本發(fā)明屬于粉煤灰資源開發(fā)，具體涉及一種改性粉煤灰的制備方法及其在混凝土中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前，“海綿城市”的理念越發(fā)引人關(guān)注，其中，透水混凝土因其良好的透水透氣、吸聲降噪以及過濾水質(zhì)等性能成為建設(shè)“海綿城市”的重要原材料之一。

2、透水混凝土是一種具有較高滲水性能的混凝土材料，可以允許水穿過其表面和內(nèi)部，從而降低地面徑流量和減少水資源的污染，透水混凝土通常由水泥、骨料(碎石、煤矸石等)、粉煤灰、減水劑和水組成。

3、現(xiàn)有技術(shù)對(duì)透水混凝土的改進(jìn)多集中在原料整體用量比例和骨料的級(jí)配，針對(duì)原料粉煤灰的改進(jìn)多集中在酸改性和堿改性，旨在提高粉煤灰與水泥基材的相容性。針對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，進(jìn)而提高混凝土孔隙率和透水性的相關(guān)研究較為少見，正基于此，本發(fā)明旨在通過對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性處理，提高最終制備的混凝土的孔隙率和透水性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種改性粉煤灰的制備方法及其在混凝土中的應(yīng)用，通過對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性處理，提高最終制備的混凝土的孔隙率和透水性。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種改性粉煤灰的制備方法，包括以下步驟：

4、將粉煤灰研磨過200～300目篩，得到粉煤灰細(xì)粉，向粉煤灰細(xì)粉中加入水，混合攪拌得到粉煤灰液，再向粉煤灰液中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，混合攪拌，再向其中加入支化助劑，升溫至50～60℃，恒溫?cái)嚢?～6h，再經(jīng)抽濾，固體組分置于60～80℃條件下干燥12h，得到改性粉煤灰。

5、進(jìn)一步地，所述粉煤灰包括以下質(zhì)量百分比成分：

6、sio2?52.82％～57.13％；

7、al2o3?21.30％～23.40％；

8、fe2o3?7.11％～7.53％；

9、cao?4.44％～4.85％；

10、k2o?2.09％～2.26％；

11、mgo?1.55％～1.80％。

12、進(jìn)一步地，所述粉煤灰細(xì)灰和水的質(zhì)量用量比為1:4。

13、進(jìn)一步地，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷用量為粉煤灰細(xì)粉質(zhì)量6％～10％。

14、進(jìn)一步地，所述支化助劑用量為粉煤灰細(xì)粉質(zhì)量12％～15％。

15、進(jìn)一步地，所述支化助劑由以下步驟制備而成：

16、s1、向甲苯中加入2-羧基苯基磷酸酯、二乙醇胺和對(duì)甲苯磺酸，體系升溫至80～90℃，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)4～5h，反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，旋蒸除去甲苯，再經(jīng)水洗后，得到中間體一；

17、s2、在氮?dú)夥諊?，向甲醇中加入中間體一，室溫?cái)嚢?0～30min，再向其中加入丙烯酸甲酯，體系升溫至30～40℃，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)4～5h，反應(yīng)完畢后，旋蒸除去甲醇，得到中間體二；

18、s3、向甲苯中加入中間體二、三羥甲基丙烷和對(duì)甲苯磺酸，體系升溫至120～130℃，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)4～5h，反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，再旋蒸除去甲苯，得到支化助劑。

19、進(jìn)一步地，s1中所述甲苯、2-羧基苯基磷酸酯和二乙醇胺的用量比為100～200ml:0.2mol:0.1mol。

20、進(jìn)一步地，s2中所述甲醇、中間體一和丙烯酸甲酯的用量比為100～200ml:50.5～51g:0.1mol。

21、進(jìn)一步地，s3中所述甲苯、中間體二和三羥甲基丙烷的用量比為100～200ml:59.2g:0.03～0.04mol。

22、進(jìn)一步地，一種改性粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，包括以下步驟：

23、將硅酸鹽水泥、花崗巖碎石、改性粉煤灰、聚丙烯纖維、減水劑和水以100～200r/min的攪拌速率攪拌混合1～2h，得到透水混凝土。

24、進(jìn)一步地，所述透水混凝土包括以下質(zhì)量份原料：100份硅酸鹽水泥、320～400份花崗巖碎石、20～25份改性粉煤灰、1～5份聚丙烯纖維、1～2份減水劑和75～100份水。

25、進(jìn)一步地，所述硅酸鹽水泥為p·ⅱ52.5r硅酸鹽水泥。

26、進(jìn)一步地，所述減水劑為減水劑ynh-1。

27、進(jìn)一步地，所述花崗巖碎石由中位粒徑為9～11mm的花崗巖碎石、中位粒徑為5～8mm的花崗巖碎石和中位粒徑為1～3mm的花崗巖碎石按照質(zhì)量比1～2:3～4:5混合而成。

