CN105246853A - 快速固化的透水混凝土混合物 - Google Patents

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Abstract

一种快速固化的透水混凝土混合物，其通过合并水、包含波特兰水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料、经筛分以形成透水混凝土的集料、减水剂、一定量的纤维和聚合物粘结剂而制成，该混合物在浇注24小时之内固化至少2000psi的抗压强度。此外，通过形成快速固化的透水混凝土混合物、将该混合物以期望的构造浇注并且固化该经浇注的混合物来形成透水混凝土结构的方法，以及通过浇注和固化该快速固化的透水混凝土混合物而获得的透水混凝土。

Description

快速固化的透水混凝土混合物
背景技术
本申请要求2012年12月21日提交的美国临时申请第61/740,863号和2013年12月19日提交的美国正式申请第14/134,659号的优先权，所述申请的公开内容通过引用整体并入本文，用于所有目的。
透水混凝土(perviousconcrete)也称为多孔混凝土、可渗透混凝土、无砂混凝土(no-finesconcrete)、间断级配混凝土(enhanced-porosityconcrete)或高孔隙度混凝土，是包含粗集料、波特兰水泥和水的复合材料。粗集料在其接触点通过一层由水泥和水形成的糊料结合在一起，形成使流体穿过固化材料排出的开放孔隙或空隙相连的网络。透水混凝土混合物通常包括与在普通混凝土混合物中所使用的相同的材料，但比例不同。在透水混凝土中，水和胶凝材料(cementitiousmaterial)结合，使得浓稠的糊料包覆集料颗粒。减少或消除了细集料，并且使用窄粒径的粗集料。减少的胶凝糊料含量和不存在细集料避免了被包覆的粗集料颗粒之间的紧密堆积，并且获得了包含开放且相连的空隙的硬化结构。
透水混凝土允许雨水渗透穿过结构体至下面的地下。通过收集雨水并且允许其渗入地下，透水混凝土有助于减少下游水路中的雨水径流污染并且补充地下水供应。对雨水污染的负面影响的敏感性极大扩展了透水混凝土的用途。根据联邦清洁水法案的EPA法规，以及区域标准、国家标准和地方标准逐渐纳入透水混凝土的使用作为最佳管理实践，以减少雨水径流并改善水质。因此，对透水混凝土的需求持续增长，作为停车场、车道、步行通道、走道、便道、广场、路缘、路面、挡土墙及积聚雨水并将雨水排放至环境的其他结构的首选材料。
透水混凝土的混合物特性需要谨慎的浇注和固化以使透水结构体的强度和耐久度最大化。透水混合物中减少的胶凝材料含量产生了强度比非透水结构体相对更低，但需要更多固化时间以发展出足够的强度来承受载荷的混凝土。与此同时，透水混凝土的集料上的糊料薄覆层、开放结构和粗糙表面增加了水泥结合反应所需的糊料中的水的蒸发。为了恰当地固化，透水混凝土通常加湿并覆盖至少七天。对服务于交通的路面应用，通常建议路面七天内不对施工或公共交通开放，并且建议连续固化直至路面开放，连续固化中断了工作进度，延迟项目的完工并且增加了成本。参见例如由美国混凝土学会公布的透水混凝土路面规范，ACI522.1-08。仍然对与现有混合物所容许的相比可以更快固化至承载强度并且更早对交通开放的透水混凝土混合物存在需求。
发明内容
本发明涉及快速固化的透水混凝土混合物。因此根据本发明各方面的第一实施方案，是通过合并水、包含波特兰水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料、经筛分以形成透水混凝土的集料、减水剂、一定量的纤维和聚合物粘结剂而制成的快速固化的透水混凝土混合物，该混合物在浇注24小时之内固化至至少2000psi的抗压强度。
