CN103641374A - 一种透水混凝土添加剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种透水混凝土添加剂，其特征是各组分按重量份计为：微细多孔材料50-70份，缓溶剂20-30份，水溶胶3-5份，其余助剂2-3份。该混凝土添加剂是以微细多孔材料为组成主体，通过真空吸附使缓溶性材料预先驻留在多孔材料孔隙内。该添加剂用于制备透水混凝土可不用或少用粗骨料，微细多孔材料与混凝土形成坚固的整体后，孔内的缓溶材料随着时间推移逐渐降解、溶解，在混凝土中形成完全贯通的微细可透水微孔，不但保证了混凝土的强度、耐磨性，而且具有可完全透水性，可添加于城市道路和高速公路等高载荷道路混凝土。

Description

一种透水混凝土添加剂及制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种透水混凝土添加剂及制备方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展和城市建设步伐加快, 城市的地面已逐渐被建筑物及混凝土路面掩盖，可渗水的植被面积越来越少，不透水的地表给城市的生态循环带来了诸多负面影响。由于地面缺乏透水性, 雨水不能渗入地下,造成城市热量、水分的交换缺失，导致城市温度、湿度难以正常调节，产生了城市“热岛现象”。同时，由于雨水不能在短时间内渗入地下，大量雨水只能通过地下排水设施排入河流，不但加大了排水设施的负担，而且遇暴雨天气极易引起城市内涝，对城市管理造成严重的安全隐患。

 21世纪初，我国混凝土领域技术人员开始研究应用透水混凝土，并在公园、人行道等承载负荷要求不高的区域开始逐步使用。透水混凝土是一种大孔混凝土，一般采用较大粒径集料作为骨架，利用胶结材料包裹于集料表面形成骨架，利用骨架产生的孔隙达到渗水的目的。目前透水混凝土技术主要分为三类：1、以硅酸盐类水泥为胶凝材料，采用粗骨料, 不用或少用细骨料配制成多孔混凝土，该种透水混凝土制作成本低,但由于含有较多的粗骨料连通孔隙,其强度及耐磨性较差，只能作为辅道的铺设；2、以沥青或高分子树脂为胶结材料，采用粗骨料配制成透水性混凝土，与水泥透水混凝土相比, 该种混凝土强度较高, 但成本也高，耐老化性能较差；3、通过高温烧结形成具有多孔结构的块体材料，该类透水材料只能作为块状在辅道铺设，不但烧结成本高，而且难以在道路中大规模应用。由于透水混凝土需要保证足够的多孔渗水通道，其载荷强度、耐磨性难以达到要求，因此现有透水混凝土大都应用于载荷较低的辅道，阻碍了透水混凝土在城市道路和高速公路的使用。透水混凝土透水性和强度相矛盾的问题，成为阻碍透水混凝土大规模利用的瓶颈。

中国发明专利CN 102898062A公开了一种卵石型号透水混凝土专用的复合型添加剂，该发明将超细微珠、硅灰、锂渣粉、聚氧化乙烯复合为一种添加剂，通过提高水泥浆体的粘性与保水性来增加水泥浆体对卵石表面的包裹性，以此来提高卵石表面粘结性能，保证混凝土的透水性与力学性能。该发明虽然使透水混凝土的透水性和强度得到了一定的改善，但复合添加剂在改善卵石粘接性的同时也阻碍了透水孔隙，在浆体下沉流动时极易堵塞下部孔隙，影响透水性能。

中国发明专利CN201010185569公开了一种透水混凝土及其制备方法，该发明由水泥、砼灰、乳胶粉、再生混凝土骨料组成，利用胶粉的粘接性和骨料既保证了透水性，又具有较好的抗压强度，但再生混凝土粗骨料导致强度仍然难以满足高载荷道路，只用于人行道、广场和停车场的地坪地面。

中国发明专利CN102432219A公开了一种高强透水混凝土外加剂及透水混凝土，为解决透水混凝土强度低问题，该发明外加剂重量配比由减水剂50-100、胶粉100-120、颜料180-300、石棉戎80-100、石膏粉150-200、重钙粉100组成，通过胶粉的粘接性提高强度，另外通过混凝土中使用碎石和铁矿渣达到透水性。本发明由于采用了较多的胶粉，在实际使用中碎石孔洞和铁矿渣孔洞极易被胶粉和水泥凝胶堵塞。

