CN109095844A - 高效蓄水透水混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高效蓄水透水混凝土，解决经雨水冲刷而带入的泥沙、尘土、垃圾等会堵塞透水混凝土的孔隙，降低其渗水作用的问题。其技术方案要点是：包括重量配比为12‑15％的灰水泥、75‑80％的粗骨料、5‑10％的水缓蚀剂、3‑5％的硅藻土、1‑2％的钢渣颗粒、0.3‑0.5％的可再分散乳胶粉、0.01‑0.02％的纤维素醚和0.2‑0.3％的减水剂，水缓蚀剂包括粒径为5‑8mm的颗粒状明矾和硅磷晶按重量比1:2‑3混合均匀后，再将醋酸乙烯‑乙烯共聚乳液、硅藻土、钢渣和水的混合物均匀涂于颗粒表面而成；粗骨料为粒径5‑10mm的碎石；钢渣的粒径为5‑8mm。提高了混凝土短期和长期的渗水能力。

Description

高效蓄水透水混凝土

技术领域

本发明涉及一种混凝土，更具体地说，它涉及一种高效蓄水透水混凝土。

背景技术

由于全球性气候变化和地下水的过采以及环境污染，许多可利用水源遭到了破坏， 我国正面临着大范围的缺水威胁，特别是在北方的广大地区情况尤为严重，这正在成为制约 我国经济发展和社会进步的瓶颈。另一方面，我国的城市化进程进展很快，大面积的地面被 密实混凝土覆盖，造成大量雨水流失，也经常由于降雨量过大，超过市政工程排水能力而导 致交通瘫痪。因此，建设透水路面，使雨水返回地下，补充地下水源，维护地下水的生态平 衡是一项利国利民、且为我国社会和经济发展急需的一项系统技术。

针对上述问题，目前，公开号为CN102239128A的中国专利公开了透水混凝土组合物，其技术方案要点是：包含水硬性粘合剂、填料和聚合物，其特征在于包含玻璃化转变温度Tg≤20℃的乙酸乙烯酯-乙烯共聚物作为所述聚合物。

上述方案中不仅提供了透水混凝土组合物，而且提高了透水混凝土在不同的天候条 件下(在冷和暖的温度下)的弯曲张力强度(Biegezugfestigkeit)及因此提高了挠度，但是随着时 间的推移，经雨水冲刷而带入的泥沙、尘土、垃圾等会逐渐堵塞住透水混凝土的孔隙，降低 其渗水作用，甚至失去渗水透水能力。

因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供高效蓄水透水混凝土，不仅具有 很好的透水蓄水能力，且长时间内其透水蓄水能力也未明显降低。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：高效蓄水透水混凝土，包 括如下组分及重量配比：

灰水泥 12-15％

粗骨料 75-80％

水缓蚀剂 5-10％

硅藻土 3-5％

钢渣颗粒 1-2％

活性掺合料 0.9-2％

可再分散乳胶粉 0.3-0.5％

纤维素醚 0.01-0.02％

减水剂 0.2-0.3％

其中水缓蚀剂包括粒径为5-8mm的颗粒状明矾和硅磷晶按重量比1:2-3的比例混合均匀后， 再将醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、硅藻土、钢渣和水的混合物均匀涂于颗粒表面而成；粗骨料 为粒径5-10mm的碎石；钢渣的粒径为5-8mm。

通过采用上述技术方案，灰水泥和粗骨料的重量配比是比较大的，确保了混凝土应 有的强度；

水缓蚀剂中明矾和硅磷晶两种水溶解度差异很大，通过明矾相对快速的溶解和硅磷晶相对缓 慢的溶解相结合，可以获得高的初始空隙率与持久透水效果；明矾和硅磷晶自身强度高、外 形规整、粒径与碎石相近，5-8mm粒径的明矾在约6小时的流动水中可完全溶解，当雨水经 过透水混凝土渗透进入时，会快速溶解掉水缓蚀剂中的部分明矾，使混凝土内部形成连续规 整的较大孔洞，从而获得比普通透水混凝土更高的初始有效孔隙率，有利于雨水的渗透，更 能使较大颗粒的泥沙、尘土等杂物随着水流流出，从而降低孔隙被堵塞的几率；而硅磷晶性 能稳定，只在流动水中才缓慢溶解，粒径5-8mm的硅磷晶通常需要在12个月的长期流动水 中才可完全溶解，具有非常长的潜伏期，当雨水流过时，硅磷晶缓慢溶解所产生的孔洞进一 步提高了有效连续的孔隙，确保透水率始终保持在较高的水平，达到降低堵孔的效果。

