海绵城市高强高韧性再生骨料混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种海绵城市高强高韧性再生骨料混凝土及其制备方法。
【背景技术】
[0002]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。建设“海绵城市”并不是推倒重来，取代传统的排水系统，而是对传统排水系统的一种“减负”和补充，最大程度地发挥城市本身的作用。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。作为城市发展理念和建设方式转型的重要标志，我国海绵城市建设“时间表”已经明确且“只能往前，不可能往后”。全国已有130多个城市制定了海绵城市建设方案。
[0003]利用透水混凝土铺设城市道路及广场是实现高效“渗”、“排”的重要技术手段。与普通混凝土相比，透水混凝土最显著的特点是不含细骨料、具有较大孔隙率，水分可以通过孔隙迅速渗透。利用再生骨料制备透水混凝土，一方面可以提高建筑垃圾的利用率，促进固体废弃物的资源化利用，另一方面可以应用于城市道路、广场，将雨水还原为地下水，减小城市排水压力，解决城市内涝，改善城市生态环境，提高城市宜居水平。然而，对于再生骨料透水混凝土而言，目前通常制备的混凝土其强度较低，导致其在海绵城市中的应用受到限制，导致这种现象的原因是，再生骨料透水混凝土强度提高，其韧性与抗裂性达不到要求，为此，本发明专利设计了一种海绵城市高强高韧性再生骨料透水混凝土。
[0004]本发明的混凝土增韧用复合材料，采用增韧效能优异的改性二氧化硅纳米管、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和木粉纤维，通过增溶剂和硅烷偶联剂的表面改性作用将三种增韧材料有效结合，形成一种独特的复合增韧体系，制备出的复合材料能够在混凝土中充分分散，有效发挥材料协同增韧的效果，赋予混凝土整体具有良好的韧性、各向同性和抗疲劳性，是一种高性能混凝土增韧材料。复合增韧材料还增加了再生骨料混凝土的韧性，且制备得到的混凝土 28天抗压强度可以达到30-60MPa，可以得到高强高韧性再生骨料透水混凝土，并具有很高的透水性，使得制备的再生骨料混凝土适合海绵城市使用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种海绵城市高强高韧性再生骨料混凝土及其制备方法。增韧材料可以在混凝土中充分分散，有效发挥材料协同增韧的效果，赋予混凝土整体具有良好的韧性、各向同性和抗疲劳性。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
一种海绵城市高强高韧性再生骨料混凝土，按重量份计，包括以下原料:水泥320-360份、锂渣粉40-80份、硅灰20-40份、再生粗骨料700-900份、天然粗骨料500-400份、超细微珠20-30份、减水剂3-4份、水100-120份、聚丙烯酸酯10-20份、胶黏剂10-20份，增韧材料20-30份、二乙醇胺1_1.2份、葡萄糖酸钠0.05-0.1份;所述增韧材料按重量份计，包括以下原料:改性二氧化硅纳米管1.2-1.8份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物22-28份、活化木粉纤维46-50份、硅烷偶联剂3.5-5份、增溶剂3.0-3.5份、填料4_6份和水180-220份。
[0007]所述改性二氧化硅纳米管的制备方法为:
(1)在两个相同的5L尼龙罐中各装入30颗直径为10 mm的不锈钢球和45颗直径为5 mm的不锈钢球，然后分别加入0.9 kg二氧化硅纳米管，再分别滴加90 ml无水乙醇，并用尼龙盖密封;将两个球磨罐对称地放入球磨机中，在转速为400 rpm、且每30分钟自动转换旋转方向的条件下球磨处理48 h；
(2)取步骤(I)处理后的二氧化硅纳米管加入到pH为8、20wt%吐温20水溶液中超声18h，过滤，用水洗净后，于55-57°C下真空干燥15 h;
(3)取步骤(2)处理后的二氧化硅纳米管在401^35的%氢氧化钠水溶液中搅拌48小时，过滤，将粉末用纯水洗净后，于58-60°C下真空干燥18 h;
(4)取步骤(3)处理后的二氧化硅纳米管在35L、20wt%双氧水中搅拌72小时，过滤，将粉末用纯水洗净后，于50-52°C下真空干燥48 h，得到1.52-1.60 kg表面带羟基的二氧化硅纳米管；
