CN107089807B - 一种透水混凝土凝胶剂及其制备方法 - Google Patents

一种透水混凝土凝胶剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种透水混凝土凝胶剂及其制备方法，涉及建筑材料领域。按照重量百分比，该凝胶剂包括：硫酸铵3.5％‑5.5％，硫酸钠2％‑4％，氯化镁0.5％‑2％，硫酸钾0.5％‑2％，硅酸钠0.15％‑0.4％，聚合硫酸铁1％‑3％，硫酸钙20％‑30％，葡萄糖酸钠0.15％‑0.4％，保水剂0.1％‑0.4％，水52.3％‑70％。该凝胶剂具有保证道路各项物理指标的前提下提高混凝土的透水保水性，提高水泥的抗压强度、耐磨性等。其含有大量金属离子，有助于充分电解水泥中的有效离子，加速水泥水化反应，形成网络状晶体结构，增强透水混凝土的强度。该凝胶剂的制备方法简单、周期短、成本低，适用于工业化生产。

Description

一种透水混凝土凝胶剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，且特别涉及一种透水混凝土凝胶剂及其制备方法。
背景技术
透水混凝土是由骨料、水泥矿物掺合物、水、外加剂拌合而成的一种建筑用料，该领域的研究应用始于100多年前。透水混凝土能让雨水流入地下，有效的补充地下水，缓解城市地下水位急剧下降等一些城市环境问题，是维护生态平衡、缓解城市热岛效应的优良铺装材料，是建设“海绵城市”的最佳材料。然而，由于各种条件的限制，目前对透水混凝土的研究和推广还有很大的进步空间。
发明人研究发现，凝胶剂是直接影响透水混凝土的强度和透水系数的关键因素。目前，关于透水混凝土凝胶剂的研究已引起了科研工作者的重视，如专利号CN206052494U采用高吸水树脂制备了透水性良好的透水砖，但由于有机高分子材料的使用，其毒性及抗老化性能等有待进一步研究。因此，开发一种透水性能好、强度高、成本低、无毒性、抗老化性能好的透水混凝土凝胶剂是非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透水混凝土凝胶剂，此透水混凝土凝胶剂具有保证道路各项物理指标的前提下有效提高混凝土的透水保水性，提高水泥的抗压强度、耐磨性等优点。
本发明的另一目的在于提供一种透水混凝土凝胶剂的制备方法，此制备方法简单、周期短、成本低，适用于工业化生产。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种透水混凝土凝胶剂，按照重量百分比计，包括如下组分：
硫酸铵3.5％-5.5％，硫酸钠2％-4％，氯化镁0.5％-2％，硫酸钾0.5％-2％，硅酸钠0.15％-0.4％，聚合硫酸铁1％-3％，硫酸钙20％-30％，葡萄糖酸钠0.15％-0.4％，保水剂0.1％-0.4％，水52.3％-70％。
本发明提出一种透水混凝土凝胶剂的制备方法，其包括以下步骤：
加料溶解：将既定百分比的上述原料按照加料顺序加入水中得到混合液，其中，加料顺序为：依照硫酸铵、硫酸钾、氯化镁、硫酸钠、聚合硫酸铁、硫酸钙、葡萄糖酸钠、硅酸钠、保水剂的顺序依次进行加料；
保温搅拌：混合液经保温搅拌后得到透水混凝土凝胶剂。
本发明实施例的透水混凝土凝胶剂及其制备方法的有益效果是：
本发明所制备的透水混凝土凝胶剂含有大量金属离子，有助于充分电解水泥中的有效离子，加速水泥水化反应，形成网络状晶体结构，增强透水混凝土的强度。同时，该凝胶剂具有良好的保水透水性，并且所涉及的制备方法简单、周期短、成本低，适用于工业化生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的透水混凝土凝胶剂及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种透水混凝土凝胶剂，按照重量百分比计，包括如下组分：
硫酸铵3.5％-5.5％，硫酸钠2％-4％，氯化镁0.5％-2％，硫酸钾0.5％-2％，硅酸钠0.15％-0.4％，聚合硫酸铁1％-3％，硫酸钙20％-30％，葡萄糖酸钠0.15％-0.4％，保水剂0.1％-0.4％，水52.3％-70％。