根据以上分析，透水混凝土可以有效减少城市“热岛效应”，维持水资源生态平衡，减少城市内涝，增加行车安全。但由于透水混凝土大都是粗骨料形成的大孔洞，透水性与强度难以平衡，因此目前透水混凝仅限于轻载荷的路面使用（如人行道、停车场、公园等），对于高载荷的城市道路、高速公路等大面积的混凝土路面，根据现有技术透水混凝土的强度、耐磨性无法达到要求，限制了透水混凝土更广范围的应用。因此，为了解决透水混凝土透水性和强度相矛盾的问题，提高透水混凝土的综合性能，使其能够在高载荷道路中使用，迫切需要一种便于使用、强度、耐磨性、透水性能良好的透水混凝土专用添加剂。

发明内容

针对目前透水混凝土强度差、耐磨性差、透水性差、难以在城市道路和高速公路应用的缺陷，本发明提出一种透水混凝土添加剂，该混凝土添加剂是以微细多孔材料为组成主体，通过在多孔材料孔隙内预先驻留缓溶性材料，保证了微细多孔材料的孔洞在使用时不被水泥凝胶材料堵塞。该添加剂用于制备透水混凝土可不用或少用粗骨料，微细多孔材料与混凝土形成坚固的整体后，孔内的缓溶材料随着时间推移逐渐降解、溶解，在混凝土中形成完全贯通的微细可透水微孔，不但保证了混凝土的强度、耐磨性，而且具有可完全透水性，可添加于城市道路和高速公路等高载荷道路混凝土。

本发明进一步的目的是提供一种透水混凝土添加剂的制备方法，该方法通过真空吸附改性将可溶缓性材料预先驻留在微细多孔材料的空隙中，并在微细多孔材料表面附着水溶性粘胶材料，使微细多孔材料的孔洞保留完整。

本发明一种透水混凝土添加剂，其特征是各组分按重量份计为：

微细多孔材料       50-70份，

缓溶剂             20-30份，      

水溶胶             3-5份，

其余助剂           2-3份，

其中所述的微细多孔材料为凹凸棒石、沸石、硅藻土、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石中的至少一种，其粒径细化至200-400目；所述的缓溶剂是由芒硝、尿素、可溶性淀粉以重量比10:2:1组成的混合物；所述水溶胶选用浓度为10-15%的聚乙烯醇水溶液、浓度为1-3%的纤维素醚溶液、浓度为3-5%的硅酸钠溶液中至少一种；其余助剂是由减水剂、分散剂、活性剂组成，其中减水剂选用常规减水剂如萘系减水剂、木质素减水剂、脂肪族减水剂、密胺减水剂、聚羧酸减水剂，重量份为1.0-1.5份，分散剂选用六偏磷酸钠、硼砂、三聚磷酸钠中的至少一种，重量份为0.8-1份，活性剂选用阴离子表面活性剂RCOONa（羧酸盐）、R-OSO3Na（硫酸酯盐）、R-SO3Na（磺酸盐）、R-OPO3Na2（磷酸酯盐）中的至少一种，重量份为0.2-0.5份。

本发明一种透水混凝土添加剂，其特征是所述的透水混凝土添加剂的制备方法按照如下方式进行： 

1）将所述芒硝、尿素、可溶性淀粉以重量比10:2:1在涡旋气流微细机中微细化至800-1250目，得到缓溶剂；

 2）将步骤1）得到的缓溶剂20-30重量份与50-70重量份的微细多孔材料加入密闭分散混合机，分散混合机水浴恒温50-60℃，以400-600rpm速度分散混合，同时开启真空负压至1.5-2.0Mpa,分散10-20 min，缓溶剂熔融后在真空压力下被吸附在微细多孔材料中驻留；

