CN107686274A - 一种透水混凝土外加剂及透水混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透水混凝土外加剂及使用该外加剂制成的透水混凝土，此种透水混凝土外加剂由重量份数为：可再分散乳胶粉25～40份、羟丙基甲基纤维素15～30份、减水剂35～60份和改性纳米二氧化硅20～50份的原料组成，采用此种透水混凝土外加剂不但能够有效增强水泥浆体与骨料的粘结力，还能够有效改善混凝土的工作性、提高混凝土的强度和透水系数，延长混凝土的使用寿命。

Description

一种透水混凝土外加剂及透水混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种透水混凝土外加剂及透水混凝土。
背景技术
随着经济与社会的快速发展，城市建设的规模与力度不断加大，使得城市地表环境逐渐硬化，给城市的生态环带来极大的负面影响。传统的水泥或沥青地面会阻止雨水渗透到地下，不仅容易造成城市内涝，影响交通，还会造成雨水的大量流失，不利于地下水的补充。长此以往，会造成地下水位的下降，影响植被生长，加重城市的干旱、缺水等问题。并且，硬化路面阻碍了大气蒸发循环，导致城市区域内空气湿度降低，气温升高，形成“热岛效应”。为此，国家大力提倡并发展“海绵城市”。透水混凝土能够使雨水正常渗透到地下，并且不会阻碍大气蒸发循环，有利于减缓城市“热岛效应”，减少雨水流失，符合“海绵城市”的概念。
透水混凝土以石子为骨架，通过水泥浆体进行粘结，以此获得强度。其中，水泥浆体层的厚度和强度对透水混凝土的强度起决定作用。水泥浆体层过薄，不利于透水混凝土的强度。而过多的水泥浆体则容易流入透水混凝土底部，造成底部封堵的情况，从而降低透水混凝土的透水系数。对此，需通过改善水泥浆体的流动性，以及浆体与骨料的粘结性能，以此将水泥浆体层的厚度控制在一定范围内，使其在保证透水混凝土强度的同时，尽可能高的提高透水混凝土的透水系数。但若使用纯水泥浆体粘结骨料，所得透水混凝土通常强度较低、透水系数小、使用寿命短。对此，常采用添加外加剂的方法来改善透水混凝土的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透水混凝土外加剂及使用该外加剂制成的透水混凝土，采用此种外加剂不但能够有效增强水泥浆体与骨料的粘结力，还能够有效改善混凝土的工作性、提高混凝土的强度和透水系数，延长混凝土的使用寿命。
为实现上述目的，本发明透水混凝土外加剂，由下述重量份数的原料组成：可再分散乳胶粉25～40份、羟丙基甲基纤维素15～30份、减水剂35～60份和改性纳米二氧化硅20～50份。
作为本发明的优选方案，可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物或丙烯酸共聚物中一种或几种共聚物的混合物。
作为本发明的进一步改进，羟丙基甲基纤维素的粘度大于等于15万pa.s。
作为本发明的进一步改进，减水剂为粉状聚羧酸类减水剂。
作为本发明的进一步改进，改性纳米二氧化硅的改性方法包括以下步骤：
步骤一、将硅烷偶联剂配制成质量浓度为1～5％的水溶液；
步骤二、将粒径为10～50nm的纳米二氧化硅加入到步骤一配制的水溶液中，所述纳米二氧化硅与硅烷偶联剂水溶液的质量比为1:1～3，并搅拌10～30min；
步骤三、将步骤二所得浆体于60～80℃的条件下干燥至恒重，并球磨5～15min，即得改性纳米二氧化硅。
采用上述技术方案，能够显著改善透水混凝土的各项性能指标，其中：可再分散乳胶粉能够增加水泥浆体的稠度，使水泥浆体更容易粘附在骨料上，从而减少水泥浆体流入混凝土底部，提高透水混凝土的透水系数。同时，可再分散乳胶粉能够提高水泥浆体与骨料间的粘结力，从而提高透水混凝土的强度；而羟丙基甲基纤维素作为性能优异的保水剂，在改善水泥浆体性能的同时，能够增强透水混凝土的后期强度；聚羧酸减水剂则能显著改善透水混凝土的工作性，通过使用聚羧酸减水调节透水混凝土的工作性，既减少了水泥用量，又保证了混凝土的工作性，且避免了水泥浆体过多或水灰比过大造成的透水系数小或强度低等问题；通过硅烷偶联剂改性后的纳米二氧化硅颗粒具有极好的分散性能，能够均匀的分散在透水混凝土中。细小的纳米二氧化硅颗粒能填充透水混凝土的孔隙，提高透水混凝土的强度和耐久性能。同时，高活性的纳米二氧化硅能够与水泥水化生成的氢氧化钙发生火山灰反应，从而提高透水凝土的强度和耐久性能。且纳米二氧化硅能够有效改善水泥石与骨料的界面过渡区，从而进一步改善透水混凝土的性能，延长透水混凝土的使用寿命。
使用上述外加剂制成的透水混凝土，由下述重量份数的原料组成：水泥280～470份，石子1200～1600份，透水混凝土外加剂5～10份，水90～150份。
