CN107986742A - 一种透水保水材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透水保水材料及其制备方法，所述透水保水材料采用磷酸镁水泥作为粘结剂，所述磷酸镁水泥与骨料的质量比为1:1.5~5，所述骨料的粒径为0.2~5mm；制备方法包括以下步骤：将磷酸镁水泥和骨料混合，并加水搅拌成均匀的混合料后，将所述混合料平铺于路面成型，或者将所述混合料通过压力成型，即得到所述的透水保水材料。本发明实现了将磷酸镁水泥应用于制备透水保水材料，在满足了透水材料良好透水性能的同时，还具有较好的保水性能，而且还具有良好的抗压强度。

Description

一种透水保水材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种透水保水材料及其制备方法。
背景技术
海绵城市是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也可称之为“水弹性城市”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。保水透水型路面材料由于具有较小的孔隙或间隙尺寸，利用其微孔特性能有效的完成吸水、蓄水、渗水、净水的过程，其蓄存的水分能有效调节环境湿度。大力铺装保水透水型路面材料，对推进海绵城市的建设，解决由于封闭性路面导致的“热岛效应”和粉尘污染等问题有显著作用。
目前工程中常用的透水材料主要为水泥基透水材料，现有的水泥基透水材料主要是由无砂混凝土等材料制备而成，透水材料中的粘结剂通常使用普通硅酸盐水泥，由于为了保证透水材料较好的透水性，透水材料中只能使用粒径较大的骨料。因此，使得现有的水泥基透水材料还存在着一些不足：透水材料的孔隙或空隙尺寸较大，容易被灰尘、泥土等杂物堵塞，导致透水材料的透水性能差，不能长期保持较好的有效性能；并且现有的透水材料的间隙太大，透水材料的强度也受到影响；同时，透水材料的孔隙或空隙尺寸较大，其 保水能力也较差。另外，现有的水泥基透水材料凝固时间和养护时间长，一般需要养护7天以上才能使得抗压强度满足要求，或者生产透水制品需要采用热养护手段提高早期强度，成型时必须采用施压设备以提供足够的压制力。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种透水保水材料及其制备方法，解决由于使用硅酸盐水泥作为粘结剂而需使用较大粒径的骨料，进而影响透水保水材料性能的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的透水保水材料，采用磷酸镁水泥作为粘结剂。由于磷酸镁水泥浆体具有非常好的流动性和粘结性能，能在骨料表面形成紧密的薄层，在保持骨料之间具有非常好的粘结的同时，还能形成足够多的孔隙，且不易堵孔，而且磷酸镁强度高，即使形成点接触的骨料仍有较高的强度。
现有技术中常采用环氧树脂等有机物制备透水保水材料，成本高且有机物易老化失效，透水材料需经常更换，而硅酸盐水泥等无机胶凝材料由于粘结性不强，在用小粒径骨料做透水保水材料时，不易成型且成型后强度不高，因而不适于配合小粒径的骨料制备透水保水材料。目前尚未发现通过无机胶凝材料制备的具有良好透水和保水性能的透水保水材料。
本发明所使用的骨料可优选为粒径在0.2-5mm的石英砂、花岗岩、石灰岩、玄武岩、鹅卵石等。
作为优选，所述磷酸镁水泥与骨料的质量比为1:1.5~5。
本发明可根据城市建设不同的环境条件、不同位置以及不同保水性能需求，调整透水保水材料组成的比例和骨料的粒径，使得到的透水材料的透水性能、保水性能能够实现真正的“海绵城市”建设，并且通过本发明透水材料的使用能够缓解和解决城市局部环境面临的热岛效应和粉尘污染问题。
所述磷酸镁水泥与骨料的质量比可进一步优选为1:2~4。
所述骨料的粒径可进一步优选为0.2~2mm。
在上述进一步优选的组成配比下得到的透水保水材料，不仅具有较好的透水性能和保水性能，而且还可以使透水保水材料具有较高的抗压强度。
如上所述的透水保水材料的制备方法，包括如下步骤：将磷酸镁水泥和骨料混合，并加水搅拌成均匀的混合料后，经人工压实成型，或者将所述混合料通过压力成型，即得到所述的透水保水材料。
本发明混合料成型时，可将混合料直接平铺于路面或置于模具中，通过正常的人工压实即可成型，也可以将混合料放入模具中通过压力成型。本发明方法制备的透水保水材料，磷酸镁水泥浆可包裹在细小的骨料颗粒表面形成薄层，使制备得到的透水保水材料具有良好的粘结性和强度的同时，还可以使骨料之间的孔隙不被水泥浆填充，由于可以采用粒径很小的骨料，因此可以获得尺寸为几百微米甚至更为细小的孔隙，孔隙尺寸减小不仅可以降低孔隙对强度的不利影响，且能具有更好的保水作用。
作为优选，所述混合料的水固比为0.03~0.1。
在优选的水固比下，可使制备的透水保水材料在具有良好的透水保水性能的同时，还有利于提高其早期的抗压强度。
作为优选，通过压力成型时，成型压力为2~30MPa。在此条件下，可使制得的透水保水材料同时具备良好的透水及保水性能且还获得合适的抗压强度和孔隙率，稳压时间不超过60s。
作为优选，所述透水保水材料成型后于5~40℃的环境下自然养护。本发明成型后的透水保水材料在5~40℃自然养护1h就能够满足行走要求，3h能够满足通车要求。本发明中的透水材料凝固速度快，早期抗压强度高，无需特殊养护，适合于非块状透水道面快速施工和开放交通。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明将磷酸镁水泥与0.20~5.00mm小粒径的骨料应用于制备透水保水材料，满足了透水材料所需透水性能，经试验证明本发明制备的透水材料，其透水系数可以达到2.2×10-2 cm/s；同时解决了现有的水泥基透水材料保水性差的问题，通过试验证明，本发明制备的透水材料的保水率最高可以达到0.26g/cm3；本发明制备的透水材料在城市中使用时，能够使地面上的积水快速渗透，同时，还有部分水可以在透水材料中保留，这样既满足了地面不积水的要求，又满足“海绵城市”的建设要求。而且在透水材料中保留的水分，可以在较长时间内使透水材料的表面形成相对湿度较高的局部环境，可以有效缓解“热岛效应”和一定程度降低空气中的粉尘，改善城市的局部环境甚至气候；此外，城市中降雨量较大时，地面上使用大量的透水材料，保水率好，使得一部分水保留在透水材料中，能够有效降低城市地下排水系统的排水压力。
