CN107935445B

CN107935445B - 一种透水混凝土增强剂及其制备方法

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Publication number: CN107935445B
Application number: CN201711143692.5A
Authority: CN
Inventors: 黄修林; 唐涛; 黄绍龙; 张群峰; 丁平祥; 程铠; 储昭胜
Original assignee: Hubei University
Current assignee: Hubei University
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: CN107935445A

Abstract

本发明公开了一种透水混凝土增强剂，各组分及其所占重量份数为：亚硝酸钠7～15份，聚羧酸高效减水剂5～11份，硅灰55～71份，硫酸钙晶须12～20份，醇胺类化合物1～3份；纤维素保水材料1～3份。本发明所述透水混凝土增强剂在保证透水混凝土良好透水性能的前提下，可大幅度提升所得混凝土的抗压强度和耐磨性，并拓宽其应用领域；此外，在保证相同强度等级的条件下，本发明所述透水混凝土增强剂可节约14～18％的水泥用量，具有显著的经济和环境效益；将所述增强剂应用于透水混凝土的生产，透水混凝土的性能得到了大幅度的提升，可有效解决一系列城市雨水疏排问题，适用作海绵城市建材，具有重要的社会效益。

Description

一种透水混凝土增强剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种透水混凝土增强剂及其制备方法。

背景技术

近年来，许多城市都存在内涝频发的问题，而城市中采用的不透水路面，是造成城市内涝的重要原因之一。暴雨发生时，雨水无法自然渗透，而迅速形成地表径流，流向低洼地带，由于地下排水管道泄水能力的限制，形成了我国部分大城市低洼地带“逢大雨必涝”的怪圈。发达国家城市内涝的现象很少见，一方面由于规划合理，地下管网排水能力强，另一方面，透水路面的广泛使用，也缓解了地下排水管道的压力。德国计划在短期内将90％的城市道路改造成透水混凝土路面，可见其对透水路面的认可。

针对传统不透水路面带来的一系列的问题，如遇大雨或者暴雨时的路面大范围积水、雨水对地下水的补充不足等，透水性路面的出现为这些问题的解决提供了途径。对于透水路面系统的透水混凝土部分来说，透水混凝土创造了混凝土与自然环境的街接点，必然对人类的可持续发展作出重大贡献。但是，总体上讲，目前国内对其理论知识认知水平和研究的不够，关于其透水性的认识尚不一致，也无标准可循，现有透水混凝土普遍存在强度不足、透水性能不达标的等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有透水混凝土普遍存在强度不足、透水性能不达标等问题，提供一种透水混凝土增强剂，将其应用于制备透水混凝土，在保证透水混凝土良好透水性能的基础上，可大幅度提高混凝土的抗压强度及耐磨性，实现透水混凝土强度性能和透水性能的同步改进；并可有效降低水泥添加量；且涉及的原料来源广、制备方法简单，具有重要的经济和社会效益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种透水混凝土增强剂，各组分及其所占重量份数为：亚硝酸钠7～15份，聚羧酸高效减水剂5～11份，硅灰55～71份，硫酸钙晶须12～20份，醇胺类化合物1～3份，纤维素保水材料1～3份。

优选的，所述透水混凝土增强剂中，各组分及其所占重量份数为：亚硝酸钠10～12份，聚羧酸高效减水剂7～10份，硅灰59～65份，硫酸钙晶须14～16份，三异丙醇胺1～1.5份，甲基纤维素1.5～2份。

上述方案中，所述醇胺类化合物为三乙醇胺或三异丙醇胺。

上述方案中，所述纤维素保水材料为甲基纤维素或羟乙基纤维素。

上述方案中，所述硫酸钙晶须是具有均匀横截面、完整外形、完善内部结构的纤维状(须状)单晶体；其密度为2.5～2.8g/cm³，直径为1.0～5.2μm，长径比为40～70的占95％以上，莫氏硬度为2～5，抗张强度为19.0～22.0Gpa。

上述方案中，所述硅灰的粒径为0.15～0.33μm，比表面积为15～22m²/g，比重为2.2～2.5g/cm³，自然堆积密度为200～240kg/m³。

上述方案中，所述聚羧酸高效减水剂的分子量为30000～50000，减水率为25％以上，堆积密度为300～600kg/m³，pH值(10％水溶液)为6.5～7.5。

上述一种透水混凝土增强剂的制备方法，它包括如下步骤：1)按配比称取亚硝酸钠、聚羧酸高效减水剂、硅灰、硫酸钙晶须、醇胺类化合物和纤维素保水材料；2)将称取的各原料投入混料机中2)将称取各原料投入混料机中进行混料；3)将所得混合料进行研磨，至粒径小于1um占95％以上，即得所述透水混凝土增强剂。