3）将3-5重量份的水溶胶高压喷洒至步骤2）中，并以800-1200rpm速度分散混合5-8 min，使胶状水溶胶完全涂覆在微细多孔材料表面；

4）将2-3重量份减水剂、分散剂、活性剂的混合物加入步骤3）中，并以800-1200rpm速度继续分散混合3-5 min，得到均匀分散的粉末状透水混凝土添加剂。

本发明提出一种透水混凝土添加剂及制备方法，该混凝土添加剂是以微细多孔材料为组成主体，通过真空吸附使缓溶性材料驻留在孔洞中，并在微细多孔材料表面涂覆水溶性胶。该透水混凝土添加剂与混凝土混合搅拌后，微细多孔材料与混凝土形成坚固的整体，均匀分布于混凝土结构中，待混凝土凝结后微细多孔材料孔内的缓溶材料随着时间推移逐渐降解、溶解并流失，在混凝土中形成完全贯通的微细可透水微孔，不但保证了混凝土的强度、耐磨性，而且具有可完全透水性。该混凝土添加剂用于制备透水混凝土可不用或少用粗骨料。利用本发明混凝土添加剂、425普通硅酸盐水泥、50目细砂以质量比3:5:5制作透水混凝土，通过检测其性能表现优异，硬化后的混凝土内部含有超过26%的连通孔隙，透水系数大于10mm/s，抗压强度大于40MPa，抗折强度大于4.3MPa，可用于城市道路和高速公路等高载荷道路混凝土。

本发明一种透水混凝土添加剂及制备方法突出的特点在于：

1、本发明提出一种透水混凝土添加剂，利用微细多孔材料于制备透水混凝土可不用或少用粗骨料，微细多孔材料与混凝土可以形成坚固的整体，不但保证了混凝土的强度、耐磨性，而且具有可完全透水性，可添加于城市道路和高速公路等高载荷道路混凝土。

2、本发明一种透水混凝土添加剂，利用真空吸附将缓溶剂预先驻留在微细多孔材料的孔洞内，保证了在混凝土中形成完全贯通的微细可透水微孔。

3、本发明一种透水混凝土添加剂，生产过程简短，工艺易控，使用方便，可直接添加在现有混凝土中使用。

4、本发明一种透水混凝土添加剂，用于混凝土具有高强度、高耐磨性、高透水性，可广泛用于高速道路、城市道路、园林道路、人行道、停车场、公园等有透水要求的工程和道路，对缓解城市“热岛现象”、减轻城市内涝、恢复城市生态循环具有重要意义。

具体实施方式

 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

1）将芒硝、尿素、可溶性淀粉以重量比10:2:1在涡旋气流微细机中微细化至1250目，得到缓溶剂；

 2）将步骤1）得到的缓溶剂30重量份与70重量份的微细多孔膨胀珍珠岩加入密闭分散混合机，分散混合机水浴恒温50-60℃，以600rpm速度分散混合，同时开启真空负压至2.0Mpa,分散10min，缓溶剂熔融后在真空压力下被吸附在微细多孔材料中驻留；

3）将3重量份浓度为1-3%的纤维素醚溶液高压喷洒至步骤2）中，并以800rpm速度分散混合8 min，使胶状水溶胶完全涂覆在微细多孔材料表面；

4）将1.0重量份萘系减水剂，0.8重量份六偏磷酸钠，0.4重量份R-OPO3Na2（磷酸酯盐）的混合物加入步骤3）中，并以1200rpm速度继续分散混合5 min，得到均匀分散的粉末状透水混凝土添加剂。

实施例2

1）将芒硝、尿素、可溶性淀粉以重量比10:2:1在涡旋气流微细机中微细化至1250目，得到缓溶剂；

 2）将步骤1）得到的缓溶剂25重量份与75重量份的微细多孔沸石粉加入密闭分散混合机，分散混合机水浴恒温50-60℃，以500rpm速度分散混合，同时开启真空负压至2.0Mpa,分散15min，缓溶剂熔融后在真空压力下被吸附在微细多孔材料中驻留；

3）将4重量份浓度为10%的聚乙烯醇溶液高压喷洒至步骤2）中，并以800rpm速度分散混合5 min，使胶状水溶胶完全涂覆在微细多孔材料表面；

4）将1.0重量份密胺减水剂，0.8重量份六偏磷酸钠，0.5重量份R-SO3Na（磺酸盐）的混合物加入步骤3）中，并以1200rpm速度继续分散混合5 min，得到均匀分散的粉末状透水混凝土添加剂。

