一种生态混凝土添加剂及生态混凝土

摘要

本发明公开了一种生态混凝土添加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：活性污泥2‑4份、硼酸铵1‑2份、羧甲基‑β‑环糊精4‑7份、木质素磺酸铵3‑5份、硅灰粉5‑8份、磷酸钾1‑2份、云母粉3‑5份、超支化聚磷酰胺酯2‑3份、喹啉基苯并三唑基羧酸盐3‑6份、减水剂2‑4份。本发明还公开了一种包含上述的生态混凝土添加剂的生态混凝土，包括如下按重量份计的各原料制成：水泥80‑100份、水35‑45份、骨料250‑300份、生态混凝土添加剂5‑10份、麦饭石粉15‑20份。本发明公开的生态混凝土添加剂掺量小，能有效改善生态混凝土的植被生长率、透水率、强度和耐久性，对生态混凝土综合性能负面影响小，使用绿色安全环保。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种生态混凝土添加剂及生态混凝土。

背景技术

随着经济的发展、基础设施的建设和环境生态保护的需要，生态混凝土得到了人们的广泛重视。生态混凝土是一种具有连续大孔结构，并且能使植物在其孔隙中生长，而根系可以通过混凝土基架深入到土壤层中，源源不断地吸收土壤中养分的环保型建筑材料，其多孔结构能提供生物附着生长空间，有利于生物多样性的增加，促进生态系统的修复，对生态环境的保护和基础设施的建设起到了积极地作用。

现有的生态混凝土普遍存在由于内部碱度过高导致的植被生长率低、孔隙率、透水率和强度有待进一步提高，施工效率不高，无法实现强度与孔隙之间的互动调控的技术缺陷。为了改善生态混凝土的上述性能，常见的做法是在生态混凝土材料中添加生态混凝土添加剂，然而，市面上的生态混凝土添加剂或多或少存在掺量大、环保性不足、对提高生态混凝土相关性能的能力有限，往往需要多种不同种类的添加剂搭配使用，但多种添加剂同时添加易产生拮抗作用，造成浪费，也严重影响混凝土的工程质量。

为了解决上述问题，专利CN106630718A公开了一种生态混凝土添加剂及生态混凝土。所述的生态混凝土添加剂含有如下质量百分比的成分：10-30%的(NH

可见，本领域仍然需要一种掺量小，能有效改善生态混凝土的植被生长率、透水率、强度和耐久性，对生态混凝土综合性能负面影响小，使用绿色安全环保的生态混凝土添加剂及添加了上述生态混凝土添加剂的生态混凝土。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种掺量小，能有效改善生态混凝土的植被生长率、透水率、强度和耐久性，对生态混凝土综合性能负面影响小，使用绿色安全环保的生态混凝土添加剂及添加了上述生态混凝土添加剂的生态混凝土。

为达到以上目的，本发明提供一种生态混凝土添加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：活性污泥2-4份、硼酸铵1-2份、羧甲基-β-环糊精4-7份、木质素磺酸铵3-5份、硅灰粉5-8份、磷酸钾1-2份、云母粉3-5份、超支化聚磷酰胺酯2-3份、喹啉基苯并三唑基羧酸盐3-6份、减水剂2-4份。

优选的，所述减水剂为巴斯夫RHEOPLUS 420聚羧酸减水剂。

优选的，所述超支化聚磷酰胺酯的来源无特殊要求，在本发明的一个实施例中，所述超支化聚磷酰胺酯为按专利CN103360605B实施例1的方法制成。

优选的，所述云母粉的粒度为5-10mm；所述硅灰粉的粒度为4-8mm。

优选的，所述羧甲基-β-环糊精钠盐的CAS号为351465-62-8，为C830140羧甲基-β-环糊精，由麦克林试剂提供。

优选的，所述活性污泥为城镇污水处理厂二沉池的剩余污泥，含水量为35％-45％。

优选的，所述喹啉基苯并三唑基羧酸盐的制备方法，包括如下步骤：将2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂加入到高沸点溶剂中，混合均匀后加入到高压反应釜中，用惰性气体置换釜内空气，然后在温度200-220℃、绝压压力30KPa-80KPa的条件下进行酯化反应5-8小时；接着在真空条件下，控制温度在255-275℃之间，搅拌反应12-15h，反应结束后冷却至室温，调至常压，再向其中加入3-氯丙酸，在50-70℃下搅拌反应3-5小时后，出料并在水中沉出，接着用乙醇洗涤沉出的产品3-6次，后旋蒸除去乙醇，得到喹啉基苯并三唑基羧酸盐。

