CN105887608B - 用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土及构件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土及构件，其中，用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土构件自上而下依次为透水沥青层、石子层、混凝土基层、透水基层和土基层，所述混凝土基层中设置有排水管；所述透水沥青层包括以下重量份数的组分：石子100‑120、水泥5‑8、沥青50‑80、相容剂5‑10、胶粉5‑10、高分子聚合物0.5‑5、第一助剂0.5‑2.5、稀土0.5‑1.5、发泡剂1‑5、减水剂0.5‑1.5；所述沥青为AH‑70或AH‑90沥青。本发明的透水性能优异且物理性能优异，适用区域广、施工方便，可补充地下水并具有一定的峰值流量削减和雨水净化作用。

Description

用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土及构件
技术领域
本发明属于海绵城市建设领域，尤其是一种用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土及构件。
背景技术
城镇化是保持经济持续健康发展的强大引擎，是推动区域协调发展的有力支撑，也是促进社会全面进步的必然要求。然而，快速城镇化的同时，城市发展也面临巨大的环境与资源压力，外延增长式的城市发展模式已难以为继。为此，必须坚持新型城镇化的发展道路，协调城镇化与环境资源保护之间的矛盾，才能实现可持续发展。建设具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的海绵城市是生态文明建设的重要内容，是实现城镇化和环境资源协调发展的重要体现，也是今后我国城市建设的重大任务。
现有的混凝土技术难以满足市场的需求，主要是混凝土强度与透水性难以同时达到相关要求，需要对其进一步的研究。
发明内容
发明目的：研究一种用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土，以克服现有混凝土强度和透水性的不足，使之能够用于海绵城市建设。
技术方案：一种用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土构件，自上而下依次为透水沥青层、石子层、混凝土基层、透水基层和土基层，所述混凝土基层中设置有排水管。其中，所述透水沥青层包括以下重量份数的组分：石子100-120、水泥5-8、沥青50-80、相容剂5-10、胶粉5-10、高分子聚合物0.5-5、第一助剂0.5-2.5、稀土0.5-1.5、发泡剂1-5、减水剂0.5-1.5；所述沥青为AH-70或AH-90沥青。
在进一步的实施例中，所述减水剂的结构式为：
式中，R1、R2、R3和R7为H或CH3，R4和R5为H、CH3、异丙基中的一种，R6和R8为H或OH，Ph为苯环，A、B为二价有机基团；M为H或Na，Z为Na+或K+离子，a、b、c、d分别为合成共聚物单体时的摩尔分数，即(1～3)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1.5)；Y为-CH2-，或-CH2CH(CH3)-；m为40～80。
在进一步的实施例中，所述发泡剂由以下重量份数的各组分组成：聚丙烯酰胺10-20、聚苯胺5-15、羟乙基纤维素5-10、水80-100。
在进一步的实施例中，所述相容剂为富芳烃类馏分油，所述胶粉的粒径大小为30-50目，所述高分子聚合物为SBS1301-1，SBS4303-2或SBS1201-1；所述第一助剂为DY-1或DY-2。
在进一步的实施例中，所述混凝土基层包括以下重量份数的组分：水泥380-620、硅灰90-150、粉煤灰75-125、砂420-580、石子980-1100、石灰石粉11-23、第二助剂8-15、水240-280、陶粒15-35、松香3-6、甲基纤维素5-10、海泡石纤维5-10、二氧化钛5-10。
在进一步的实施例中，所述第二助剂由以下重量份数的组分组成：减水剂5-10、阻锈剂2-6、缓凝剂0.1-0.6、EVA 5-10。