（2）本发明中磷酸镁水泥浆体具有快硬早强和良好的粘结性能，使得本发明中的透水材料能够在铺设后速凝，铺设之后养护1h，透水材料的强度就能满足行走要求；养护3h后的抗压强度最高可以达到35.8MPa。良好的力学性能能减少透水材料的磨损和损坏，避免了透水材料的频繁更换与翻修，同时本发明中透水材料的凝固时间和养护时间短，1h就可以得到可供通行的透水材料，使得透水材料在实际的生产工艺更加简单和产品应用过程中操作更加方便。
（3）本发明制备工艺简单，将磷酸镁水泥粉料和骨料混合后，再加水搅拌成均匀的混合料，然后直接进行铺设于地面压实得到透水路面层，或者在模具中压力成型得到块状透水材料。本发明透水保水材料现场铺设成型时不需要压力或者只需要较低的压力，养护只需1h，这样使得透水材料的生产和施工过程操作简单、耗时短，降低成本；1h就可以得到可供行走的、透水性能好、保水性能优异和抗压强度高的透水材料；特别适合于现有行道增加透水性能的改造，对周边环境和通行影响小。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为石英砂，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和455g粒径在0.50~3.00mm范围内的石英砂搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：3.5），再加入20.8g的水搅拌均匀（水固比为0.0356），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中刮平，通过正常的人工压实即可成型，取出试块在25℃条件下养护3h，得到透水保水材料。
实施例2
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为石英砂，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和195g粒径在0.2-0.35mm范围内的石英砂搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：1.5），再加入32.5g的水搅拌均匀（水固比为0.1），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中在20MPa的压力下压制成型，保压时间为20s，取出试块在20℃条件下养护3h，得到透水保水材料。
实施例3
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为石英砂，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和455g粒径在0.50-3.00mm范围内的石英砂搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：3.5），再加入20.8g的水搅拌均匀（水固比为0.0356），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在7.5MPa的压力下压制成型，保压时间为20s，取出试块在30℃条件下养护3h，得到透水保水材料。
实施例4
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为石英砂，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和325g粒径在0.3~0.35 mm范围内的石英砂搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：2.5），再加入20.8g的水搅拌均匀（水固比为0.0457），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在10MPa的压力下压制成型，保压时间为30s，取出试块在25℃条件下养护3h，得到透水保水材料。
实施例5
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为石英砂，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和650g粒径在3.00-5.00 mm范围内的石英砂搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：5），再加入26.0 g的水搅拌均匀（水固比为0.0333），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在2MPa的压力下压制成型，保压时间为0s，取出试块在15℃条件下养护3h，得到透水保水材料。
实施例6
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为石英砂，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和390g粒径在0.35-0.5 mm范围内的石英砂搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：3），再加入19.5 g的水搅拌均匀（水固比为0.0375），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在10 MPa的压力下压制成型，保压时间为10s，取出试块在40℃条件下养护3h，得到透水保水材料。
实施例7
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为花岗岩，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和650g粒径在3.00-5.00 mm范围内的花岗岩搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：5），再加入26.0 g的水搅拌均匀（水固比为0.0333），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在2MPa的压力下压制成型，保压时间为20s，取出试块在25℃条件下养护3h后得到透水保水材料。
实施例8
