CN107382221A - 一种透水混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透水混凝土，属于建筑材料技术领域。本发明将纳米铝粉和多巴胺溶液浸泡后，过滤，洗涤，干燥，得滤饼，再将滤饼分散于正硅酸乙酯，再逐滴滴加乙醇溶液，恒温搅拌反应，过滤，洗涤，干燥，即得改性纳米铝粉，改性纳米铝粉中还可以添加柠檬酸溶液，再将硅酸盐水泥，河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水，减水剂，硅烷偶联剂和改性纳米铝粉混合搅拌，即得透水混凝土。发明技术方案透水混凝土兼具优异的力学性能和透水性能。
Description
技术领域
本发明公开了一种透水混凝土，属于建筑材料技术领域。
背景技术
城市道路、人行道、广场等城市设施无论是在设计还是在施工上，基本都是密实而不透水，给城市带来了如热岛效应、地下水位下降等环境影响。由于城市路面的不透水性及排水系统功能的欠缺，致使城市内涝现象日渐增多，严重时导致交通瘫痪，生命财产安全受到威胁，每年夏季暴雨导致城市汽车和人员被淹的案例近几年多不胜数。如果将透水混凝土广泛应用于道路的路面上，则能较大程度改善这一状况。透水混凝土与传统的混凝土相比，其最大特点是有15%～30%的连通孔隙，具有透气性和透水性。将这种材料用于铺筑道路、广场、人行道路等，能扩大城市的透水、透气面积，增加行人、行车的舒适性和安全性，减少交通噪声，对调节城市空气的温度和湿度、维持地下土壤的水位和生态平衡具有重要作用。
透水系数反映透水混凝土的透水性能，强度的大小反映混凝土的力学指标，透水系数和抗压强度作为透水混凝土的两个重要性能指标，其数值大小关系到透水混凝土的使用效果及应用程度，对透水混凝土透水系数和抗压强度的研究已成为一项重要的研究内容。影响透水混凝土强度的因素有很多，其中最重要的是透水混凝土的孔隙率。
所以，透水混凝土在满足强度要求的同时，还需要保持一定的贯通孔隙来满足透水性的要求，因此在配制时除了选择合适的原材料外，还要通过配合比设计和制备工艺以及添加剂来达到保证强度和孔隙率的目的。传统透水混凝土的制备过程是由骨料、水泥、水等组成，多采用单粒级或间断粒级的粗骨料作为骨架，细骨料的用量一般控制在总骨料的20%以内；水泥可选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥；掺合料可选用硅灰、粉煤灰、矿渣微细粉等。投料时先放入水泥、掺合料、粗骨料，再加入一半的水用量，搅拌30s；然后加入添加剂（外加剂、颜料等），搅拌60s；最后加入剩余水量，搅拌120s出料。但是，这样虽能在一定程度上提高透水性能，但是达到的效果还是不尽人意，同时使得由此制备的透水混凝土力学性能有所下降。
因此，如能解决透水混凝土的力学性能和透水性能不佳的问题，对透水混凝土的的推广与应用具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统透水混凝土力学性能和透水性能不佳的问题，提供了一种透水混凝土。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种透水混凝土，是由以下重量份数的原料组成：30～40份水泥、90～100份河沙、10～20份硅灰、10～20份粉煤灰、10～20份矿渣、20～30份水、40～50份减水剂、20～30份硅烷偶联剂、10～20份改性纳米铝粉；
所述改性纳米铝粉改性过程为：按质量比1：10～1：20将纳米铝粉和多巴胺溶液浸泡后，过滤，洗涤，干燥，得滤饼，再按重量份数计，依次取20～30份滤饼，20～40份正硅酸乙酯，80～120份乙醇溶液，先将滤饼分散于正硅酸乙酯，再逐滴滴加乙醇溶液，恒温搅拌反应，过滤，洗涤，干燥，即得改性纳米铝粉；
所述透水混凝土制备过程为：按原料组成称量各原料，将硅酸盐水泥，河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水，减水剂，硅烷偶联剂和改性纳米铝粉混合搅拌，即得透水混凝土。
所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。
所述河沙细度模数为3.3～2.3。
所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。
所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂或脂肪族高效减水剂中的任意一种。
所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
所述改性纳米铝粉改性过程中，还可以向无水乙醇溶液中滴加纳米铝粉质量0.1～0.2倍质量分数为3～5%柠檬酸溶液。
