【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及透水建筑材料，具体涉及一种海绵城市用透水路面材料及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，随着城市化进程加快，不透水路面大量增加导致城市内涝频发、地下水位持续下降、热岛效应加剧等环境问题日益突出。海绵城市作为一种新型城市建设理念，强调通过生态化方式解决城市水环境问题。
2、透水路面材料是海绵城市建设中最重要的技术措施之一，具有良好的透水、滞水和净水功能。其中，透水混凝土因其优异的透水性能、较好的力学性能和较低的成本，成为最具应用前景的透水路面材料。透水混凝土是以水泥为主要胶凝材料，粗骨料、少量细骨料等为主要原料，通过特定配合比和工艺制备的具有连续孔隙的新型混凝土材料。
3、同时，我国每年产生大量建筑垃圾和工业废料，其中建筑垃圾年产生量超过20亿吨，而工业废渣如矿渣的年产量约4亿吨。这些废弃物的处理和资源化利用已成为亟待解决的环境问题。其中，废弃花岗岩石料具有良好的物理力学性能，经过合理加工后可作为优质骨料；而高炉矿渣具有潜在水硬性，其化学成分主要包含cao、sio2和al2o3等，经过粉磨后可与水泥发生水化反应，提高混凝土的强度和耐久性。这些工业废料的合理利用不仅可以降低建材成本，还能显著减少环境污染，实现资源的循环利用。
4、然而，目前城市道路、广场、人行道等区域普遍采用传统的封闭型路面材料，如沥青混凝土、水泥混凝土等。这类材料虽然具有较高的强度和耐久性，但其不透水性导致雨水无法及时下渗，不仅加重了市政排水系统负担，还造成路面积水、交通安全隐患等问题。
5、现有的透水混
6、1. 强度与透水性的矛盾：提高材料强度往往会降低其透水性能，如何在保证足够透水性的同时满足承载力要求是一个重要挑战；
7、2. 耐久性不足：由于其多孔结构特征，现有透水路面材料容易出现开裂、破损等耐久性问题；
8、3. 抗冻性能差：在寒冷地区，孔隙中的水分冻融循环会导致材料损坏；
9、4. 易堵塞：使用过程中，细小颗粒容易堵塞孔隙，影响透水效果。
10、cn112441774a一种纳米增强透水材料、透水地砖和透水路面，本专利技术的纳米增强透水材料包括如下重量份的原料：骨料70~100份；活性分子筛粉6~10份；纳米碳酸钙8~15份；纳米二氧化钛5~8份；消泡剂2~4份；减水剂5~8份；高强增韧剂40~60份；高强粘结剂35~50份；氧化钬4~8份。本专利技术的纳米增强透水材料，通过各组分之间的合理配比，得到的透水材料的透水系数、抗压强度、抗折强度和耐磨性等性能远优于普通透水材料。
11、国内外研究表明，透水混凝土的性能主要取决于其配合比设计和原材料选择。透水混凝土通常要求具有15~25%的孔隙率，以确保良好的透水性能；同时还需要保证28天抗压强度不低于20mpa，以满足使用要求。然而，这两个指标往往相互制约，如何在保证透水性的同时提高强度，是当前研究的重点和难点。
12、因此，亟需开发一种具有合理配合比、优异性能的透水路面材料，既要保证良好的透水性能，又要具备足够的强度和耐久性，同时还要充分利用建筑垃圾和工业废料等再生资源，以实现经济效益和环境效益的统一。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种海绵城市用透水路面材料及其制备方法，本专利技术的透水路面材料不仅实现了资源的循环利用，还通过各组分的优化配比和改性聚丙烯纤维的补强作用，形成了连续的孔隙结构和稳定的骨架体系，具有优异的透水性能、较高的力学强度和抗冻融性能，满足海绵城市建设的技术要求。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种海绵城市用透水路面材料，以重量份数计由以下组分制成：粗骨料60~80份、细骨料20~40份、硅酸盐水泥30~50份、矿渣10~30份、粉煤灰10~20份、填料10~20份、改性聚丙烯纤维5~15份、减水剂0.5~3份、水20~30份。
4、优选的，所述改性聚丙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
5、（1）将聚丙烯纤维分散至二甲苯中，持续通入氮气，将bpo和对苯二酚溶解在丙腈中，缓慢将其滴加入反应体系中，升温回流反应，将产物过滤、洗涤、干燥，得到腈基化纤维；
6、腈基化过程：bpo在加热条件下发生均裂生成苯甲酰氧自由基，随后脱羧得到苯基自由基，这些自由基进攻pp分子链上的c-h键，形成大分子自由基。丙腈分子在自由基引发下，通过加成反应接枝到pp分子链上。对苯二酚作为阻聚剂，通过提供氢原子终止过度的自由基反应。最终在pp分子链上引入了腈基官能团。
7、优选的，步骤（1）中，聚丙烯纤维、二甲苯、bpo、对苯二酚、丙腈的用量比为10g：80~100ml：0.3~1.2g：3~10mg：30~50ml。
8、优选的，步骤（1）中，回流反应条件为升温至60~90℃回流反应2~8h；用乙醇、丙酮交替洗涤3~5次。
9、（2）将腈基化纤维分散至dmf中，持续通入氮气，加入联苯胺双磺酸、无水alcl3，搅拌反应，将产物过滤、洗涤、干燥，得到磺酸化纤维；
10、磺酸化过程：在无水alcl3的lewis酸催化下，腈基首先与alcl3配位活化，增加其亲电性。联苯胺双磺酸的氨基作为亲核试剂进攻活化的腈基碳原子，经过加成-质子转移过程，形成亚胺中间体，最终在pp分子链上引入了含磺酸基团的亚胺结构。
11、优选的，步骤（2）中，腈基化纤维、dmf、联苯胺双磺酸、无水alcl3的用量比为10g：100~120ml：20~30g：1~3g。
12、优选的，步骤（2）中，搅拌反应条件为50~80℃下搅拌反应4~12h；用去离子水洗涤3~5次，再用甲醇洗涤2~4次。
13、（3）将磺酸化纤维分散至四氢呋喃中，持续通入氮气，加入3-巯丙基三乙氧基硅烷，将体系冷却，缓慢加入正丁基锂的正己烷溶液，避光搅拌反应，将反应液冷却，将产物过滤、洗涤、干燥，得到改性聚丙烯纤维。
