一种超疏水自清洁混凝土制备方法及其装置与流程

本发明涉及混凝土加工，具体为一种超疏水自清洁混凝土制备方法及其装置。

背景技术：

1、超疏水自清洁混凝土由于其表面的超疏水性能可以使混凝土结构具有良好的自清洁效果和长期维护效果，使墙面不易被污染和腐蚀，保持结构的美观和耐久性。该混凝土在高层建筑、桥梁、隧道、室内、景观建筑等都有较好的应用前景，然而目前实现混凝土超疏水自清洁功能的技术手段主要是在混凝土表面涂刷超疏水涂层。

2、现有技术中混凝土成型时存在施工困难、超疏水性能保持时间较短、成本高、性能不稳定等缺点，不利于实际使用。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种超疏水自清洁混凝土制备方法及其装置，解决了混凝土表面成型后疏水度时间不持久和不稳定的问题。

3、技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种超疏水自清洁混凝土制备方法及其装置，包括底模和侧模，所述底模顶面边缘处与侧模底面互相垂直卡合，所述底模底面均匀分布设有超声波换能器，所述侧模表面外部表面均匀直线阵列分布设有电磁线圈，所述底模内部填充设有混凝土，所述混凝土采用纳米四氧化三铁粉末、聚丙烯蜡乳液、水泥、矿粉、粉煤灰、碎石、砂、外加剂和水混合组成。

5、优选的，所述底模内部混凝土的制备方法如下：

6、sp1：设备组装，所述设备组装为将底模、侧膜、超声换能器和电磁线圈安装备用；

7、sp2：混凝土的配比，所述混凝土的配比为将原料纳米四氧化三铁粉末、聚丙烯蜡乳液、水泥、矿粉、粉煤灰、碎石、砂和外加剂按照配比和水混合备用；

8、sp3：混凝土的浇筑，所述混凝土的浇筑为将步骤sp2中的混凝土材料注入步骤sp1组装后的底模顶面；

9、sp4：原料的分散化，所述原料的分散化为在步骤sp3浇筑中开启超声换能器，在超声波的作用下纳米四氧化三铁在混凝土中分散，聚丙烯蜡乳液浮于混凝土表层；

10、sp5：疏水薄膜层的成型，所述疏水薄膜层的成型为开启侧模的电磁线圈，在磁场的作用下混凝土中的纳米四氧化三铁粉末颗粒逐渐分布在试件表面，形成表面纳米凸起并覆盖疏水薄膜层的超疏水结构；

11、sp6：混凝土均匀化成型，所述混凝土均匀化成型为在步骤sp5后完成后开启底模处的超声波换能器，等待表面均匀后，完成整个混凝土的均匀化成型。

12、优选的，所述底模中的混凝土的各组分质量占比为纳米四氧化三铁粉末0.38％-0.42％，聚丙烯蜡乳液0.038％-0.042％，水5.9％-6.6％，水泥12.2％-13.5％，矿粉3.8％-4.2％，粉煤灰1.9％-2.1％，碎石38.2％-42.3％，砂32.5％-35.9％，外加剂0.3％-0.4％。

13、优选的，所述底模中混凝土的成分中的纳米四氧化三铁粉末为粒度为12nm的具有磁性的粉末，聚丙烯蜡乳液固含量为40±2％，平均粒径小于0.1μm。水泥为p.o42.5普通硅酸盐水泥，28天抗压强度与大于46mpa，抗折强度大于7.5mpa，比表面积350m3/kg，烧失量小于3.5％，三氧化硫含量小于2.8％。矿粉为s95级矿粉，比表面积大于420m3/kg，流动度比大于97％，三氧化硫含量小于3.5％，氯离子含量小于0.03％，烧失量小于2.5％，玻璃体含量大于90％。

