CN108373284A - 透水混凝土改善剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透水混凝土改善剂，包括以下重量份的原料：水泥80～90份、矿粉6～10份、硅灰6～10份、添加剂1～3份；其中，添加剂为聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的混合物。同时提供了一种透水混凝土改善剂的制备方法，包括：按重量份称取水泥、矿粉、硅灰、添加剂，混合，搅拌均匀，即得改善剂。本发明具有提高透水混凝土的整体强度、增强透水混凝土的耐久性、改善透水混凝土的工作性的有益效果。

Description

透水混凝土改善剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改善剂。更具体地说，本发明涉及一种用于改善透水混凝土的强度和工作性的改善剂，属于建筑材料技术领域。
背景技术
随着我国城市化进程快速发展，城市化产生的热岛效应、地面下沉、内涝等问题日益严重。“海绵城市”作为新一代城市雨洪管理概念，很好地解决了城市良好地适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等难题。其中，与“海绵城市”配套的环境负荷减少型混凝土(即透水混凝土)将是一个重要的环节。
在透水混凝土的研究中，主要分为两种：一种是以水泥基作为胶凝材料，另一种是以高分子胶结剂为粘结材料。在实际的工程应用中，一般是采用水泥基作为胶凝材料。目前，透水混凝土已大量应用于实际工程中，如杭州运河、北京奥运会、上海世博会等标志性工程均有透水混凝土的例子。但是，透水混凝土在拌合物状态、强度等性能方面依然表现不是很好，且施工过程多采用现场开放施工的方式，对周边环境卫生及交通状况影响比较大。
在解决透水混凝土强度问题过程中，虽然已经进行了大量的研究。如《高强透水混凝土材料实验研究》，混凝土，2005年，第3期，该文献提到水灰比、粗骨料的种类和级配、矿物掺合料及其增强材料是影响透水混凝土强度的重要因素。但其只是对强度影响因素做了简单的概述，而没有给出针对性的改进，也没有开发出能有效改善透水混凝土的整体强度和工作性的产品。
又如国家知识产权局于2012年5月2日公开的公开号为CN102432219，名称为“一种高强透水混凝土外加剂及透水混凝土”，为解决透水混凝土强度低问题，其原料的重量配比为：减水剂50～100，胶粉100～120，颜料180～300，石棉戎80～100，石膏粉150～200，重钙粉100。该专利虽然解释说明了外加剂可以解决高承载力与环保的问题，但是并没有具体的实验结果作为支撑，此外，该专利的制备方法仅是将原料混合，没有进行其它改进，不能解决原料(特别是细粉料)在制备过程中容易结块的问题，因而不能有效改善粗骨料与胶凝材料间过渡区晶体的密实度，对透水混凝土整体强度的提高是有限的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种透水混凝土改善剂，其能有效提高透水混凝土的整体强度，增强透水混凝土的耐久性，同时还能改善透水混凝土的工作性，使透水混凝土可以在搅拌站实现生产化，从而避免透水混凝土生产时对周边环境卫生及交通状况造成的影响。
本发明还有一个目的是提供一种透水混凝土改善剂的制备方法，其能有效改善透水混凝土中粗颗粒与水泥浆体的过渡区晶体的大小，使过渡区的晶体更为密实，从而降低孔隙率，减少过渡区的微裂纹数量，提高透水混凝土的整体强度，制备一种强度高、耐久性强、工作性好的透水混凝土。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种透水混凝土改善剂，包括以下重量份的原料：水泥80～90份、矿粉6～10份、硅灰6～10份、添加剂1～3份；
其中，添加剂为聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的混合物。
优选的是，水泥为PO52.5水泥，初凝时间不低于160min。
优选的是，矿粉的比表面积为400～500cm2/g，矿粉的活性为S95级及以上。
优选的是，硅灰的含硅量在90％以上，细度小于1μm的硅灰占85％以上，硅灰的比表面积为20～28m2/g。
优选的是，添加剂中聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的质量比为2:15:1:2:10。
本发明的目的还可以进一步由制备透水混凝土改善剂的方法来实现，该方法包括：按重量份称取水泥、矿粉、硅灰、添加剂，混合，搅拌均匀，即得改善剂。
优选的是，添加剂的制备方法具体为：按质量比称取聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉，混合，搅拌均匀，即得添加剂。
优选的是，将水泥、矿粉、硅灰、添加剂混合后，还包括：向水泥、矿粉、硅灰、添加剂的混合物中加入重量份为2份的预处理后的木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝的混合物，木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝的质量比为2:1:1:1，搅拌均匀，再加入重量为硅灰重量一半的聚酰胺蜡和微晶纤维素的混合物，聚酰胺蜡和微晶纤维素的质量比为1:1，于40℃、2000r/min的条件下搅拌均匀后，再持续搅拌1h，冷却；