28、本發(fā)明的有益效果：

29、本發(fā)明提供了一種改性粉煤灰的制備方法，本發(fā)明首先利用3-氨丙基三乙氧基硅烷對(duì)粉煤灰進(jìn)行表面改性，提高粉煤灰的分散性和相容性，制備得到氨基化粉煤灰，再利用本發(fā)明自制的支化助劑對(duì)氨基化粉煤灰進(jìn)行改性，得到改性粉煤灰，本發(fā)明將制備得到的改性粉煤灰應(yīng)用到混凝土中，所制備的混凝土具有優(yōu)異的孔隙率(有效孔隙率為18.21％～18.64％)和透水性(透水系數(shù)為4.14～4.37mm/s)。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明利用自制的支化助劑對(duì)氨基化粉煤灰進(jìn)行改性是提高孔隙率和透水性的關(guān)鍵點(diǎn)，其原理如下：

30、首先，本發(fā)明制備的支化助劑為大分子鏈段結(jié)構(gòu)，能夠增大粉煤灰顆粒間的空間位阻作用，提高粉煤灰顆粒間的分散性能，同時(shí)，在后續(xù)制備混凝土的過程中，有助于提高混凝土顆粒間的分散性，進(jìn)而提高混凝土的孔隙率，孔隙率是決定混凝土透水性的關(guān)鍵因素。

31、然后，在混凝土服役期間與雨水接觸時(shí)，支化助劑的端磷酸酯基具有負(fù)電性，能夠與混凝土中的金屬離子(鈣離子等)發(fā)生配位作用，其絡(luò)合和吸附能力強(qiáng)于羧基，能使混凝土顆粒表面帶有電荷，進(jìn)而通過靜電作用防止混凝土顆粒間的凝聚，確?；炷林型杆返耐〞常煌瑫r(shí)，端磷酸酯基為親水基團(tuán)，有助于提高雨水向混凝土中的滲透，同時(shí)有助于提高混凝土內(nèi)部孔隙的內(nèi)壁的親水性，親水性孔隙內(nèi)壁可以降低水的接觸角，進(jìn)而有利于水在孔隙中的流動(dòng)和滲透，從而綜合提高混凝土的透水性。

32、最后，本發(fā)明還優(yōu)化了透水混凝土中骨料花崗巖碎石的級(jí)配，通過調(diào)控花崗巖碎石的粒徑和增加小粒徑花崗巖碎石的比例，增加混凝土中的孔隙率，從而進(jìn)一步提高透水性。

技術(shù)特征：

1.一種改性粉煤灰的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性粉煤灰的制備方法，其特征在于，所述粉煤灰包括以下質(zhì)量百分比成分：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性粉煤灰的制備方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性粉煤灰的制備方法，其特征在于，所述支化助劑由以下步驟制備而成：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種改性粉煤灰的制備方法，其特征在于，s1中所述甲苯、2-羧基苯基磷酸酯和二乙醇胺的用量比為100～200ml:0.2mol:0.1mol。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種改性粉煤灰的制備方法，其特征在于，s2中所述甲醇、中間體一和丙烯酸甲酯的用量比為100～200ml:50.5～51g:0.1mol。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種改性粉煤灰的制備方法，其特征在于，s3中所述甲苯、中間體二和三羥甲基丙烷的用量比為100～200ml:59.2g:0.03～0.04mol。

8.一種改性粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，其特征在于，由1～7中任一項(xiàng)所述制備方法制備而成的改性粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種改性粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，其特征在于，所述透水混凝土包括以下質(zhì)量份原料：100份硅酸鹽水泥、320～400份花崗巖碎石、20～25份改性粉煤灰、1～5份聚丙烯纖維、1～2份減水劑和75～100份水。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種改性粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，其特征在于，所述花崗巖碎石由中位粒徑為9～11mm的花崗巖碎石、中位粒徑為5～8mm的花崗巖碎石和中位粒徑為1～3mm的花崗巖碎石按照質(zhì)量比1～2:3～4:5混合而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種改性粉煤灰的制備方法及其在混凝土中的應(yīng)用，屬于粉煤灰資源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明首先利用3?氨丙基三乙氧基硅烷對(duì)粉煤灰進(jìn)行表面改性，提高粉煤灰的分散性和相容性，制備得到氨基化粉煤灰，再用本發(fā)明自制的支化助劑對(duì)氨基化粉煤灰進(jìn)行改性，得到改性粉煤灰，本發(fā)明將制備得到的改性粉煤灰應(yīng)用到混凝土中，所制備的混凝土具有優(yōu)異的孔隙率(有效孔隙率為18.21％～18.64％)和透水性(透水系數(shù)為4.14～4.37mm/s)。

技術(shù)研發(fā)人員：楊世喜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：祿豐喜堯水渣磨粉有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9