CN112723802A - 一种高强堤坝材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强堤坝材料，包括基体材料和基体材料表面的涂层材料，所述基体材料由粉煤灰、建筑垃圾再生骨料、碱金属激发剂、硅灰、矿渣和水制备得到，所述涂层材料由粉煤灰、壳寡糖、溶菌酶、氢氧化钠、生石灰和聚二甲基硅氧烷制备得到。本申请提供了一种高强堤坝材料，其包括基体材料和涂层材料，其利用粉煤灰和建筑垃圾再生骨料作为堤坝材料的基体材料，并通过与碱金属激发剂配合使用，提高了材料的强度、抗冲击性、抗裂和抗腐蚀性；同时，本申请利用粉煤灰、壳寡糖等材料作为堤坝表面涂层，可以防止海洋生物附着在防浪堤坝表面，延缓了表面腐蚀，还可以保持堤坝酸碱度接近海水pH值。

Description

一种高强堤坝材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高强堤坝材料及其制备方法。

背景技术

海岸堤坝不仅是沿海地区防风暴潮、保护海岸建筑设施、保障安全体系的第一道屏障，对维持海岸内部水域的平稳以及保护海岸线免受侵蚀具有重要作用。近年来气候变化给海岸堤坝建设带来严峻挑战，我国沿海地区普遍存在海岸堤坝建设标准偏低的情况，工程事故隐患多，在已建的防护性海岸堤坝工程中，大部分地区防护性海岸堤坝的堤身单薄矮小、堤身高程以及护坡结构等方面都未达标；而且由于建设年代较早或为历年加高培厚而成，工程质量难以达到规范要求，特别是抗风浪、抗冲刷能力较差。当遇到较大风暴潮时，极易溃堤，造成严重灾害和经济损失。

海岸堤坝多数是采用块石砌筑和钢筋混凝土浇筑，坝体虽然坚固，但是对海潮、海浪和涌浪的消能效果不明显，无法缓冲强大的冲击浪，很容易被破坏。海岸堤坝由于长期受海水的腐蚀，经常过早损坏而达不到设计使用年限的要求，特别是在浪溅区腐蚀破坏最为严重，为海水全浸区腐蚀速度的3-10倍，并伴有腐蚀穿孔、局部点蚀等现象，需花大量财力进行维修补强，带来巨大经济损失。

目前混凝土技术逐步成熟，但运输成本不断增高，导致混凝土的价格逐年增长，且混凝土浇筑堤坝结构的耐久性问题也日渐暴露，作为海岸堤坝材料，混凝土使用寿命、抗腐蚀能力、混凝土强度均存在不足。目前工程中一般采用“预防为主”的措施，主要包括：混凝土表面涂保护层、化学外加剂或矿物掺合料等，但以上技术主要是只用作表面包覆，并没有通过改善混凝土内部受力机理而达到抗裂抗腐蚀的目的。同时海洋生物污损会增加海中构筑物的自重，阻塞水流通路，加速表面腐蚀，导致维护费用很大。目前涂装含有防污剂的海洋防污涂料成为解决海洋生物污损最有效、经济和可行的方法，但目前含有氧化亚铜类涂料对海洋生态环境影响已日益引起重视，各国不断立法淘汰毒性大的防污体系。

我国城市建设产生了大量的建筑垃圾和工业固废，建筑垃圾主要有砖块、废弃混凝土、石块以及其他一些杂物，其中，混凝土的比例较大，而煤电集中产区粉煤灰过剩，占用了大量土地资源，若是能够将这些废物利用起来，制作高强防浪堤坝，不仅可以大量降低成本，还可以减少环境污染。壳寡糖是通过化学或酶解法制备的几丁质或壳聚糖的降解产物，由β-1-4糖苷键连接而成的低聚合度氨基葡萄糖；其不仅具有一定的特殊物理化学性质，如优异的水溶性、生物降解性和生物相容性，还具有多种生物学效应，包括抗炎、抗菌、抗氧化等。利用壳寡糖作为抑菌主要原料，制作防腐蚀防污涂料，有利于保护海洋生态环境。因此，利用上述固废制备高强堤坝材料既能实现固废的再利用也能保证堤坝的性能具有重要意义。