多种金属离子的存在，能够充分电解混凝土中的有效离子。透水混凝土凝胶剂可以渗透到水泥内部，加速水泥水化反应，形成网络状晶体结构，增强透水混凝土的强度，路面的抗压抗折强度大、耐磨性、抗冻性能都得到提高。且将其添加到透水混凝土中进行道路铺设，路面透水和保水性能好。加入凝胶剂的透水混凝土能够使得路面积水迅速渗入透水混凝土内部，且多余积水迅速渗入地下或管道。此外，凝胶剂的使用，能够有效减少水泥以及水的用量，大幅度降低了人工费用以及生产成本，节约资源。
此外，铵离子、钠离子、镁离子、钾离子、铁离子、钙离子、钙离子的存在，上述多种金属离子的百分比含量有所差异，在上述的配比下，能够形成较为优良的保水持水结构，极大提高了透水混凝土的透水性、强度等。该凝胶剂中，既含有低分子无机物的硫酸铁，还含有高分子聚合物的聚合硫酸铁，且含有硅酸钠等，高分子聚合物的强吸附作用及沉淀网补作用，加之硅酸钠强粘接力和强度能够赋予透水混凝土凝胶剂更优良的效果。
进一步地，在本发明较佳实施例中，硫酸铵、硫酸钠、氯化镁、硫酸钾、硅酸钠、聚合硫酸铁、硫酸钙、葡萄糖酸钠、保水剂均为分析纯。
分析纯(AR)是化学试剂的纯度规格，作为试剂的一种含量与纯度的区别。分析纯是指做分析测定用的试剂，杂质非常少，不妨碍分析测定。
进一步地，在本发明较佳实施例中，透水混凝土凝胶剂中，按照重量百分比计，硫酸铵为4％-4.5％，硫酸钠为2.5％-3％，氯化镁为1％-1.25％，硫酸钾为1％-1.25％，硅酸钠为0.25％-0.3％，聚合硫酸铁为2％-2.5％，硫酸钙为25％-28％，葡萄糖酸钠为0.25％-0.3％，保水剂为0.2％-0.25％，水为60.2％。进一步对各成分的重量百分比进行限定，能够优化透水混凝土凝胶剂的透水保水性能等，使产品达到最佳的效果。
进一步地，在本发明较佳实施例中，保水剂选自聚丙烯酰胺、水溶性淀粉、羧甲基纤维素、多孔淀粉、壳聚糖、淀粉-接枝聚丙烯酰胺共聚物中的一种或多种。进一步优选地，保水剂选用质量比为1:0.5:0.3的聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和多孔淀粉。上述三种保水剂能够形成良好的配伍，降低混凝土的泌水率，避免水分子的蒸发，保证水泥的后续水化，确保水透混凝土的抗裂性能，且能够进一步加强透水混凝土的强度。
本发明还提供了上述透水混凝土凝胶剂的制备方法，其包括以下步骤：
加料溶解：将既定百分比的上述原料按照加料顺序加入水中得到混合液，其中，加料顺序为：依照硫酸铵、硫酸钾、氯化镁、硫酸钠、聚合硫酸铁、硫酸钙、葡萄糖酸钠、硅酸钠、保水剂的顺序依次进行加料；
保温搅拌：混合液经保温搅拌后得到透水混凝土凝胶剂。
依照固定的顺序进行加料操作，一方面是保证原料在水中的溶解，对于形成质量均一稳定的透水混凝土凝胶剂具有重要的影响。另一方面，避免原料在添加过程中，形成无法溶解的沉淀物。此外,按照既定的顺序加入不同的原料，能够以一定的顺序形成特定的网络状晶体结构，对加强混凝土的强度及保水性能等有重要影响。且无需添加分散剂等外加剂，降低成本，且避免分散剂成分对产品性能的影响。
进一步地，在本发明较佳实施例中，加料溶解步骤中，每加入一种原料后均进行搅拌操作，搅拌时间为10～50min。例如，加入硫酸铵后搅拌10min后，加入硫酸钾，搅拌20min后，再加入氯化镁，搅拌20min。每加入一种原料都进行搅拌，能够加速原料的溶解，且避免金属盐不溶解的现象发生。
进一步地，在本发明较佳实施例中，加料溶解步骤中，依次将硫酸铵、硫酸钾、氯化镁、硫酸钠、聚合硫酸铁加入水中的过程中，每加入一种原料后都进行搅拌至完全溶解。即，保证在加入硫酸钙之前的每一次加料后均将混合液搅拌至溶液状态。
加料完成后，将混合液搅拌均匀后进行保温搅拌步骤。具体地，将加料完成的混合液添加到恒温水浴反应釜中，设定反应釜水浴温度，调整反应釜搅拌速度并开始对混合液进行连续保温搅拌。保温搅拌一定时间后，得到透水混凝土粘结剂。
进一步地，在本发明较佳实施例中，混合液在60～85℃条件下进行保温搅拌。
进一步地，在本发明较佳实施例中，保温搅拌中，对混合液连续搅拌40～60h。
