一种复合纤维高强度透水混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，具体为一种复合纤维高强度透水混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.在现代化城市中，土地、植被不断被建筑物和水泥路面等各种不透水材料所覆盖，这为人们出行提供了方便的同时，也给城市生态平衡造成极大破坏，几乎所有城市都出现过“逢雨必涝，雨后即旱”的现象。透水混凝土是一种具有连续孔隙结构的生态混凝土，它同时具有一定的强度和透水性。建设海绵城市需要一种既能满足道路性能，又能和自然环境协调共存的路面铺装材料。鉴于透水混凝土在生态城市建设中的重要作用，研究透水混凝土的制备及性能就显得特别有意义。
3.透水混凝土，又称多孔混凝土，通常由水泥、水、粗骨料(少或无细骨料)组成，与常规混凝土相比，空隙率大，透水性高，具有很好的透水、抗噪性能，广泛用于地下停车场、机场跑道、公园路面。用于透水路面的透水混凝土通常具有尺寸为2～8mm的孔隙，孔隙率为18％～35％，抗压强度、劈裂抗拉强度相对较低，水泥浆粘结层非常薄，故通过在水泥浆料中添加橡胶粒和纤维来改善这一问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种复合纤维高强度透水混凝土及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种复合纤维高强度透水混凝土，所述复合纤维高强度透水混凝土是将水泥浆料、复合纤维、氯丁橡胶混合反应制备得到。
7.进一步的，所述水泥浆料是将水泥、水、粗骨料、石灰粉、硅灰混合制备得到。
8.进一步的，所述粗骨料为碎石、河砂。
9.进一步的，所述复合纤维是将聚丙烯醇丙醛酸酯、氨基化碳纤维和多孔钢渣混合纺丝制备得到。
10.进一步的，一种复合纤维高强度透水混凝土的制备方法，所述复合纤维高强度透水混凝土的制备方法包括以下制备步骤：
11.(1)将氨基化碳纤维、粒径为2～4mm的多孔钢渣、水按质量比1：1.5：2～1：2.5：3混合，以4500～5000r/min剪切4～6h，随后加入氨基化碳纤维质量8～12倍的聚丙烯醇丙醛酸酯，加入氨基化碳纤维质量0.02～0.04倍的镍，以30～40khz超声30～40min，在150～250w、98～102℃下微波照射10～20min，放入225～235℃纺丝箱中，在800～1000m/min纺丝速度的条件下，使用螺杆挤压机进行纺丝，在10～20℃、湿度为60～80％和风速为0.9～1.3m/s的条件下，进行侧吹风冷却固化25～35min，用乙醇和去离子水洗涤3～5次，在30～50℃下烘1～3h，制备得到长度为8～10mm的复合纤维；
12.(2)将水泥、水、碎石、河砂、石灰粉、硅灰按质量比1：0.66：0.14：3：1.5：1.2：0.6～1：0.68：0.16：5：2.5：1.4：0.8混合，以4500～5000r/min剪切4～6h，制备得到水泥浆料；
13.(3)将水泥浆料、粒径为0.3～1mm的氯丁橡胶、复合纤维按质量比1：0.02：0.005～1：0.04：0.015混合，以4500～5000r/min剪切1～3h，升温至60～70℃，继续剪切11～13h，制备得到复合纤维高强度透水混凝土。
14.进一步的，步骤(1)所述聚丙烯醇丙醛酸酯的制备方法如下：氩气保护条件下，将分子量为1500的聚丙烯醇和丙醛酸按质量比1：0.2～1：0.6混合，以40～60滴/min滴加聚丙烯醇质量0.6～0.8倍的浓硫酸，升温至60～80℃，以600～800r/min搅拌3～5h，制备得到聚丙烯醇丙醛酸酯。