优选的，所述2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂、高沸点溶剂、3-氯丙酸的摩尔比为1:1:(0.7-1.1):(10-16):1。

优选的，所述催化剂为乙二醇钛、对甲基苯磺酸按质量比3:(2-5)混合形成的混合物；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气中的任意一种。

本发明的另一个目的，在于提供一种包含上述生态混凝土添加剂的生态混凝土，包括如下按重量份计的各原料制成：水泥80-100份、水35-45份、骨料250-300份、生态混凝土添加剂5-10份、麦饭石粉15-20份。

优选的，所述骨料可采用碎石、卵石、浮石、人造多孔性轻质材料、碎砖、玻璃或再生混凝土；骨料的粒径范围在5～30mm之间。

优选的，所述水泥为为P.O42.5普通硅酸盐水泥。

优选的，所述麦饭石粉的粒度为5-10mm。

由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明公开的生态混凝土添加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：活性污泥2-4份、硼酸铵1-2份、羧甲基-β-环糊精4-7份、木质素磺酸铵3-5份、硅灰粉5-8份、磷酸钾1-2份、云母粉3-5份、超支化聚磷酰胺酯2-3份、喹啉基苯并三唑基羧酸盐3-6份、减水剂2-4份。通过组分种类和配比的合理选取，使得各组分之间能更好地发挥相互作用，它们相互配合，共同作用，使得制成的混凝土添加剂掺量小，能有效改善生态混凝土的植被生长率、透水率、强度和耐久性，对生态混凝土综合性能负面影响小，使用绿色安全环保。

（2）本发明公开的生态混凝土添加剂，活性污泥、硼酸铵、羧甲基-β-环糊精、超支化聚磷酰胺酯的加入，配合作用能为植被生长提供舒适的环境和营养，进而有效改善生态混凝土的植被生长率；羧甲基-β-环糊精、木质素磺酸铵和超支化聚磷酰胺酯配合作用，能增强生态混凝土中各原料组分之间的相容性和粘结性，进而提高生态混凝土的密实度，达到改善耐久性、稳定性和强度，延长生态混凝土使用寿命的目的。

（3）本发明公开的生态混凝土添加剂，硼酸铵、木质素磺酸铵上的铵根离子在与混凝土的碱性体系发生化学反应，形成气体，从而改善混凝土内部孔隙率，有效改善透水性能；木质素磺酸铵、喹啉基苯并三唑基羧酸盐协同作用，讷讷感有效改善减水、缓凝效果；喹啉基苯并三唑基羧酸盐分子结构中同时含有喹啉、苯并三唑、羧基、酯和季铵盐结构，一方面，能增强它们与混凝土其它原料之间的相容性，使得它们能包裹骨料，形成疏水孔壁结构，改善透水性能；另一方面，这些结构在电子效应、位阻效应和共轭效应的多重作用下，能改善减少效果和抗老化性能，有效提高混凝土的稳定性，延长其使用寿命。

（4）本发明公开的生态混凝土，包括如下按重量份计的各原料制成：水泥80-100份、水35-45份、骨料250-300份、生态混凝土添加剂5-10份、麦饭石粉15-20份；各原料与添加剂中组分相互配合作用，能有效提高混凝土骨料的反应活性，使得透水混凝土的和易性、保水性得以提高，减少了浆体流失，显著改善了透水混凝土铺摊性能，提高了透水混凝土的强度。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例1