在进一步的实施例中，所述减水剂的结构式为：
式中，R1、R2、R3和R7为H或CH3，R4和R5为H、CH3、异丙基中的一种，R6和R8为H或OH，Ph为苯环，A、B为二价有机基团；M为H或Na，Z为Na+或K+离子，a、b、c、d分别为合成共聚物单体时的摩尔分数，即(1～3)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1.5)；Y为-CH2-，或-CH2CH(CH3)-；m为40～80；
所述缓凝剂为羟基羧酸、糖蜜缓凝剂或木质素磺酸盐类缓凝剂中的一种；
所述阻锈剂为RI钢筋阻锈剂、JK-H2O复合氨基醇、COR防腐阻锈剂、乙酸钙或苯甲酸钠中的至少一种。
本发明的另一个目的是提供一种用以制作上述用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土构件的混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的组分：水泥380-620、硅灰90-150、粉煤灰75-125、砂420-580、石子980-1100、石灰石粉11-23、第二助剂8-15、水240-280、陶粒15-35、松香3-6、甲基纤维素5-10、海泡石纤维5-10、二氧化钛5-10。
优选的，所述第二助剂由以下重量份数的组分组成：减水剂5-10、阻锈剂2-6、缓凝剂0.1-0.6、EVA 5-10。
优选的，所述减水剂的结构式为：
式中，R1、R2、R3和R7为H或CH3，R4和R5为H、CH3、异丙基中的一种，R6和R8为H或OH，Ph为苯环，A、B为二价有机基团；M为H或Na，Z为Na+或K+离子，a、b、c、d分别为合成共聚物单体时的摩尔分数，即(1～3)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1.5)；Y为-CH2-，或-CH2CH(CH3)-；m为40～80；所述缓凝剂为羟基羧酸、糖蜜缓凝剂或木质素磺酸盐类缓凝剂中的一种；所述阻锈剂为RI钢筋阻锈剂、JK-H2O复合氨基醇、COR防腐阻锈剂、乙酸钙或苯甲酸钠中的至少一种。
有益效果：本发明的透水性能优异且物理性能优异，适用区域广、施工方便，可补充地下水并具有一定的峰值流量削减和雨水净化作用。本发明适用于以下区域：可能造成陡坡坍塌、滑坡灾害的区域，湿陷性黄土、膨胀土和高含盐土等特殊土壤地质区域。或者，适用于使用频率较高的商业停车场、汽车回收及维修点、加油站及码头等径流污染严重的区域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。以下详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土构件，自上而下依次为透水沥青层1、石子层2、混凝土基层3、透水基层4和土基层5，混凝土基层中设置有排水管6。
其中，透水沥青层包括以下重量份数的组分：石子100-120、水泥5-8、沥青50-80、相容剂5-10、胶粉5-10、高分子聚合物0.5-5、第一助剂0.5-2.5、稀土0.5-1.5、发泡剂1-5、减水剂0.5-1.5；所述沥青为AH-70或AH-90沥青。
在该实施例中，所述减水剂的结构式为：
式中，R1、R2、R3和R7为H或CH3，R4和R5为H、CH3、异丙基中的一种，R6和R8为H或OH，Ph为苯环，A、B为二价有机基团；M为H或Na，Z为Na+或K+离子，a、b、c、d分别为合成共聚物单体时的摩尔分数，即(1～3)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1.5)；Y为-CH2-，或-CH2CH(CH3)-；m为40～80。
在该实施例中，所述发泡剂由以下重量份数的各组分组成：聚丙烯酰胺10-20、聚苯胺5-15、羟乙基纤维素5-10、水80-100。
在该实施例中，所述相容剂为富芳烃类馏分油，所述胶粉的粒径大小为30-50目，所述高分子聚合物为SBS1301-1，SBS4303-2或SBS1201-1；所述第一助剂为DY-1或DY-2。
在该实施例中，所述混凝土基层包括以下重量份数的组分：水泥380-620、硅灰90-150、粉煤灰75-125、砂420-580、石子980-1100、石灰石粉11-23、第二助剂8-15、水240-280、陶粒15-35、松香3-6、甲基纤维素5-10、海泡石纤维5-10、二氧化钛5-10。