根据本发明各方面的另一优选实施方案是根据前述实施方案的快速固化的透水混凝土混合物，其通过合并400磅/码3至700磅/码3胶凝材料、2000磅/码3至3000磅/码3集料、1盎司/百磅/码3(oz/cwt/yd3)至20盎司/百磅/码3减水剂、0.5磅/码3至2.5磅/码3纤维和0.5加仑/码3至1.5加仑/码3聚合物粘结剂而制成。
根据本发明各方面的另一优选实施方案是根据上述第一实施方案的快速固化的透水混凝土混合物，其中辅助胶凝材料是粉煤灰(flyash)。
根据本发明各方面的另一实施方案是通过浇注和固化快速固化的透水混凝土混合物而获得的透水混凝土，所述快速固化的透水混凝土混合物通过合并水、包含波特兰水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料、经筛分以形成透水混凝土的集料、减水剂、一定量的纤维和聚合物粘结剂而制成，该混合物在浇注24小时之内固化至至少2000psi的抗压强度。
根据本发明各方面的另一实施方案是生产透水混凝土的方法，其包括以下步骤：通过合并水、包含波特兰水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料、经筛分以形成透水混凝土的集料、减水剂、一定量的纤维和聚合物粘结剂而形成混合物、将该混合物以期望的结构浇注并且固化该经浇注的混合物，在浇注24小时之内达到至少2000psi的抗压强度。
本发明的这些和其他特征、方面和优势将参照以下说明和所附权利要求而得到更好的理解。
具体实施方式
一般而言，根据本发明各方面的透水混凝土混合物包含以下基本成分：水、包含波特兰水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料、集料、减水剂、一定量的纤维和聚合物粘结剂。根据本发明各方面的典型混合物设计包括至少400磅/码3至多700磅/码3的胶凝材料；至少2000磅/码3至多3000磅/码3的经筛分用于透水混凝土的集料，所述透水混凝土具有约15％至约25％的孔隙含量和约5加仑/英尺2·分钟的渗透率；相对于胶凝材料的重量比为至少0.25至多0.40的水；2盎司/百磅/码3至20盎司/百磅/码3减水剂；0.5磅/码3至2.5磅/码3纤维；和0.5加仑/码3至1.5加仑/码3聚合物粘结剂。
然而，普通技术人员应当理解，本文所述的尺寸和量可以根据特定应用的需求和要求而变化，并且除明确描述或要求外，无意限制于这些或本发明的任意其他实施方案。透水混凝土混合物设计的一般性说明参见由美国混凝土学会(ACI)公布的设计指南211中。考虑到可获得的材料，可能需要变化以获得期望的孔隙度，或考虑到可接受的孔隙度，可能需要变化以获得期望的强度。
水
水作为以胶凝材料转化成混凝土为特征的水合反应中的反应物，是任何混凝土混合物的基本要素。在根据本发明各方面的快速固化的透水混凝土混合物中，以相对于胶凝材料的如下重量比混入水，所述重量比为至少0.25、优选至少0.26、更优选至少0.27、至多0.40、优选至多0.39、0.38、0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31或0.30。水相对于胶凝材料的通常比例包括0.25至0.40、0.26至0.38和0.27至0.30。水相对于胶凝材料的合适比例还包括0.34至0.40、0.27至0.43和0.27至0.38。根据本发明各方面的水相对于胶凝材料的比例可以在本文所述的下限和上限的任意组合的范围之间。
水相对于胶凝材料的特别优选的范围是0.27至0.30。然而，如通过技术人员根据特定应用或浇注的条件或要求所确定，可以使用高达0.40和更高，例如高达0.43的水相对于胶凝材料的比例。
胶凝材料
为了本发明的目的并且如本文中所使用，术语“胶凝材料”和“水泥”在一般意义上用于广义地指在水合作用下凝结并硬化的硅酸盐材料，又被称为水硬性水泥。在所有的水硬性水泥中，波特兰水泥使用最广泛。本发明的胶凝材料包含波特兰水泥和辅助胶凝材料两者。