一种生态混凝土添加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：活性污泥2份、硼酸铵1份、羧甲基-β-环糊精4份、木质素磺酸铵3份、硅灰粉5份、磷酸钾1份、云母粉3份、超支化聚磷酰胺酯2份、喹啉基苯并三唑基羧酸盐3份、减水剂2份。

所述减水剂为巴斯夫RHEOPLUS 420聚羧酸减水剂；所述超支化聚磷酰胺酯为按专利CN103360605B实施例1的方法制成；所述云母粉的粒度为5mm；所述硅灰粉的粒度为4mm；所述羧甲基-β-环糊精钠盐的CAS号为351465-62-8，为C830140羧甲基-β-环糊精，由麦克林试剂提供；所述活性污泥为城镇污水处理厂二沉池的剩余污泥，含水量为35％。

所述喹啉基苯并三唑基羧酸盐的制备方法，包括如下步骤：将2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂加入到高沸点溶剂中，混合均匀后加入到高压反应釜中，用惰性气体置换釜内空气，然后在温度200℃、绝压压力30KPa的条件下进行酯化反应5小时；接着在真空条件下，控制温度在255℃，搅拌反应12h，反应结束后冷却至室温，调至常压，再向其中加入3-氯丙酸，在50℃下搅拌反应3小时后，出料并在水中沉出，接着用乙醇洗涤沉出的产品3次，后旋蒸除去乙醇，得到喹啉基苯并三唑基羧酸盐。

所述2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂、高沸点溶剂、3-氯丙酸的摩尔比为1:1:0.7:10:1；所述催化剂为乙二醇钛、对甲基苯磺酸按质量比3:2混合形成的混合物；所述高沸点溶剂为二甲亚砜；所述惰性气体为氮气。

一种包含上述生态混凝土添加剂的生态混凝土，包括如下按重量份计的各原料制成：水泥80份、水35份、骨料250份、生态混凝土添加剂5份、麦饭石粉15份；所述骨料为碎石，粒径范围在5～30mm之间；所述水泥为为P.O 42.5普通硅酸盐水泥；所述麦饭石粉的粒度为5mm。

实施例2

一种生态混凝土添加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：活性污泥2.5份、硼酸铵1.2份、羧甲基-β-环糊精5份、木质素磺酸铵3.5份、硅灰粉6份、磷酸钾1.2份、云母粉3.5份、超支化聚磷酰胺酯2.3份、喹啉基苯并三唑基羧酸盐4份、减水剂2.5份。

所述减水剂为巴斯夫RHEOPLUS 420聚羧酸减水剂；所述超支化聚磷酰胺酯为按专利CN103360605B实施例1的方法制成；所述云母粉的粒度为6mm；所述硅灰粉的粒度为5mm；所述羧甲基-β-环糊精钠盐的CAS号为351465-62-8，为C830140羧甲基-β-环糊精，由麦克林试剂提供；所述活性污泥为城镇污水处理厂二沉池的剩余污泥，含水量为38％。

所述喹啉基苯并三唑基羧酸盐的制备方法，包括如下步骤：将2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂加入到高沸点溶剂中，混合均匀后加入到高压反应釜中，用惰性气体置换釜内空气，然后在温度205℃、绝压压力45KPa的条件下进行酯化反应6小时；接着在真空条件下，控制温度在260℃之间，搅拌反应13h，反应结束后冷却至室温，调至常压，再向其中加入3-氯丙酸，在55℃下搅拌反应3.5小时后，出料并在水中沉出，接着用乙醇洗涤沉出的产品4次，后旋蒸除去乙醇，得到喹啉基苯并三唑基羧酸盐。

所述2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂、高沸点溶剂、3-氯丙酸的摩尔比为1:1:0.8:12:1；所述催化剂为乙二醇钛、对甲基苯磺酸按质量比3:3.5混合形成的混合物；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述惰性气体为氦气。

一种包含上述生态混凝土添加剂的生态混凝土，包括如下按重量份计的各原料制成：水泥85份、水38份、骨料265份、生态混凝土添加剂6.5份、麦饭石粉17份；所述骨料为卵石，粒径范围在5～30mm之间；所述水泥为为P.O 42.5普通硅酸盐水泥；所述麦饭石粉的粒度为6mm。

