CN108483978B - 一种再生透水混凝土用胶结剂及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种再生透水混凝土用胶结剂及其制备方法和用途，该胶结剂按重量份数包括以下组分：20～40份可再分散乳胶粉、4～5份淀粉醚、12～15份减水剂、1～3份建筑速溶胶粉和0.5～1份聚酯纤维，该胶结剂通过将上述组分混合得到，胶结剂中的各组分具有协同效果，尤其适用于制备高强度的再生透水混凝土，所述胶结剂的加入能够提高普通再生混凝土的强度至31.4MPa，使其内部的孔隙率提高至20.6％，透水率提高至16.8mm/s，增强和增透效果较传统胶结剂相比有了大幅提高。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，涉及一种再生透水混凝土用胶结剂及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的发展和城市建设步伐的加快，不透水路面给城市生态环境带来的负面影响也为之加大，再生透水性混凝上作为一种道路材料，已日益受到人们的关注，再生透水混凝土是由建筑物废渣经过粉碎、分选得到的再生骨料、高标号水泥、掺合料、水性树脂、强化剂、稳定剂和水等材料拌制而成的一种多孔轻质混凝土，再生透水混凝土的内部结构为表面包覆有薄层浆料的粗骨料之间相互粘结形成的多孔蜂窝状结构，具有透气、透水和重量轻等优点，作为能够减少市政设施和环境负荷的一种混凝土，再生透水混凝土的研究开发越来越受国家重视，并在基建领域得到了较多的应用，如通过铺设再生混凝土路面，能够增加城市中渗入地表土壤层的雨水，缓解城市地下水位急剧下降等一系列城市环境问题。
然而，由于现有的再生透水混凝土还存在较多问题，如透水系数难以控制、抗压强度和孔隙率较低、成本太高等，这些问题的存在限制了其大规模应用，为了解决上述问题，现有技术通过在再生混凝土中添加胶结剂等添加剂来提高再生混凝土的透水能力和力学强度，例如，CN103601426A中公开了一种利用建筑垃圾再生骨料制备的混凝土，其中除了水泥和再生骨料以外，还包括了3～5％的矿物掺和料、3～5％的水、0.1～0.3％的减水剂和0.1～0.3％的VAE乳液，上述添加剂的引入能够提高其制备的透水混凝土强度为C15级别，透水性和孔隙率能够达到天然卵石的级别，CN106587833A中公开了一种透水混凝土，由1400～1600份尾矿石粗骨料、100～200份硅酸盐水泥、100～200份矿渣粉、5～10份聚合物胶结料、0.15～0.25份添加剂和90～100份水混合得到，其中选用的聚合物胶结料为可再分散性乳胶粉与纤维素醚的混合物，其得到的混凝土强度在C15～C30级别之间，孔隙率为15～25％，透水性＞1mm/s。
目前来看，现有技术中制备的透水性混凝土仍然面临强度较低、孔隙率和透水性不高等缺点，而且，其中使用的胶结剂等添加剂用量较多，成本较高，占了产品的大部分成本，为了降低成本以及进一步在市场推广再生透水混凝土，本领域的技术人员需要研究一种新的具有高性价比的，能够大幅提升再生混凝土的力学性能和透水性的混凝土用胶结剂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种再生混凝土用胶结剂及其制备方法和用途，所述胶结剂的加入能够提高普通再生混凝土内部的孔隙率至20.6％，透水率提高至16.8mm/s，并且能够提高普通再生混凝土的强度至31.4MPa。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种再生透水混凝土用胶结剂，按重量份数，所述胶结剂包括以下组分：
由于再生透水混凝土由于是由建筑物废渣经过粉碎、分选得到的再生骨料为主要成分制备的混凝土，其水化反应已经完成，失去了大部分的可凝结性能，故与新制备的混凝土相比其可分散性能较低，固化时需要的水较多，固化后的混凝土材料力学强度更低，传统的适用于普通混凝土的胶结剂用于再生透水混凝土时得到的混凝土孔隙率较低，透水性较差，无法满足生产需要，因此，本发明提供了一种新型的以上述组分为主要成分的尤其适用于再生混凝土的胶结剂。
在本发明所述的胶结剂中，可再分散乳胶粉的含量可以为21份、24份、27份、30份、33份、36份或39份等，淀粉醚的含量可以为4.1份、4.3份、4.5份、4.7份或4.9份等，减水剂的含量可以为12.5份、13份、13.5份、14份或14.5份等，建筑速溶胶粉的含量可以为1.3份、1.6份、1.9份、2.2份、2.5份或2.8份等，聚酯纤维的含量可以为0.6份、0.7份、0.8份或0.9份等。
在本发明中，上述各组分之间具有协同效果，能够对再生透水混凝土颗粒进行亲水性改性，提高再生混凝土的透水性，缺少任一组分会使得改性效果大幅降低。
另外，上述各组分之间的协同效果还能够使得得到的胶结剂有效提高再生混凝土粒料分散性，使其与水充分接触发生水化反应，同时降低用水量，提高粒料间粘附性能和混凝土粘结强度，大幅提升可再生透水混凝土的强度。
本发明提供的胶结剂中的聚酯纤维能够与其它组分很好地混合，粘附，进一步提高可再生混凝土的强度。