波特兰水泥
波特兰水泥通过将原料的均质混合物，例如石灰岩和粘土或页岩，或其他钙质和泥质材料(argillaceousmaterial)的混合物加热至熔结(fused)或烧结态而产生。熔结料称为“熟料”，通常采取约0.2英寸至1英寸大小的球粒(nodule)的形式。波特兰水泥熟料的四种主要化学组分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。用于熟料的主要原料通常是与包含粘土作为铝硅酸盐源的第二材料混合的石灰岩(CaCO3)。石灰岩的CaCO3含量可以低至80％。通常使用包含粘土或SiO2的不纯的石灰岩。第二原料(除石灰岩外的材料)将取决于石灰岩的纯度。一些典型的第二原料包括粘土、页岩、砂、铁矿石、铝矾土、粉煤灰和矿渣。当用煤来烧水泥窑时，煤灰可以充当第二原料。典型的波特兰熟料将包含按重量计45％至75％硅酸三钙((CaO)3·SiO2；C3S)、5％至35％硅酸二钙((CaO)2·SiO2；C2S)、至多15％铝酸三钙((CaO)3·Al2O3；C3A)、和至多20％铁铝酸四钙((CaO)4·Al2O3·Fe2O3；C4AF)，以及任选地至多10％石膏(CaSO4·2H2O)。
波特兰水泥成品通常通过精细研磨按重量计大于90％的熟料和各种标准所允许的少量其他组分来生产。典型的波特兰水泥将包含按重量计60％至70％氧化钙(CaO)、15％至25％氧化硅(SiO2)、2％至10％氧化铝(Al2O3)、至多6％氧化铁(Fe2O3)和1.5％至4.5％硫酸盐。根据本发明各方面的适合的波特兰水泥包括ASTMC150I-V型和EN-197I-V级波特兰水泥。根据本文的描述本领域技术人员还将知道其他合适的水硬性水泥。
辅助胶凝材料
本发明的胶凝材料还包括辅助胶凝材料，优选火山灰质材料。火山灰质材料是天然或人造、加工或未加工的包含非胶凝材料的硅质和铝质材料，所述非胶凝材料在细分散形式和水分的存在下与氢氧化钙反应以形成具有胶凝性质的相对稳定且不溶于水的化合物。当波特兰水泥与水反应，并且形成与水泥-水反应所产生的相似的反应产物时，火山灰质材料通过与波特兰水泥所释放的氢氧化钙(Ca(OH)2)反应来为混凝土提供强度。火山灰质材料和氢氧化钙之间的化学反应通常被称为“火山灰质材料反应”。火山灰质材料反应相对缓慢，并且由火山灰质材料所提供的强度直至混凝土在浇注之后龄期至少一周才是显著的。
粉煤灰、烟道灰、矿渣或其任意混合物
天然火山灰质材料可以来自火山岩并且包括轻石或火山灰、浮石粉或浮石、黑曜石、火山渣、凝灰岩和安山岩中的一些，或天然火山灰质材料可以来自其中二氧化硅具有高蛋白石质含量的岩石，包括硅藻岩或硅藻土、燧石、页岩、粘土和纯蛋白石。原始或煅烧的天然火山灰质材料包括例如硅藻土、蛋白石质燧石和页岩、凝灰岩和火山灰的材料。人造火山灰质材料的典型代表是由煤的燃烧产生的细分散残渣的粉煤灰和高炉矿渣。其他所谓的人造火山灰质材料包括烟道灰、锅炉和窑炉矿渣、经烧制的砖粉(burntgroundbrick)和某些工业过程的副产品。
特别优选的辅助胶凝材料是粉煤灰。粉煤灰是在作为电厂锅炉燃料的粉煤的燃烧中作为副产品产生的公知材料。细分散且高硅质的粉煤灰与水和熟石灰形成缓慢硬化的水泥。
根据本发明各方面的混凝土混合物中辅助胶凝材料的量将根据期望的混凝土最终性能而变化。根据本发明各方面的辅助胶凝材料的量的下限可以是按混合物中包括的总胶凝材料重量计至少的10％，优选按总胶凝材料重量计的至少11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。根据本发明各方面的辅助胶凝材料的量的上限可以是按混合物中包括的总胶凝材料的重量计的至多30％，优选为总胶凝材料的至多29％、28％、27％、26％或25％。通常以混合物中总胶凝材料的约20％混入作为辅助胶凝材料的粉煤灰。一百磅典型的I型波特兰水泥在其与水反应期间将产生足够的氢氧化钙，以与约20磅典型的粉煤灰反应。
