CN109160781B - 高强透水性混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强透水性混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域，其技术方案要点是以重量份数计，高强透水性混凝土包括如下组分：水泥、增强骨料、透水骨料、增强纤维、增韧剂、减水剂、水；所述增强骨料包括碎石以及高强陶粒；所述透水骨料包括沸石以及贝壳颗粒；所述增强纤维包括碳纤维以及竹纤维。本发明中增强骨料以及增强纤维可提高混凝土的强度，增韧剂能提高混凝土的韧性、强度以及透水性，竹纤维、沸石以及贝壳颗粒发挥协同作用，使水分被快速导流以及吸附，从而快速从混凝土的表面排出；并且竹纤维以及贝壳颗粒均具有抗菌性能，能够减少湿热环境时滋生的细菌，提高混凝土的耐久性。

Description

高强透水性混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，更具体的说，它涉及一种高强透水性混凝土及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展和城市建设的进程，现代城市的地表逐步被钢筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆盖，与自然的土壤相比，现代化地表给城市带来一系列的问题，其主要表现为以下几个方面:(1)不透水的路面阻碍了雨水的下渗，使得雨水对地下水的补充被阻断，再加上地下水的过度抽取，城市地面容易产生下沉；(2)传统的密实路表面，轮胎噪声大。车辆高速行驶过程中，轮胎滚进时会将空气压入轮胎和路面间，待轮胎滚过，空气又会迅速膨胀而发出噪声，雨天这种噪声尤为明显，影响了居民的生活与工作；(3)传统城市路面为不透水结构，雨水通过路表排除，泄流能力有限，当遇到大雨或暴雨时，雨水容易在路面汇集，大量集中在机动车和自行车道上，导致路面大范围积水；(4)不透水路面使城市空气湿度降低，加速了城市热岛效应的形成；(5)不透水路面是"死亡性地面"，会影响地面的生态系统，它使水生态无法正常循环，打破了城市生态系统的平衡，影响了植被的正常生长。

而透水混凝土可以拥有15％-25％的孔隙，能够使透水速度达到31-52升/米/小时，远远高于最有效的降雨在最优秀的排水配置下的排出速率。具有折叠高承载力、折叠抗冻融性、折叠耐用性、折叠高散热性。但是目前的透水混凝土存在强度和透水性的矛盾，且工作性能较差，限制了透水混凝土的使用，因此，针对这种缺点，开展高强高透水混凝土的研发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高强透水性混凝土，增强骨料碎石以及高强陶粒的加入可以减少水泥的用量，从而可以降低混凝土的水化热；透水骨料沸石以及贝壳颗粒可以增强混凝土的透水性，提高混凝土路面的排水效果；增强纤维碳纤维以及竹纤维可以弥补透水骨料强度低的缺陷，提高混凝土的强度；增韧剂可以提高增强骨料、透水骨料与水泥之间的结合力，提高混凝土的韧性、强度以及透水性；此外通过竹纤维的孔隙，对混凝土表面的水分起到导流的作用，与沸石以及贝壳颗粒能够发挥协同作用，使水分能被快速导流以及吸附，从而快速从混凝土的表面排出；并且竹纤维以及贝壳颗粒均具有抗菌性能，能够减少湿热环境时滋生的细菌，延长混凝土原料的使用寿命。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种以重量份数计，包括如下组分：

所述水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥；

所述增强骨料包括重量份数比为5:1的碎石以及高强陶粒；

所述透水骨料包括重量份数比为1:1的沸石以及贝壳颗粒；

所述增强纤维包括重量份数比为3:1的碳纤维以及竹纤维；

所述减水剂为高效萘系减水剂。

通过采用上述技术方案，由于透水混凝土中只有粗骨料而不含细骨料，粗骨料之间存在较大的孔隙，可以促进混凝土的排水性，并且其孔隙可以吸收路面上的部分噪音，起到降噪的作用；混凝土孔隙率的大小主要就是由粗骨料的粒径决定的，骨料粒径越大，由粗骨料构成的透水混凝土的孔隙率越大，透水系数越大。