上述方案中，所述混料温度为40～45℃，速度为400～500r/min，时间为45～60min。

本发明的原理为：本发明所述透水混凝土增强剂中聚羧酸高效减水剂可强力分散凝聚颗粒，增加水泥浆体的粘度，使水泥浆体均匀且牢固地包裹在集料表面；硅灰在早期水化过程中起晶核作用，具有高的火山灰活性，有利于提高早期强度；且硅灰、聚羧酸高效减水剂与亚硝酸钠的协同作用，加速水泥的水化速率，并加大了水泥的水化程度，提高了透水混凝土的透水性能；聚羧酸高效减水剂减少了透水混凝土的泌水现象，聚羧酸高效减水剂、醇胺类化合物和纤维素保水材料的配合使用保证了透水混凝土的保水性；硫酸钙晶须集增强纤维和无机填料二者的优势于一体，在透水混凝土水化过程中可增强骨架间的孔隙壁，使水化产物与集料形成一个坚固、稳定的骨架空隙结构，其本身较高的强度以及混凝土较高的整体性结构在混凝土受力时，分散了大部分的受力，避免了应力的集中，减缓了裂缝的扩展，提高了透水混凝土的耐磨性能，进一步增强了透水混凝土的力学性能，使透水道路更加坚固、耐用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明所述透水混凝土增强剂在保证透水混凝土良好透水性能的前提下，可大幅度提升所得混凝土的抗压强度和耐磨性，抗压强度增幅可达15～20％；有效提升所得透水混凝土的使用性能，克服现有透水混凝土强度性能和透水性能之间难以兼顾的技术难题，实现透水混凝土强度性能和透水性能的同步改进，拓宽其应用领域；

2)在保证相同强度等级的条件下，本发明所述透水混凝土增强剂可节约14～18％的水泥用量，具有显著的经济和环境效益；

3)将所述增强剂应用于透水混凝土的生产，透水混凝土的性能得到了大幅度的提升，可有效解决一系列城市雨水疏排问题，适用作海绵城市建材，具有重要的社会效益。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，采用的硅灰粒径为0.25μm，比表面积约为18m²/g，比重为2.4g/cm³，自然堆积密度为220kg/m³；采用的硫酸钙晶须密度为2.6g/cm³，直径为4.2μm，长径比为40～70的占96％，莫氏硬度为4，抗张强度为20.0Gpa；采用的聚羧酸高效减水剂分子量为37000，活性成分94％以上，减水率达到26％，堆积密度为390kg/m³，pH值(10％水溶液)为7。

实施例1

一种透水混凝土增强剂，各组分及其所占重量份数为：亚硝酸钠11份，聚羧酸高效减水剂7份，硅灰65份，硫酸钙晶须14份，三异丙醇胺1份，甲基纤维素2份。其制备方法包括如下步骤：1)按配比称取亚硝酸钠、聚羧酸高效减水剂、硅灰、硫酸钙晶须、醇胺类化合物和纤维素保水材料；2)将称取各原料投入混料机中，并在40～45℃的温度条件下以400～500r/min的速度混凝土混合45～60min，得混合料；3)将所得混合料进行研磨，至粒径小于1um占95％以上，即得所述透水混凝土增强剂(增强剂Q₁)。

实施例2

一种透水混凝土增强剂，各组分及其所占重量份数为：亚硝酸钠8份，聚羧酸高效减水剂5份，硅灰63.5份，硫酸钙晶须18份，三异丙醇胺2.5份，甲基纤维素3份。其制备方法包括如下步骤：1)按配比称取亚硝酸钠、聚羧酸高效减水剂、硅灰、硫酸钙晶须、醇胺类化合物和纤维素保水材料；2)将称取各原料投入混料机中，并在40～45℃的温度条件下以400～500r/min的速度混凝土混合45～60min，得混合料；3)将所得混合料进行研磨，至粒径小于1um占95％以上，即得所述透水混凝土增强剂(增强剂Q₂)。

实施例3

一种透水混凝土增强剂，各组分及其所占重量份数为：亚硝酸钠14份，聚羧酸高效减水剂10份，硅灰61份，硫酸钙晶须12份，三异丙醇胺1.5份，甲基纤维素1.5份。其制备方法包括如下步骤：1)按配比称取亚硝酸钠、聚羧酸高效减水剂、硅灰、硫酸钙晶须、醇胺类化合物和纤维素保水材料；2)将称取各原料投入混料机中，并在40～45℃的温度条件下以400～500r/min的速度混凝土混合45～60min，得混合料；3)将所得混合料进行研磨，至粒径小于1um占95％以上，即得所述透水混凝土增强剂(增强剂Q₃)。