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为石灰岩，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和455g粒径在0.50-3.00mm范围内的石灰岩搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：3.5），再加入20.8g的水搅拌均匀（水固比为0.0356），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在7.5MPa的压力下压制成型，保压时间为20s，取出试块在25℃条件下养护3h后得到透水保水材料。
实施例9
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为玄武岩石，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和455g粒径在0.50-3.00mm范围内的玄武岩搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：3.5），再加入20.8g的水搅拌均匀（水固比为0.0356），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在7.5MPa的压力下压制成型，保压时间为20s，取出试块在25℃条件下养护3h后得到透水保水材料。
实施例10
本实施例中粘结剂为磷酸镁水泥粉料，骨料为鹅卵石，制备方法包括以下步骤：
将130g磷酸镁水泥粉料和455g粒径在0.50-3.00mm范围内的鹅卵石搅拌均匀（磷酸镁水泥与骨料的质量比为1：3.5），再加入20.8g的水搅拌均匀（水固比为0.0356），使骨料表面均匀的包覆一层磷酸镁水泥浆体，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在7.5MPa的压力下压制成型，保压时间为20s，取出试块在25℃条件下养护3h后得到透水保水材料。
对比例1
本对比例中，粘结剂为P·O42.5水泥，骨料为石英砂，制备方法包括以下步骤：
将150g P·O42.5水泥、600g粒径在6-8 mm的石英砂加入搅拌机内搅拌1 min混合均匀，再加入45g含有0.75 g聚羧酸减水剂的水快搅3 min，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在20MPa的压力下压制成型，保压时间为60s，取出试块后在标准条件下养护28d得到透水材料。
对比例2
本对比例中，粘结剂为P·O42.5水泥，骨料为石英砂，制备方法包括以下步骤：
将150g P·O42.5水泥、375g粒径在0.30-0.35 mm的石英砂加入搅拌机内搅拌1 min混合均匀，再加入45g含有0.75 g聚羧酸减水剂的水快搅3 min，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在20MPa的压力下压制成型，保压时间为60s，取出试块后在标准条件下养护28d得到透水材料。
对比例3
本对比例中，粘结剂为P·O42.5水泥，骨料为石英砂，制备方法包括以下步骤：
将150 g P·O42.5水泥、450g粒径在0.30-0.35 mm的石英砂加入搅拌机内搅拌1 min混合均匀，再加入45g含有0.75 g聚羧酸减水剂的水快搅3 min，制成无流动性的混合料；将混合料置于模具中，使用压力机在20MPa的压力下压制成型，保压时间为60s，取出试块后在标准条件下养护28d得到透水材料。
对上述实施例1-10所得到的透水保水材料进行3h性能测试，所得结果如表1所示。
表1 实施例1-10所制备的透水保水材料性能
项目 抗压强度MPa 保水率g/cm3 透水系数10-2cm/s 抗折强度MPa
实施例1 20.6 0.18 2.3 4.8
实施例2 35.8 0.18 1.3 6.1
实施例3 24.1 0.20 2.1 4.1
实施例4 25.2 0.25 2.2 4.7
实施例5 23.6 0.23 1.9 4.2
实施例6 26.0 0.22 1.5 4.8
实施例7 23.2 0.24 1.8 4.3
实施例8 24.8 0.22 2.2 4.2
实施例9 24.5 0.20 2.4 3.9
实施例10 24.0 0.22 2.4 4.3
对上述对比例1-3所得到的透水保水材料进行28d性能测试，结果如表2所示。
表2 对比例1-3所制备的透水保水材料性能
项目 抗压强度MPa 保水率g/cm3 透水系数10-2cm/s 抗折强度MPa
对比例1 28.3 0.05 2.3 4.0
对比例2 25.2 0.10 0.7 2.6
对比例3 20.8 0.13 1.3 2.4
通过将上述的检测结果进行分析可以得出：（1）将实施例1-6与对比例1相比，对比例1中透水材料的保水率为0.05g/cm3，保水效果差，而实施例1-6得到的透水材料的保水率是对比例1中透水材料的保水率的3~5倍，而且同时还能保证实施例1-6中透水材料的透水性能好；（2）将实施例1-6与对比例2-3进行对比，普通硅酸盐水泥粘结性较磷酸镁水泥差，用普通硅酸盐制备的透水材料在保证强度的情况下透水性较差，在保证透水速率的情况下则强度较低；（3）通过实施例7-10可知，本发明采用花岗岩、矿渣、卵石和碎石作为骨料，制备的材料也具有较好的透水保水性能及抗压强度。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种透水保水材料，其特征在于，采用磷酸镁水泥作为粘结剂。
2.根据权利要求1所述的透水保水材料，其特征在于，所述磷酸镁水泥与骨料的质量比为1:1.5~5。
3.根据权利要求2所述的透水保水材料，其特征在于，所述骨料的粒径为0.2~5mm。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的透水保水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将磷酸镁水泥和骨料混合，并加水搅拌成均匀的混合料后，经人工压实成型，或者将所述混合料通过压力成型，即得到所述的透水保水材料。
5.根据权利要求4所述的透水保水材料的制备方法，其特征在于，所述混合料的水固比为0.03~0.1。
6.根据权利要求4所述的透水保水材料的制备方法，其特征在于，通过压力成型时，成型压强为2~30MPa。
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