将包含波特兰水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料以至少300磅/码3、优选至少350磅/码3或400磅/码3、更优选至少450磅/码3、至多700磅/码3、优选至多650磅/码3、更优选至多600磅/码3的量混入根据本发明各方面的快速固化的透水混凝土混合物中。根据本发明各方面的胶凝材料含量可以在由本文公开的下限和上限的任意组合所限定的范围内变化。
集料
集料通常被理解为包括例如砂的细集料和例如砾石和岩石的粗集料两者，并且两者均通常存在于常规混凝土混合物中。根据本发明各方面的透水混凝土的孔隙度和渗透率通过减少或消除普通混凝土混合物中的细集料、留下允许流体渗透并流过结构体的较大块集料之间的互连的空隙来实现。根据本发明各方面的集料经筛分以形成透水混凝土。
根据本发明各方面的合适的集料包括河砾石和碎石，其尺寸范围是从在4号筛上保留的集料至3/4″或更大，包括3/8″、1/2″、3/4″、1″、1-1/2″或更大。优选地，根据本发明各方面的集料不包含小于1/16″(0.0625″)的颗粒。在根据本发明各方面的透水混凝土混合物中所包括的集料相对于胶凝材料的重量比为约4至约4.5。
虽然有时4号筛被认为是粗集料和细集料之间的分界，但透水混凝土可以利用更小的集料，包括在6号筛或甚至8号筛上保留的集料而获得。根据本发明各方面的集料不一定排除任何特定尺寸的集料，只要针对渗透率所必需的孔隙含量和孔隙度同样存在即可。类似地，虽然产生透水结构的混合物可以通过完全排除细集料而获得，但再一次，根据本发明各方面的集料不需要这种排除，只要针对渗透率所必需的孔隙含量和孔隙度同样存在即可。因此根据本发明的某些实施方案，集料包括或可以经修改以包括可接受量的细料或砂，只要浇注成品中获得期望或可接受的孔隙度和渗透率即可。
根据本发明各方面的透水混凝土的孔隙含量通常范围是按体积计15％至35％。根据本发明各方面的透水混凝土中孔隙含量的下限可以低至按体积计至少10％，优选按体积计至少11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。根据本发明各方面的透水混凝土中孔隙含量的上限可以为按体积计至多35％或更大，优选按体积计至多34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％或25％。根据本发明各方面的透水混凝土可以具有约30英寸/小时至最多约900英寸/小时的导水率(渗透系数)，通常480英寸/小时(0.34cm/秒，对应于约5加仑/英尺2·分钟或200L/m2·分钟)。
对用于根据本发明各方面的混合物的集料的选择必须小心留意。由于本发明混合物中相对低的胶凝糊料含量，混合物的特性和性能可能受作为集料的水分含量进入混合物的水影响。理想的混合物的特征为在胶凝糊料上具有油质或金属质光泽，并且具有稠度使得一把糊料在被挤压时既不会过度粘结也不会从手中完全脱离，仅在表面留下分散的集料和糊料。
减水剂
根据本发明各方面的透水混凝土混合物还包括一种或更多种本文一般称为“减水剂”的化合物或组合物或外加剂。在根据本发明各方面的减水剂范围内包括ASTMC494A型(减水外加剂)、D型(减水和缓凝外加剂)、F型(减水高效外加剂)和G型(减水、高效和缓凝外加剂)，但这些分类无意为限制性的。其他用于指代本发明减水剂的示例性材料的术语包括“塑化剂”、“超塑化剂”或“缓凝剂”。减水剂的合适实例包括木质素磺酸、葡萄糖酸、己二酸、四羟基己二酸或水杨酸，以及它们的盐，通常例如其钙盐、钠盐、钾盐、钙盐、镁盐或铵盐，但不排除其他合适的成盐阳离子。其他合适的减水剂包括羟基羧酸、糖、玉米糖浆和其他碳水化合物的盐。