对比例1

一种透水混凝土增强剂，各组分及其所占质量百分比为：亚硝酸钠13份，聚羧酸高效减水剂8份，硅灰75份，三异丙醇胺1.5份，甲基纤维素2.5份。其制备方法包括如下步骤：1)按配比称取亚硝酸钠、聚羧酸高效减水剂、硅灰、醇胺类化合物和纤维素保水材料；2)将称取各原料投入混料机中，并在40～45℃的温度条件下以400～500r/min的速度混凝土混合45～60min，得混合料；3)将所得混合料进行研磨，至粒径小于1um占95％以上，即得所述透水混凝土增强剂(增强剂J₁)。

应用例

分别将上述实施例所得增强剂Q₁、增强剂Q₂、增强剂Q₃和增强剂J₁应用于制备透水混凝土，具体配比条件见表1。

表1不同增强剂条件所得透水混凝土的配合比

表1中，采用的水泥为武汉武钢华新水泥有限公司出售的强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；碎石为黄陂区公路管理局采石厂出售的规格为5～13mm的碎石；江砂为湖北美琪建筑器材有限公司出售的江砂，其堆积密度1400～1600kg/m³。

将按表1所述配方制备透水混凝土，对所得试样进行标准养护，并进行测试，测试结果见表2。

表2不同增强剂条件所得透水混凝土试样的测试结果

《CJJT 135-2009透水水泥混凝土路面技术规程》规定，透水水泥混凝土的透水系数(15℃)≥0.5mm/s，28d抗压强度≥30MPa,其耐磨性(磨坑长度)≤30mm。由表2可以看出，E₁为不添加增强剂所得透水混凝土的透水性能没有达到透水系数(15℃)≥0.5mm/s的规定，且其抗压强度及耐磨性均不达标。

引入本发明所得增强剂Q₁后，所得透水混凝土试样的抗压强度和耐磨性均有大幅度的提高，混凝土的强度增幅达到了19.1％，且透水系数也得到了一定的提升；此外，尝试减少增强剂Q₁所得透水混凝土中水泥的掺量，在水泥掺量减少16.7％时，试样各项性能基本达到了标准中的规定，这说明增强剂Q₁可在保证透水混凝土性能的同时大幅度降低透水混凝土生产的成本。

引入本发明所得增强剂Q₂和增强剂Q₃后，所得的透水混凝土试样的抗压强度和耐磨性以及透水性能均得到了一定的提升，均符合《CJJT 135-2009透水水泥混凝土路面技术规程》中的规定。

引入本发明所得增强剂J₁后，所得透水混凝土的性能虽然有一定的提升，但在相同配比条件下，其强度性能、透水性能、保水、耐磨性能均整体弱于增强剂Q₁的增强效果；且由应用例E₆和E₇测试结果可以看出，采用本申请所得增强剂Q₁所得透水混凝土，在水泥掺量减少16.7％的情况下，可表现出优于增强剂J₁的透水、保水和耐磨性能。

综上，本发明所得增强剂，可大幅度提高透水混凝土的抗压强度及耐磨性等性能，其强度增幅可达19.1％；在保证透水混凝土性能符合标准的前提条件下，可减少水泥产量16.7％，具有显著的经济和环境效益。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和构思，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种透水混凝土增强剂，各组分及其所占重量份数为：亚硝酸钠7～15份，聚羧酸高效减水剂5～11份，硅灰55～71份，硫酸钙晶须12～20份，醇胺类化合物1～3份，纤维素保水材料1～3份。

2.根据权利要求1所述的透水混凝土增强剂，其特征在于，各组分及其所占重量份数为：亚硝酸钠10～12份，聚羧酸高效减水剂7～10份，硅灰59～65份，硫酸钙晶须14～16份，三异丙醇胺1～1.5份，甲基纤维素1.5～2份。

3.根据权利要求1所述的透水混凝土增强剂，其特征在于，所述醇胺类化合物为三乙醇胺或三异丙醇胺。

4.根据权利要求1所述的透水混凝土增强剂，其特征在于，所述纤维素保水材料为甲基纤维素或羟乙基纤维素。

5.根据权利要求1所述的透水混凝土增强剂，其特征在于，所述硫酸钙晶须的密度为2.5～2.8g/cm³，直径为1.0～5.2μm，长径比为40～70的占95％以上，莫氏硬度为2～5，抗张强度为19.0～22.0Gpa。

6.根据权利要求1所述的透水混凝土增强剂，其特征在于，所述硅灰的粒径为0.15～0.33μm，比表面积为15～22m²/g，比重为2.2～2.5g/cm³，自然堆积密度为200～240kg/m³。

7.权利要求1～6任一项所述透水混凝土增强剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按配比称取亚硝酸钠、聚羧酸高效减水剂、硅灰、硫酸钙晶须、醇胺类化合物和纤维素保水材料；2)将称取的各原料投入混料机中进行混料；3)将所得混合料进行研磨，至粒径小于1um占95％以上，即得所述透水混凝土增强剂。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述混料温度为40～45℃，速度为400～500r/min，时间为45～60min。