对保温搅拌的温度和时间加以控制，能够得到质量均一稳定的透水混凝土凝胶剂。在保温搅拌过程中，注意控制温度，温度过高会造成水分的过度蒸发，影响产品的质量；温度过低原料不容易溶解。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的一种透水混凝土凝胶剂，按以下方法制备得到：：
(1)按照重量百分比备取以下原料：
硫酸铵55公斤(5.5％)，硫酸钠40公斤(4％)，氯化镁20公斤(2％)，硫酸钾20公斤(2％)，硅酸钠4公斤(0.4％)，聚合硫酸铁30公斤(3％)，硫酸钙300公斤(30％)，葡萄糖酸钠4公斤(0.4％)，保水剂4公斤(0.4％)，水523公斤(52.3％)。
以上原料均为分析纯。
(2)依照硫酸铵、硫酸钾、氯化镁、硫酸钠、聚合硫酸铁、硫酸钙、葡萄糖酸钠、硅酸钠、保水剂的顺序进行溶解，每加入一种原料后搅拌不少于10min。且注意保证在加入硫酸钙前的每一次加料后均将混合液搅拌至溶液状态。加料完毕后将混合液搅拌均匀备用。
(3)将步骤(2)中所得混合液搅拌均匀，添加到恒温水浴反应釜中，设定反应釜水浴温度为65℃，调整反应釜搅拌速度并开始对混合液进行连续保温搅拌。保温搅拌48h后，得到透水混凝土凝胶剂。
实施例2
本实施例提供的一种透水混凝土凝胶剂，按以下方法制备得到：：
(1)按照重量百分比备取以下原料：
硫酸铵35公斤(3.5％)，硫酸钠20公斤(2％)，氯化镁5公斤(0.5％)，硫酸钾5公斤(0.5％)，硅酸钠1.5公斤(0.15％)，聚合硫酸铁10公斤(1％)，硫酸钙250公斤(25％)，葡萄糖酸钠1.5公斤(0.15％)，保水剂1公斤(0.1％)，水671公斤(67.1％)。
以上原料均为分析纯。
(2)依照硫酸铵、硫酸钾、氯化镁、硫酸钠、聚合硫酸铁、硫酸钙、葡萄糖酸钠、硅酸钠、保水剂的顺序进行溶解，每加入一种原料后搅拌不少于10min。且注意保证在加入硫酸钙前的每一次加料后均将混合液搅拌至溶液状态。加料完毕后将混合液搅拌均匀备用。
(3)将步骤(2)中所得混合液搅拌均匀，添加到恒温水浴反应釜中，设定反应釜水浴温度为70℃，调整反应釜搅拌速度并开始对混合液进行连续保温搅拌。保温搅拌45h后，得到透水混凝土凝胶剂。
实施例3
本实施例提供的一种透水混凝土凝胶剂，按以下方法制备得到：：
(1)按照重量百分比备取以下原料：
硫酸铵45公斤(4.5％)，硫酸钠30公斤(3％)，氯化镁12.5公斤(1.25％)，硫酸钾12.5公斤(1.25％)，硅酸钠2.5公斤(0.25％)，聚合硫酸铁20公斤(2％)，硫酸钙250公斤(25％)，葡萄糖酸钠2.5公斤(0.25％)，保水剂2.5公斤(0.25％)，水622.5公斤(62.25％)。以上原料均为分析纯。
(2)依照硫酸铵、硫酸钾、氯化镁、硫酸钠、聚合硫酸铁、硫酸钙、葡萄糖酸钠、硅酸钠、保水剂的顺序进行溶解，每加入一种原料后搅拌不少于10min。且注意保证在加入硫酸钙前的每一次加料后均将混合液搅拌至溶液状态。加料完毕后将混合液搅拌均匀备用。
(3)将步骤(2)中所得混合液搅拌均匀，添加到恒温水浴反应釜中，设定反应釜水浴温度为65℃，调整反应釜搅拌速度并开始对混合液进行连续保温搅拌。保温搅拌48h后，得到透水混凝土凝胶剂。
实施例4
本实施例提供的一种透水混凝土凝胶剂，按以下方法制备得到：：
(1)按照重量百分比备取以下原料：
硫酸铵40公斤(4％)，硫酸钠25公斤(2.5％)，氯化镁10公斤(1％)，硫酸钾10公斤(1％)，硅酸钠3公斤(0.3％)，聚合硫酸铁25公斤(2.5％)，硫酸钙280公斤(28％)，葡萄糖酸钠3公斤(0.3％)，保水剂2公斤(0.2％)，水602公斤(60.2％)。以上原料均为分析纯。
(2)依照硫酸铵、硫酸钾、氯化镁、硫酸钠、聚合硫酸铁、硫酸钙、葡萄糖酸钠、硅酸钠、保水剂的顺序进行溶解，每加入一种原料后搅拌不少于10min。且注意保证在加入硫酸钙前的每一次加料后均将混合液搅拌至溶液状态。加料完毕后将混合液搅拌均匀备用。
(3)将步骤(2)中所得混合液搅拌均匀，添加到恒温水浴反应釜中，设定反应釜水浴温度为65℃，调整反应釜搅拌速度并开始对混合液进行连续保温搅拌。保温搅拌48h后，得到透水混凝土凝胶剂。
对比例1
本对比例提供的一种透水混凝土凝胶剂，按以下方法制备得到：：