作为本发明的优选方案，水泥为强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的任意一种或其组合；石子的粒径为5～15mm。
综上所述，本发明的有益效果是：采用本发明所述的外加剂及使用此种外加剂制成的水泥不但能够有效增强水泥浆体与骨料的粘结力，还能够有效改善混凝土的工作性、提高混凝土的强度和透水系数，延长混凝土的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明：
实施例中各原料介绍：
可再分散乳胶粉，由德国瓦克提供，牌号为RE5044N。
羟丙基甲基纤维素，由山东美凯化工提供，粘度为15±1万pa.s。
减水剂，由江苏博特新材料有限公司提供，为粉体聚羧酸高性能减水剂。
纳米二氧化硅，CAS号：14464-46-1，粒径20nm，由北京德科岛金科技有限公司提供。
硅烷偶联剂，为硅烷偶联剂KH550，由南京旭阳化工有限公司提供。
水泥，型号为P.O 42.5，由江苏省鹤林水泥厂提供。
实施例一：
改性纳米二氧化硅由下述方法制备：步骤一、将硅烷偶联剂配制成质量浓度为1％的水溶液；步骤二、将粒径为20nm的纳米二氧化硅加入到步骤一所配制的硅烷偶联剂水溶液中，并搅拌10min。其中，纳米二氧化硅与硅烷偶联剂水溶液的质量比为1:1；步骤三、将步骤二所得的浆体在60℃的条件下烘干至恒重，并球磨5min。
透水混凝土外加剂的制备(以重量份数计)：将可再分散乳胶粉25份、羟丙基甲基纤维素15份、减水剂35份和上述所得的改性纳米二氧化硅按重量份数取20份混合均匀，即得透水混凝土外加剂。
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥280份、粒径为5～15mm的石子1200份和上述制得的透水混凝土外加剂取5份加入搅拌机中搅拌1min，再加入90份水搅拌2min，即得透水混凝土。
实施例二：
改性纳米二氧化硅由下述方法制备：步骤一、将硅烷偶联剂配制成质量浓度为2％的水溶液；步骤二、将粒径为30nm的纳米二氧化硅加入到步骤一所配制的硅烷偶联剂水溶液中，并搅拌10min。其中，纳米二氧化硅与硅烷偶联剂水溶液的质量比为1:1；步骤三、将步骤二所得的浆体在60℃的条件下烘干至恒重，并球磨10min。
透水混凝土外加剂的制备(以重量份数计)：将可再分散乳胶粉30份、羟丙基甲基纤维素20份、减水剂60份和上述所得的改性纳米二氧化硅40份混合均匀，即得透水混凝土外加剂。
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥470份、粒径为5～15mm的石子1600份和上述制得的透水混凝土外加剂取10份加入搅拌机中搅拌1min，再加入150份水搅拌2min，即得透水混凝土。
实施例三：
改性纳米二氧化硅的制备：步骤一、将硅烷偶联剂配制成质量浓度为5％的水溶液；步骤二、将粒径为10nm的二氧化硅加入到步骤一所配制的硅烷偶联剂水溶液中，并搅拌10min。其中，纳米二氧化硅与硅烷偶联剂水溶液的质量比为1:1；步骤三、将步骤二所得的浆体在60℃的条件下烘干至恒重，并球磨15min。
透水混凝土外加剂的制备(以重量份数计)：将可再分散乳胶粉40份、羟丙基甲基纤维素30份、减水剂60份和上述所得的改性纳米二氧化硅30份混合均匀，即得透水混凝土外加剂。
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥330份、粒径为5～15mm的石子1300份和上述制得的透水混凝土外加剂取10份加入搅拌机中搅拌1min，再加入110份水搅拌2min，即得透水混凝土。
实施例四：
改性纳米二氧化硅的制备：步骤一、将硅烷偶联剂配制成质量浓度为5％的水溶液；步骤二、将粒径为50nm的纳米二氧化硅加入到步骤一所配制的硅烷偶联剂水溶液中，并搅拌30min。其中，纳米二氧化硅与硅烷水溶液的质量比为1:3；步骤三、将步骤二所得的浆体在60℃的条件下烘干至恒重，并球磨5min。
透水混凝土外加剂的制备(以重量份数计)：将可再分散乳胶粉25份、羟丙基甲基纤维素15份、减水剂60份和上述所得的改性纳米二氧化硅50份混合均匀，即得透水混凝土外加剂。
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥400份、粒径为5～15mm的石子1500份和上述制得的透水混凝土外加剂取10份加入搅拌机中搅拌1min，再加入120份水搅拌2min，即得透水混凝土。
实施例五：