实施例3

一种生态混凝土添加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：活性污泥3份、硼酸铵1.5份、羧甲基-β-环糊精5.5份、木质素磺酸铵4份、硅灰粉6.5份、磷酸钾1.5份、云母粉4份、超支化聚磷酰胺酯2.5份、喹啉基苯并三唑基羧酸盐4.5份、减水剂3份。

所述减水剂为巴斯夫RHEOPLUS 420聚羧酸减水剂；所述超支化聚磷酰胺酯为按专利CN103360605B实施例1的方法制成；所述云母粉的粒度为7mm；所述硅灰粉的粒度为6mm；所述羧甲基-β-环糊精钠盐的CAS号为351465-62-8，为C830140羧甲基-β-环糊精，由麦克林试剂提供；所述活性污泥为城镇污水处理厂二沉池的剩余污泥，含水量为40％。

所述喹啉基苯并三唑基羧酸盐的制备方法，包括如下步骤：将2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂加入到高沸点溶剂中，混合均匀后加入到高压反应釜中，用惰性气体置换釜内空气，然后在温度210℃、绝压压力60KPa的条件下进行酯化反应6.5小时；接着在真空条件下，控制温度在265℃，搅拌反应13.5h，反应结束后冷却至室温，调至常压，再向其中加入3-氯丙酸，在60℃下搅拌反应4小时后，出料并在水中沉出，接着用乙醇洗涤沉出的产品5次，后旋蒸除去乙醇，得到喹啉基苯并三唑基羧酸盐。

所述2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂、高沸点溶剂、3-氯丙酸的摩尔比为1:1:0.9:13:1；所述催化剂为乙二醇钛、对甲基苯磺酸按质量比3:4混合形成的混合物；所述高沸点溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所述惰性气体为氖气。

一种包含上述生态混凝土添加剂的生态混凝土，包括如下按重量份计的各原料制成：水泥90份、水40份、骨料280份、生态混凝土添加剂7.5份、麦饭石粉18份；所述骨料为碎砖；骨料的粒径范围在5～30mm之间；所述水泥为为P.O 42.5普通硅酸盐水泥；所述麦饭石粉的粒度为7mm。

实施例4

一种生态混凝土添加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：活性污泥3.5份、硼酸铵1.8份、羧甲基-β-环糊精6.5份、木质素磺酸铵4.5份、硅灰粉7.5份、磷酸钾1.8份、云母粉4.5份、超支化聚磷酰胺酯2.8份、喹啉基苯并三唑基羧酸盐5.5份、减水剂3.5份。

所述减水剂为巴斯夫RHEOPLUS 420聚羧酸减水剂；所述超支化聚磷酰胺酯为按专利CN103360605B实施例1的方法制成；所述云母粉的粒度为9mm；所述硅灰粉的粒度为7mm；所述羧甲基-β-环糊精钠盐的CAS号为351465-62-8，为C830140羧甲基-β-环糊精，由麦克林试剂提供；所述活性污泥为城镇污水处理厂二沉池的剩余污泥，含水量为43％。

所述喹啉基苯并三唑基羧酸盐的制备方法，包括如下步骤：将2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂加入到高沸点溶剂中，混合均匀后加入到高压反应釜中，用惰性气体置换釜内空气，然后在温度215℃、绝压压力70KPa的条件下进行酯化反应7.5小时；接着在真空条件下，控制温度在270℃，搅拌反应14.5h，反应结束后冷却至室温，调至常压，再向其中加入3-氯丙酸，在65℃下搅拌反应4.5小时后，出料并在水中沉出，接着用乙醇洗涤沉出的产品5次，后旋蒸除去乙醇，得到喹啉基苯并三唑基羧酸盐。

所述2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂、高沸点溶剂、3-氯丙酸的摩尔比为1:1:1:15:1；所述催化剂为乙二醇钛、对甲基苯磺酸按质量比3:4.5混合形成的混合物；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比1:3:1混合形成的混合物；所述惰性气体为氩气。