所述透水混凝土中还可以添加硅烷偶联剂0.3～0.4倍的硅藻土。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过添加改性纳米铝粉，在改性过程中，先用多巴胺溶液浸泡，在纳米铝粉表面形成一层聚多巴胺吸附层，一方面，可避免纳米铝粉在处理过程中与氧气接触而被氧化，另一方面，可有效提高纳米铝粉对正硅酸乙酯水解产生的二氧化硅的吸附性能，在纳米铝粉表面形成一层二氧化硅保护层，在使用过程中，二氧化硅首先于碱性体系下发生溶解，生成对应硅酸盐，硅酸盐的生成，可进一步水化，从而使混凝土强度提高，另外，二氧化硅溶解后，纳米铝粉得以暴露，纳米铝粉可于碱性体系下与水反应生成气体，使混凝土内部孔隙率得到有效提高，再者，铝粉反应后产物为对应偏铝酸盐，可进一步参加水泥的水化反应过程，有利于混凝土前期强度的有效提高；
（2）本发明技术方案通过在纳米铝粉改性过程中添加少量柠檬酸，呈弱酸性的柠檬酸的加入，一方面，可有效去除纳米铝粉表面氧化层，另一方面，可与部分纳米铝粉发生反应，生成微小的气泡，气泡覆盖于纳米铝粉表面，并与纳米铝粉一起被正硅酸乙酯水解产生的二氧化硅包覆，使包覆形成的产物体积增大，在后期使用过程中，有利于混凝土体系内部孔隙率的进一步提升，从而使透水效果进一步提升；
（3）本发明通过添加硅藻土，硅藻土内部蓬松多孔，一方面，具有很好的吸水性，为混凝土充分水化，提供有利条件，另一方面，硅藻土渗透性强，混凝土固化后，起到很好的透水作用。
具体实施方式
按质量比1：10～1：20将纳米铝粉和质量浓度2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度30～40℃，转速为400～500r/min条件下，加热搅拌混合30～40min后，过滤，得滤饼，随后将滤饼用去离子水洗涤3～5次，再将洗涤后的滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥20～30min，得干燥滤饼，再按重量份数计，依次取20～30份滤饼，20～40份正硅酸乙酯，80～120份质量分数为40～50%乙醇溶液，随后将滤饼和正硅酸乙酯加入三口烧瓶中，将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度30～40℃，转速500～600r/min条件下搅拌混合20～30min，再通过滴液漏斗以3～5mL/min速率逐滴滴加乙醇溶液至三口烧瓶中，同时通过滴液漏斗以3～5mL/min速率逐滴滴加纳米铝粉质量0.1～0.2倍质量分数为3～5%柠檬酸溶液至三口烧瓶中，待乙醇溶液和柠檬酸溶液都滴加完毕，于温度30～40℃，转速500～600r/min条件下继续搅拌混合20～30min，得混合液，随后将所得混合液过滤，得滤渣，再将所得滤渣用去离子水洗涤3～5次，再将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥30～40min，即得改性纳米铝粉；按重量分数计，依次取30～40份水泥、90～100份河沙、10～20份硅灰、10～20份粉煤灰、10～20份矿渣、20～30份水、40～50份减水剂、20～30份硅烷偶联剂、10～20份改性纳米铝粉，将水泥，河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水，减水剂，硅烷偶联剂和改性纳米铝粉加入混料机中，于转速为1300～1400r/min条件下高速搅拌40～50min，再向混料机中加入硅烷偶联剂0.3～0.4倍的硅藻土，于转速为1300～1400r/min条件下继续高速搅拌40～50min，即得透水混凝土。所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。所述河沙细度模数为3.3～2.3。所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂或脂肪族高效减水剂中的任意一种。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
实例1
按质量比1：20将纳米铝粉和质量浓度2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，随后将滤饼用去离子水洗涤5次，再将洗涤后的滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥30min，得干燥滤饼，再按重量份数计，依次取30份滤饼，40份正硅酸乙酯，120份质量分数为50%乙醇溶液，随后将滤饼和正硅酸乙酯加入三口烧瓶中，将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速600r/min条件下搅拌混合30min，再通过滴液漏斗以5mL/min速率逐滴滴加乙醇溶液至三口烧瓶中，同时通过滴液漏斗以5mL/min速率逐滴滴加纳米铝粉质量0.2倍质量分数为5%柠檬酸溶液至三口烧瓶中，待乙醇溶液和柠檬酸溶液都滴加完