15.进一步的，步骤(1)所述氨基化碳纤维的制备方法如下：将直径为300～400nm、长度为1～3mm的碳纤维和浓硫酸按质量比1：210～1：230混合，在30～40khz下超声振荡25～35min，随后加入碳纤维质量55～57倍的质量分数为68％的浓硝酸，在1200～1400r/min下搅拌9～11min，升温至58～62℃，继续搅拌1.5～2.5h，加入碳纤维质量98～102倍的去离子水稀释，静置3.5～4.5h，过滤，用去离子水洗涤至滤液ph为7，随后用无水乙醇洗涤2～4次，放入55～65℃烘箱烘40～60min，加入到碳纤维质量20～30倍的乙醚中，在38～47khz下超声25～35min，加入碳纤维质量1.4～1.6倍的碳酰胺，以40～60滴/min滴加碳纤维质量0.6～0.8倍的浓硫酸，升温至60～80℃，继续搅拌1～3h，过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤2～4次，放入55～65℃烘箱烘40～60min，制得氨基化碳纤维。
16.进一步的，步骤(2)所述河砂是细度模数为1.6、表观密度为2870kg/m3的天然河砂。
17.进一步的，步骤(2)所述碎石为粒径为6～10mm的花岗岩碎石。
18.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
19.本发明制备的复合纤维高强度透水混凝土，包括水泥、水、粗骨料、复合纤维、石灰粉、硅灰、氯丁橡胶；本发明先将聚丙烯醇丙醛酸酯、氨基化碳纤维和多孔钢渣混合纺丝，制备得到复合纤维；再将水泥、水、粗骨料、石灰粉、硅灰混合，制备得到水泥浆料；最后，将水泥浆料、复合纤维、氯丁橡胶混合，制备得到复合纤维高强度透水混凝土。
20.首先，在聚丙烯醇丙醛酸酯中添加氨基化碳纤维、多孔钢渣，可以增强复合纤维的刚性；氨基化碳纤维穿插进多孔钢渣的孔道中，聚丙烯醇丙醛酸酯上的丙醛酸酯和碳纤维上的碳酰胺反应，将多孔钢渣均匀地分散在聚丙烯中，形成含氨基吡啶的超支化结构的复合纤维，增加了复合纤维的交联密度，复合纤维表面的大量羟基、氨基等亲水基团与水泥浆料中游离水相亲，将复合纤维均匀的分散在水泥浆料内部，以“销钉”的方式穿插到水泥浆料中，增加了复合纤维高强度透水混凝土的劈裂抗拉强度。
21.其次，水泥、水、粗骨料、石灰粉混合，形成水泥浆料，在水泥浆料中添加氯丁橡胶，利用氯丁橡胶的弹性来增强复合纤维高强度透水混凝土的抗压性能；复合纤维上的氨基吡啶和氯丁橡胶上的氯丁基反应，形成氨基丁基吡啶氯盐，增强了复合纤维高强度透水混凝土的防冻性能。
具体实施方式
22.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，所描述的实施例仅仅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做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。
23.为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在将以下实施例中制备得到的复合纤维高强度透水混凝土的各指标测试方法如下：
24.劈裂抗拉强度：取相同质量的实施例和对比例制备得到的复合纤维高强度透水混凝土，按照gb/t50081标准法测定劈裂抗拉强度。
25.抗压性能：取相同质量的实施例和对比例制备得到的复合纤维高强度透水混凝土，按照gb/t50081标准法测定28d抗压强度。
26.防冻性能：取相同质量的实施例和对比例制备得到的复合纤维高强度透水混凝土按照gbj82测试抗冻融循环次数。
27.实施例1
28.(1)氩气保护条件下，将分子量为1500的聚丙烯醇和丙醛酸按质量比1：0.2混合，以40滴/min滴加聚丙烯醇质量0.6倍的浓硫酸，升温至60℃，以600r/min搅拌3h，制备得到聚丙烯醇丙醛酸酯；
29.(2)将直径为300nm、长度为1mm的碳纤维和浓硫酸按质量比1：210混合，在30khz下超声振荡25min，随后加入碳纤维质量55倍的质量分数为68％的浓硝酸，在1200r/min下搅拌9min，升温至58℃，继续搅拌1.5h，加入碳纤维质量98倍的去离子水稀释，静置3.5h，过滤，用去离子水洗涤至滤液ph为7，随后用无水乙醇洗涤2次，放入55℃烘箱烘40min，加入到碳纤维质量20倍的乙醚中，在38khz下超声25min，加入碳纤维质量1.4倍的碳酰胺，以40滴/min滴加碳纤维质量0.6倍的浓硫酸，升温至60℃，继续搅拌1h，过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤2次，放入55℃烘箱烘40min，制得氨基化碳纤维；