在该实施例中，所述第二助剂由以下重量份数的组分组成：减水剂5-10、阻锈剂2-6、缓凝剂0.1-0.6、EVA 5-10。
在该实施例中，所述减水剂的结构式为：
式中，R1、R2、R3和R7为H或CH3，R4和R5为H、CH3、异丙基中的一种，R6和R8为H或OH，Ph为苯环，A、B为二价有机基团；M为H或Na，Z为Na+或K+离子，a、b、c、d分别为合成共聚物单体时的摩尔分数，即(1～3)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1.5)；Y为-CH2-，或-CH2CH(CH3)-；m为40～80；
所述缓凝剂为羟基羧酸、糖蜜缓凝剂或木质素磺酸盐类缓凝剂中的一种；
所述阻锈剂为RI钢筋阻锈剂、JK-H2O复合氨基醇、COR防腐阻锈剂、乙酸钙或苯甲酸钠中的至少一种。
其中，用以制作上述用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土构件的混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的组分：水泥380-620、硅灰90-150、粉煤灰75-125、砂420-580、石子980-1100、石灰石粉11-23、第二助剂8-15、水240-280、陶粒15-35、松香3-6、甲基纤维素5-10、海泡石纤维5-10、二氧化钛5-10。
优选的，所述第二助剂由以下重量份数的组分组成：减水剂5-10、阻锈剂2-6、缓凝剂0.1-0.6、EVA 5-10。所述减水剂的结构式为：
式中，R1、R2、R3和R7为H或CH3，R4和R5为H、CH3、异丙基中的一种，R6和R8为H或OH，Ph为苯环，A、B为二价有机基团；M为H或Na，Z为Na+或K+离子，a、b、c、d分别为合成共聚物单体时的摩尔分数，即(1～3)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1.5)；Y为-CH2-，或-CH2CH(CH3)-；m为40～80；
所述缓凝剂为羟基羧酸、糖蜜缓凝剂或木质素磺酸盐类缓凝剂中的一种；
所述阻锈剂为RI钢筋阻锈剂、JK-H2O复合氨基醇、COR防腐阻锈剂、乙酸钙或苯甲酸钠中的至少一种。
实验一透水沥青层的性能
该层包括以下重量份数的组分：石子100-120、水泥5-8、沥青50-80、相容剂5-10、胶粉5-10、高分子聚合物0.5-5、第一助剂0.5-2.5、稀土0.5-1.5、发泡剂1-5、减水剂0.5-1.5；所述沥青为AH-70或AH-90沥青。
该层的制备方法如下：
首先将沥青在130-150℃环境中使沥青熔化，将其加热到液体状态后倒入反应器中，然后加入相容剂，在300-500rpm速度下搅拌20-30min，使相容剂和沥青充分混合，得到混合后样品。
将混合样品升温至195-210℃，加入胶粉和水泥，在500-1000rpm下搅拌2-3h使胶粉充分溶胀，得到溶胀后的样品。
向溶胀样品中加入高分子聚合物，即SBS改性剂，在高速剪切机中，以3000-4000rpm的转速剪切40-60min，得到改性后的样品。
将温度降低至180-185℃，加入助剂和石子，在500-800rpm下搅拌发育3-4h，得到发育后的样品。
在温度175-185℃下，向发育后的样品中加入减水剂、稀土和发泡剂，在800-1000rpm下搅拌均匀。
实验a1至a6的配比和实验数据如下：
从上述实验数据可知：延度提高了10％左右，稳定性得到了明显的改善。其低温抗开裂能力和抗老化能力均有提高，而且本发明的制备工艺比现有技术更简单一些。同时，减水剂具有弹性减震的效果，其原理是醇羟基能与线型聚合物链上的官能团反应，从而使分子链扩展，交联，分子量增大，增强了沥青层的弹性性能，减震效果更好。同时，该产品的膨胀性能和半衰性能比现有技术要好很多，能够改善沥青的各项性能指标。
实验二混凝土基层中混凝土性能测试
实验1～实验6
实施例N1～实施例N7，N为1～5，N1中各实施例的其他组分相同，助剂的配比不同。
当N为1～5时，助剂的配比分别如下：
减水剂6.1、阻锈剂(RI钢筋阻锈剂)4.5、缓凝剂(糖蜜缓凝剂)0.3、EVA 6.5。
