CN108715532B - 一种预拌高强耐冲磨透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预拌高强耐冲磨透水混凝土，主要包括如下质量分数的原料：水泥320‑400份，单级配石子1450‑1650份，增强剂8‑10份，水80‑100份，缓凝材料2‑5份，抗冲磨材料30‑35份，活性氧化铝5‑10份。本发明的透水混凝土能够显著提高透水混凝土的透水性、耐磨损性能和抗压抗折强度，极大的延长了透水混凝土的使用寿命；同时有效改善透水混凝土的施工性能。

Description

一种预拌高强耐冲磨透水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土路面施工材料技术领域，具体涉及一种预拌高强耐冲磨透水混凝土及其制备方法。

背景技术

透水混凝土材料的应用，其表现出优秀的渗水、抗压、环保以及美观多彩、舒适和吸音减噪等特点，成了“海绵城市”的景观路面，在一定程度上缓解了城市的热岛效应。当前，透水混凝土的应用越来越广泛，随着海绵城市建设的不断推广，透水混凝土技术也在不断的成熟，透水混凝土的强度和透水系数均能够满足施工要求，但在多泥沙，多雨水冲刷的地区，透水混凝土在施工后的养护期内如果受到水流、泥沙的冲击会使其抗压和抗折强度低于自然养护下的抗压和抗折强度，尤其是7d抗压和抗折强度会显著低于自然养护下的强度，这样就会导致透水混凝土的使用寿命大大缩短。如何应对水流、泥沙等对透水混凝土的长期冲击造成的磨损是目前亟待解决的一个问题，因此，提高透水混凝土的抗冲磨、抗冲蚀能力是一个非常重要的问题，同时，也对透水混凝土技术的发展具有重要的推动意义。

中国专利CN107244861A公开了一种透水混凝土的制备方法，该专利所述的预拌透水混凝土，具有极佳的透水性和机械抗压性能，但该专利所述的外加剂，不能提高混凝土的耐磨性能，从而降低了路面的使用寿命。

中国专利CN107337375A公开了一种预拌透水混凝土的制备方法，该专利所述的预拌透水混凝土，可满足透水混凝土预拌生产，长距离运输和长时间施工要求，但该专利所述的预拌透水混凝土，也不能提高混凝土的耐磨性能，从而降低了路面的使用寿命。

中国专利CN106495611A公开了一种胶粉透水混凝土及其制备方法，该胶粉透水混凝土包括按质量份计的如下组分：水泥300-450份、粗集料1300-1800份、外加剂2-15份、矿物掺和料20-50份、废旧轮胎橡胶粉6-50份、胶结剂6-12份、保湿剂0.2-1.0份、水100-150份。该专利所述的透水混凝土，韧性高，耐磨性能好，抗滑性好，但该专利所述的透水混凝土，无法进行预拌生产和长距离运输，并且透水系数小，从而严重降低了透水混凝土的透水功能。

发明内容

针对以上技术的不足，本发明旨在提供一种预拌高强耐冲磨透水混凝土，能够显著提高透水混凝土的透水性和耐磨损性能和抗压抗折强度，使其在水流冲击下的抗压和抗折强度不会显著下降，7d抗压强度甚至会有明显提升；同时有效改善透水混凝土的施工性能。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的：一种预拌高强耐冲磨透水混凝土，主要包括如下质量分数的原料：水泥320-400份，单级配石子1450-1650份，增强剂8-10份，水80-100份，缓凝材料2-5份，抗冲磨材料30-35份，活性氧化铝5-10份。