水泥是混凝土胶凝体系中最主要的材料，增强骨料的加入可以减少水泥的用量，从而可以降低混凝土的水化热；透水骨料可以增强混凝土的透水性，提高混凝土路面的排水效果；增强纤维可以弥补透水骨料强度低的缺陷，提高混凝土的强度；增韧剂可以提高增强骨料、透水骨料与水泥之间的结合力；减水剂不但可以降低用水量，减少混凝土配合比的总胶用量，同时在水灰比不变的情况下可以降低了单方水泥用量，从而减少水泥产生的水化热，降低混凝土内外的温度差。

陶粒，就是陶质的颗粒，陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体，陶粒的内部结构特征呈细密蜂窝状微孔，吸水率低，抗冻性能和耐久性能好，抗渗性优异；高强陶粒是指强度标号不小于25MPa的结构用轻粗集料，其有利于提高混凝土的强度。

沸石具有架状结构，就是说在它们的晶体内，分子像搭架子似地连在一起，中间形成很多空腔，当其作为混凝土的原料时，沸石的空腔有利于水分通过，便于地面的水分排出，以实现混凝土透水性的作用。

贝壳颗粒的本身是多孔纤维状双螺旋体结构，可以吸附有害气体，以对路面汽车尾气进行有效的吸附，并且贝壳自身为高强度多孔结构，便于吸收混凝土地面的水分，有利于地面水分的迅速排出，提高混凝土的透水性，与沸石共同发挥混凝土透水性的作用；此外贝壳颗粒还具有高性能的抗菌性，以及防腐的功能，能够防止在湿热环境下滋生的细菌对贝壳颗粒、竹纤维等有机物的侵蚀。

碳纤维，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，其外形有显著的各向异性柔软，碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，可以提高混凝土的强度与韧性，从而提高混凝土的力学性能。

竹纤维是从自然生长的竹子中提取出的纤维素纤维，竹原纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性，具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭和抗紫外线功能，竹纤维的横截面凹凸变形，布满了近似于椭圆形的孔隙，呈高度中空，毛细管效应极强，可在瞬间吸收和蒸发水分；可以对地面的水分起到导向的作用，使水分迅速从混凝土的表面被吸收至混凝土的内部，并通过沸石以及贝壳颗粒进行吸收，以达到混凝土迅速排水的作用；竹纤维中含有杀菌成分单宁，细菌在棉、木等纤维制品中能够大量繁殖，而竹纤维制品上的细菌不但不能长时间生存，而且短时间内还能消失或减少，24小时内细菌死亡率达75％以上，其与贝壳颗粒共同作用，能够降低在湿热环境时滋生的细菌的情况，提高贝壳颗粒以及竹纤维等有机材料的使用寿命。

减水剂的主要成分是表面活性剂，其对水泥具有比较好的塑化减水效果，减水剂对混凝土有塑化作用，可以增加流动性，改善硬化混凝土的性能；减水剂对混凝土的塑化作用主要表现在以下几个方面:(1)吸附分散作用；(2)润湿作用；(3)润滑作用由于减水剂所起的吸附分散、润湿和润滑作用，只要使用较少量的水就可以很容易地将混凝土的原料拌合均匀，使新混凝土的和易性得到明显改善。

本发明进一步设置为：所述增韧剂由以重量份计的高分子多孔微球6-10份、可再分散性乳胶粉2-3份、木质磺酸钠2-3份、硅酸钠2-3份、乙二醇单丁醚1-2份、苯甲酸0.5-1份混合搅拌均匀而得。

通过采用上述技术方案，高分子多孔微球是功能高分子材料的一种，其内部具有三维空间立体孔结构，对氧、热和化学试剂稳定、机械强度高、热稳定好；通过高分子多孔微球、可再分散性乳胶粉、木质磺酸钠、硅酸钠、乙二醇单丁醚、苯甲酸进行复配的增韧剂能在混凝土中均匀分散，能够提高混凝土材料的韧性，从而提高混凝土的抗压强度，通过高分子多孔微球自身的孔结构，能提高混凝土的透水性。