其中，木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝混合物的预处理过程具体包括：先除去木屑中的杂质，于100℃下干燥24h，再将木屑进行粗粉碎，过100目筛网，得粗粉，将粗粉进行超微粉碎，过300目筛网，得细粉，然后向细粉中加入重量为细粉重量1倍的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的质量分数为40％，搅拌均匀，得混合液，用频率为300MHz的微波辐照混合液5min，再用频率为500MHz的微波辐照混合液3min，重复上述300MHz微波辐照和500MHz微波辐照4次，再将混合液干燥，得第一粉末，将硅酸钠、氧化钙和氧化铝混合，干燥后进行机械粉碎，过300目筛网，得第二粉末，再将第一粉末和第二粉末混合，搅拌均匀。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明提供的透水混凝土改善剂能有效提高透水混凝土的整体强度，增强透水混凝土的耐久性，同时还能改善透水混凝土的工作性，使透水混凝土在搅拌站实现生产化，避免透水混凝土生产时对周边环境卫生及交通状况造成的影响，增强透水混凝土生产的环保性。
(2)采用本发明提供的制备方法生产透水混凝土改善剂时，硅灰能有效改善透水混凝土中粗颗粒与水泥浆体的过渡区晶体的大小，增大过渡区晶体的密实度，降低孔隙率，减少过渡区的微裂纹数量，提高透水混凝土的整体强度，添加剂能有效改善透水混凝土的工作性，制备一种强度高、耐久性强、工作性好的透水混凝土。
(3)本发明提供的制备方法中，加入的预处理后的木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝的混合物能填充粗颗粒与水泥浆体间的孔隙，增大过渡区晶体的密实度，减少过渡区的微裂纹数量，从而提高透水混凝土的整体强度，同时能有效增强粗颗粒与水泥浆体间的粘结作用，使粗颗粒与水泥浆体混合更加均匀，从而提高透水混凝土的整体强度和透水性能，此外，聚酰胺蜡和微晶纤维素配合使用，两者可起到协同作用，共同增强硅灰的分散性，防止细度微小的硅灰在水泥浆体中出现结块的现象，使硅灰能更好地分散在水泥浆体中，保证硅灰的作用。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
<实施例1>
透水混凝土改善剂的制备方法包括：称取水泥80份、矿粉10份、硅灰6份、添加剂2份，混合，搅拌均匀，即得改善剂。
其中，水泥为PO52.5水泥，初凝时间不低于160min；矿粉的比表面积为400～500cm2/g，活性为S95级及以上；硅灰的含硅量在90％以上，细度小于1μm的硅灰占85％以上，硅灰的比表面积为20～28m2/g；添加剂中聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的质量比为2:15:1:2:10，添加剂的制备方法具体为：按质量比称取聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉，混合，搅拌均匀，即得添加剂。
<实施例2>
透水混凝土改善剂的制备方法包括：称取水泥90份、矿粉10份、硅灰7份、添加剂1份，混合，搅拌均匀，即得改善剂。
其中，水泥为PO52.5水泥，初凝时间不低于160min；矿粉的比表面积为400～500cm2/g，活性为S95级及以上；硅灰的含硅量在90％以上，细度小于1μm的硅灰占85％以上，硅灰的比表面积为20～28m2/g；添加剂中聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的质量比为2:15:1:2:10，添加剂的制备方法具体为：按质量比称取聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉，混合，搅拌均匀，即得添加剂。
<实施例3>
透水混凝土改善剂的制备方法包括：称取水泥85份、矿粉6份、硅灰8份、添加剂2份，混合，搅拌均匀，即得改善剂。
其中，水泥为PO52.5水泥，初凝时间不低于160min；矿粉的比表面积为400～500cm2/g，活性为S95级及以上；硅灰的含硅量在90％以上，细度小于1μm的硅灰占85％以上，硅灰的比表面积为20～28m2/g；添加剂中聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的质量比为2:15:1:2:10，添加剂的制备方法具体为：按质量比称取聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉，混合，搅拌均匀，即得添加剂。
<实施例4>
透水混凝土改善剂的制备方法包括：称取水泥90份、矿粉6份、硅灰10份、添加剂3份，混合，搅拌均匀，即得改善剂。
