一種生態多孔混凝土及其製備方法與流程
2023-06-11 06:34:16 3
本發明涉及一種環保建築材料，具體涉及一種生態多孔混凝土及其製備方法。
背景技術：
生態多孔混凝土是一種具有特殊結構，且性能介於普通混凝土和耕植土之間的新型環保建築材料，它是由水泥、粗骨料、水等按特定配合比經特定工藝製成的具有連續多孔且適合綠色植物生長的一類混凝土製品。目前，生態多孔混凝土的製備技術還存在諸多問題，從而限制了其大範圍推廣應用。成功製備生態多孔混凝土的關鍵技術為如何降低多孔混凝土孔隙內的鹼度，以適應植被生長要求。
生態多孔混凝土最大的特點是它的植生性，其表面生長的綠色植物既能改善城市大氣環境，又能保持綠色自然景觀。但生態多孔混凝土內部鹼度是影響植物生長的關鍵因素之一，常見的亞熱帶植物生長適宜的pH值範圍一般在5～9之間，但普通矽酸鹽水泥混凝土孔隙內水環境pH值一般高達13左右，不利於綠色植物的生長。因此需要研究合理、有效的降鹼方法，既能將生態多孔混凝土孔隙內水環境的pH值控制在合理的範圍之內，又不影響其力學性能的發展。
國內外相關學者對綠色生態混凝土孔隙內鹼性水環境的改造進行了大量研究，其中日本有關機構提出採用低鹼度高爐B、C型水泥配製綠色生態混凝土，其孔隙內pH值可降到8～9左右，但這種高爐水泥在國內生產難度較大，材料引進費用較高，不適於大面積推廣應用。J.L.Garcia Calvo, A.Hidalgo等人通過實驗發現，在綠色生態混凝土中加入適量的矽粉能起到降低鹼度的作用，且pH值隨矽粉摻量的增加而降低，但降低幅度較小。吉林省水利實業公司董建偉等通過對孔隙內鹽鹼性水環境的形成、表現形式、轉變過程、鹽鹼構成組分的分析，提出了元素形態改變、離子動態平衡、分子篩效應等理論，根據上述理論提出了化學、物理、土壤化學、生物化學、結構、農藝和植物生理等系列改造方法，理論上能使綠色生態混凝土孔隙內水環境pH值穩定在植物生長的範圍之內，但此系列改造方法操作十分複雜，且很難達到理想效果。胡春明等指出，將綠色生態混凝土進行蠟封處理，可以有效降低孔隙內鹼性物質的釋放，從而達到降低鹼度的目的，但實際上蠟封處理操作難度大，且石蠟的耐久性有待研究。
上述降鹼技術大多操作複雜且較難實現，不利於推廣應用。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種生態多孔混凝土及其製備方法，降低生態多孔混凝土孔隙鹼度，使孔隙內鹼環境維持在植物正常生長的鹼度範圍。
本發明的技術方案為：一種生態多孔混凝土的製備方法，在混凝土混料攪拌過程中加入矽灰和強酸弱鹼鹽，成型養護至齡期後採用CO2或含有CO2的氣體對試塊進行快速碳化處理，最後用永凝液對試塊表面進行噴塗處理。
在一個具體實施方式中，加入的矽灰佔水泥質量的5～15%，加入的強酸弱鹼鹽佔水泥質量的3～7%。
在一個具體實施方式中，所述強酸弱鹼鹽為硫酸亞鐵。
在一個具體實施方式中，混凝土混料攪拌過程中加料先後順序為：水泥、矽灰、水、強酸弱鹼鹽。
在一個具體實施方式中，各原料質量比為，水泥：矽灰：水：強酸弱鹼鹽：碎石=1：0.05~0.15：0.25~0.4：0.03~0.07：5~6.5。
在一個具體實施方式中，作為骨料的碎石的粒徑為19～26.5mm。
在一個具體實施方式中，快速碳化以體積濃度為15~30%的CO2，碳化1～2天。
在一個具體實施方式中，永凝液噴塗以保證試塊表面全部溼潤為準，然後用薄膜覆蓋1～2天，使得永凝液滲入多孔混凝土表層。
在一個具體實施方式中，快速碳化使得試塊表面形成碳酸鈣薄膜。