发明内容

本申请解决的技术问题在于提供一种用于防浪堤的高强堤坝材料。

有鉴于此，本申请提供了一种高强堤坝材料，包括基体材料和基体材料表面的涂层材料，所述基体材料由粉煤灰、建筑垃圾再生骨料、碱金属激发剂、硅灰、矿渣和水制备得到，所述涂层材料由粉煤灰、壳寡糖、溶菌酶、氢氧化钠、生石灰和聚二甲基硅氧烷组成。

优选的，所述基体材料中，粉煤灰60～180重量份，建筑垃圾再生骨料150～550重量份，矿渣25～80重量份，硅灰20～50重量份，碱金属激发剂30～60重量份，水25～100重量份。

优选的，所述涂层材料中，粉煤灰65～120重量份，壳寡糖30～55重量份，溶菌酶10～30重量份，氢氧化钠25～45重量份，生石灰3～10重量份，聚二甲基硅氧烷5～20重量份。

优选的，所述基体材料中，所述建筑垃圾再生骨料选自再生粗骨料和再生细骨料，所述再生粗骨料的粒径为5～25mm，所述再生细骨料的粒径不大于4.5mm。

优选的，所述基体材料中，所述矿渣选自锂渣和磷渣中的一种或两种，所述粉煤灰中一类粉煤灰的含量不低于85％。

优选的，所述涂层材料中，所述粉煤灰选自C类粉煤灰，所述粉煤灰中超细粉粒径小于10μm，比表面积为600～700m²/kg。

本申请还提供了所述高强堤坝材料的制备方法，包括以下步骤：

将粉煤灰、建筑垃圾再生骨料、矿渣和硅灰混合后再加入碱金属激发剂和水，混合后成型固化，自然养护，得到基体材料；

将粉煤灰、壳寡糖、溶菌酶、氢氧化钠、生石灰和聚二甲基硅氧烷混合，得到涂层材料；

将所述涂层材料涂覆于所述基体材料表面，得到高强堤坝材料。

优选的，所述涂层材料的厚度为5mm～15mm。

本申请提供了一种高强堤坝材料，其包括基体材料和涂层材料，其利用粉煤灰和建筑垃圾再生骨料作为堤坝材料的基体材料，通过碱金属激发剂改善其结构，形成以硅氧四面体和铝氧四面体聚合、结构上具有空间三维网络状键接结构的新型无机硅铝胶凝材料，提高了材料的强度、抗冲击性、抗裂和抗腐蚀性；同时，本申请利用粉煤灰、壳寡糖等材料作为堤坝表面涂层，可以防止海洋生物附着在防浪堤坝表面，延缓了表面腐蚀，还可以保持堤坝酸碱度接近海水pH值。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本申请提供了一种利用粉煤灰等工业固废材料制备的高强生态材料-用于防浪堤高强堤坝材料，该材料具有高强、抗冲击、抗裂以及耐腐蚀的特点。具体的，本发明实施例公开了一种高强堤坝材料，包括基体材料和基体材料表面的涂层材料，所述基体材料由粉煤灰、建筑垃圾再生骨料、碱金属激发剂、硅灰、矿渣和水制备得到，所述涂层材料由粉煤灰、壳寡糖、溶菌酶、氢氧化钠、生石灰和聚二甲基硅氧烷制备得到。

在本申请提供的高强堤坝材料中，其中基体材料由粉煤灰、建筑垃圾再生骨料、碱金属激发剂、硅灰、矿渣和水制备得到；更具体的，粉煤灰60～180重量份，在具体实施例中，所述粉煤灰的含量为100～150重量份；所述粉煤灰中一类粉煤灰的含量不低于85％。