本发明通过在水泥和单级配石子中加入特定比例和种类的增强剂和抗冲磨材料配合活性氧化铝可以提高透水混凝土的综合性能，包括强度和耐磨性以及透水性。其中加入的活性氧化铝，具有一定的水化活性，能与水泥中的物质极速反应生成微细针状钙矾石，同时钙矾石的生成可降低氢氧化钙含量，加快C3S的水化，提高透水混凝土的强度。抗冲磨材料在混凝土透水过程中能起到抵抗水流冲刷、泥沙磨损、高速水流侵蚀等破坏，显著提高透水混凝土的抗冲耐磨性能。缓凝材料能够减少透水混凝土的塌落度损失，增强其施工性能，可以使其在一定距离进行运输，提高其可操作性。增强剂可以提高透水混凝土的强度。另外意外的发现使用本发明的特殊的增强剂和抗冲磨材料以及活性氧化铝在透水混凝土中具有协同作用，可以大大改善其在水流冲击下的抗压抗折强度，一般的透水混凝土在水流冲击下的抗压强度和抗折强度较自然养护下会明显下降，加入以上三种原料后，本发明透水混凝土在水流冲击下的抗折强度较自然养护下基本没有下降，并且在水流冲击下7d的抗压强度较自然养护下反而有所增长，并且这三种原料的加入可以大大提高混凝土的透水性尤其是对于水流冲洗情况下的透水性具有显著提高。本发明的透水混凝土、化学性能稳定、导热性好，大大降低了城市路面的发热，可有效缓解城市热岛效应。

优选地，所述抗冲磨材料为HF抗冲磨剂、SY抗冲磨剂中的一种或几种。本发明使用的SY抗冲磨剂为武汉三源特种建材有限责任公司生产,HF抗冲磨剂为甘肃巨才电力技术有限公司生产。加入该种材料不仅可以提高混凝土抵抗高速水流空蚀和脉动压力的能力，提高透水混凝土的抗耐磨性能和抗压强度，配合活性氧化铝和增强剂还可以提高其透水性能。

优选地，所述活性氧化铝为β-活性氧化铝，β-Al₂O₃含量≥92％，比表面积≥200㎡/g。β-Al2O3含量越高，比表面积越大，越利于水化反应的进行，协同抗冲磨材料和增强剂对强度和透水性能的改善效果更佳。

优选地，本发明使用的增强剂为武汉三源特种建材有限责任公司生产的SY型预拌透水混凝土专用增强剂；所述增强剂中含有减水组份10-15％、胶粘组份15-20％、抗折组份20-25％、抗裂组分40-45％、缓凝组份2-4％、增稠组份2-4％。

进一步优选地，所述增强剂由质量比为12:16:25:44:3:2的聚羧酸减水剂：白炭黑：聚丙烯纤维：氧化镁膨胀剂：木质磺酸钙：再分散性乳胶粉组成；所述增强剂细度0.15mm筛余≤5.0％，总碱量≤3.0％，含水率≤2.0％。优选的增强剂不仅可以增强透水混凝土的强度，还可以起到补偿透水混凝土材料硬化过程中的收缩，降低透水混凝土开裂风险，同时还可以改善混凝土的施工性能，并且与活性氧化铝和HF或SY抗冲磨剂的协同效果更好,可以进一步提高耐磨性和水流冲击后的透水性。

优选地，所述缓凝材料为糖钙、柠檬酸盐、糖蜜中的一种或几种。所述几种缓凝材料在本发明的体系中缓凝效果好，且不影响混凝土的透水和耐磨等性能。

优选地，所述单级配石子为1-5mm、5-10mm、10-15mm中的一种。所述粒径的石子原料易得，加工方便，且用于本发明的体系中可以生产出透水性和耐磨性均较好的混凝土。

优选地，所述水泥为PO.42.5水泥。所述的水泥成本较低且用于本发明中可以保证透水混凝土的强度。

本发明还提供上述预拌高强耐冲磨透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：先将全部单级配碎石及40％-50％的用水加入搅拌机中润湿预拌30s；再依次加入水泥、增强剂、活性氧化铝进行拌合，搅拌2min；接着加入抗冲磨材料和缓凝材料，最后加入剩余的水搅拌均匀后出料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)使用本发明的特殊的增强剂和抗冲磨材料以及活性氧化铝在透水混凝土中具有协同作用，可以大大改善其在水流冲击下的抗压抗折强度，一般的透水混凝土在水流冲击下的抗压强度和抗折强度较自然养护下会明显下降，加入以上三种原料后，本发明透水混凝土在水流冲击下的抗折强度较自然养护下基本没有下降，并且在水流冲击下7d的抗压强度较自然养护下反而有所增长；

