一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂及其应用的制作方法

1.本发明涉及透水混凝土技术领域，具体涉及一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂及其应用。


背景技术：

2.透水混凝土是一种多孔隙、排水快的轻质混凝土，由集料、水泥、增强剂和水等拌制成。透水混凝土能改善路面排水，有效补充路面地下水，缓解城市内涝和城市地下水急剧下降等城市问题。此外，透水混凝土在缓解城市热岛效应与利用地热加速积雪融化等方面也有着突出优势。透水混凝土因不含细集料，常需要添加合适的增强剂增强透水混凝土的强度。
3.申请号为202110044349.5的国内专利公开了一种透水混凝土用无机-有机复合粉体增强剂及其应用，增强剂包括以下组分及重量份含量：硅灰66-71份、可再分散性乳胶粉18-22份、早强剂10-11份、减水剂0.7-0.9份及β-环糊精-碳纳米管复合物0.01-0.05份；应用时，增强剂在透水混凝土的拌合过程中加入，并且增强剂的掺量为水泥质量的4％-6％。上述增强剂可有效改善水泥胶浆的内聚性能和黏附性能，进而在保持相同孔隙率的前提下改善透水混凝土的抗压强度和抗折强度，对冻融耐久性也具有良好的改善效果，但是其采用的水泥较多，在一定程度上具有较高的成本。
4.目前，在制备透水混凝土时，为进一步节省成本，会使用到一定量的工业废渣作为原料并减少水泥的用量，但工业废渣的加入通常会使强度降低。因而，研发性能优异的透水混凝土增强剂具有重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂及其应用，该增强剂可有效提高透水混凝土28d强度，降低熟料水泥用量，适用于大掺量工业废渣透水混凝土、低胶凝材料指数透水混凝土等的制备和应用。
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
7.一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂，包括以下重量份的组分：水化硅铝酸钙转晶剂5～10份、煅烧明矾石粉75～85份、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物10～15份；所述水化硅铝酸钙转晶剂为甲酸钠、乙酸钠中的一种或两种。
8.优选的，所述水化硅铝酸钙转晶剂由甲酸钠、乙酸钠组成，甲酸钠、乙酸钠的质量比为1：3～4.5；
9.所述煅烧明矾石粉为明矾石经煅烧后的产物；所述煅烧温度为800～900℃，煅烧时间为1.5～3h。
10.优选的，所述磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物由以下方法制备得到：
11.(1)向反应器中加入三聚氰胺、对氨基苯磺酸和浓度为37％～40％的甲醛溶液，搅拌均匀后用氢氧化钠调节ph值至9～10，然后升温至65～70℃，反应2～3h，得混合液一；
12.(2)向混合液一中加入氨基磺酸，再采用氢氧化钠调节ph值至11～12，再升温至80～85℃，磺化反应2～2.5h，然后将所得溶液冷却至65～70℃，用盐酸溶液调节ph值至4～4.5，缩聚反应1～1.5h，得混合液二；
13.(3)然后在70～80℃下，用氢氧化钠将混合液二的ph值调节至8～9，反应1～1.5h后，即得所述磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物；
14.其中，三聚氰胺、对氨基苯磺酸、甲醛、氨基磺酸的摩尔比为(1.5～1.7)：(1～1.1)：(8～9)：(1.1～1.3)。
15.优选的，所述大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂还包括以下重量份的组分：sic-tic/c复合材料1.5～3.5份、增强纤维80～110份。
16.优选的，所述sic-tic/c复合材料的制备方法包括以下步骤：向二氧化钛溶胶中加入正硅酸乙酯，并在40～45℃下搅拌2～3h，然后加入β-环糊精，并继续在40～45℃下搅拌2～3h，然后于室温下静置24～48h，再进行真空冷冻干燥，得到干凝胶，再将所得干凝胶研磨成粉，并过200目筛，然后在氩气气氛保护下，于1700～1750℃下煅烧2～3h，并在氩气气氛中冷却至室温，即得。
17.优选的，所述干凝胶中，ti与si的摩尔比为1：2～3，ti与si的总摩尔量与c的摩尔比为1：6～9。
18.优选的，所述二氧化钛溶胶由以下方法制备得到：向冰乙酸中加入钛酸四丁酯，并搅拌30～50min，得混合液，所述冰乙酸与钛酸四丁酯的体积比为1：3～4；然后边搅拌边将所述混合液按5～7滴/min的速度滴加至水/乙醇混合液中，滴加结束后继续搅拌1～2h，然后静置陈化24～36h，得二氧化钛溶胶；
19.所述水/乙醇混合液由以下方法制备得到：将水和无水乙醇按体积比10：1～3混合，再采用冰乙酸将ph值调节为2～2.5，即得；
20.制备二氧化钛溶胶时，所述钛酸四正丁酯的用量与水的用量的摩尔比为1：130～180。
21.优选的，所述增强纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维、钢纤维中的一种或多种。
22.优选的，将所述增强剂应用于制备大掺量工业废渣透水混凝土；
23.所述大掺量工业废渣透水混凝土由以下重量份的原料制成：粗骨料1560～1670份、水泥290～315份、工业废渣120～150份、水130～145份以及水泥质量3％～8％的增强剂；