本發明還提供一種採用所述方法製備得到的生態多孔混凝土。
本發明原理為：
1. 矽灰是一種超細活性摻合料，可以增加混凝土內部「火山灰反應」進程，消耗水泥水化產生的氫氧化鈣等可溶性鹼類，固定不溶鹼，從而達到降鹼的目的；
2. 硫酸亞鐵等強酸弱鹼鹽的水溶液呈現弱酸性，可以中和水泥水化過程中產生的鹼類物質；
3. 快速碳化時，CO2與氫氧化鈣反應在試塊表面形成碳酸鈣薄膜；
4. 永凝液滲入多孔混凝土表層後，其所含鹼活性組分水溶性矽酸鹽取代矽烷烴與混凝土中的氫氧化鈣發生反應，形成了不溶性的矽酸鹽凝膠或尺寸很微小的水化物晶體，減少了表層混凝土內氫氧化鈣的含量。
本發明降鹼採用矽灰吸鹼、強酸弱鹼鹽消鹼、碳化固鹼以及永凝液封鹼的原理，通過在混凝土攪拌過程中加入矽灰（取代水泥）吸鹼和強酸弱鹼鹽消鹼，成型後進行快速碳化固鹼，後進行永凝液噴塗處理來封鹼的複合處理達到降低鹼度的目的。
採用本發明方法降鹼後的多孔混凝土具有良好的抗壓強度及適宜植物生長的鹼度值（pH值在6～10之間），能夠滿足大部分綠色環保工程的需要，有利於維護生態平衡和實現可持續發展。
與現有技術相比，本發明降鹼設計方法降鹼效果較好，操作簡便，降鹼效果持續時間長。
具體實施方式
本發明吸鹼、消鹼操作於混凝土攪拌過程中執行，固鹼、封鹼操作於混凝土試件成型養護至齡期之後執行，可將生態多孔混凝土孔隙鹼度降至合理範圍。
本發明的消鹼採用強酸弱鹼鹽，利用的是其水溶液呈現弱酸性，可以採用硫酸亞鐵、硫酸鐵、氯化銅、氯化鐵等。
本發明通過調節作為骨料的碎石的粒徑來控制孔隙率，也可以採用多孔骨料。
本發明所用永凝液DPS，符合國家建材行業標準JC/T1018-2006 Ⅱ型。
以下通過具體實施例對本發明進行詳細的說明。
實施例1
本實施例以配製1 m3多孔混凝土為例。水泥：矽灰：水：硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）：碎石=1：0.11：0.33：0.04：5.74（質量比）。具體步驟如下：
1）將P·O 42.5級普通矽酸鹽水泥270kg、矽灰30kg、水90kg、硫酸亞鐵12kg、19～26.5mm碎石1550 kg按投放順序混合，用攪拌機攪拌；
2）將攪拌好的混合材料加入到預製好的模板內，振搗並進行養護，養護24h後拆模，繼續養護28d；
3）待其乾燥後用薄膜進行覆蓋，在薄膜內充入體積濃度為20%的CO2（或者將試件至於密封容器內然後充入CO2）碳化2天；
4）最後用噴霧裝置在其表面噴塗永凝液（永凝液噴量以試件表面溼潤為準）並用薄膜進行覆蓋1天。即降鹼過程完成，可進行下一步操作（鋪設營養土、種植）。
降鹼處理後的多孔混凝土28d抗壓強度為8.3MPa，孔隙率為26.98%，pH值為9.81。56d抗壓強度為8.8MPa，孔隙率為26.83%，pH值為9.9。有效降鹼效果持續時間可達6個月。
實施例2
本實施例以配製1 m3多孔混凝土為例。水泥：矽灰：水：硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）：碎石=1：0.11：0.33：0.04：6.35（質量比）。具體步驟如下：
1）將P·O 42.5級普通矽酸鹽水泥252kg、矽灰28kg、水84kg、硫酸亞鐵11.2kg、16～19mm碎石1600 kg按投放順序混合，用攪拌機攪拌；
2）將攪拌好的混合材料加入到預製好的模板內，振搗並進行養護，養護24h後拆模，繼續養護28d；
3）待其乾燥後在薄膜內充入體積濃度為20%的CO2（或者將試件至於密封容器內然後充入CO2）碳化2天；