(2)加入特定抗冲磨材料不仅可以提高混凝土抵抗高速水流空蚀和脉动压力的能力，提高透水混凝土的抗耐磨性能和抗压强度，配合活性氧化铝和增强剂还可以提高其透水性能；

(3)加入β-活性氧化铝，能与水泥中的物质极速反应生成微细针状钙矾石，同时钙矾石的生成可降低氢氧化钙含量，加快C3S的水化，提高透水混凝土的强度，且协同抗冲磨材料和增强剂对混凝土的强度和透水性能的改善效果更佳；

(4)特定的增强剂不仅可以增强透水混凝土的强度，还可以起到补偿透水混凝土材料硬化过程中的收缩，降低透水混凝土开裂风险，同时还可以改善混凝土的施工性能，并且与活性氧化铝和抗冲磨剂的协同效果更好,可以进一步提高耐磨性和水流冲击后的透水性；

(5)通过特定的缓凝剂和增强剂改善透水混凝土的施工性和可操作性。

具体实施方式

本发明的一种预拌高强耐冲磨透水混凝土，包括如下质量分数的原料：水泥320-400份，单级配石子1450-1650份，增强剂8-10份，水80-100份，缓凝材料2-5份，抗冲磨材料30-35份，活性氧化铝5-10份。

为更好的对比说明实验效果，以下实施例中采用相同的活性氧化铝、增强剂和水泥，实施例中采用优选的活性氧化铝中β-Al₂O₃含量≥92％，比表面积≥200㎡/g；实施例中采用优选的增强剂由质量比为12:16:25:44:3:2的聚羧酸减水剂：白炭黑：聚丙烯纤维：氧化镁膨胀剂：木质磺酸钙：再分散性乳胶粉组成；所述增强剂细度0.15mm筛余≤5.0％，总碱量≤3.0％，含水率≤2.0％。所述抗冲磨材料为HF抗冲磨剂、SY抗冲磨剂中的一种。实施例中采用优选的水泥为PO.42.5水泥。

以下结合实施例对本发明各技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。本领域技术人员依据以下实施方式所作的方法、工艺路线、功能的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例1

一种预拌高强耐冲磨透水混凝土及其制备方法，其步骤如下：

先将1550份的骨料(5-10mm碎石)及45份的自来水加入搅拌机中润湿预拌30s，再依次加入360份水泥、9份增强剂、8份活性氧化铝进行拌合，搅拌2min，接着加入33份HF抗冲磨剂和4份糖钙，最后加入剩余的45份水搅拌均匀后出料。

实施例2

一种预拌高强耐冲磨透水混凝土及其制备方法，其步骤如下：

先将1450份的骨料(1-5mm碎石)及40份的自来水加入搅拌机中润湿预拌30s，再依次加入320份水泥、8份增强剂、5份活性氧化铝进行拌合，搅拌2min，接着加入30份SY抗冲磨剂、2份柠檬酸盐，最后加入剩余的40份水搅拌均匀后出料。

实施例3

一种预拌高强耐冲磨透水混凝土及其制备方法，其步骤如下：

先将1650份的骨料(10-15mm碎石)及50份的自来水加入搅拌机中润湿预拌30s，再依次加入400份水泥、10份增强剂、10份活性氧化铝进行拌合，搅拌2min，接着加入35份SY抗冲磨剂、5份糖蜜，最后加入剩余的50份水搅拌均匀后出料。