(5)取步骤(4)制备的表面带羟基的二氧化硅纳米管1.5kg，加入到40 L二氯甲烷中，在氮气保护下室温超声处理3 h后，加入110 ml三氟化硼-乙醚络合物并室温搅拌3 h;再在-13?-15°C、搅拌条件下，缓慢滴加570 ml 3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷，控制滴加时间为6h;滴加完毕后于-11?-13°C继续搅拌I h;然后加入550 ml无水甲醇，按5500_6000rpm的转速离心处理20-25 min，分离回收溶剂，粉末经无水甲醇洗净并在室温下真空干燥24 h后，得到1.77-1.86 kg改性二氧化硅纳米管；
步骤(I)所述二氧化硅纳米管纯度>96%，长度为2-4μπι，管径为150-300nm，比表面积〉500m2/go
[0008]所述活化木粉纤维的制备方法为:室温下，将木粉纤维45kg，在136 L、浓度为20%的氢氧化钠水溶液中搅拌36小时后过滤，将木粉纤维用水洗至中性;然后，将木粉纤维在90L浓度为18%的过氧化氢水溶液中搅拌30小时，过滤并用水洗净;再将木粉纤维加入到pH为
8、浓度为25被％的吐温20的水溶液中超声3 h、搅拌18小时后过滤，用水洗净后，于60_62°C下真空干燥24 h后待用;所述木粉纤维的粒径为100-230目。
[0009]所述增韧材料的制备方法为:
(1)选取改性二氧化硅纳米管、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、活化木粉纤维、硅烷偶联剂、增溶剂、填料和水备用；
(2)在室温下将硅烷偶联剂加入水中，搅拌至完全溶解，制得硅烷偶联剂水溶液;然后取改性二氧化硅纳米管和活化木粉纤维加入到硅烷偶联剂水溶液中，超声3 h后，搅拌5 h，再升温至59-61°C搅拌36 h，过滤，将粉末按500 r/min的转速离心处理35 min，再将粉末在53-55°C下真空干燥30小时待用；
(3)将填料、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和步骤(2)制好的粉末装入高速混合机中，在350-400r/min转速下分散3-4 h后，升温至105_110°C，再加入增溶剂，在530-600 r/min转速下分散18-22 min后，放入冷混锅中冷却，待温度降到48_50°C时放料，得到初混料； (4)将步骤(3)制备好的初混料置于温度为175-190°C、转速为70-85r/min的双螺杆挤出机中混炼1-1.5 h后挤出，得到混炼料；
(5)将步骤(4)制备好的混炼料粉碎处理，即得到粒度为90-200目的增韧复合材料。
[0010]所述增溶剂为马来酸酐接枝共聚物;所述填料为针状硅灰石，粒径为1-25μπι;所述硅灰的比表面积2 1600m2/kg;所述减水剂为萘系高效减水剂，减水率为18-24%;所述胶黏剂为聚乙酸乙烯酯。
[0011]所述再生粗骨料的制备方法为:对废旧混凝土进行破碎、分拣、筛分、清洗、干燥得到废旧混凝土再生骨料，然后进行筛分得到直径6mm-12mm的再生粗骨料。
[0012]所述锂渣粉的平均粒径4.0-6.6μπι;所述超细微珠的比表面积为1200m2/kg。
[0013]一种制备如上所述的海绵城市高强高韧性再生骨料混凝土的方法，将水泥、锂渣粉、硅灰、超细微珠、再生粗骨料、天然粗骨料、聚丙烯酸酯、增韧材料按比例混合，搅拌20-30 S，使各粉料混合均匀;再投入减水剂与胶黏剂，搅拌30-40S，再将三乙醇胺，葡萄糖酸钠与水同时加入搅拌机中，搅拌15-20分钟;将上述原材料搅拌均匀制成混合料，得到一种尚强尚初性透水混凝土。
[0014]所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的主要指标:密度1.01g/cm3;熔体流动速率5.0 g/10min(200°C，5kg);洛氏硬度10;弯曲强度21MPa;拉伸强度18 MPa;断裂伸长率:250%;热变形温度:60°C(1.8MPa，未退火)。
[0015]所述的增溶剂为马来酸酐接枝共聚物，优选美国Kraton SEBS FG 1901X马来酸酐接枝三元共聚物，其主要指标:马来酸酐接枝物:1.5%;密度:0.91 g/ cm3；熔体指数:22g/1min ；粘度:cps 5000(25°C，25%甲苯溶液)；断裂伸长率:500%。
[0016]所述的硅烷偶联剂为美国联碳公司市售的A-171或A-151硅烷偶联剂。
[0017]所述的双氧水为市售浓度为40wt%的过氧化氢水溶液。<