所述建筑垃圾再生骨料150～550重量份，在具体实施例中，所述建筑垃圾再生骨料的含量为250～400重量份；所述建筑垃圾再生骨料是指通过破碎、筛分、分级预处理等手段，将破碎的建筑垃圾按特定的比例和级配混合而成的材料，其具体选自再生粗骨料和再生细骨料，所述再生粗骨料的粒径为5～25mm，所述再生细骨料的粒径不大于4.5mm。所述建筑垃圾再生骨料相当于水泥材料中的砂石。

所述矿渣25～80重量份，在具体实施例中，所述矿渣的含量为30～60重量份。所述矿渣具体选自锂渣和磷渣中的一种或两种。所述矿渣有利于提高反应活性，形成更多四面体聚合材料。

所述硅灰20～50重量份，在具体实施例中，所述硅灰的含量为25～45重量份。所述硅灰可以大幅提高材料强度。

所述碱金属激发剂30～60重量份，在具体实施例中，所述碱金属激发剂的含量为40～50重量份。在具体实施例中，所述碱金属激发剂选自Na₂O·SiO₂、NaOH和K₂CO₃中的一种或多种。所述粉煤灰中含有大量硅铝成分，在与碱金属激发剂作用后，会激发材料形成以硅氧四面体和铝氧四面体聚合、结构上具有空间三维网络状键接结构的无机硅铝胶凝材料，硬度可比硅酸盐水泥。

所述水25～100重量份，在具体实施例中，所述水的含量为30～90重量份。

本申请所述涂层材料由粉煤灰、壳寡糖、溶菌酶、氢氧化钠、生石灰和聚二甲基硅氧烷组成。更具体的，所述粉煤灰65～120重量份，在具体实施例中，所述粉煤灰的含量为80～100重量份。在具体实施例中，所述粉煤灰选自C类粉煤灰，所述粉煤灰中超细粉粒径小于10μm，比表面积为600～700m²/kg。

所述壳寡糖30～55重量份，在具体实施例中，所述壳寡糖的含量为35～50重量份。

所述溶菌酶10～30重量份，在具体实施例中，所述溶菌酶的含量为15～25重量份。

所述氢氧化钠25～45重量份，在具体实施例中，所述氢氧化钠的含量为30～40重量份。

所述生石灰3～10重量份，在具体实施例中，所述生石灰的含量为5～9重量份。

所述聚二甲基硅氧烷5～20重量份，在具体实施例中，所述聚二甲基硅氧烷的含量为10～18重量份。

在本申请中，所述涂层材料的厚度为5～15mm，更具体地，所述涂层材料的厚度为8～12mm。

上述涂层材料中的粉煤灰、壳聚糖等可以防止海洋生物附着在堤坝表面，延缓堤坝表面腐蚀，还可保持堤坝酸碱度接近海水pH值。

本申请还提供了上述高强堤坝材料的制备方法，包括以下步骤：

将粉煤灰、建筑垃圾再生骨料、矿渣和硅灰混合后再加入碱金属激发剂和水，混合后成型固化，自然养护，得到基体材料；

将粉煤灰、壳寡糖、溶菌酶、氢氧化钠、生石灰和聚二甲基硅氧烷混合，得到涂层材料；

将所述涂层材料涂覆于所述基体材料表面，得到高强堤坝材料。

本申请所述高强堤坝材料按照上述方法分别制备了基体材料和涂层材料，并将所述涂层材料涂敷于基体材料表面，放置后即可得到堤坝材料。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的高强堤坝材料进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

将一级粉煤灰100重量份，建筑垃圾再生骨料粗骨料25mm160重量份、细骨料4.5mm140重量份，矿渣30重量份、硅灰25重量份充分混合，然后将Na₂O·SiO₂20重量份、NaOH10重量份和水50重量份混合；再将上述两种混合后的材料充分混合；混合后进行成型固化，自然养护；