硅藻土是一种具有生物结构的岩石；pH值中性、无毒，硅藻土矿粉具有独特的孔隙结构，体重轻软，孔隙度大，吸附性能强，空气中湿度上升时，硅藻土上的超微细孔能够自动吸收空气中的水份，将其储存起来。当空气中的水份减少、湿度下降，硅藻土就能够将储存在超微细孔中的水份释放出来；硅藻土也可以吸附一定的异味，达到清新空气的作用；

硅藻土化学性质稳定、耐磨、耐热，在生产水泥中加硅藻土，可提高混凝土的强度；

在明矾和磷硅晶表面涂覆的硅藻土，硅藻土上的孔洞可以引导雨水更快的渗透到明矾和磷硅 晶上，渗水效果更好；

钢铁行业每年产生大量的固体废渣没有得到有效利用，其中最突出的就是炼钢过程产生的钢 渣，将钢渣颗粒变废为宝，不仅降低了成本，而且无需再将钢渣弃置堆积，既不会占用大量 土地，也减少了对土地的污染，有利于环境保护；而且钢渣的硬度也较高，进一步确保了混 凝土应有的强度；

明矾和硅磷晶上涂覆粒径为5-8mm的钢渣进一步保证了水缓蚀剂表面的孔隙，有利于雨水 的快速渗透。

可再分散乳胶粉，具有极突出的粘结强度，能够提高混凝土的柔韧性，赋予混凝土优良的耐碱性,改善混凝土的粘附性粘合性、抗折强度、防水性、可塑性、耐磨性能和施工性；

混凝土制作过程中在浆料中加入纤维素醚，浆料内的纤维素醚在水中溶解后，由于表面活性 作用保证了胶凝材料在体系中有效地均匀分布，而纤维素醚作为一种保护胶体，“包裹”住 固体颗粒，并在其外表面形成一层润滑膜，使浆料体系更稳定，也提高了浆料在搅拌过程的 流动性和施工的滑爽性。

纤维素醚溶液由于自身分子结构特点，使浆料中的水分不易失去，并在较长的一段时 间内逐步释放，赋予浆料良好的保水性和工作性；

减水剂是一种在维持混凝土坍落度不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂；大多 属于阴离子表面活性剂，加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减 少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。

本发明进一步设置为：所述水缓蚀剂中明矾+磷硅晶与醋酸乙烯-乙烯共聚乳液+硅藻 土+钢渣+水的混合物重量配比为1:0.12-0.14。

通过采用上述技术方案，有利于保存水缓蚀剂，大大缓解了水缓蚀剂存放时潮解、风化的现象；同时又便于水缓蚀剂的溶解，不容易影响混凝土的渗水性能。

本发明进一步设置为：所述乙烯-醋酸乙烯共聚乳液、硅藻土、钢渣和水的重量配比 为2:0.7-1.3:0.3-0.5:6-8。

通过采用上述技术方案，通过乙烯-醋酸乙烯共聚乳液和水将硅藻土和钢渣调制成适 宜粘稠度的浆液，能够更好的涂覆在明矾和硅磷晶上，粘性也比较好。

本发明进一步设置为：所述钢渣颗粒中主要成分包括45％氧化钙，10％氧化镁、20％ 二氧化硅、20％氧化亚铁以及5％其它杂质。

通过采用上述技术方案，钢渣中含有大量游离的氧化钙，使得钢渣不稳定，容易吸收空气中的水和二氧化碳使自身体积发生膨胀；因此在混凝土中加入钢渣颗粒，钢渣颗粒中 高含量氧化钙可以吸收固定温室气体二氧化碳，有利于保护环境；吸收二氧化碳后扩张混凝 土，也有利于形成孔隙，便于雨水的渗透。

本发明进一步设置为：所述钢渣颗粒通过机械粉碎并筛分到1-1.7mm，并氢氧化钠水 溶液中搅拌，并通入二氧化碳气体处理后得到具有固碳能力的钢渣颗粒。

通过采用上述技术方案，钢渣颗粒经过氢氧化钠水溶液处理，添加了催化剂，强化了钢渣颗粒中氧化钙与二氧化碳的反应，从而提高钢铁渣中氧化钙组分的转化率以及钢铁渣 的固碳效率，更有利于保护环境。

本发明进一步设置为：所述灰水泥为42.5或52.5级硅酸盐水泥。

通过采用上述技术方案，42.5或52.5级硅酸盐水泥强度相对较高，适合建筑较大的 桥梁或厂房，以及一些重要路面和制造预制构件。

本发明进一步设置为：所述活性掺料为粒径1.3微米以下的具有高火山灰活性的偏高 岭土。

通过采用上述技术方案，偏高岭土有利于提高混凝土的强度。在成型反应过程中由 水作传质介质及反应媒介,最终产物不像传统的水泥那样以范德华键和氢键为主,而是以离子 键和共价键为主、范德华键为辅,因而具有更优越的性能。