14、硅烷接枝改性：首先，正丁基锂作为强碱夺取巯基的质子，生成活性更高的硫醇盐阴离子。这个亲核性更强的硫醇盐进攻亚胺的碳氮双键，发生michael型加成反应。反应在无水条件下进行，避免了硅烷基团的水解，保证了反应的选择性。最终在pp分子链上接枝了含硅烷基团的结构，完成了改性过程。
15、优选的，步骤（3）中，磺酸化纤维、四氢呋喃、3-巯丙基三乙氧基硅烷、正丁基锂的正己烷溶液的用量比为10g：100~120ml：10~20g：5~12ml；正丁基锂的正己烷溶液浓度为1.6m。
16、优选的，步骤（3）中，将体系冷却至0~5℃，避光搅拌反应条件为避光30~45℃下搅拌反应4~8h；将反应液冷却至0~5℃，加入无水甲醇淬灭；用无水四氢呋喃洗涤3~5次。
17、优选的，所述粗骨料为花岗岩废石料，粒径为5~10mm；所述细骨料为机制砂，细度模数为2.2~2.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海绵城市用透水路面材料，其特征在于，以重量份数计由以下组分制成：粗骨料60~80份、细骨料20~40份、硅酸盐水泥30~50份、矿渣10~30份、粉煤灰10~20份、填料10~20份、改性聚丙烯纤维5~15份、减水剂0.5~3份、水20~30份。
2.根据权利要求1所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，所述改性聚丙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，步骤（1）中，聚丙烯纤维、二甲苯、BPO、对苯二酚、丙腈的用量比为10g：80~100mL：0.3~1.2g：3~10mg：30~50mL。
4.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，步骤（1）中，回流反应条件为升温至60~90℃回流反应2~8h；用乙醇、丙酮交替洗涤3~5次。
5.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，步骤（2）中，腈基化纤维、DMF、联苯胺双磺酸、无水AlCl3的用量比为10g：100~120mL：20~30g：1~3g。
6.根据权利要求2所述的海绵
7.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，步骤（3）中，磺酸化纤维、四氢呋喃、3-巯丙基三乙氧基硅烷、正丁基锂的正己烷溶液的用量比为10g：100~120mL：10~20g：5~12mL；正丁基锂的正己烷溶液浓度为1.6M。
8.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，步骤（3）中，将体系冷却至0~5℃，避光搅拌反应条件为避光30~45℃下搅拌反应4~8h；将反应液冷却至0~5℃，加入无水甲醇淬灭；用无水四氢呋喃洗涤3~5次。
9.根据权利要求1所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，所述粗骨料为花岗岩废石料，粒径为5~10mm；所述细骨料为机制砂，细度模数为2.2~2.7；所述矿渣为磨碎颗粒化的高炉矿渣，其比表面积≥410m2/kg，主要化学组成含量为：CaO≥38.6%，SiO2≥36.9%，Al2O3≤12.3%；所述填料为粒径10~500μm的碳酸钙、滑石粉、氧化铝、石英粉、氧化镁、氢氧化铝、硅微粉、二氧化钛、高岭土中的一种或多种。
10.一种如权利要求1~9任一项所述的海绵城市用透水路面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先将硅酸盐水泥、矿渣、粉煤灰、填料、改性聚丙烯纤维加入搅拌机中搅拌60~90s，随后加入减水剂、水并加热至40~55℃继续搅拌60~90s，最后加入粗骨料、细骨料继续搅拌120~150s，得到所述海绵城市用透水路面材料。
...【技术特征摘要】
1.一种海绵城市用透水路面材料，其特征在于，以重量份数计由以下组分制成：粗骨料60~80份、细骨料20~40份、硅酸盐水泥30~50份、矿渣10~30份、粉煤灰10~20份、填料10~20份、改性聚丙烯纤维5~15份、减水剂0.5~3份、水20~30份。
2.根据权利要求1所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，所述改性聚丙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，步骤（1）中，聚丙烯纤维、二甲苯、bpo、对苯二酚、丙腈的用量比为10g：80~100ml：0.3~1.2g：3~10mg：30~50ml。
4.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，步骤（1）中，回流反应条件为升温至60~90℃回流反应2~8h；用乙醇、丙酮交替洗涤3~5次。
5.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，步骤（2）中，腈基化纤维、dmf、联苯胺双磺酸、无水alcl3的用量比为10g：100~120ml：20~30g：1~3g。
6.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，其特征在于，步骤（2）中，搅拌反应条件为50~80℃下搅拌反应4~12h；用去离子水洗涤3~5次，再用甲醇洗涤2~4次。
7.根据权利要求2所述的海绵城市用透水路面材料，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈文滨，熊卓，顾恒星，徐良庆，
申请(专利权)人：丰城新城投建工集团有限公司，
类型：发明
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