24.所述粗骨料为碎石，所述粗骨料的粒径为5～10mm；
25.所述水泥为普通硅酸盐水泥；
26.所述工业废渣为粉煤灰、钢渣粉、电石渣粉、煤矸石粉中的一种或多种。
27.优选的，所述工业废渣由以下重量百分比的组分组成：粉煤灰30～65％、钢渣粉0～60％、电石渣粉0～60％、煤矸石粉0～60％。
28.本发明的有益效果是：
29.1、本发明透水混凝土用增强剂中，采用适量的水化硅铝酸钙转晶剂、煅烧明矾石粉、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物相互配合，获得的透水混凝土增强剂能够促进水化硅酸钙胶体转化为类托勃莫来石的铝掺杂水化硅铝酸钙，促进工业废渣和水泥中c2s水化，生成高强度2cao
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8h2o，有效提高透水混凝土28d强度，降低熟料水
泥用量，适用于大掺量工业废渣透水混凝土、低胶凝材料指数透水混凝土等的制备和应用，且上述增强剂在提升强度的同时，可使混凝土保持优良的孔隙率，透水性能好。
30.2、本发明大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂中，水化硅铝酸钙转晶剂由甲酸钠、乙酸钠按质量比为1：3～4.5时，相比于其他质量比，可更有效的提高透水混凝土28d强度。
31.3、通过本发明方法制备得到的磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物，通过优化各原料的加入量，使制备得到的产品使混凝土具有优良的流动性能以及和易性，使c2s水化更好的进行。
32.4、本发明在透水混凝土用增强剂中进一步加入sic-tic/c复合材料，sic-tic/c复合材料主要由sic、tic和c组成，其为微纳米材料，在实际应用时可以很好的分散于混凝土中，可明显提升透水混凝土的抗压强度、抗折强度以及耐候性能，同时还可提升混凝土的透水性能。
33.5、本发明中的增强剂各成分相互配合，在制备大掺量工业废渣透水混凝土时，可有效提升透水混凝土的强度，同时使混凝土兼具优良的透水性能和耐候性能等，在透水混凝土中具有很好的应用效果。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对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作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。
35.实施例1：
36.一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂，由以下重量份的组分组成：水化硅铝酸钙转晶剂8份、煅烧明矾石粉75份、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物13份。
37.上述水化硅铝酸钙转晶剂由甲酸钠、乙酸钠组成，甲酸钠、乙酸钠的质量比为1：3；煅烧明矾石粉为明矾石经煅烧后的产物，所述煅烧温度为900℃，煅烧时间为2h。
38.上述磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物由以下方法制备得到：
39.(1)向反应器中加入三聚氰胺、对氨基苯磺酸和浓度为37％的甲醛溶液，搅拌均匀后用氢氧化钠调节ph值至10，然后升温至70℃，反应2h，得混合液一；
40.(2)向混合液一中加入氨基磺酸，再采用氢氧化钠调节ph值至11，再升温至85℃，磺化反应2.5h，然后将所得溶液冷却至70℃，用盐酸溶液调节ph值至4，缩聚反应1.5h，得混合液二；
41.(3)然后在80℃下，用氢氧化钠将混合液二的ph值调节至9，反应1.5h后，即得所述磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物；
42.其中，三聚氰胺、对氨基苯磺酸、甲醛、氨基磺酸的摩尔比为1.6：1：8：1.2。
43.上述大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂的制备方法包括以下步骤：按配比称取各原料，将水化硅铝酸钙转晶剂、煅烧明矾石粉进行混合研磨，然后过200目筛，再加入磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物混合均匀，即得。
44.实施例2：
45.一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂，由以下重量份的组分组成：水化硅铝酸钙转晶剂5份、煅烧明矾石粉85份、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物15份。
46.上述水化硅铝酸钙转晶剂由甲酸钠、乙酸钠组成，甲酸钠、乙酸钠的质量比为1：4.5；煅烧明矾石粉为明矾石经煅烧后的产物，所述煅烧温度为900℃，煅烧时间为1.5h。
47.上述磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物由以下方法制备得到：
48.(1)向反应器中加入三聚氰胺、对氨基苯磺酸和浓度为37％的甲醛溶液，搅拌均匀后用氢氧化钠调节ph值至9，然后升温至70℃，反应2h，得混合液一；
49.(2)向混合液一中加入氨基磺酸，再采用氢氧化钠调节ph值至12，再升温至80℃，磺化反应2h，然后将所得溶液冷却至65℃，用盐酸溶液调节ph值至4.5，缩聚反应1h，得混合液二；