实施例4

一种预拌高强耐冲磨透水混凝土及其制备方法，其步骤如下：

先将1550份的骨料(5-10mm碎石)及45份的自来水加入搅拌机中润湿预拌30s，再依次加入380份水泥、10份增强剂、9份活性氧化铝进行拌合，搅拌2min，接着加入33份SY抗冲磨剂、3份柠檬酸盐，最后加入剩余的50份水搅拌均匀后出料。

实施例5

一种预拌高强耐冲磨透水混凝土及其制备方法，其步骤如下：

先将1450份的骨料(1-5mm碎石)及40份的自来水加入搅拌机中润湿预拌30s，再依次加入335份水泥、9份增强剂、10份活性氧化铝进行拌合，搅拌2min，接着加入32份HF抗冲磨剂、3份糖钙，最后加入剩余的43份水搅拌均匀后出料。

对比例1

先将1550份的骨料(5-10mm碎石)及45份的自来水加入搅拌机中润湿预拌30s，再依次加入360份水泥、8份活性氧化铝进行拌合，搅拌2min，接着加入33份HF抗冲磨剂和4份糖钙，最后加入剩余的45份水搅拌均匀后出料。

即与实施例1相比，本对比例中不添加增强剂；其它与实施例1相同。

对比例2

先将1550份的骨料(5-10mm碎石)及45份的自来水加入搅拌机中润湿预拌30s，再依次加入360份水泥、9份增强剂进行拌合，搅拌2min，接着加入33份HF抗冲磨剂和4份糖钙，最后加入剩余的45份水搅拌均匀后出料。

即与实施例1相比，本对比例中不添加活性氧化铝；其它与实施例1相同。

对比例3

先将1550份的骨料(5-10mm碎石)及45份的自来水加入搅拌机中润湿预拌30s，再依次加入360份水泥、9份增强剂、8份活性氧化铝进行拌合，搅拌2min，接着4份糖钙，最后加入剩余的45份水搅拌均匀后出料。

即与实施例1相比，本对比例中不添加HF抗磨剂；其它与实施例1相同。

对比例4

先将1550份的骨料(5-10mm碎石)及45份的自来水加入搅拌机中润湿预拌30s，再依次加入360份水泥、15份增强剂、3份活性氧化铝进行拌合，搅拌2min，接着20份HF抗冲磨剂和4份糖钙，最后加入剩余的45份水搅拌均匀后出料。

即与实施例1相比，本对比例中的增强剂和活性氧化铝以及抗磨剂比例改变；其它与实施例1相同。

对比例5

先将水泥360份、外加剂7份、矿物掺和料40份、废旧轮胎橡胶粉33份、丙烯酸酯胶粉9份、甲基纤维素醚0.6份、水60份加入搅拌机搅拌40s制备浆体，然后加入骨料(5-10mm碎石)1550份、继续搅拌60s，再加入60份水和3份外加剂，继续搅拌得到混凝土。其中外加剂中包括聚羧酸减水剂占25 3wt％，粘度改性剂占0.6wt％；葡萄糖酸盐缓凝剂占0.4wt％，余量为水。

将以上实施例和对比例制备的透水混凝土装入150*150*150试模中制备成型，养护3-5天后拆模，将每组实施例中的一部分试块放入水流下冲洗(冲洗方式：连续水流冲洗4天后停3天，不断的反复，测定透水混凝土质量损失情况)，另一部分试块放入自然环境中养护，参照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》，分别测定其7d,28d抗压强度和抗折强度及其透水系数。参照GB/T12988-2009《无机地面材料耐磨性试验方法》，测定其耐磨性(磨坑长度)。测试结果如下表一和表二。

表一透水混凝土检测结果

表二透水混凝土耐磨性检测结果

组别	磨坑长度(mm)	质量损失(％)
			对比例1	33	4.8
对比例2	24	3.0
			对比例3	31	4.2
对比例4	28	4.0
			对比例5	25	3.5
实施例1	14	1.3
			实施例2	13	1.4
实施例3	13	1.4
			实施例4	12	1.3
实施例5	13	1.4