优选地，所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶粉，进一步优选为德国瓦克公司生产的5044型可再分散乳胶粉。
优选地，所述淀粉醚为非离子型环氧乙烷淀粉醚。
优选地，所述淀粉醚的粘度为400～1200mPa·s，例如为450mPa·s、500mPa·s、550mPa·s、650mPa·s、750mPa·s、850mPa·s、950mPa·s、1050mPa·s、1150mPa·s或1180mPa·s等。
选择上述种类和粘度的淀粉醚能够进一步提升混凝土颗粒之间的粘附和增强效果。
优选地，所述减水剂为氨基减水剂，进一步优选为青岛虹厦建材公司生产的氨基磺酸盐合成树脂减水剂，相比传统的羧基减水剂，氨基减水剂更适用于再生混凝土等体系内缺乏钙离子的混凝土，其分子链能够更好的吸附在混凝土颗粒表面，能够进一步提高减水效果至25％以上。
优选地，按重量百分数，所述建筑速溶胶粉中含有至少30％的聚乙烯醇，例如，聚乙烯醇的含量可以为35％、45％、55％、65％、75％、85％或95％等。
优选地，所述聚乙烯醇的数均分子量为30～50kDa，例如为32kDa、35kDa、38kDa、41kDa、44kDa、47kDa或49kDa等。
优选地，所述建筑速溶胶粉为801建筑速溶胶粉。
优选地，所述聚酯纤维的长度为1～3mm，例如为1.2mm、1.5mm、1.8mm、2.1mm、2.4mm或2.8mm等，长度合适的聚酯纤维能够在固化后的混凝土中更好的分散，能够进一步提升再生混凝土材料固化后的强度。
优选地，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维或聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲醇酯纤维中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地，按重量份数，所述胶结剂中还包括25～30份(例如26份、27份、28份或29份等)的矿渣粉。
优选地，按重量份数，所述胶结剂中还包括30～40份(例如31份、33份、35份、37份或39份等)硅微粉。
矿渣粉与硅微粉用于对混凝土进一步补强，可以根据需要进行添加，从而使得所述胶结剂适用于体系内缺少砂石的再生混凝土使用。
优选地，所述硅微粉的粒径≤2.6μm，例如粒径为0.1μm、0.3μm、0.5μm、0.7μm、0.9μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm、2.1μm或2.4μm等，进一步优选为0.1～1μm。
优选地，按重量份数，所述胶结剂中还包括0.1～0.2份混凝土强效剂。
优选地，所述强效剂为广东基业长青建筑科技公司生产的BTL型强效剂。
优选地，按重量份数，所述胶结剂中还包括0.1～0.2份碳酸钙晶须和/或硫酸钙晶须。
优选地，按重量份数，所述胶结剂中还包括0.1～0.5份(例如0.2份、0.3份或0.4份等)粘度调节剂。
优选地，所述粘度调节剂为微晶蜡和/或聚丙烯蜡。
优选地，按重量份数，所述胶结剂中还包括2～5份(例如2.5份、3份、3.5份、4份或4.5份等)聚乙烯吡咯烷酮。
聚乙烯吡咯烷酮的引入能够进一步提升混凝土的亲水性能，提高其透水率，同时也具有类似减水剂的效果。
优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为1000～2000kDa，例如为1050kDa、1100kDa、1200kDa、1300kDa、1350kDa、1450kDa、1550kDa、1650kDa、1750kDa、1850kDa或1950kDa等。
优选地，按重量份数，所述胶结剂包括如下组分：
本发明的目的之二在于提供一种所述的胶结剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将配方量的可再分散乳胶粉、淀粉醚、减水剂、建筑速溶胶粉、聚酯纤维以及可选地其它组分混合均匀，得到所述胶结剂。
所述其它组分包括矿渣粉、硅微粉、混凝土强效剂、碳酸钙晶须和/或硫酸钙晶须、粘度调节剂或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的混合物。
本发明的目的之三在于提供一种所述的胶结剂的用途，即所述胶结剂可以作为再生透水混凝土的胶结剂使用。
优选地，所述胶结剂的添加量为再生透水混凝土重量的0.2～0.5％，例如为0.25％、0.3％、0.35％、0.4％或0.45％等。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过可再分散乳胶粉、淀粉醚、减水剂、建筑速溶胶粉和聚酯纤维之间的协同效果，得到了一种尤其适用于制备再生透水混凝土的胶结剂，所述胶结剂的加入能够提高其内部的孔隙率至20.6％，透水率提高至16.8mm/s，并且能够提高普通再生混凝土的强度至31.4MPa，从而得到一种高强度的再生透水混凝土材料。
(2)本发明中所述的胶结剂为制备再生透水混凝土设计，施用于再生混凝土时，增强和增透效果较传统胶结剂相比有了大幅提高。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