标记为减水剂或减水外加剂的典型的减水剂为木质素磺酸或其盐的水溶液。木质素磺酸盐可以是任意碱金属例如钠或钾的盐，或碱土金属例如钙或镁的盐。优选的盐是木质素磺酸镁或木质素磺酸钙。这些盐通常作为常规亚硫酸盐木材制浆作业的副产物获得。根据本发明各方面的期望减水外加剂可以由作为木材制浆作业副产物获得的作为纯化产物或未纯化产物的木质素磺酸盐形成。
使用未纯化的盐可以是优选的，原因是其避免了高成本的纯化处理，而无损于外加剂的效力。未纯化的盐可以包含通常与其生产有关的副产物如单糖，例如木糖、甘露糖、葡萄糖、果糖等。如在亚硫酸盐法流出物中通常所遇到的，这些糖类副产物可以按木质素磺酸盐的重量计以约3重量百分比至30重量百分比存在。另外的糖还可以呈玉米糖浆的形式，例如其中包含至多约1:1的果糖对葡萄糖的比率，以及含通常少于约百分之五的多糖的市售高果糖玉米糖浆。
被称为超塑化剂，又被称为高效减水剂的减水剂通常是用于改善颗粒的分散或悬浮以避免颗粒聚集并且改善未固化混凝土混合物的流变性的化学外加剂。超塑化剂通常由磺化萘缩合物或磺化蜜胺甲醛，以及聚羧酸醚制造。认为基于木质素、萘和蜜胺磺酸盐的减水剂通过静电排斥的机理来分散絮凝的水泥颗粒，其中长分子将其自身包绕在水泥颗粒周围并且给予这些水泥颗粒高负电荷使其相互排斥。聚羧酸酯醚和聚羧酸盐(酯)超塑化剂被认为以不同方式工作，通过空间稳定作用而非静电排斥来进行分散。
用于根据本发明各方面的透水混凝土混合物的减水外加剂可从W.R.Grace&Co.获得，商标是64减水外加剂。64减水外加剂被划分入ASTMC494A型和D型，并且可以以主要由木质素磺酸钙、玉米糖浆和三乙醇胺构成的水溶液的形式获得。根据本发明各方面的透水混凝土混合物中可以包括量为1至10盎司每百磅胶凝材料每立方码混合物(盎司/百磅/码3)、优选至少1盎司/百磅/码3、优选至多9盎司/百磅/码3、8盎司/百磅/码3、7盎司/百磅/码3、6盎司/百磅/码3、5盎司/百磅/码3、4盎司/百磅/码3或3盎司/百磅/码3、更优选约2盎司/百磅/码3的64减水外加剂或类似的基于木质素磺酸盐的减水剂。
根据本发明各方面的另一示例性减水外加剂可由W.R.Grace&Co.获得，商标是190高效减水外加剂。190高效减水外加剂被划分入ASTMC494A型和F型，以及ASTMC1017I型(塑化化学外加剂)，并且可以以主要由羧化聚醚(聚丙烯酸盐/酯)聚合物和葡萄糖酸钠构成的水溶液的形式获得。根据本发明各方面的透水混凝土混合物中可以包括量为至少1盎司/百磅/码3、优选至少2盎司/百磅/码3、3盎司/百磅/码3、4盎司/百磅/码3、5盎司/百磅/码3或6盎司/百磅/码3、至多15盎司/百磅/码3、优选至多14盎司/百磅/码3、13盎司/百磅/码3、12盎司/百磅/码3、10盎司/百磅/码3、9盎司/百磅/码3或8盎司/百磅/码3、更优选约7盎司/百磅/码3的190高效减水外加剂或类似的聚丙烯酸盐(酯)/葡萄糖酸盐高效减水外加剂。
根据本发明各方面的另一示例性减水外加剂可由W.R.Grace&Co.获得，商标是水化稳定剂。水化稳定剂被划分入ASTMC494D型，并且可以以主要由蔗糖和葡萄糖酸钠构成的水溶液的形式获得。根据本发明各方面的透水混凝土混合物可以包括量为1盎司/百磅/码3至10盎司/百磅/码3、优选至少1盎司/百磅/码3、优选至多9盎司/百磅/码3、8盎司/百磅/码3、7盎司/百磅/码3、6盎司/百磅/码3、5盎司/百磅/码3、4盎司/百磅/码3或3盎司/百磅/码3、更优选约2盎司/百磅/码3的水化稳定剂或类似的基于葡萄糖酸盐/糖的水化稳定剂。