其中，水泥为PO52.5水泥，初凝时间不低于160min；矿粉的比表面积为400～500cm2/g，活性为S95级及以上；硅灰的含硅量在90％以上，细度小于1μm的硅灰占85％以上，硅灰的比表面积为20～28m2/g；添加剂中聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的质量比为2:15:1:2:10，添加剂的制备方法具体为：按质量比称取聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉，混合，搅拌均匀，即得添加剂。
<实施例5>
透水混凝土改善剂的制备方法包括：称取水泥88份、矿粉8份、硅灰10份、添加剂3份，混合，搅拌均匀，即得改善剂。
其中，水泥为PO52.5水泥，初凝时间不低于160min；矿粉的比表面积为400～500cm2/g，活性为S95级及以上；硅灰的含硅量在90％以上，细度小于1μm的硅灰占85％以上，硅灰的比表面积为20～28m2/g；添加剂中聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的质量比为2:15:1:2:10，添加剂的制备方法具体为：按质量比称取聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉，混合，搅拌均匀，即得添加剂。
<实施例6>
透水混凝土改善剂的制备方法包括：称取水泥90份、矿粉6份、硅灰10份、添加剂3份，混合后，还包括：向水泥、矿粉、硅灰、添加剂的混合物中加入重量份为2份的预处理后的木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝的混合物，木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝的质量比为2:1:1:1，搅拌均匀，再加入重量为硅灰重量一半的聚酰胺蜡和微晶纤维素的混合物，聚酰胺蜡和微晶纤维素的质量比为1:1，于40℃、2000r/min的条件下搅拌均匀后，再持续搅拌1h，冷却；
其中，木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝混合物的预处理过程具体包括：先除去木屑中的杂质，于100℃下干燥24h，再将木屑进行粗粉碎，过100目筛网，得粗粉，将粗粉进行超微粉碎，过300目筛网，得细粉，然后向细粉中加入重量为细粉重量1倍的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的质量分数为40％，搅拌均匀，得混合液，用频率为300MHz的微波辐照混合液5min，再用频率为500MHz的微波辐照混合液3min，重复上述300MHz微波辐照和500MHz微波辐照4次，再将混合液干燥，得第一粉末，将硅酸钠、氧化钙和氧化铝混合，干燥后进行机械粉碎，过300目筛网，得第二粉末，再将第一粉末和第二粉末混合，搅拌均匀。
其中，水泥为PO52.5水泥，初凝时间不低于160min；矿粉的比表面积为400～500cm2/g，活性为S95级及以上；硅灰的含硅量在90％以上，细度小于1μm的硅灰占85％以上，硅灰的比表面积为20～28m2/g；添加剂中聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的质量比为2:15:1:2:10，添加剂的制备方法具体为：按质量比称取聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉，混合，搅拌均匀，即得添加剂。
为了说明本发明的效果，发明人提供比较实验如下：
<比较例1>
透水混凝土改善剂的制备方法同实施例4，不同之处在于：原料配方中不添加硅灰。
<比较例2>
透水混凝土改善剂的制备方法同实施例4，不同之处在于：原料配方中不添加添加剂。
透水混凝土改善剂效果的测定方法：首先将制备的改善剂与10～20mm级配石子、水混合，搅拌120s，制得透水混凝土，然后进行透水混凝土试块的成型与养护，最后测定试块7d、28d的抗压强度以及试块的透水系数。
试块的强度检验评定按照国家标准《混凝土强度检验评定标准》(GB/T50107-2010)的规定进行，试块的透水系数检验评定按照标准《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T135-2009)测定。
经测定，试块的强度和透水系数结果如下表1：
[表1]
从上表1能够看出，实施例1～5的7d抗压强度位于C15～C25之间，而28d抗压强度位于C25～C35之间，说明加入透水混凝土改善剂后，可以使透水混凝土的强度满足使用的需要，同时透水系数均大于500ml/min，满足标准要求。其中，实施例4的7d抗压强度、28d抗压强度和透水系数均最高，说明实施例4所制备的透水混凝土改善剂的效果最佳，为最优实施例。
比较例1与实施例4相比，透水混凝土改善剂的制备方法相同，不同之处在于：原料配方中没有添加硅灰。从上表1能够看出，比较例1的7d抗压强度、28d抗压强度和透水系数与实施例4相比，均有明显的降低，说明比较例1所制备的透水混凝土改善剂的效果要明显低于实施例4。这是因为透水混凝土中粗颗粒与水泥浆体的过渡区容易产生微裂纹，在破坏的过程中，往往是从过渡区开始断裂的，硅灰一方面能有效改善粗颗粒(石子)与水泥浆体的过渡区晶体的大小，使过渡区的晶体更为密实，从而降低孔隙率，减少过渡区的微裂纹数量，提高透水混凝土的整体强度，另一方面能增强粗颗粒与水泥浆体间的粘结作用，使粗颗粒(石子)与水泥浆体混合更加均匀，保证透水混凝土的透水性能。