30.(3)将氨基化碳纤维、粒径为2mm的多孔钢渣、水按质量比1：1.5：2混合，以4500r/min剪切4h，随后加入氨基化碳纤维质量8倍的聚丙烯醇丙醛酸酯，加入氨基化碳纤维质量0.02倍的镍，以30khz超声30min，在150w、98℃下微波照射10min，放入225℃纺丝箱中，在800m/min纺丝速度的条件下，使用螺杆挤压机进行纺丝，在10℃、湿度为60％和风速为0.9m/s的条件下，进行侧吹风冷却固化25min，用乙醇和去离子水洗涤3次，在30℃下烘1h，制备得到长度为8mm的复合纤维；
31.(4)将水泥、水、粒径为6mm的花岗岩碎石、天然河砂、石灰粉、硅灰按质量比1：0.66：0.14：3：1.5：1.2：0.6混合，其中，天然河砂的细度模数为1.6、表观密度为2870kg/m3，以4500r/min剪切4h，制备得到水泥浆料；
32.(5)将水泥浆料、粒径为0.3mm的氯丁橡胶、复合纤维按质量比1：0.02：0.005混合，以4500r/min剪切1h，升温至60℃，继续剪切11h，制备得到复合纤维高强度透水混凝土。
33.实施例2
34.(1)氩气保护条件下，将分子量为1500的聚丙烯醇和丙醛酸按质量比1：0.4混合，以50滴/min滴加聚丙烯醇质量0.7倍的浓硫酸，升温至70℃，以700r/min搅拌4h，制备得到聚丙烯醇丙醛酸酯；
35.(2)将直径为350nm、长度为2mm的碳纤维和浓硫酸按质量比1：220混合，在35khz下超声振荡30min，随后加入碳纤维质量56倍的质量分数为68％的浓硝酸，在1300r/min下搅
拌10min，升温至60℃，继续搅拌2h，加入碳纤维质量100倍的去离子水稀释，静置4h，过滤，用去离子水洗涤至滤液ph为7，随后用无水乙醇洗涤3次，放入60℃烘箱烘50min，加入到碳纤维质量25倍的乙醚中，在43khz下超声35min，加入碳纤维质量1.5倍的碳酰胺，以50滴/min滴加碳纤维质量0.7倍的浓硫酸，升温至70℃，继续搅拌2h，过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，放入60℃烘箱烘50min，制得氨基化碳纤维；
36.(3)将氨基化碳纤维、粒径为3mm的多孔钢渣、水按质量比1：2：2.5混合，以4750r/min剪切5h，随后加入氨基化碳纤维质量10倍的聚丙烯醇丙醛酸酯，加入氨基化碳纤维质量0.03倍的镍，以35khz超声35min，在200w、100℃下微波照射15min，放入230℃纺丝箱中，在900m/min纺丝速度的条件下，使用螺杆挤压机进行纺丝，在15℃、湿度为70％和风速为1.1m/s的条件下，进行侧吹风冷却固化30min，用乙醇和去离子水洗涤4次，在40℃下烘2h，制备得到长度为9mm的复合纤维；
37.(4)将水泥、水、粒径为8mm的花岗岩碎石、天然河砂、石灰粉、硅灰按质量比1：0.67：0.15：4：2：1.3：0.7混合，其中，天然河砂的细度模数为1.6、表观密度为2870kg/m3，以4750r/min剪切5h，制备得到水泥浆料；
38.(5)将水泥浆料、粒径为6.5mm的氯丁橡胶、复合纤维按质量比1：0.03：0.01混合，以4750r/min剪切2h，升温至65℃，继续剪切12h，制备得到复合纤维高强度透水混凝土。
39.实施例3
40.(1)氩气保护条件下，将分子量为1500的聚丙烯醇和丙醛酸按质量比1：0.6混合，以60滴/min滴加聚丙烯醇质量0.8倍的浓硫酸，升温至80℃，以800r/min搅拌5h，制备得到聚丙烯醇丙醛酸酯；