适用于根据本发明各方面的透水混凝土混合物中的另一示例性减水剂描述在美国专利第3351478号、第4205993号、第4318744号、第4978392号和第5665158号中，其全部公开内容通过引用并入本文。混入根据本发明各方面的混合物中的减水剂总量的范围可以是从至少1盎司/百磅/码3至最多20盎司/百磅/码3，优选从至少2盎司/百磅/码3、3盎司/百磅/码3、4盎司/百磅/码3、5盎司/百磅/码3、6盎司/百磅/码3、7盎司/百磅/码3、8盎司/百磅/码3、9盎司/百磅/码3或10盎司/百磅/码3至最多约19盎司/百磅/码3、18盎司/百磅/码3、17盎司/百磅/码3、16盎司/百磅/码3、15盎司/百磅/码3、14盎司/百磅/码3、13盎司/百磅/码3或12盎司/百磅/码3，更优选约11盎司/百磅/码3。
纤维
根据本发明各方面的透水混凝土还包括一定量的纤维。适用于根据本发明各方面的混凝土混合物的纤维具有各种尺寸、形状和维度的阵列。其可以为单丝、复丝、整理的、原纤化、带状或任何其他合适的形式或形状。根据本发明各方面的示例性纤维包含钢、玻璃、碳纤维、纤维素、人造丝或合成材料，例如聚烯烃、尼龙、聚酯和丙烯酸类纤维。聚烯烃例如聚丙烯或聚乙烯是优选的。用于根据本发明一个方面的混凝土混合物中的特别提及的纤维产品可由PropexConcreteSystems获得，商标为微合成纤维、共混合成纤维和粗合成纤维。和合成纤维由经脂肪酸和/或酯润滑剂和其他专有添加剂材料处理的分级复丝聚丙烯纤维构成。
根据本发明各方面的混凝土混合物中所包括的纤维的表面可以被处理以促进纤维在本发明混合物中的分散。聚烯烃纤维由于该材料的性质倾向于疏水，可能需要涂层以赋予允许纤维更容易地分散在水性混凝土混合物内的表面张力特性。例如，美国专利第5399195号公开了通过使丝束穿过润滑剂施加辊来用润湿剂处理的聚烯烃纤维。润湿剂可以选自通常施用于合成纤维以使其亲水的润湿剂，例如乳化剂、表面活性剂、清洁剂和其混合物。实例包括甘油酯的脂肪酸酯、脂肪酸酰胺、聚乙二醇酯、聚乙氧基酰胺、非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂。美国专利第5753368号公开了凝固剂例如乳化剂、清洁剂和表面活性剂以使纤维表面更亲水并因而更易于混合在湿混凝土中。美国专利第5399195号和第5753368号的公开内容通过引用整体并入本文。
在混合物基体内的分散以及纤维的其他特性还可以通过改变或修改纤维的形状或形式而受到影响。美国专利第6197423号(通过引用整体并入本文)公开了具有不同宽度和/或厚度尺寸和微观应力断裂的机械压平的纤维。由压平过程得到的单独纤维表面上的间断和不规则且随机的移位被认为改善了水泥与纤维之间的结合并且减少了纤维与纤维的缠绕(因而减少了纤维成团)。其他用于改善混凝土纤维性能的处理包括用滚轮压花以在纤维表面上产生图案化间断或将纤维弯曲成波形。
可以以各种方式将纤维引入根据本发明各方面的发明混合物，所述方式中有不溶性封装、可溶性封装和各种封装形式例如扎束。合适的方法和材料公开于美国专利第5224774号、第4961790号和第5807458号以及PCT公开WO00/49211号，其全部公开内容通过引用并入本文。根据本发明的一个优选方面，将量为至少0.5磅/码3、优选至少0.6磅/码3、0.7磅/码3、0.8磅/码3或0.9磅/码3、至多2.5磅/码3、优选至多2.4磅/码3、2.3磅/码3、2.2磅/码3、2.1磅/码3、2.0磅/码3、1.9磅/码3、1.8磅/码3、1.7磅/码3、1.6磅/码3、1.5磅/码3、1.4磅/码3、1.3磅/码3、1.2磅/码3或1.1磅/码3、更优选约1磅/码3的聚烯烃纤维混入透水混凝土混合物。
聚合物粘结剂