通过如下方法制备胶结剂1：
将40kg德国瓦克公司生产的5044型可再分散乳胶粉、5kg粘度为1000mPa·s的非离子型环氧乙烷淀粉醚、15kg青岛虹厦建材公司生产的氨基磺酸盐合成树脂减水剂、1kg其中含有55wt％数均分子量为50kDa的聚乙烯醇的801建筑速溶胶粉、1kg平均长度为2.8mm的聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲醇酯纤维、25kg矿渣粉、30kg平均粒径为0.8μm的硅微粉、0.2kg广东基业长青建筑科技公司生产的BTL型强效剂、0.15kg硫酸钙晶须、0.4kg粘度调节剂微晶蜡、5kg数均分子量为1800kDa的聚乙烯吡咯烷酮置于搅拌机中，以100转/min的转速搅拌，使其混合均匀，得到所述胶结剂1。
实施例2
与实施例1的区别仅在于，可再分散乳胶粉的加入量为20kg，淀粉醚的加入量为4kg，淀粉醚的粘度为400mPa·s。
实施例2得到胶结剂2。
实施例3
与实施例1的区别仅在于，其中加入的减水剂为羧基减水剂，减水剂的加入量为12kg。
实施例3得到胶结剂3。
实施例4
与实施例1的区别仅在于，建筑速溶胶粉的加入量为3kg，且加入的建筑速溶胶粉中含有30wt％数均分子量为30kDa的聚乙烯醇。
实施例4得到胶结剂4。
实施例5
与实施例1的区别仅在于，加入的聚酯纤维为平均长度1.2mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，且聚酯纤维的加入量为0.5kg。
实施例5得到胶结剂5。
实施例6
与实施例1的区别仅在于，不加入强效剂。
实施例6得到胶结剂6。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，不加入硫酸钙晶须。
实施例7得到胶结剂7。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，加入的粘度调节剂的量为0.1kg，加入的粘度调节剂为聚丙烯蜡。
实施例8得到胶结剂8。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为2kg，聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为1200kDa。
实施例9得到胶结剂9。
实施例10
与实施例1的区别仅在于，不加入聚乙烯吡咯烷酮。
实施例10得到胶结剂10。
实施例11
与实施例1的区别仅在于，其中加入的可再分散乳胶粉为丙烯酸-苯乙烯共聚物型可分散乳胶粉。
实施例11得到胶结剂11。
实施例12
与实施例1的区别仅在于，其中加入的淀粉醚为羧甲基淀粉醚，粘度为1500mPa·s。
实施例12得到胶结剂12。
实施例13
与实施例1的区别仅在于，其中加入的减水剂为主要成分为聚丙烯酸的羧基减水剂。
实施例13得到胶结剂13。
实施例14
与实施例1的区别仅在于，其中加入的聚酯纤维的平均长度为5mm。
实施例14得到胶结剂14。
实施例15
与实施例1的区别仅在于，其中加入的聚酯纤维的平均长度为0.4mm。
实施例15得到胶结剂15。
实施例16
与实施例1的区别仅在于，其中不加入矿渣粉、硅微粉、强效剂、硫酸钙晶须、微晶蜡和聚乙烯吡咯烷酮。
实施例16得到胶结剂16
对照例1
与实施例1的区别仅在于，不加入聚酯纤维。
对照例1得到胶结剂17。
对照例2
与实施例1的区别仅在于，不加入建筑速溶胶粉和淀粉醚。
对照例2得到胶结剂18。
对照例3
与实施例1的区别仅在于，不加入可分散乳胶粉和减水剂。
对照例3得到胶结剂19。
对照例4
与实施例1的区别仅在于，将淀粉醚替换为相同粘度的纤维素醚。
对照例4得到胶结剂20。
将上述胶结剂1～20分别以0.3wt％的重量分数添加到再生混凝土中，向上述胶结剂与混凝土的混合物中加入7.2wt％的水，将胶结剂与混凝土混合均匀，待混凝土固化后得到再生混凝土1～20，将未添加胶结剂的再生混凝土添加相同含量的水后固化，得到再生混凝土21，按照如下测试方法对再生混凝土1～21的力学性能和透水性能进行测试，并将测试结果列于表1。
其中，所述再生混凝土的成分为：250kg海螺水泥公司生产的PO425型普通硅酸盐水泥、1510kg经粉碎处理的建筑垃圾再生骨料和120kg水。
(1)抗压强度测试
根据国家标准GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中所述的方法，制作边长为150mm的混凝土立方体，在标准养护(温度20±2℃，相对湿度≥95％)条件下，养护28天，用上述国家标准中所述的试验方法测量再生混凝土1～21的极限抗压强度。
(2)透水率测试
根据标准CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中所述的方法测定上述再生混凝土1～21的透水率。
(3)孔隙率测试
根据标准ASTM C1688/C1688M-2014《标准测试方法新鲜混合透水混凝土的孔隙率和密度》中所述的方法测定上述再生混凝土1～21的孔隙率。