比较例2与实施例4相比，透水混凝土改善剂的制备方法相同，不同之处在于：原料配方中没有加入添加剂。从上表1能够看出，比较例2的7d抗压强度、28d抗压强度和透水系数与实施例4相比，均有明显的降低，说明比较例2所制备的透水混凝土改善剂的效果要明显低于实施例4。这是因为粗颗粒间空隙多，与空气的接触面大，使得透水混凝土干燥过快，造成工作性不佳，影响强度和透水性能，加入添加剂后，添加剂中的聚丙烯酰胺和聚羧酸减水剂能增大水泥浆体的保水性，缓凝剂能减缓水泥浆体的凝结过程，从而增强水泥浆体的保水效果、降低水泥浆体的凝结时间，以达到改善透水混凝土工作性的目的，使透水混凝土在长时间运输后仍然能保持较好的强度和透水性能，此外，添加剂还具有一定的辅助作用，能协助矿粉改善水泥浆体的凝结历程，增强矿粉的作用，从而进一步增强透水混凝土的工作性，保证透水混凝土的强度和透水性能。
实施例6与实施例4相比，透水混凝土改善剂的制备方法相同，不同之处在于：将水泥、矿粉、硅灰、添加剂混合后，还加入了预处理后的木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝的混合物以及聚酰胺蜡和微晶纤维素的混合物。从上表1能够看出，实施例6的7d抗压强度、28d抗压强度和透水系数与实施例4相比，均有所提高，说明实施例6所制备的透水混凝土的效果要优于实施例4。这是因为预处理后的木屑一方面能填充粗颗粒与水泥浆体间的孔隙，与氧化钙和氧化铝配合使用能增大过渡区晶体的密实度，减少过渡区的微裂纹数量，从而提高透水混凝土的整体强度，另一方面，木屑经过预处理后，与硅酸钠配合使用，能有效增强粗颗粒与水泥浆体间的粘结作用，使粗颗粒与水泥浆体混合更加均匀，从而提高透水混凝土的整体强度和透水性能，此外，聚酰胺蜡和微晶纤维素配合使用，两者可起到协同作用，共同增强硅灰的分散性，防止细度微小的硅灰在水泥浆体中出现结块的现象，使硅灰能更好地分散在水泥浆体中，保证硅灰的作用。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。

Claims (8)

1.透水混凝土改善剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：水泥80～90份、矿粉6～10份、硅灰6～10份、添加剂1～3份；
其中，添加剂为聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的混合物。
2.如权利要求1所述的透水混凝土改善剂，其特征在于，水泥为PO52.5水泥，初凝时间不低于160min。
3.如权利要求1所述的透水混凝土改善剂，其特征在于，矿粉的比表面积为400～500cm2/g，矿粉的活性为S95级及以上。
4.如权利要求1所述的透水混凝土改善剂，其特征在于，硅灰的含硅量在90％以上，细度小于1μm的硅灰占85％以上，硅灰的比表面积为20～28m2/g。
5.如权利要求1所述的透水混凝土改善剂，其特征在于，添加剂中聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉的质量比为2:15:1:2:10。
6.如权利要求1～5中任一项所述的透水混凝土改善剂的制备方法，其特征在于，包括：按重量份称取水泥、矿粉、硅灰、添加剂，混合，搅拌均匀，即得改善剂。
7.如权利要求6所述的透水混凝土改善剂的制备方法，其特征在于，添加剂的制备方法具体为：按质量比称取聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂、缓凝剂、增稠剂、可再分散性胶粉，混合，搅拌均匀，即得添加剂。
8.如权利要求6所述的透水混凝土改善剂的制备方法，其特征在于，将水泥、矿粉、硅灰、添加剂混合后，还包括：向水泥、矿粉、硅灰、添加剂的混合物中加入重量份为2份的预处理后的木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝的混合物，木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝的质量比为2:1:1:1，搅拌均匀，再加入重量为硅灰重量一半的聚酰胺蜡和微晶纤维素的混合物，聚酰胺蜡和微晶纤维素的质量比为1:1，于40℃、2000r/min的条件下搅拌均匀后，再持续搅拌1h，冷却；
其中，木屑、硅酸钠、氧化钙和氧化铝混合物的预处理过程具体包括：先除去木屑中的杂质，于100℃下干燥24h，再将木屑进行粗粉碎，过100目筛网，得粗粉，将粗粉进行超微粉碎，过300目筛网，得细粉，然后向细粉中加入重量为细粉重量1倍的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的质量分数为40％，搅拌均匀，得混合液，用频率为300MHz的微波辐照混合液5min，再用频率为500MHz的微波辐照混合液3min，重复上述300MHz微波辐照和500MHz微波辐照4次，再将混合液干燥，得第一粉末，将硅酸钠、氧化钙和氧化铝混合，干燥后进行机械粉碎，过300目筛网，得第二粉末，再将第一粉末和第二粉末混合，搅拌均匀。
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