选取粒径9.3微米，比表面积为652m²/kg的c类粉煤灰90重量份，壳寡糖40重量份，溶菌酶20重量份，氢氧化钠30重量份，生石灰5重量份，聚二甲基硅氧烷10重量份混合；将混合制得涂层材料涂抹5mm至养护后的堤坝材料，并自然放置，得到高强堤坝材料。

实施例2

首先将一级粉煤灰60重量份，建筑垃圾再生骨料粗骨料20mm90重量份、细骨料2.5mm70重量份，矿渣25重量份、硅灰20重量份充分混合，然后将K₂CO₃ 50重量份和水30重量份混合；再将上述两种混合后的材料充分混合；混合后进行成型固化，自然养护；

选取粒径8.9微米，比表面积为687m²/kg的c类粉煤灰65重量份，壳寡糖35重量份，溶菌酶15重量份，氢氧化钠30重量份，生石灰3重量份，聚二甲基硅氧烷10重量份混合；将混合制得涂层材料涂抹8mm至养护后的堤坝材料，并自然放置，得到高强堤坝材料。

实施例3

首先将一级粉煤灰180重量份，建筑垃圾再生骨料粗骨料15mm250重量份、细骨料4mm250重量份，矿渣75重量份、硅灰40重量份充分混合，然后将Na₂O·SiO₂ 60重量份和水90重量份混合；再将上述两种混合后的材料充分混合；混合后进行成型固化，自然养护；

选取粒径9.2微米，比表面积为642m²/kg的c类粉煤灰120重量份，壳寡糖50重量份，溶菌酶30重量份，氢氧化钠40重量份，生石灰5重量份，聚二甲基硅氧烷20重量份混合；将混合制得涂层材料涂抹10mm至养护后的堤坝材料，并自然放置，得到高强堤坝材料。

表1实施例制备的高强堤坝材料的性能数据表

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种高强堤坝材料，包括基体材料和基体材料表面的涂层材料，其特征在于，所述基体材料由粉煤灰、建筑垃圾再生骨料、碱金属激发剂、硅灰、矿渣和水制备得到，所述涂层材料由粉煤灰、壳寡糖、溶菌酶、氢氧化钠、生石灰和聚二甲基硅氧烷组成。

2.根据权利要求1所述的高强堤坝材料，其特征在于，所述基体材料中，粉煤灰60～180重量份，建筑垃圾再生骨料150～550重量份，矿渣25～80重量份，硅灰20～50重量份，碱金属激发剂30～60重量份，水25～100重量份。

3.根据权利要求1所述的高强堤坝材料，其特征在于，所述涂层材料中，粉煤灰65～120重量份，壳寡糖30～55重量份，溶菌酶10～30重量份，氢氧化钠25～45重量份，生石灰3～10重量份，聚二甲基硅氧烷5～20重量份。

4.根据权利要求1所述的高强堤坝材料，其特征在于，所述基体材料中，所述建筑垃圾再生骨料选自再生粗骨料和再生细骨料，所述再生粗骨料的粒径为5～25mm，所述再生细骨料的粒径不大于4.5mm。

5.根据权利要求1所述的高强堤坝材料，其特征在于，所述基体材料中，所述矿渣选自锂渣和磷渣中的一种或两种，所述粉煤灰中一类粉煤灰的含量不低于85％。

6.根据权利要求1所述的高强堤坝材料，其特征在于，所述涂层材料中，所述粉煤灰选自C类粉煤灰，所述粉煤灰中超细粉粒径小于10μm，比表面积为600～700m²/kg。

7.权利要求1～6所述高强堤坝材料的制备方法，包括以下步骤：

将粉煤灰、建筑垃圾再生骨料、矿渣和硅灰混合后再加入碱金属激发剂和水，混合后成型固化，自然养护，得到基体材料；

将粉煤灰、壳寡糖、溶菌酶、氢氧化钠、生石灰和聚二甲基硅氧烷混合，得到涂层材料；

将所述涂层材料涂覆于所述基体材料表面，得到高强堤坝材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述涂层材料的厚度为5mm～15mm。