14、优选的，所述底模中混凝土的成分中的粉煤灰为f类ⅱ级粉煤灰，细度小于18％，需水比小于103％，烧失量小于6.5％，三氧化硫小于3.0％，游离氧化钙小于0.8％，安定性雷氏夹距离小于4mm。碎石为连续级配，最大粒径为9.5mm，针片状含量小于6％，含泥量小于0.5％，压碎值小于6％。砂为天然砂，级配ⅱ区级配，细度模数2.3-2.8，含泥量小于3.0％。外加剂为固含量为18％，组分包含聚羧酸母液、松香树脂类引气剂、脂肪醇聚氧乙烯醚丙醚、聚甲基硅氧烷、聚甲醛醚羧酸、葡萄糖酸钠、羟基丙酰甲基纤维素等，减水率大于26％。

15、优选的，所述电磁线圈为圆形线圈，中心磁场为950gs，线圈半径为20cm，高为50cm，功率为5000w，所述侧模表面相邻电磁线圈之间间隔为50cm。

16、优选的，所述超声波换能器单个功率为55w，频率为115khz，辐射直径70cm，所述底模表面每隔单位面积900cm2设置一个超声波换能器；

17、优选的，所述底模和侧模都为不锈钢材质，厚度为0.5cm，所述侧模与底模侧面接触的边缘长度重合。

18、优选的，所述混凝土均匀化成型中的混凝土的扩展度大于720mm，t500小于4s，坍落扩展度和j环扩展度的差值小于20mm，离析率小于10％。

19、优选的，所述原料的分散化中浇筑混凝时超声波换能器的开启时间为150s，所述疏水薄膜层的成型中电磁线圈的开启时间为300s，所述混凝土均匀化成型中超声波换能器的开启时间为90s。

20、有益效果

21、本发明提供了一种超疏水自清洁混凝土制备方法及其装置。具备以下有益效果：

22、本发明采用在混凝土配方中引入纳米四氧化三铁粉末和聚丙烯蜡乳液，并利用超声波换能器产生超声波振捣使纳米四氧化三铁粉末进行分散，排出混凝土中的气泡，使混凝土更加密实，聚丙烯蜡乳在超声波的振动下和水质材分离在表面形成均匀薄膜层，促使聚丙烯蜡乳液在表面形成薄膜层，通过电磁线圈通电后产生磁场，使混凝土中的纳米四氧化三铁粉末逐渐在混凝土表面形成纳米乳突，最终形成了高度为20-50nm的纳米乳突并覆盖疏水薄膜层的超疏水结构，该凸起结构可减少水滴和表面的接触面积，在凹槽内空气作为阻隔层，增大了接触角，加上表面的疏水薄膜层实现了混凝土的超疏水性能，持久性好。

技术特征：

1.一种超疏水自清洁混凝土制备装置，包括底模(1)和侧模(2)，其特征在于：所述底模(1)顶面边缘处与侧模(2)底面互相垂直卡合，所述底模(1)底面均匀分布设有超声波换能器(3)，所述侧模(2)表面外部表面均匀直线阵列分布设有电磁线圈(4)，所述底模(1)内部填充设有混凝土，所述混凝土采用纳米四氧化三铁粉末、聚丙烯蜡乳液、水泥、矿粉、粉煤灰、碎石、砂、外加剂和水混合组成。

2.根据权利要求1所述一种超疏水自清洁混凝土装置，其特征在于：所述底模(1)内部混凝土的制备方法如下：

3.根据权利要求1所述一种超疏水自清洁混凝土制备装置，其特征在于：所述底模(1)中的混凝土的各组分质量占比为纳米四氧化三铁粉末0.38％-0.42％，聚丙烯蜡乳液0.038％-0.042％，水5.9％-6.6％，水泥12.2％-13.5％，矿粉3.8％-4.2％，粉煤灰1.9％-2.1％，碎石38.2％-42.3％，砂32.5％-35.9％，外加剂0.3％-0.4％。