本发明进一步设置为：所述增韧剂由如下方法制备而得：将苯甲酸、乙二醇单丁醚、木质磺酸钠以及硅酸钠在400-600r/min的速度下搅拌均匀，然后加入可再分散性乳胶粉、高分子多孔微球，在110-120℃的温度下，以1000-1200r/min的速度搅拌20-30min，得到增韧剂。

通过采用上述技术方案，有利于高分子多孔微球在混凝土中的均匀分散，提高骨料与混凝土的结合力，从而达到提高混凝土强度的目的。

本发明进一步设置为：所述碎石的粒径为5-10mm连续级配，碎石的表观密度为2830kg/m³，松散堆积孔隙率为45％，松散堆积密度为1560kg/m³。

通过采用上述技术方案，使用5-10mm连续级配的碎石作为粗骨料，不同粒径的碎石堆积形成密实填充的搭接骨架，减少孔隙率，提高混凝土的强度。

本发明进一步设置为：所述高强陶粒的粒径为5-10mm连续级配，堆积密度为650kg/m³。

通过采用上述技术方案，高强陶粒质轻，能减少混凝土的重量，并且可以提高混凝土的强度。

本发明进一步设置为：所述沸石的粒径为20-40μm；所述贝壳颗粒的粒径为20-40μm。

通过采用上述技术方案，沸石以及贝壳颗粒的粒径控制在20-40μm，使其既能填充增强骨料大的间隙，提高混凝土的致密性，也能提高混凝土的排水效果。

本发明进一步设置为：所述碳纤维的长度为8-10mm，纤度为1.5-2.0D。

通过采用上述技术方案，有利于碳纤维在混凝土材料中的分散，增加了其与其他原料的分散性。

本发明进一步设置为：所述竹纤维的长度为6-8mm，纤度为1.5-1.7D。

通过采用上述技术方案，有利于竹纤维在混凝土材料中的分散，增加了其与其他原料的分散性。

本发明的目的之二在于提供一种高强透水性混凝土的制备方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高强透水性混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1:按照比例将水泥、增强骨料、透水骨料充分混合，得到第一混合物；

S2:将增强纤维、减水剂、增韧剂以及水混合均匀，得到第二混合物；

S3:向第一混合物中加入第二混合物，充分混合，得到高强透水性混凝土。

通过采用上述技术方案，将原料进行分批混合，有利于提高分散效果，提高混凝土原料分散的均匀性。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

1.增强骨料的碎石以及高强陶粒的加入可以减少水泥的用量，从而可以降低混凝土的水化热；

2.透水骨料的沸石以及贝壳颗粒可以增强混凝土的透水性，提高混凝土路面的排水效果；

3.增强纤维的碳纤维以及竹纤维可以弥补透水骨料强度低的缺陷，提高混凝土的强度；

4.增韧剂可以提高增强骨料、透水骨料与水泥之间的结合力，增加混凝土的韧性、抗压强度以及透水性；

5.通过竹纤维的孔隙，对混凝土表面的水分起到导流的作用，与沸石以及贝壳颗粒能够发挥协同作用，使水分能被快速导流以及吸附，从而快速从混凝土的表面排出；并且竹纤维以及贝壳颗粒均具有抗菌性能，能够减少湿热环境时滋生的细菌，延长混凝土的耐久性。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

一、实施例1-6高强透水性混凝土的组分示于表1。

表1实施例1-6中高强透水性混凝土组分表(单位：kg)

其中，水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥；碎石的粒径为5-10mm连续级配，碎石的表观密度为2830kg/m³，松散堆积孔隙率为45％，松散堆积密度为1560kg/m³；高强陶粒的粒径为5-10mm连续级配，堆积密度为650kg/m³；沸石的粒径为20-40μm；所述贝壳颗粒的粒径为20-40μm；碳纤维的长度为8-10mm，纤度为1.5-2.0D；竹纤维的长度为6-8mm，纤度为1.5-1.7D。