根据本发明各方面的透水混凝土混合物还包含聚合物粘结剂，所述聚合物粘结剂包含选自聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、乙酸乙烯酯-马来酸二丁酯共聚物及其混合物的聚合物。可获得各种等级的这些聚合物，其不同之处主要在于其分子量。根据本发明优选方面的合适的粘结剂可由W.R.Grace&Co.获得，商标为C。C粘结剂按不计入水的胶乳计包含约25重量％至50重量％聚乙酸乙烯酯、约1重量％至10重量％聚乙烯醇和约25重量％至50重量％乙酸乙烯酯-马来酸二丁酯共聚物的水性胶乳分散体。混入根据本发明各方面的混合物中的聚合物粘结剂的量可以根据特定粘结剂中聚合物的浓度而变化。可以将量为至少0.5加仑每立方码混合物(加仑/码3，gal/yd3)、优选至少0.6加仑/码3、0.7加仑/码3、0.8加仑/码3或0.9加仑/码3、至多1.5加仑/码3、优选至多1.4加仑/码3、1.3加仑/码3、1.2加仑/码3或1.1加仑/码3、最优选约1加仑/码3的C粘结剂混入根据本发明各方面的透水混凝土混合物。
浇注和固化
根据本发明各方面的透水混凝土混合物的浇注和固化一般遵循常规透水混凝土混合物的浇注和固化的现行实践。从浇注直至覆盖结构体以固化的时间通常应当不超过约二十分钟。应当尽全力消除水分从材料中的损失，包括在结构体上喷水雾或喷洒水以抑制蒸发。应当避免用抹刀等抹光，以避免密封该结构体表面而减小渗透率。在覆盖之前将蒸发阻滞剂例如豆油施用至经浇注的结构体顶部也有助于防止水分损失。然后结构体用通常6密尔或更大重量的聚乙烯膜的重质不透水屏障紧密覆盖。
在浇注之后常规透水混凝土混合物的固化迅速开始，并且在对施工或公共交通开放之前不间断地持续至少七天。相比之下，根据本发明各方面的透水混凝土混合物大幅减少了在对施工或公共交通开放之前结构体固化所需的时间。因此，在根据本发明各方面的另一实施方案中，生产透水混凝土的方法包括以下步骤：1)通过合并水、包含波特兰水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料、经筛分的用以形成透水混凝土的集料、减水剂、一定量的纤维和聚合物粘结剂而形成根据本发明的透水混凝土混合物；2)以期望结构浇注该混合物；3)固化该经浇注的混合物，在浇注24小时之内固化至至少2000psi的抗压强度。没有用于测定透水混凝土结构体抗压强度的一般确立的方法，但根据本发明的透水混凝土结构体的抗压强度可以通过例如ASTMC39，圆柱形混凝土试样抗压强度的标准试验方法或类似的方法学来测定。
在根据本发明各方面的另一实施方案中，以期望结构浇注根据本发明的透水混凝土混合物，将经浇注的混合物任选地抹平(但不密封，以保持渗透率)，并且任选地压实。可以使用常规滚轧机进行压实，但优选技术包括振捣压实或用液压滚轧机压实，优选地在结构体的接点和边缘人工压实。
在根据本发明各方面的另一实施方案中，在固化开始之前可以将养护剂(curingcompound)施用于经浇注材料的表面。养护剂的目的是在发生水分的显著损失之前加速胶凝材料的固化。合适的养护剂包括氯化钙和硅酸锂。其他合适的养护剂描述于例如US2010/0285224，其全部公开内容通过引用并入本文。
虽然根据优选实施方案和某些特定实施方案来描述本发明，但对于本领域技术人员而言，显然根据本发明的更广的方面，各种修改和其他实施方案是可能的。因此，应当理解本发明不限于所述的特定实施方案，而是包括在本发明范围内的所有等效实施方案和修改，并且本领域技术人员将理解，可以在所附权利要求的精神和范围内有修改的情况下实践本发明的方面。

Claims (22)

1.一种快速固化的透水混凝土混合物，其通过合并如下材料而制成
(a)水；
(b)胶凝材料，其包含：
(1)波特兰水泥；和
(2)辅助胶凝材料；
(c)经筛分的用以形成透水混凝土的集料；
(d)减水剂；
(e)一定量的纤维；和
(f)聚合物粘结剂
所述混合物在浇注24小时之内固化至至少2000psi的抗压强度。
2.根据权利要求1所述的混合物，其具有0.25至0.40的水相对于胶凝材料的比例。
3.根据权利要求2所述的混合物，其具有0.27至0.38的水相对于胶凝材料的比例。
