济和环保效益。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
在植物粉碎机中对果蔗的残渣进行粉碎，然后浸泡于醋酸中搅拌解束35min，再浸泡于43波美度的硅酸钠溶液中50min，出甘蔗渣纤维，采用风机吹干，制得吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维；将77g吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维与23kg硫铝酸钙型膨胀剂加入高速立式搅拌器中，在1800r/min的搅拌速度下混合33min，然后置于水蒸气环境中养护2h，再干燥，制得改性甘蔗渣纤维；将7g改性甘蔗渣纤维与13kg氧化钙含量为13%的高钙粉煤灰、40kg卵石、1kg木质素磺酸盐、22kg普通硅酸盐水泥、2kg有机硅酮、2kg费托蜡、55kg水混合均匀，制得透水混凝土。
测试方法：
采用混凝土透水系数测定仪对本发明制得的甘蔗渣混凝土进行测试，测定其透水系数，表示渗漏性能；
采用稀浆封层粘结力测定仪对混凝土骨料与浆体之间的粘结力进行测定，同时取成品混凝土剖面，观察浆体沉底情况，表示其浆体附着力；
将本发明制得的透水混凝土制成标准试块，养护28d后，采用混凝土抗压强度试验机测定其抗压强度，表示混凝土的强度。如表1.
实施例2
在植物粉碎机中对糖蔗的残渣进行粉碎，然后浸泡于醋酸中搅拌解束32min，再浸泡于41波美度的硅酸钠溶液中45min，出甘蔗渣纤维，采用风机吹干，制得吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维；将72kg吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维与28kg氧化钙型膨胀剂加入高速立式搅拌器中，在1600r/min的搅拌速度下混合38min，然后置于水蒸气环境中养护3h，再干燥，制得改性甘蔗渣纤维；将6kg改性甘蔗渣纤维与12kg氧化钙含量为13%的高钙粉煤灰、44kg碎石、1kg多环芳香族盐、22kg矿渣硅酸盐水泥、2kg有机硅酮、1kg聚乙烯蜡、50kg水混合均匀，制得透水混凝土。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
实施例3
在植物粉碎机中对果蔗的残渣进行粉碎，然后浸泡于醋酸中搅拌解束38min，再浸泡于43波美度的硅酸钠溶液中55min，出甘蔗渣纤维，采用风机吹干，制得吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维；将80kg吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维与20kg硫铝酸钙型膨胀剂加入高速立式搅拌器中，在2000r/min的搅拌速度下混合28min，然后置于水蒸气环境中养护2h，再干燥，制得改性甘蔗渣纤维；将8kg改性甘蔗渣纤维与13kg氧化钙含量为14%的高钙粉煤灰、33kg碎石、2kg水溶性树脂磺酸盐、25kg火山灰质硅酸盐水泥、3kg有机硅酮、2kg聚丙烯蜡、50kg水混合均匀，制得透水混凝土。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
实施例4
在植物粉碎机中对糖蔗的残渣进行粉碎，然后浸泡于醋酸中搅拌解束30min，再浸泡于40波美度的硅酸钠溶液中60min，出甘蔗渣纤维，采用风机吹干，制得吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维；将70kg吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维与30kg氧化钙型膨胀剂加入高速立式搅拌器中，在1500r/min的搅拌速度下混合40min，然后置于水蒸气环境中养护3h，再干燥，制得改性甘蔗渣纤维；将5kg改性甘蔗渣纤维与11kg氧化钙含量为12%的高钙粉煤灰、50kg卵石、1kg木质素磺酸盐、20kg火山灰质硅酸盐水泥、2kg有机硅酮、1kg氧化聚乙烯蜡、55kg水混合均匀，制得透水混凝土。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
实施例5
在植物粉碎机中对果蔗的残渣进行粉碎，然后浸泡于醋酸中搅拌解束40min，再浸泡于45波美度的硅酸钠溶液中40min，出甘蔗渣纤维，采用风机吹干，制得吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维；将82kg吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维与18kg硫铝酸钙型膨胀剂加入高速立式搅拌器中，在1500r/min的搅拌速度下混合40min，然后置于水蒸气环境中养护2h，再干燥，制得改性甘蔗渣纤维；将10kg改性甘蔗渣纤维与14kg氧化钙含量为15%的高钙粉煤灰、28kg卵石、2kg多环芳香族盐、26kg粉煤灰硅酸盐水泥、3kg有机硅酮、2kg乙烯-乙酸乙烯共聚蜡、60kg水混合均匀，制得透水混凝土。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
实施例6
在植物粉碎机中对糖蔗的残渣进行粉碎，然后浸泡于醋酸中搅拌解束35min，再浸泡于42波美度的硅酸钠溶液中50min，出甘蔗渣纤维，采用风机吹干，制得吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维；将76kg吸附硅酸钠的甘蔗渣纤维与24kg氧化钙型膨胀剂加入高速立式搅拌器中，在1800r/min的搅拌速度下混合35min，然后置于水蒸气环境中养护3h，再干燥，制得改性甘蔗渣纤维；将8kg改性甘蔗渣纤维与12kg氧化钙含量为14%的高钙粉煤灰、39kg碎石、2kg水溶性树脂磺酸盐、23kg普通硅酸盐水泥、2kg有机硅酮、2kg费托蜡、12kg水混合均匀，制得透水混凝土。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
对比例1
透水混凝土制备过程中，未添加甘蔗渣，直接将混凝土膨胀剂、高钙粉煤灰、粗骨料、减水剂、水泥、有机硅酮、蜡、水作为原料混合均匀制得混凝土，原料配比与实施例6一致。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
表1：