由表一可看出，对比例中，水流冲洗下的试块7d、28d抗压、抗折强度较自然养护下的下降明显；实施例中，水流冲洗下的试块7d抗压强度较自然养护下的有所增长，抗折强度基本没有变化，水流冲洗下的试块28d抗压、抗折强度基本不变。分别将对比例1到对比例4与实施例1单独对比，可以看出，当不添加增强剂、活性氧化铝、HF抗磨剂中任意一种组分，或者改变三者的比例，都会使透水混凝土的透水性、强度和耐磨性变差，并且其透水混凝土在水流冲击下的抗压强度和抗折强度较自然养护下会明显下降；而实施例中同时加入增强剂和抗冲磨材料以及活性氧化铝这三种原料后，透水混凝土在水流冲击下的抗折强度较自然养护下基本没有下降，并且在水流冲击下7d的抗压强度较自然养护下反而有所增长；这说明这三种原料在混凝土中具有协同作用，只有当这三种原料以特定的比例混合时，才能使水流冲击下的抗压强度和抗折强度具有意想不到的提高，并同时提高其透水性和耐磨性。对比例5中使用橡胶粉为耐磨材料，并使用矿物掺和料，虽然对于透水混凝土的耐磨性和强度有一定的改善，但是提高效果并不显著，其水流冲击下的7d抗压强度较自然养护下仍然明显下降，并且会对透水性能有较大影响。实施例1的混凝土比对比例5的混凝土的透水性能显著提升，且强度和耐磨性也有较大提升。这说明使用本发明的特定的耐冲磨材料和增强剂以及活性氧化铝配合，对透水混凝土的透水性和耐磨性以及强度都有显著改善。

同时，因水流的不断冲击，试块的空隙变大，其透水系数都有所增加；水流冲洗后的质量损失，实施例与对比例相比，均有所降低。由表二可看出，实验例的耐磨性与对比例相比，平均提高了64％以上。由此说明，本发明方法制备的高强耐冲磨透水混凝土，能够很好的提高透水混凝土的抗冲击耐磨损性能，进而延长透水混凝土的使用寿命。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种预拌高强耐冲磨透水混凝土，其特征在于，主要包括如下质量分数的原料：水泥320-400份，单级配石子1450-1650份，增强剂8-10份，水80-100份，缓凝材料2-5份，抗冲磨材料30-35份，活性氧化铝5-10份；

所述增强剂由质量比为12:16:25:44:3:2的聚羧酸减水剂：白炭黑：聚丙烯纤维：氧化镁膨胀剂：木质磺酸钙：再分散性乳胶粉组成；所述增强剂细度0.15mm筛余≤5.0％，总碱量≤3.0％，含水率≤2.0％；所述活性氧化铝为β-活性氧化铝，β-Al2O3含量≥92％，比表面积≥200㎡/g。

2.根据权利要求1所述的预拌高强耐冲磨透水混凝土，其特征在于，所述抗冲磨材料为HF抗冲磨剂、SY抗冲磨剂中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的预拌高强耐冲磨透水混凝土，其特征在于，所述缓凝材料为糖钙、柠檬酸盐、糖蜜中的一种或几种。

4.根据权利要求1或2所述的预拌高强耐冲磨透水混凝土，其特征在于，所述单级配石子为1-5mm、5-10mm、10-15mm中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的预拌高强耐冲磨透水混凝土，其特征在于，所述水泥为PO.42.5水泥。

6.权利要求1或2所述的预拌高强耐冲磨透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将全部单级配碎石及40％-50％的用水加入搅拌机中润湿预拌30s；再依次加入水泥、增强剂、活性氧化铝进行拌合，搅拌2min；接着加入抗冲磨材料和缓凝材料，最后加入剩余的水搅拌均匀后出料。