毕，于温度40℃，转速600r/min条件下继续搅拌混合30min，得混合液，随后将所得混合液过滤，得滤渣，再将所得滤渣用去离子水洗涤5次，再将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥40min，即得改性纳米铝粉；按重量分数计，依次取40份水泥、100份河沙、20份硅灰、20份粉煤灰、20份矿渣、30份水、50份减水剂、30份硅烷偶联剂、20份改性纳米铝粉，将水泥，河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水，减水剂，硅烷偶联剂和改性纳米铝粉加入混料机中，于转速为1400r/min条件下高速搅拌50min，再向混料机中加入硅烷偶联剂0.4倍的硅藻土，于转速为1400r/min条件下继续高速搅拌50min，即得透水混凝土。所述水泥为硅酸盐水泥。所述河沙细度模数为2.3。所述矿渣为高炉矿渣。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。
实例2
按重量分数计，依次取40份水泥、100份河沙、20份硅灰、20份粉煤灰、20份矿渣、30份水、50份减水剂、30份硅烷偶联剂，将水泥，河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水，减水剂和硅烷偶联剂加入混料机中，于转速为1400r/min条件下高速搅拌50min，再向混料机中加入硅烷偶联剂0.4倍的硅藻土，于转速为1400r/min条件下继续高速搅拌50min，即得透水混凝土。所述水泥为硅酸盐水泥。所述河沙细度模数为2.3。所述矿渣为高炉矿渣。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。
实例3
按质量比1：20将纳米铝粉和质量浓度2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，随后将滤饼用去离子水洗涤5次，再将洗涤后的滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥30min，得干燥滤饼，再按重量份数计，依次取30份滤饼，40份正硅酸乙酯，120份质量分数为50%乙醇溶液，随后将滤饼和正硅酸乙酯加入三口烧瓶中，将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速600r/min条件下搅拌混合30min，再通过滴液漏斗以5mL/min速率逐滴滴加乙醇溶液至三口烧瓶中，待乙醇溶液滴加完毕，于温度40℃，转速600r/min条件下继续搅拌混合30min，得混合液，随后将所得混合液过滤，得滤渣，再将所得滤渣用去离子水洗涤5次，再将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥40min，即得改性纳米铝粉；按重量分数计，依次取40份水泥、100份河沙、20份硅灰、20份粉煤灰、20份矿渣、30份水、50份减水剂、30份硅烷偶联剂、20份改性纳米铝粉，将水泥，河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水，减水剂，硅烷偶联剂和改性纳米铝粉加入混料机中，于转速为1400r/min条件下高速搅拌50min，再向混料机中加入硅烷偶联剂0.4倍的硅藻土，于转速为1400r/min条件下继续高速搅拌50min，即得透水混凝土。所述水泥为硅酸盐水泥。所述河沙细度模数为2.3。所述矿渣为高炉矿渣。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。
实例4
按质量比1：20将纳米铝粉和质量浓度2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，随后将滤饼用去离子水洗涤5次，再将洗涤后的滤饼置于真空冷冻干燥箱中干燥30min，得干燥滤饼，再按重量份数计，依次取30份滤饼，40份正硅酸乙酯，120份质量分数为50%乙醇溶液，随后将滤饼和正硅酸乙酯加入三口烧瓶中，将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度40℃，转速600r/min条件下搅拌混合30min，再通过滴液漏斗以5mL/min速率逐滴滴加乙醇溶液至三口烧瓶中，同时通过滴液漏斗以5mL/min速率逐滴滴加纳米铝粉质量0.2倍质量分数为5%柠檬酸溶液至三口烧瓶中，待乙醇溶液和柠檬酸溶液都滴加完毕，于温度40℃，转速600r/min条件下继续搅拌混合30min，得混合液，随后将所得混合液过滤，得滤渣，再将所得滤渣用去离子水洗涤5次，再将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥40min，即得改性纳米铝粉；按重量分数计，依次取40份水泥、100份河沙、20份硅灰、20份粉煤灰、20份矿渣、30份水、50份减水剂、30份硅烷偶联剂、20份改性纳米铝粉，将水泥，河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水，减水剂，硅烷偶联剂和改性纳米铝粉加入混料机中，于转速为1400r/min条件下高速搅拌50min，即得透水混凝土。所述水泥为硅酸盐水泥。所述河沙细度模数为2.3。所述矿渣为高炉矿渣。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。