50.(3)然后在70℃下，用氢氧化钠将混合液二的ph值调节至8，反应1.5h后，即得所述磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物；
51.其中，三聚氰胺、对氨基苯磺酸、甲醛、氨基磺酸的摩尔比为1.7：1.1：9：1.1。
52.上述大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂的制备方法同实施例1。
53.实施例3：
54.一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂，由以下重量份的组分组成：水化硅铝酸钙转晶剂10份、煅烧明矾石粉78份、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物10份。
55.上述水化硅铝酸钙转晶剂由甲酸钠、乙酸钠组成，甲酸钠、乙酸钠的质量比为1：3.5；煅烧明矾石粉为明矾石经煅烧后的产物，所述煅烧温度为800℃，煅烧时间为3h。
56.上述磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物由以下方法制备得到：
57.(1)向反应器中加入三聚氰胺、对氨基苯磺酸和浓度为37％的甲醛溶液，搅拌均匀后用氢氧化钠调节ph值至10，然后升温至65℃，反应3h，得混合液一；
58.(2)向混合液一中加入氨基磺酸，再采用氢氧化钠调节ph值至12，再升温至80℃，磺化反应2h，然后将所得溶液冷却至65℃，用盐酸溶液调节ph值至4.5，缩聚反应1h，得混合液二；
59.(3)然后在75℃下，用氢氧化钠将混合液二的ph值调节至9，反应1h后，即得所述磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物；
60.其中，三聚氰胺、对氨基苯磺酸、甲醛、氨基磺酸的摩尔比为1.5：1：8：1.3。
61.上述大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂的制备方法同实施例1。
62.实施例4：
63.一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂，与实施例3不同的是，水化硅铝酸钙转晶剂为甲酸钠。
64.实施例5：
65.一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂，与实施例3不同的是，水化硅铝酸钙转晶剂为乙酸钠。
66.实施例6：
67.一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂，由以下重量份的组分组成：水化硅铝酸钙转晶剂8份、煅烧明矾石粉75份、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物13份、sic-tic/c复合材料3.2份、钢纤维100份。
68.上述水化硅铝酸钙转晶剂、煅烧明矾石粉、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物均同实施例1。钢纤维为光面平直钢纤维，长度为5～12mm，长径比为10～25；
69.sic-tic/c复合材料的制备方法包括以下步骤：
70.(1)制备二氧化钛溶胶：向冰乙酸中加入钛酸四丁酯，并搅拌50min，得混合液，冰乙酸与钛酸四丁酯的体积比为1：3；然后边搅拌边将混合液按5滴/min的速度滴加至水/乙醇混合液中，滴加结束后继续搅拌2h，然后静置陈化24h，得二氧化钛溶胶；
71.水/乙醇混合液由以下方法制备得到：将水和无水乙醇按体积比10：2混合，再采用冰乙酸将ph值调节为2.5，即得；制备二氧化钛溶胶时，钛酸四正丁酯的用量与水的用量的摩尔比为1：180。
72.(2)向二氧化钛溶胶中加入正硅酸乙酯，并在45℃下搅拌3h，然后加入β-环糊精，并继续在45℃下搅拌2h，然后于室温下静置36h，再进行真空冷冻干燥，得到干凝胶，干凝胶中，ti与si的摩尔比为1：2；ti与si的总摩尔量与c的摩尔比为1：7；
73.再将所得干凝胶研磨成粉，并过200目筛，然后在氩气气氛保护下，于1750℃下煅烧3h，并在氩气气氛中冷却至室温，即得。
74.上述大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂的制备方法包括以下步骤：按配比称取各原料；将水化硅铝酸钙转晶剂、煅烧明矾石粉进行混合研磨，然后过200目筛，再加入sic-tic/c复合材料、钢纤维、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物混合均匀，即得。
75.实施例7：
76.一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂，由以下重量份的组分组成：水化硅铝酸钙转晶剂5份、煅烧明矾石粉85份、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物15份、sic-tic/c复合材料2.5份、钢纤维100份。
77.上述水化硅铝酸钙转晶剂、煅烧明矾石粉、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物均同实施例2。钢纤维为光面平直钢纤维，长度为5～12mm，长径比为10～25；
78.sic-tic/c复合材料的制备方法包括以下步骤：