减水剂9.2、阻锈剂(苯甲酸钠)3.2、缓凝剂(羟基羧酸)0.1、EVA7.5。
减水剂5.1、阻锈剂(RI钢筋阻锈剂)5.1、缓凝剂(糖蜜缓凝剂)0.2、EVA 8.5。
减水剂7.3、阻锈剂(苯甲酸钠)2.2、缓凝剂(木质素磺酸盐类缓凝剂)0.4、EVA5.5。
减水剂10.3、阻锈剂(JK-H2O复合氨基醇)6.2、缓凝剂(木质素磺酸盐类缓凝剂)0.5、EVA 10.5。
实施例11至17的实验结果：
例11 例12 例13 例14 例15 例16 例17 对照
抗压强度 120 115 145 130 160 180 155 65
抗折刚度 18.5 25.5 32.5 16.5 20.5 22.5 18.5 6.2
极限弯矩 350 450 550 480 380 370 420 175
抗拉强度 5.65 6.75 7.25 8.50 7.55 5.55 8.25 4.3
断裂能 250 245 270.5 255 280 340 320 185
抗硫酸盐腐蚀 220 130 190 180 150 220 175 50
Cl扩散系数 1.35 1.10 1.45 1.05 1.20 1.35 1.35 2.4
抗冻次数 180 175 165 150 170 155 160 66
电通量 450 620 480 380 420 550 580 850
实施例21至27的实验结果：
实施例31至37的实验结果：
例31 例32 例33 例34 例35 例36 例37 对照
抗压强度 130 125 145 130 160 170 160 65
抗折刚度 18.5 22.5 32.5 20.5 20.5 22.5 26.5 6.2
极限弯矩 380 445 570 540 380 420 480 175
抗拉强度 5.60 6.45 7.25 8.55 7.65 5.35 8.25 4.3
断裂能 260 255 270 255 280 325 340 185
抗硫酸盐腐蚀 225 140 180 185 160 210 180 50
Cl扩散系数 1.25 1.15 1.55 1.15 1.25 1.45 1.35 2.4
抗冻次数 170 175 185 160 180 170 185 66
电通量 330 540 450 410 450 525 550 850
实施例41至47的实验结果：
例41 例42 例43 例44 例45 例46 例47 对照
抗压强度 130 125 145 140 170 180 165 65
抗折刚度 16.5 25.5 31.5 20.5 23.5 22.5 25.5 6.2
极限弯矩 375 445 565 510 380 400 445 175
抗拉强度 5.25 6.35 7.25 8.55 7.25 6.25 8.25 4.3
断裂能 260 255 270 260 290 340 350 185
抗硫酸盐腐蚀 240 150 210 190 165 240 210 50
Cl扩散系数 1.25 1.15 1.40 1.25 1.25 1.55 1.35 2.4
抗冻次数 155 175 170 160 170 180 155 66
电通量 325 560 440 395 450 540 580 850
实施例51至57的实验结果：
例51 例52 例53 例54 例55 例56 例57 对照
抗压强度 135 120 145 150 160 180 165 65
抗折刚度 15.5 26.5 32.5 20.5 24.5 26.5 26.5 6.2
极限弯矩 380 460 580 510 380 420 460 175
抗拉强度 5.35 6.55 7.25 8.55 7.65 5.55 8.35 4.3
断裂能 250 265 270 265 275 330 350 185
抗硫酸盐腐蚀 250 145 180 175 160 230 180 50
Cl扩散系数 1.45 1.15 1.55 1.35 1.05 1.15 1.20 2.4
抗冻次数 150 175 190 160 170 180 170 66
电通量 330 560 440 395 450 400 510 850