本发明进一步设置为：所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物。

通过采用上述技术方案，乙烯-醋酸乙烯共聚物形成的乙烯-醋酸乙烯共聚乳液具有良 好的混容性有利于缓凝土浆料的均匀搅拌，此外其还具有优良的柔韧性、耐酸碱性、耐紫外 线老化；很好的改善了单纯的水泥制品存在容易龟裂和耐水性、耐冲击力、耐酸性差的缺点， 提高了水泥的实用效果。

本发明进一步设置为：所述纤维素醚为粘度为3万-10万厘泊的羟丙基甲基纤维素醚。

通过采用上述技术方案，羟丙基甲基纤维素醚透明性高，性能稳定，易溶于冷水，更方便使用，而且黏结性较高，有利于混凝土的施工和使用；作为水泥砂浆的保水剂、缓凝剂使砂浆具有泵送性，而且提高了涂抹性和延长可操作时间，更利于施工。

本发明进一步设置为：所述减水剂为萘磺酸盐、磺化三聚氰胺、聚羧酸盐中的一种或多种组合。

通过采用上述技术方案，萘磺酸盐作为减水剂，易溶于水，对水泥等许多粉体材料分散作用良好，减水率达25％；

磺化三聚氰胺作为减水剂，易溶于水，对粉体材料分散好，减水率高，其流动性和自修补性 良好；

聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优 的一种混凝土超塑化剂(减水剂)；聚羧酸系高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物与其它有 效助剂的复配产品。掺量低、减水率高，减水率可高达45％；低收缩，可明显降低混凝土收 缩，抗冻融能力和抗碳化能力明显优于普通混凝土显著提高混凝土体积稳定性和长期耐久性； 产品绿色环保，不含甲醛，为环境友好型产品。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一，利用钢渣颗粒和偏高岭土代替部分灰水泥和粗骨料成本低，而且有利于提高混凝土的 强度。

其二，硅藻土、明矾和硅磷晶提高了混凝土短期和长期的渗水能力，有利于缓解暴雨时城市内涝的情况；而且可以将一部分水渗透到地下，更利于节约用水。

其三，可再分散乳胶粉、纤维素醚、减水剂等提高了混凝土其它方面的性能，利于混凝土使用和施工。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。

实施例一

高效蓄水透水混凝土，包括如下组分及重量配比：

灰水泥 150kg

粗骨料 800kg

羟丙基甲基纤维素醚 0.15kg

聚羧酸盐 2kg

其中灰水泥为42.5级硅酸盐水泥；粗骨料为粒径5-10mm的碎石；羟丙基甲基纤维素醚的粘 度为3万-10万厘泊；

实施例二

高效蓄水透水混凝土，实施例二与实施例一的不同之处在于在配方中添加了水缓蚀剂100kg、 硅藻土50kg、钢渣颗粒20kg、粒径1.3微米以下的具有高火山灰活性的偏高岭土10kg。

水缓蚀剂的制备：

筛分粒径为5-8mm的颗粒状明矾和硅磷晶按重量比1:2的比例混合均匀，将醋酸乙烯-乙烯 共聚乳液、硅藻土、钢渣和水按照重量配比为2:1:0.4:7形成的混合液均匀喷涂到明矾和硅磷 晶的混合物颗粒表面，使颗粒表面形成一层较薄的保护膜，得到存放时不易潮解、不易风化 同时有利于提高界面作用的水缓蚀剂待用；其中明矾+磷硅晶与醋酸乙烯-乙烯共聚乳液+硅 藻土+钢渣+水的混合物重量配比为1:0.12，而且钢渣的粒径为5-8mm。

在其他实施例中，也可以将保护膜的厚度适当加厚，保持在明矾+磷硅晶与醋酸乙烯- 乙烯共聚乳液+硅藻土+钢渣+水的混合物重量配比为1:0.12-0.14之间都不会明细影响水缓蚀 剂的使用。

其中钢渣颗粒中主要成分包括45％氧化钙，10％氧化镁、20％二氧化硅、20％氧化亚 铁以及5％其它杂质。

钢渣通过机械粉碎并筛分得到粒径为1-1.7mm的钢渣颗粒，加入质量份数为0.1的氢 氧化钠水溶液中搅拌，加热到50摄氏度后通入浓度为10％的二氧化碳气体开始碳酸化反应， 反应维持30分钟，停止加热及搅拌；再将所用混合物转移到球磨机中球磨5分钟，固液分 离，得到含氢氧化钠的催化剂和具有固碳能力的钢渣颗粒，干燥后待用。