实施例3

1）将芒硝、尿素、可溶性淀粉以重量比10:2:1在涡旋气流微细机中微细化至1250目，得到缓溶剂；

 2）将步骤1）得到的缓溶剂20重量份与80重量份的微细多孔膨胀蛭石加入密闭分散混合机，分散混合机水浴恒温50-60℃，以600rpm速度分散混合，同时开启真空负压至2.0Mpa,分散10min，缓溶剂熔融后在真空压力下被吸附在微细多孔材料中驻留；

3）将3重量份浓度为4%的硅酸按溶液高压喷洒至步骤2）中，并以800rpm速度分散混合8 min，使胶状水溶胶完全涂覆在微细多孔材料表面；

4）将1.2重量份脂肪族减水剂，1.0重量份三聚磷酸钠，0.3重量份R-OSO3Na（硫酸酯盐）的混合物加入步骤3）中，并以1200rpm速度继续分散混合3 min，得到均匀分散的粉末状透水混凝土添加剂。

应用实施例

参照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》的要求，对上述实施例透水混凝土添加剂用于透水混凝土的性能进行检测。混凝土配合比为凝胶材料：细砂：透水混凝土添加剂（实施例）=5:5:3，检测结果如下表1：

检测项目	CJJ/T135-2009	实施列1	实施列2	实施例3
					耐磨性（磨坑长度），mm	≤30	12	15	14
连续孔隙率，%	≥10	26	28	31
					透水系数（15℃）,mm/s	≥0.5	10	12	13
抗压强度（28d）,MPa	≥20	44	40	39
					弯拉强度（28d），MPa	≥2.5	4.3	4.6	5.0

表1掺加本发明后透水混凝土与空白样品性能比较

通过对实施列透水混凝土添加剂的应用，其耐磨性、连续孔隙率、强度明显提高，可以用于城市道路和高速公路的透水混凝土。

Claims (4)

1.一种透水混凝土添加剂，其特征在于：各组分按重量份计为：

微细多孔材料       50-70份，

缓溶剂             20-30份，

水溶胶             3-5份，

其余助剂           2-3份，

其中所述的微细多孔材料为凹凸棒石、沸石、硅藻土、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石中的至少一种；所述的缓溶剂是由芒硝、尿素、可溶性淀粉组成的混合物；所述水溶胶选用浓度为10-15%的聚乙烯醇水溶液、浓度为1-3%的纤维素醚溶液、浓度为3-5%的硅酸钠溶液中至少一种；其余助剂是由减水剂、分散剂、活性剂组成，其中减水剂选用常规减水剂如萘系减水剂、木质素减水剂、脂肪族减水剂、密胺减水剂、聚羧酸减水剂，重量份为1.0-1.5份，分散剂选用六偏磷酸钠、硼砂、三聚磷酸钠中的至少一种，重量份为0.8-1份，活性剂选用阴离子表面活性剂RCOONa（羧酸盐）、R-OSO3Na（硫酸酯盐）、R-SO3Na（磺酸盐）、R-OPO3Na2（磷酸酯盐）中的至少一种，重量份为0.2-0.5份。

2.根据权利要求1所述一种透水混凝土添加剂，其特征在于所述的微细多孔材料粒径细化至200-400目。

3.根据权利要求1所述一种透水混凝土添加剂，其特征在于所述的缓溶剂是由芒硝、尿素、可溶性淀粉以重量比10:2:1组成的混合物。

4.根据权利要求1至3任意一项所述一种透水混凝土添加剂，其特征在于具体制作步骤如下：

1）将所述芒硝、尿素、可溶性淀粉以重量比10:2:1在涡旋气流微细机中微细化至800-1250目，得到缓溶剂；

 2）将步骤1）得到的缓溶剂20-30重量份与50-70重量份的微细多孔材料加入密闭分散混合机，分散混合机水浴恒温50-60℃，以400-600rpm速度分散混合，同时开启真空负压至1.5-2.0Mpa,分散10-20 min，缓溶剂熔融后在真空压力下被吸附在微细多孔材料中驻留；

3）将3-5重量份的水溶胶高压喷洒至步骤2）中，并以800-1200rpm速度分散混合5-8 min，使胶状水溶胶完全涂覆在微细多孔材料表面；

4）将2-3重量份减水剂、分散剂、活性剂的混合物加入步骤3）中，并以800-1200rpm速度继续分散混合3-5 min，得到均匀分散的粉末状透水混凝土添加剂。