79.(1)制备二氧化钛溶胶：向冰乙酸中加入钛酸四丁酯，并搅拌35min，得混合液，冰乙酸与钛酸四丁酯的体积比为1：3；然后边搅拌边将所述混合液按5滴/min的速度滴加至水/乙醇混合液中，滴加结束后继续搅拌2h，然后静置陈化24h，得二氧化钛溶胶；
80.水/乙醇混合液由以下方法制备得到：将水和无水乙醇按体积比10：3混合，再采用冰乙酸将ph值调节为2.5，即得；制备二氧化钛溶胶时，钛酸四正丁酯的用量与水的用量的摩尔比为1：150。
81.(2)向二氧化钛溶胶中加入正硅酸乙酯，并在40℃下搅拌2h，然后加入β-环糊精，并继续在40℃下搅拌3h，然后于室温下静置48h，再进行真空冷冻干燥，得到干凝胶，干凝胶中，ti与si的摩尔比为1：3；ti与si的总摩尔量与c的摩尔比为1：6；
82.再将所得干凝胶研磨成粉，并过200目筛，然后在氩气气氛保护下，于1720℃下煅烧2.5h，并在氩气气氛中冷却至室温，即得。
83.上述大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂的制备方法同实施例7。
84.实施例8：
85.一种大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂，水化硅铝酸钙转晶剂5份、煅烧明矾石粉85份、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物15份、sic-tic/c复合材料1.5份、钢纤维
100份。
86.上述水化硅铝酸钙转晶剂、煅烧明矾石粉、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物、钢纤维、sic-tic/c复合材料的制备方法均同实施例7。
87.实施例9～16：
88.一种大掺量工业废渣透水混凝土，由以下重量份的原料制成：粗骨料1600份、水泥305份、工业废渣130份、水138份以及水泥质量5％的增强剂；
89.其中，粗骨料为碎石，粗骨料的粒径为5～10mm；水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；实施例9～16中的增强剂依次分别为实施例1～8中的大掺量工业废渣透水混凝土用增强剂。
90.工业废渣由以下重量百分比的组分组成：粉煤灰50％、钢渣粉20％、煤矸石粉30％。其中粉煤灰、钢渣粉、煤矸石粉的粒径均在500μm以下。
91.上述大掺量工业废渣透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：先将水泥、粗骨料、工业废渣、增强剂混合2.5min，然后加入60％配方量的水，搅拌80s后，再加入剩余水量，搅拌160s出料，即得透水混凝土浆料。
92.对比例1：
93.一种透水混凝土用增强剂，由以下重量份的组分组成：煅烧明矾石粉75份、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物13份。
94.上述煅烧明矾石粉、磺化三聚氰胺-对氨基苯磺酸-甲醛缩合物均同实施例1。
95.增强剂的制备方法参考实施例1。
96.对比例2：
97.一种透水混凝土用增强剂，由以下重量份的组分组成：水化硅铝酸钙转晶剂8份、煅烧明矾石粉75份。
98.上述水化硅铝酸钙转晶剂、煅烧明矾石粉均同实施例1。
99.增强剂的制备方法参考实施例1。
100.对比例3～4：
101.一种大掺量工业废渣透水混凝土，由以下重量份的原料制成：粗骨料1600份、水泥305份、工业废渣130份、水138份以及水泥质量5％的增强剂；
102.其中，粗骨料为碎石，粗骨料的粒径为5～10mm；水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；对比例3～4中的增强剂依次分别为对比例1～2中的增强剂。
103.工业废渣由以下重量百分比的组分组成：粉煤灰50％、钢渣粉20％、煤矸石粉30％。其中粉煤灰、钢渣粉、煤矸石粉的粒径均在500μm以下。
104.上述大掺量工业废渣透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：先将水泥、粗骨料、工业废渣、增强剂混合2.5min，然后加入50％配方量的水，搅拌80s后，再加入剩余水量，搅拌160s出料，即得透水混凝土浆料。
105.性能测试：
106.对实施例9～16中制备得到的透水混凝土及对比例3～4中制备得到的透水混凝土进行性能检测。
107.(1)对各透水混凝土的抗压强度以及抗折强度进行检测，具体检测结果如表1所示。
108.表1强度检测结果
[0109][0110][0111]
(2)对各透水混凝土的28d透水系数、孔隙率、冻融质量损失率进行检测，具体检测结果如表2所示。
[0112]
表2透水性能及冻融性能检测结果
[0113] 28d透水系数(mm/s)孔隙率(％)冻融质量损失率/％实施例95.319.81.1实施例104.920.11.0实施例115.019.61.2实施例125.220.31.3实施例135.020.11.3实施例145.921.50.6实施例155.520.90.7实施例165.420.80.8对比例34.519.81.5对比例44.819.51.6
[0114]
由表1和表2可知，通过本发明方法制备得到的大掺量工业废渣透水混凝土综合性能优异，既具有较高的强度，又兼具优异的透水性能。
[0115]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。