实施例三

高效蓄水透水混凝土，实施例三与实施例二的不同之处在于将灰水泥的量调整为130kg。

实施例四

高效蓄水透水混凝土，实施例四与实施例二的不同之处在于将粗骨料的量调整为750kg。

实施例五

高效蓄水透水混凝土，实施例五与实施例二的不同之处在于将水缓蚀剂的量调整为80kg。

实施例六

高效蓄水透水混凝土，实施例六与实施例二的不同之处在于将水缓蚀剂的量调整为60kg。

实施例七

高效蓄水透水混凝土，实施例七与实施例二的不同之处在于将硅藻土的量调整为30kg。

实施例八

高效蓄水透水混凝土，实施例六与实施例二的不同之处在于将钢渣颗粒的量调整为10kg。

实施例九

高效蓄水透水混凝土，实施例九与实施例二的不同之处在于将偏高岭土的量调整为15kg。

在其他实施例中，根据需要，也可以使用52.5级硅酸盐水泥；

在其他实施例中，也可以将减水剂聚羧酸盐替换为萘磺酸盐、磺化三聚氰胺中的一种或多种 组合。

详细配方见下表：

按上述配方将各原料混合均匀，加入混凝土总量35％的水，采用强制式搅拌机现场搅拌，即 可得到透水混凝土。

性能测试

将上述配方制得的透水混凝土试样经标准养护后再经流速为0.6-0.7/m³的流水养护6小时， 按照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》标准对各试样进行性能测试，测试结 果如下：

从上表中的检测结果可以看出，由于试样采用浸水养护，添加了水缓蚀剂试样的透水性与连 续孔隙率有大幅的提高，并且其强度降低并不明显,有些还有升高，完全可以满足C20级别 的要求。

(2)将上述各配方制得的透水混凝土试样全部置于户外的人行道一年，按照 CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》标准测试其各项性能，测得结果如下：

从上表的检测结果可以看出，经过一年户外的雨水冲刷，普通试样的透水性与连续孔隙率 大幅降低，而水缓蚀剂掺量重量配比为6％时，其一年后的透水性与连续孔隙率也比普通试 样要高很多，同时强度并未明显降低，有些还有升高。

本发明的透水混凝土能够确保透水性与连续孔隙率保持在较高的水平，达到降低堵 塞的效果；虽然水缓蚀剂的成本相比碎石要高很多，但因添加量为5-10％时，即可获得非常 明显的效果，从成本来看，水缓蚀剂提高了透水混凝土的初期成本，但是其功能期的可使 用寿命大幅提高，降低了维护成本，而且硅藻土有一定的蓄水功能，钢渣颗粒还实现了废物 利用，有利于保护环境，最终其综合成本并没有明显提高，完全能够推广使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。

Claims (10)

1.高效蓄水透水混凝土，其特征在于：包括如下组分及重量配比：

灰水泥12-15％

粗骨料75-80％

水缓蚀剂5-10％

硅藻土3-5％

钢渣颗粒1-2％

活性掺合料0.9-2％

可再分散乳胶粉0.3-0.5％

纤维素醚0.01-0.02％

减水剂0.2-0.3％

其中水缓蚀剂包括粒径为5-8mm的颗粒状明矾和硅磷晶按重量比1:2-3的比例混合均匀后，再将醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、硅藻土、钢渣和水的混合物均匀涂于颗粒表面而成；粗骨料为粒径5-10mm的碎石；钢渣的粒径为5-8mm。

2.根据权利要求1所述的高效蓄水透水混凝土，其特征在于：所述水缓蚀剂中明矾+磷硅晶与醋酸乙烯-乙烯共聚乳液+硅藻土+钢渣+水的混合物重量配比为1:0.12-0.14。

3.根据权利要求2所述的高效蓄水透水混凝土，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯共聚乳液、硅藻土、钢渣和水的重量配比为2:0.7-1.3:0.3-0.5:6-8。

4.根据权利要求1所述的高效蓄水透水混凝土，其特征在于：所述钢渣颗粒中主要成分包括45％氧化钙，10％氧化镁、20％二氧化硅、20％氧化亚铁以及5％其它杂质。

5.根据权利要求4所述的高效蓄水透水混凝土，其特征在于：所述钢渣颗粒通过机械粉碎并筛分到1-1.7mm，并氢氧化钠水溶液中搅拌，并通入二氧化碳气体处理后得到具有固碳能力的钢渣颗粒。

6.根据权利要求1所述的高效蓄水透水混凝土，其特征在于：所述灰水泥为42.5或52.5级硅酸盐水泥。

7.根据权利要求1所述的高效蓄水透水混凝土，其特征在于：所述活性掺料为粒径1.3微米以下的具有高火山灰活性的偏高岭土。

8.根据权利要求1所述的高效蓄水透水混凝土，其特征在于：所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物。

9.根据权利要求1所述的高效蓄水透水混凝土，其特征在于：所述纤维素醚为粘度为3万-10万厘泊的羟丙基甲基纤维素醚。

10.根据权利要求1所述的高效蓄水透水混凝土，其特征在于：所述减水剂为萘磺酸盐、磺化三聚氰胺、聚羧酸盐中的一种或多种组合。