41.(2)将直径为400nm、长度为3mm的碳纤维和浓硫酸按质量比1：230混合，在40khz下超声振荡35min，随后加入碳纤维质量57倍的质量分数为68％的浓硝酸，在1400r/min下搅拌11min，升温至62℃，继续搅拌2.5h，加入碳纤维质量102倍的去离子水稀释，静置4.5h，过滤，用去离子水洗涤至滤液ph为7，随后用无水乙醇洗涤4次，放入65℃烘箱烘60min，加入到碳纤维质量30倍的乙醚中，在47khz下超声35min，加入碳纤维质量1.6倍的碳酰胺，以60滴/min滴加碳纤维质量0.8倍的浓硫酸，升温至80℃，继续搅拌3h，过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤4次，放入65℃烘箱烘60min，制得氨基化碳纤维；
42.(3)将氨基化碳纤维、粒径为4mm的多孔钢渣、水按质量比1：2.5：3混合，以5000r/min剪切6h，随后加入氨基化碳纤维质量12倍的聚丙烯醇丙醛酸酯，加入氨基化碳纤维质量0.04倍的镍，以40khz超声40min，在250w、102℃下微波照射20min，放入235℃纺丝箱中，在1000m/min纺丝速度的条件下，使用螺杆挤压机进行纺丝，在20℃、湿度为80％和风速为1.3m/s的条件下，进行侧吹风冷却固化35min，用乙醇和去离子水洗涤5次，在50℃下烘3h，制备得到长度为10mm的复合纤维；
43.(4)将水泥、水、粒径为10mm的花岗岩碎石、天然河砂、石灰粉、硅灰按质量比1：0.68：0.16：5：2.5：1.4：0.8混合，其中，天然河砂的细度模数为1.6、表观密度为2870kg/m3，以5000r/min剪切6h，制备得到水泥浆料；
44.(5)将水泥浆料、粒径为1mm的氯丁橡胶、复合纤维按质量比1：0.04：0.015混合，以5000r/min剪切3h，升温至70℃，继续剪切13h，制备得到复合纤维高强度透水混凝土。
45.对比例1
46.对比例1与实施例2的区别在于不制备氨基化碳纤维，仅使用聚丙烯醇丙醛酸酯和多孔钢渣制备复合纤维。其余制备步骤同实施例2。
47.对比例2
48.对比例2与实施例2的区别在于使用聚丙烯、氨基化碳纤维和多孔钢制备复合纤维。其余制备步骤同实施例2。
49.对比例3
50.对比例3与实施例2的区别在于不制备复合纤维，仅使用水泥浆料、粒径为0.3mm的氯丁橡胶制备复合纤维高强度透水混凝土。其余制备步骤同实施例2。
51.对比例4
52.对比例4与实施例2的区别在于仅使用水泥浆料、复合纤维制备复合纤维高强度透水混凝土。其余制备步骤同实施例2。
53.效果例
54.下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例1至4制备得到的复合纤维高强度透水混凝土的劈裂抗拉强度、抗压性能、防冻性能的分析结果。
55.表1
[0056][0057]
从表1中可发现实施例1、2、3制备得到的复合纤维高强度透水混凝土的劈裂抗拉强度、抗压性能、防冻性能较强；从实施例1、2、3和对比例1的实验数据比较可发现，使用氨基化碳纤维制备复合纤维，形成含氨基吡啶的超支化结构，后续制备复合纤维高强度透水混凝土，可以形成氨基丁基吡啶氯盐，制备得到的复合纤维高强度透水混凝土的劈裂抗拉
强度、防冻性能较强；从实施例1、2、3和对比例2的实验数据可发现，使用聚丙烯醇丙醛酸酯制备复合纤维，形成含氨基吡啶的超支化结构，后续制备复合纤维高强度透水混凝土，可以形成氨基丁基吡啶氯盐，制备得到的复合纤维高强度透水混凝土的劈裂抗拉强度、防冻性能较强；从实施例1、2、3和对比例3的实验数据可发现，使用复合纤维制备复合纤维高强度透水混凝土，可以形成氨基丁基吡啶氯盐，制备得到的复合纤维高强度透水混凝土的劈裂抗拉强度、防冻性能较强；从实施例1、2、3和对比例4的实验数据可发现，使用氯丁橡胶制备复合纤维高强度透水混凝土，可以形成形成氨基丁基吡啶氯盐，制备得到的复合纤维高强度透水混凝土的抗压性能、防冻性能较强。
[0058]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。