表1再生混凝土1～21的性能对比表
从表1可以看出，本发明通过将特定含量的可再分散乳胶粉、淀粉醚、减水剂、建筑速溶胶粉和聚酯纤维等材料混合，能够得到一种适用于制备再生透水混凝土使用的胶结剂，所述胶结剂的加入能够提高普通再生混凝土的强度至31.4MPa，能够提高其内部的孔隙率至20.6％，透水率提高至16.8mm/s，从而得到一种高强度的再生透水混凝土材料，本发明中所述的胶结剂专为制备再生透水混凝土设计，施用于再生混凝土时，增强和增透效果较传统胶结剂大幅提高。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (26)
1.一种再生透水混凝土用胶结剂，其特征在于，按重量份数，所述胶结剂包括以下组分：
所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶粉。
2.根据权利要求1所述的胶结剂，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为5044型可再分散乳胶粉。
3.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，所述淀粉醚为非离子型环氧乙烷淀粉醚。
4.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，所述淀粉醚的粘度为400～1200mPa·s。
5.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，所述减水剂为氨基减水剂。
6.根据权利要求5所述的胶结剂，其特征在于，所述减水剂为氨基磺酸盐合成树脂减水剂。
7.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，按重量百分数，所述建筑速溶胶粉中含有至少30％的聚乙烯醇。
8.根据权利要求7所述的胶结剂，其特征在于，所述聚乙烯醇的数均分子量为30～50kDa。
9.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，所述建筑速溶胶粉为801建筑速溶胶粉。
10.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，所述聚酯纤维的长度为1～3mm。
11.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维或聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲醇酯纤维中的任意一种或至少两种的混合物。
12.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，按重量份数，所述胶结剂中还包括25～30份的矿渣粉。
13.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，按重量份数，所述胶结剂中还包括30～40份硅微粉。
14.根据权利要求13所述的胶结剂，其特征在于，所述硅微粉的粒径≤2.6μm。
15.根据权利要求14所述的胶结剂，其特征在于，所述硅微粉的粒径为0.1～1μm。
16.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，按重量份数，所述胶结剂中还包括0.1～0.2份混凝土强效剂。
17.根据权利要求16所述的胶结剂，其特征在于，所述强效剂为BTL型强效剂。
18.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，按重量份数，所述胶结剂中还包括0.1～0.2份碳酸钙晶须和/或硫酸钙晶须。
19.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，按重量份数，所述胶结剂中还包括0.1～0.5份粘度调节剂。
20.根据权利要求19所述的胶结剂，其特征在于，所述粘度调节剂为微晶蜡和/或聚丙烯蜡。
21.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，按重量份数，所述胶结剂中还包括2～5份聚乙烯吡咯烷酮。
22.根据权利要求21所述的胶结剂，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为1000～2000kDa。
23.根据权利要求1或2所述的胶结剂，其特征在于，按重量份数，所述胶结剂包括如下组分：
24.一种如权利要求1～23之一所述的胶结剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将配方量的各组分混合均匀，得到所述胶结剂。
25.一种如权利要求1～23之一所述的胶结剂的用途，其特征在于，所示胶结剂作为再生透水混凝土的胶结剂。
26.根据权利要求25所述的胶结剂的用途，其特征在于，所述胶结剂的添加量为再生透水混凝土重量的0.2～0.5％。
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