4.根据权利要求3所述的混合物，其具有0.27至0.30的水相对于胶凝材料的比例。
5.根据权利要求1所述的混合物，其中所述辅助胶凝材料包含粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的混合物，其中所述辅助胶凝材料包含火山灰质材料。
7.根据权利要求6所述的混合物，其中所述火山灰质材料是轻石、火山灰、浮石粉、浮石、黑曜石、火山渣、凝灰岩、安山岩、硅藻岩、硅藻土、燧石、页岩、粘土、蛋白石、粉煤灰、烟道灰、矿渣或其任意混合物。
8.根据权利要求7所述的混合物，其中所述火山灰质材料包含粉煤灰。
9.根据权利要求1所述的混合物，其中所述集料基本上不包含小于0.0625英寸的颗粒。
10.根据权利要求1所述的混合物，其具有约4至约4.5的集料相对于胶凝材料的重量比。
11.根据权利要求1所述的混合物，其中所述减水剂包含木质素磺酸盐、胺、碳水化合物、羧化聚醚、羟基羧酸盐、碳水化合物或其任意混合物。
12.根据权利要求1所述的混合物，其中所述纤维包含一种或更多种天然或合成纤维。
13.根据权利要求12所述的混合物，其中所述合成纤维包含一种或更多种聚烯烃。
14.根据权利要求13所述的混合物，其中所述聚烯烃包含聚丙烯。
15.根据权利要求1所述的混合物，其中所述聚合物粘结剂包含聚乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯/马来酸二丁基酯共聚物或其任意混合物。
16.根据权利要求1所述的混合物，其在浇注之后具有15体积％至35体积％的孔隙含量。
17.根据权利要求16所述的混合物，其在固化之后具有20体积％至30体积％的孔隙含量。
18.根据权利要求1所述的混合物，其通过合并400磅/码3至700磅/码3所述胶凝材料、2000磅/码3至3000磅/码3所述集料、1盎司/百磅至20盎司/百磅所述减水剂、0.5磅/码3至2.5磅/码3所述纤维和0.5加仑/码3至1.5加仑/码3所述聚合物粘结剂而制成。
19.根据权利要求18所述的混合物，其通过合并450磅/码3至650磅/码3所述胶凝材料、2250磅/码3至2750磅/码3所述集料、2盎司/百磅至15盎司/百磅所述减水剂、0.75磅/码3至2.25磅/码3所述纤维和0.75加仑/码3至1.25加仑/码3所述聚合物粘结剂而制成。
20.一种通过浇注和固化根据权利要求1所述的混合物而获得的透水混凝土。
21.一种生产透水混凝土的方法，其包含以下步骤：
a.通过合并如下材料形成混合物
(1)水；
(2)胶凝材料，其包含：
(a)波特兰水泥；和
(b)辅助胶凝材料；
(3)经筛分以形成透水混凝土的集料；
(4)减水剂；
(5)一定量的纤维；和
(6)聚合物粘结剂；
b.以期望结构浇注所述混合物；以及
c.在浇注24小时之内将经浇注的混合物固化至至少2000psi的抗压强度。
22.一种快速固化的透水混凝土混合物，其通过合并按每立方码所述混合物计的如下材料制成：
(a)15至25加仑水；
(b)400至700磅胶凝材料，其包含：
(1)70重量％至90重量％波特兰水泥；和
(2)10重量％至30重量％粉煤灰；
(c)2000至3000磅经筛分以形成透水混凝土的集料；
(d)减水剂，其包含：
(1)1盎司/百磅至5盎司/百磅包含木质素磺酸盐的减水外加剂；
(2)5盎司/百磅至10盎司/百磅包含聚丙烯酸盐的减水外加剂；和
(3)1盎司/百磅至5盎司/百磅包含碳水化合物的减水外加剂；
(e)0.5磅至2.5磅纤维；和
(f)0.5加仑至1.5加仑包含聚乙酸乙烯酯和乙酸乙烯酯/马来酸二丁基酯共聚物的聚合物粘结剂，
所述混合物在浇注24小时之内固化至至少2000psi的抗压强度。
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