改性纳米二氧化硅的制备：步骤一、将硅烷偶联剂配制成质量浓度为3％的水溶液；步骤二、将粒径为40nm的纳米二氧化硅加入到步骤一所配制的硅烷偶联剂水溶液中，并搅拌10min。其中，纳米二氧化硅与硅烷水溶液的质量比为1:2；步骤三、将步骤二所得的浆体在80℃的条件下烘干至恒重，并球磨5min。
透水混凝土外加剂的制备(以重量份数计)：将可再分散乳胶粉25份、羟丙基甲基纤维素15份、减水剂50份和上述所得的改性纳米二氧化硅50份混合均匀，即得透水混凝土外加剂。
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥430份、粒径为5～15mm的石子1600份和上述制得的透水混凝土外加剂取8份加入搅拌机中搅拌1min，再加入140份水搅拌2min，即得透水混凝土。
对比例一：
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥280份、粒径为5～15mm的石子1200份加入搅拌机中搅拌1min，再加入90份水搅拌2min，即得透水混凝土。
对比例二：
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥470份、粒径为5～15mm的石子1600份加入搅拌机中搅拌1min，再加入150份水搅拌2min，即得透水混凝土。
对比例三：
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥330份、粒径为5～15mm的石子1300份加入搅拌机中搅拌1min，再加入110份水搅拌2min，即得透水混凝土。
对比例四：
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥400份、粒径为5～15mm的石子1500份加入搅拌机中搅拌1min，再加入120份水搅拌2min，即得透水混凝土。
对比例五：
透水混凝土的制备(以重量份数计)：先将水泥430份、粒径为5～15mm的石子1600份加入搅拌机中搅拌1min，再加入140份水搅拌2min，即得透水混凝土。
透水混凝土常规性能指标测试结果表
实施例一至实施例五中均掺入了本发明所提供的透水混凝土外加剂，对比例一至对比例五则为与实施例一至实施例五分别对应的未加外加剂的透水混凝土。比较两者的常规性能测试结果，可见：本发明所提供的透水混凝土外加剂能够显著提高透水混凝土的强度，并使透水混凝土具有更高的透水系数，且能够提高透水混凝土的抗冻融循环次数，从而延长透水混凝土的使用寿命。使用本发明所提供的透水混凝土外加剂制备的透水混凝土能够极好地满足相关国家标准和实际应用要求，具有极好的推广、应用前景。

Claims (8)

1.一种透水混凝土外加剂，其特征在于：所述透水混凝土外加剂由下述重量份数的原料组成：可再分散乳胶粉25～40份、羟丙基甲基纤维素15～30份、减水剂35～60份和改性纳米二氧化硅20～50份。
2.根据权利要求1所述的一种透水混凝土外加剂，其特征在于：所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物或丙烯酸共聚物中一种或几种共聚物的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种透水混凝土外加剂，其特征在于：所述羟丙基甲基纤维素的粘度大于等于15万pa.s。
4.根据权利要求1所述的一种透水混凝土外加剂，其特征在于：所述减水剂为粉状聚羧酸类减水剂。
5.根据权利要求1所述的一种透水混凝土外加剂，其特征在于：所述改性纳米二氧化硅的改性方法包括以下步骤：
步骤一、将硅烷偶联剂配制成质量浓度为1～5％的水溶液；
步骤二、将粒径为10～50nm的纳米二氧化硅加入到步骤一配制的水溶液中，所述纳米二氧化硅与硅烷偶联剂水溶液的质量比为1:1～3，并搅拌10～30min；
步骤三、将步骤二所得浆体于60～80℃的条件下干燥至恒重，并球磨5～15min，即得改性纳米二氧化硅。
6.根据权利要求1所述外加剂制成的透水混凝土，其特征在于：所述透水混凝土由下述重量份数的原料组成：水泥280～470份，石子1200～1600份，透水混凝土外加剂5～10份，水90～150份。
7.根据权利要求6所述的透水混凝土，其特征在于：所述水泥为强度等级大于等于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的任意一种或其组合。
8.根据权利要求6所述的透水混凝土，其特征在于：所述石子的粒径为5～15mm。
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