4.根据权利要求1所述一种超疏水自清洁混凝土制备装置，其特征在于：所述底模(1)中混凝土的成分中的纳米四氧化三铁粉末为粒度为12nm的具有磁性的粉末，聚丙烯蜡乳液固含量为40±2％，平均粒径小于0.1μm，水泥为p.o42.5普通硅酸盐水泥，28天抗压强度与大于46mpa，抗折强度大于7.5mpa，比表面积大于350m3/kg，烧失量小于3.5％，三氧化硫含量小于2.8％，矿粉为s95级矿粉，比表面积大于420m3/kg，流动度比大于97％，三氧化硫含量小于3.5％，氯离子含量小于0.03％，烧失量小于2.5％，玻璃体含量大于90％。

5.根据权利要求1所述一种超疏水自清洁混凝土制备装置，其特征在于：所述底模(1)中混凝土的成分中的粉煤灰为f类ⅱ级粉煤灰，细度小于18％，需水比小于103％，烧失量小于6.5％，三氧化硫小于3.0％，游离氧化钙小于0.8％，安定性雷氏夹距离小于4mm。碎石为连续级配，最大粒径为9.5mm，针片状含量小于6％，含泥量小于0.5％，压碎值小于6％。砂为天然砂，级配ⅱ区级配，细度模数2.3-2.8，含泥量小于3.0％。外加剂固含量为18％，组分包含聚羧酸母液、松香树脂类引气剂、脂肪醇聚氧乙烯醚丙醚、聚甲基硅氧烷、聚甲醛醚羧酸、葡萄糖酸钠、羟基丙酰甲基纤维素等，减水率大于26％。

6.根据权利要求1所述一种超疏水自清洁混凝土制备装置，其特征在于：所述电磁线圈(4)为圆形线圈，中心磁场为950gs，线圈半径为20cm，高为50cm，功率为5000w，所述侧模(2)表面相邻电磁线圈(4)之间间隔为50cm。

7.根据权利要求1所述一种超疏水自清洁混凝土制备装置，其特征在于：所述超声波换能器(3)单个功率为55w，频率为115khz，辐射直径70cm，所述底模(1)表面每隔单位面积900cm2设置一个超声波换能器(3)。

8.根据权利要求1所述一种超疏水自清洁混凝土制备装置，其特征在于：所述底模(1)和侧模(2)都为不锈钢材质，厚度为0.5cm，所述侧模(2)与底模(1)侧面接触的边缘长度重合。

9.根据权利要求2所述一种超疏水自清洁混凝土制备装置，其特征在于：所述混凝土均匀化成型中的混凝土的扩展度大于720mm，t500小于4s，坍落扩展度和j环扩展度的差值小于20mm，离析率小于10％。

10.根据权利要求2所述一种超疏水自清洁混凝土制备装置，其特征在于：所述原料的分散化中浇筑混凝时超声波换能器(3)的开启时间为150s，所述疏水薄膜层的成型中电磁线圈(4)的开启时间为300s，所述混凝土均匀化成型中超声波换能器(3)的开启时间为90s。

技术总结
本发明提供一种超疏水自清洁混凝土制备方法及其装置，涉及混凝土加工技术领域，包括底模和侧模，底模顶面边缘处与侧模底面互相垂直卡合，底模底面均匀分布设有超声波换能器，侧模外部表面均匀直线阵列分布设有电磁线圈，底模内部填充设有混凝土，混凝土采用纳米四氧化三铁粉末、聚丙烯蜡乳液、水泥、矿粉、粉煤灰、碎石、砂、外加剂和水混合组成，在混凝土配方中引入纳米四氧化三铁粉末和聚丙烯蜡乳液，并在超声波振捣和电磁场的作用下使其在混凝土表面形成了高度为20‑50nm的纳米乳突并覆盖疏水薄膜层的超疏水结构,可减少水滴和表面的接触面积，在凹槽内空气作为阻隔层,加上表面的疏水薄膜层实现了混凝土的超疏水性能，持久性好。

技术研发人员：何凯,林喜华,曹海,周佩剑,班录江,顾青山,宋兰兰
受保护的技术使用者：中建西部建设贵州有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16