4）最後用噴霧裝置在其表面噴塗永凝液（永凝液噴量以試件表面溼潤為準）並用薄膜進行覆蓋1天。即降鹼過程完成，可進行下一步操作（鋪設營養土、種植）。
降鹼處理後的多孔混凝土28d抗壓強度為6.7MPa，孔隙率為27.52%，pH值為9.65。56d抗壓強度為7.5MPa，孔隙率為27.40%，pH值為9.73。有效降鹼效果持續時間可達6個月。
實施例3
本實施例以配製1 m3多孔混凝土為例。水泥：矽灰：水：硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）：碎石=1：0.15：0.25：0.03：6.5（質量比）。具體步驟如下：
1）將P·O 42.5級普通矽酸鹽水泥、矽灰、水、硫酸亞鐵、19～26.5mm碎石按投放順序混合，用攪拌機攪拌；
2）將攪拌好的混合材料加入到預製好的模板內，振搗並進行養護，養護24h後拆模，繼續養護28d；
3）待其乾燥後在薄膜內充入體積濃度為15%的CO2（或者將試件至於密封容器內然後充入CO2）碳化2天；
4）最後用噴霧裝置在其表面噴塗永凝液（永凝液噴量以試件表面溼潤為準）並用薄膜進行覆蓋1天。即降鹼過程完成，可進行下一步操作（鋪設營養土、種植）。
實施例4
本實施例以配製1 m3多孔混凝土為例。水泥：矽灰：水：硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）：碎石=1：0.05：0.4：0.07：5（質量比）。具體步驟如下：
1）將P·O 42.5級普通矽酸鹽水泥、矽灰、水、硫酸亞鐵、19～26.5mm碎石按投放順序混合，用攪拌機攪拌；
2）將攪拌好的混合材料加入到預製好的模板內，振搗並進行養護，養護24h後拆模，繼續養護28d；
4）待其乾燥後在薄膜內充入體積濃度為30%的CO2（或者將試件至於密封容器內然後充入CO2）碳化2天，
3）最後用噴霧裝置在其表面噴塗永凝液（永凝液噴量以試件表面溼潤為準）並用薄膜進行覆蓋2天。即降鹼過程完成，可進行下一步操作（鋪設營養土、種植）。
還做了如下的對比試驗與上述實施例進行對比：
1.採用4%硫酸亞鐵+10%矽灰降鹼，28d強度6.0MPa，pH值10.71，孔隙率26.92%；56d強度6.2MPa，pH值10.83，孔隙率26.88%；
2.僅採用永凝液降鹼，噴塗7d強度8.0MPa，pH值10.68；噴塗14d強度8.4MPa，pH值10.52；噴塗28d強度8.5MPa,pH值10.62；
3.採用4%硫酸亞鐵+10%矽灰降鹼+DPS永凝液，28d強度6.3MPa，pH值10.51，孔隙率25.52%；56d強度6.8MPa，pH值10.60，孔隙率25.62%；
4.僅採用碳化降鹼措施，碳化7d強度9.8MPa，pH值10.62；碳化14d強度10.8MPa，pH值10.29；碳化28d強度9.8MPa,pH值10.03。此降鹼方法效果雖好，但是碳化時間太長，不利用施工；
5. 採用4%硫酸亞鐵+10%矽灰降鹼+DPS永凝液+碳化，28d強度7.8MPa，pH值10.05，孔隙率25.68%；56d強度8.0MPa，pH值10.11，孔隙率25.63%；
6. 採用4%硫酸亞鐵+10%矽灰降鹼+碳化，28d強度8.1MPa，pH值9.92，孔隙率26.89%；56d強度8.5MPa，pH值10.03，孔隙率26.75%；
7. 採用4%硫酸亞鐵+10%矽灰降鹼+碳化+DPS永凝液，28d強度8.3MPa，pH值9.71，孔隙率26.98%；56d強度8.8MPa，pH值9.82，孔隙率26.83%。