对比例：杭州某建材有限公司生产的透水混凝土。
将实例1至4所得的透水混凝土及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.抗压强度：按照GB/T50081-2011进行测试；
2.抗折强度：按照GB/T50081-2011进行测试；
3.透水系数：测试透水系数步骤如下：①分别在圆柱形筒内成型20cm厚的试件，标养条件养护；②取出试件，在进行测试之前，用橡皮泥密封试件与透水仪之间的接缝；③记录时间，向透水仪中加水至一定高度后停止加水，从距试件上表面160mm起计时，直至0为止。透水系数的计算公式（1）如下：
V=H/t （1）
式中：V为透水系数，mm/s；H为水位下降高度，160mm；t为水位从160mm高度降至0的时间，s；
4.孔隙率：将试件在水中浸泡24h，并在水中测试试件的质量m1，然后将试件风干24h，测其质量m2，根据式（2）计算混凝土的孔隙率P。
P=（1-（m2-m1）/（V·ρ水））×100% （2）
式中：V为试件的体积；ρ水为水的密度。
具体检测结果如表1所示：
表1
| 检测项目 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | 对比例 |
| 抗压强度/MPa | 26.3 | 22.7 | 20.1 | 25.9 | 17.5 |
| 抗折强度/MPa | 5.98 | 4.57 | 4.06 | 5.01 | 3.12 |
| 透水系数/（mm/s） | 5.98 | 3.46 | 2.87 | 4.35 | 1.35 |
| 孔隙率/% | 29.9 | 20.6 | 18.3 | 25.4 | 13.1 |
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的透水混凝土兼具优良的力学性能和透水性能的特点，在透水混凝土推广与应用中具有促进作用。
Claims (8)
1.一种透水混凝土，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：30～40份水泥、90～100份河沙、10～20份硅灰、10～20份粉煤灰、10～20份矿渣、20～30份水、40～50份减水剂、20～30份硅烷偶联剂、10～20份改性纳米铝粉；
所述改性纳米铝粉改性过程为：按质量比1：10～1：20将纳米铝粉和多巴胺溶液浸泡后，过滤，洗涤，干燥，得滤饼，再按重量份数计，依次取20～30份滤饼，20～40份正硅酸乙酯，80～120份乙醇溶液，先将滤饼分散于正硅酸乙酯，再逐滴滴加乙醇溶液，恒温搅拌反应，过滤，洗涤，干燥，即得改性纳米铝粉；
所述透水混凝土制备过程为：按原料组成称量各原料，将硅酸盐水泥，河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水，减水剂，硅烷偶联剂和改性纳米铝粉混合搅拌，即得透水混凝土。
2.根据权利要求1所述一种透水混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。
3.根据权利要求1所述一种透水混凝土，其特征在于：所述河沙细度模数为3.3～2.3。
4.根据权利要求1所述一种透水混凝土，其特征在于：所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。
5.根据权利要求1所述一种透水混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂或脂肪族高效减水剂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述一种透水混凝土，其特征在于：所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
7.根据权利要求1所述一种透水混凝土，其特征在于：所述改性纳米铝粉改性过程中，还可以向无水乙醇溶液中滴加纳米铝粉质量0.1～0.2倍质量分数为3～5%柠檬酸溶液。
8.根据权利要求1所述一种透水混凝土，其特征在于：所述透水混凝土中还可以添加硅烷偶联剂0.3～0.4倍的硅藻土。
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