本发明的减水剂具有梳形结构，分子中的长链被水溶剂化后，具有显著的空间位阻作用；同时分子结构中的磺酸基/羟基为分散水泥颗粒提供了静电斥力作用。既保证了产品较高的减水率和混凝土的坍落度损失，也确保了混凝土高强度和优良的耐久性能，综合性能极佳。分子侧链上的醇羟基提高了材料的溶解性能，同时能在线性分子间其架桥作用，形成层状结构，提高产品的综合性能。
实验二、防腐涂层性能测试
根据相关标准或规范的方法进行检验，数据如下：
耐碱性实验的标准是不起泡、不龟裂、不剥离。

Claims (4)

1.一种用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土构件，其特征在于，自上而下依次为透水沥青层(1)、石子层(2)、混凝土基层(3)、透水基层(4)和土基层(5)，所述混凝土基层中设置有排水管(6)；
所述透水沥青层包括以下重量份数的组分：石子100-120、水泥5-8、沥青50-80、相容剂5-10、胶粉5-10、高分子聚合物0.5-5、第一助剂0.5-2.5、稀土0.5-1.5、发泡剂1-5、减水剂0.5-1.5；所述沥青为AH-70或AH-90沥青；
透水沥青层的制备方法如下：将沥青在130-150℃环境中使沥青熔化，将其加热到液体状态后倒入反应器中，然后加入相容剂，在300-500rpm速度下搅拌20-30min，使相容剂和沥青充分混合，得到混合后样品；
将混合样品升温至195-210℃，加入胶粉和水泥，在500-1000rpm下搅拌2-3h使胶粉充分溶胀，得到溶胀后的样品；
向溶胀样品中加入高分子聚合物，即SBS改性剂，在高速剪切机中，以3000-4000rpm的转速剪切40-60min，得到改性后的样品；
将温度降低至180-185℃，加入第一助剂和石子，在500-800rpm下搅拌发育3-4h，得到发育后的样品；
在温度175-185℃下，向发育后的样品中加入减水剂、稀土和发泡剂，在800-1000rpm下搅拌均匀；
所述减水剂的结构式为：
式中，R1、R2、R3和R7为H或CH3，R4和R5为H、CH3、异丙基中的一种，R6和R8为H或OH，Ph为苯环，A、B为二价有机基团；M为H或Na，Z为Na+或K+离子，a、b、c、d分别为合成共聚物单体时的摩尔分数，即(1～3)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1.5)；Y为-CH2-，或-CH2CH(CH3)-；m为40～80；
所述发泡剂由以下重量份数的各组分组成：聚丙烯酰胺10-20、聚苯胺5-15、羟乙基纤维素5-10、水80-100；
所述相容剂为富芳烃类馏分油，所述胶粉的粒径大小为30-50目，所述高分子聚合物为SBS1301-1，SBS4303-2或SBS1201-1；所述第一助剂为DY-1或DY-2。
2.如权利要求1所述的用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土构件，其特征在于，所述混凝土基层包括以下重量份数的组分：水泥380-620、硅灰90-150、粉煤灰75-125、砂420-580、石子980-1100、石灰石粉11-23、第二助剂8-15、水240-280、陶粒15-35、松香3-6、甲基纤维素5-10、海泡石纤维5-10、二氧化钛5-10。
3.如权利要求2所述的用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土构件，其特征在于，所述第二助剂由以下重量份数的组分组成：减水剂5-10、阻锈剂2-6、缓凝剂0.1-0.6、EVA 5-10。
4.如权利要求3所述的用于海绵城市建设的透水性多功能混凝土构件，其特征在于，所述减水剂的结构式为：
式中，R1、R2、R3和R7为H或CH3，R4和R5为H、CH3、异丙基中的一种，R6和R8为H或OH，Ph为苯环，A、B为二价有机基团；M为H或Na，Z为Na+或K+离子，a、b、c、d分别为合成共聚物单体时的摩尔分数，即(1～3)：(3～5)：(1～2)：(0.5～1.5)；Y为-CH2-，或-CH2CH(CH3)-；m为40～80；
所述缓凝剂为羟基羧酸、糖蜜缓凝剂或木质素磺酸盐类缓凝剂中的一种；
所述阻锈剂为RI钢筋阻锈剂、JK-H2O复合氨基醇、COR防腐阻锈剂、乙酸钙或苯甲酸钠中的至少一种。
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