一种包含上述生态混凝土添加剂的生态混凝土，包括如下按重量份计的各原料制成：水泥95份、水43份、骨料290份、生态混凝土添加剂9份、麦饭石粉19份；所述骨料为玻璃，粒径范围在5～30mm之间；所述水泥为为P.O 42.5普通硅酸盐水泥；所述麦饭石粉的粒度为8mm。

实施例5

一种生态混凝土添加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：活性污泥4份、硼酸铵2份、羧甲基-β-环糊精7份、木质素磺酸铵5份、硅灰粉8份、磷酸钾2份、云母粉5份、超支化聚磷酰胺酯3份、喹啉基苯并三唑基羧酸盐6份、减水剂4份。

所述减水剂为巴斯夫RHEOPLUS 420聚羧酸减水剂；所述超支化聚磷酰胺酯为按专利CN103360605B实施例1的方法制成；所述云母粉的粒度为10mm；所述硅灰粉的粒度为8mm；所述羧甲基-β-环糊精钠盐的CAS号为351465-62-8，为C830140羧甲基-β-环糊精，由麦克林试剂提供；所述活性污泥为城镇污水处理厂二沉池的剩余污泥，含水量为45％。

所述喹啉基苯并三唑基羧酸盐的制备方法，包括如下步骤：将2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂加入到高沸点溶剂中，混合均匀后加入到高压反应釜中，用惰性气体置换釜内空气，然后在温度220℃、绝压压力80KPa的条件下进行酯化反应8小时；接着在真空条件下，控制温度在275℃，搅拌反应15h，反应结束后冷却至室温，调至常压，再向其中加入3-氯丙酸，在70℃下搅拌反应5小时后，出料并在水中沉出，接着用乙醇洗涤沉出的产品6次，后旋蒸除去乙醇，得到喹啉基苯并三唑基羧酸盐。

所述2,3-喹啉二甲酸、N-[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]二乙醇胺、催化剂、高沸点溶剂、3-氯丙酸的摩尔比为1:1:1.1:16:1；所述催化剂为乙二醇钛、对甲基苯磺酸按质量比3:5混合形成的混合物；所述高沸点溶剂为二甲亚砜；所述惰性气体为氮气。

一种包含上述生态混凝土添加剂的生态混凝土，包括如下按重量份计的各原料制成：水泥100份、水45份、骨料300份、生态混凝土添加剂10份、麦饭石粉20份；所述骨料为浮石，粒径范围在5～30mm之间；所述水泥为为P.O 42.5普通硅酸盐水泥；所述麦饭石粉的粒度为10mm。

对比例1

本发明提供一种生态混凝土添加剂及生态混凝土，其与实施例1相似，不同的是用减水剂代替喹啉基苯并三唑基羧酸盐和硼酸铵。

对比例2

本发明提供一种生态混凝土添加剂及生态混凝土，其与实施例1相似，不同的是没有添加超支化聚磷酰胺酯和羧甲基-β-环糊精。

为了进一步说明本发明各实施例制成的生态混凝土添加剂及生态混凝土的有益技术效果，将各例制成的生态混凝土进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：将生态混凝土添加剂各组分混合均匀后，再与生态混凝土各原料混合均匀，制作成生态混凝土样件，自然养护28天，送样进行测试，

（1）透水系数：参照GB/T25993-2010《透水路面砖和透水路面板》附录C公开的透水系数测试方法进行测试，并计算15℃水温时不同产品的透水系数，产品的透水系数越大，产品透水性能越好。

（2）抗压强度：根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测生态混凝土的28d抗压强度(MPa)。

（3）植物生长率：生态混凝土进行场外试验浇筑，浇筑完成后，将含有草种、营养土等配成浆体，灌入到生态混凝土中，进行养护，观察28天后植物生长情况，计算植物生长率，通过测量出植物覆盖的面积，然后与总面积的比值得到。

表1

从表1可见，本发明实施例公开的生态混凝土，与对比例产品相比，具有更加优异的透水性、抗压强度和植物生长率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。