(1)按照重量百分比备取以下原料：
硫酸铵40公斤(4％)，硫酸钠25公斤(2.5％)，氯化镁10公斤(1％)，硫酸钾10公斤(1％)，硫酸钙280公斤(28％)，葡萄糖酸钠3公斤(0.3％)，保水剂2公斤(0.2％)，水602公斤(63％)。以上原料均为分析纯。
(2)分别将硫酸铵、硫酸钾、氯化镁、硫酸钠、硫酸钙加水溶解后得到各原料液。在反应釜中加入水，加入上述各原料液，然后加入葡萄糖酸钠、保水剂得到混合液。
(3)将步骤(2)中所得混合液搅拌均匀，添加到恒温水浴反应釜中，设定反应釜水浴温度为65℃，调整反应釜搅拌速度并开始对混合液进行连续保温搅拌。保温搅拌48h后，得到透水混凝土凝胶剂。
应用例
参照CJJ/T135-2209《透水水泥混凝土路面技术规程》的要求，对上述实施例的透水混凝土粘接剂用于透水混凝土的的性能进行检测。按5.5:1的配比将石料和水泥预先配置好，加入质量分数为1％的上述混凝土粘接剂得到测试样品，测试结果如表1所示：
表1性能测试表
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
透水系数，mm/s 3.1 3.0 3.5 3.3 1.9
连续孔隙率/％ 34 33 39 38 25
弯折强度，MPa 6.1 6.3 6.9 6.8 4.6
综上所述，本发明实施例的透水混凝土凝胶剂含有大量金属离子，有助于充分电解水泥中的有效离子，加速水泥水化反应，形成网络状晶体结构，增强透水混凝土的强度。特别是加入了聚合硫酸铁、硅酸钠等，能够进一步加强产品的透水性能、强度等。同时，该凝胶剂的制备方法简单、周期短、成本低，适用于工业化生产。在制备过程中以既定的顺序添加各原料，有助于形成性能更优异、质量更稳定的透水混凝土凝胶剂。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种透水混凝土凝胶剂，其特征在于，按照重量百分比计，由如下组分组成：
硫酸铵4％-4.5％，硫酸钠2.5％-3％，氯化镁1％-1.25％，硫酸钾1％-1.25％，硅酸钠0.25％-0.3％，聚合硫酸铁2％-2.5％，硫酸钙25％-28％，葡萄糖酸钠0.25％-0.3％，保水剂0.2％-0.25％，水60.2％；
其中，所述保水剂选用质量比为1:0.5:0.3的聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和多孔淀粉。
2.根据权利要求1所述的透水混凝土凝胶剂，其特征在于，所述硫酸铵、所述硫酸钠、所述氯化镁、所述硫酸钾、所述硅酸钠、所述聚合硫酸铁、所述硫酸钙、所述葡萄糖酸钠、所述保水剂均为分析纯。
3.根据权利要求1或2所述的透水混凝土凝胶剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
加料溶解：将既定百分比的上述原料按照加料顺序加入水中得到混合液，其中，所述加料顺序为：依照所述硫酸铵、所述硫酸钾、所述氯化镁、所述硫酸钠、所述聚合硫酸铁、所述硫酸钙、所述葡萄糖酸钠、所述硅酸钠、所述保水剂的顺序依次进行加料；
保温搅拌：所述混合液经保温搅拌后得到透水混凝土凝胶剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，加料溶解步骤中，每加入一种原料后都进行搅拌操作，搅拌时间为10～50min。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，加料溶解步骤中，依次将所述硫酸铵、所述硫酸钾、所述氯化镁、所述硫酸钠、所述聚合硫酸铁加入水中的过程中，每加入一种原料后都进行搅拌至完全溶解。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，保温搅拌步骤中，所述混合液在60～85℃条件下进行保温搅拌。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，保温搅拌中，对所述混合液连续搅拌40～60h。
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