一种高强透水性混凝土采用如下方法制备而得：

S1:按照比例将水泥、增强骨料、透水骨料充分混合，得到第一混合物；

S2:将增强纤维、减水剂、增韧剂以及水混合均匀，得到第二混合物；

S3:向第一混合物中加入第二混合物，充分混合，得到高强透水性混凝土。

二、增韧剂制备例1-3

制备例1：将0.5kg苯甲酸、1kg乙二醇单丁醚、2kg木质磺酸钠以及2kg硅酸钠在400r/min的速度下搅拌均匀，然后加入2kg可再分散性乳胶粉、6kg高分子多孔微球，在110℃的温度下，以1000r/min的速度搅拌30min，得到增韧剂。

制备例2：将0.8kg苯甲酸、1.5kg乙二醇单丁醚、2.5kg木质磺酸钠以及2.5kg硅酸钠在500r/min的速度下搅拌均匀，然后加入2.5kg可再分散性乳胶粉、8kg高分子多孔微球，在115℃的温度下，以1100r/min的速度搅拌25min，得到增韧剂。

制备例3：将1kg苯甲酸、2kg乙二醇单丁醚、3kg木质磺酸钠以及3kg硅酸钠在600r/min的速度下搅拌均匀，然后加入3kg可再分散性乳胶粉、10kg高分子多孔微球，在120℃的温度下，以1200r/min的速度搅拌20min，得到增韧剂。

三、对比例1-8

对比例1：采用授权公告号为CN101857403B的中国专利，其公开了一种透水混凝土及其制备方法，该发明的一种透水混凝土的制备过程如下:首先制得一种复合胶凝材料，其原料组成及重量百分配比为:水泥70-88％，砼灰10-30％，乳胶粉1-5％，按原料配比称量并搅拌混合，制得复合胶凝材料，备用。然后再制备透水混凝土，其原料组成及重量百分配比为:上述的复合胶凝材料10-25％，再生混凝土骨料70-85％，水4-9％；经充分搅拌均匀后即得到一种透水混凝士。

对比例2：采用授权公告号为CN102162214B的中国专利，其公开了一种透水水泥混凝土的施工方法，所述透水水泥混凝土由水泥、石子、砂、水、减水剂、石粉或石渣、聚丙烯纤维组成，所述透水水泥混凝土的施工方法包括搅拌形成干湿度合适的混合料的步骤、利用沥青混凝土摊铺机进行透水水泥混凝士摊铺施工成型的步骤、以及养护步骤。

对比例3：对比例3与实施例1的不同之处在于原料中未添加高强陶粒。

对比例4：对比例4与实施例1的不同之处在于原料中未添加沸石。

对比例5：对比例5与实施例1的不同之处在于原料中未添加贝壳颗粒。

对比例6：对比例6与实施例1的不同之处在于原料中未添加碳纤维。

对比例7：对比例7与实施例1的不同之处在于原料中未添加竹纤维。

对比例8：对比例8与实施例1的不同之处在于原料中未添加增韧剂。

四、性能测试

力学性能测试：根据规范CJJ/T135-2009《透水混凝土路面试验规程》，对实施例1-6以及对比例1-8制备的透水混凝土的性能进行测试，将结果示于表2。

表2实施例1-6以及对比例1-8制备的透水混凝土的性能测试表

由以上数据可以看出，实施例1-6制备的混凝土相较于对比例1-8具有良好的透水性数、空隙率、抗压强度以及弯曲强度，说明本发明制备的混凝土具有优异的高强透水性；此外实施例1-6制备的混凝土还具有很好的耐磨性以及抗冻性，说明本发明制备的混凝土还具有很好的耐久性；对比例3以及对比例5的抗压强度以及弯曲强度明显低于实施例1，说明高强陶粒以及碳纤维可以提高混凝土的强度；对比例4、对比例5以及对比例7的透水系数明显低于实施例1，说明沸石、贝壳颗粒以及竹纤维可以提高混凝土的透水性；对比例8中的抗压强度、弯曲强度以及透水性明显低于实施例1，说明增韧剂可以混高混凝土的强度、韧性以及透水性。

此外，由于竹纤维中含有单宁，单宁对多种细菌、真菌和微生物有显著的抑制效果；贝壳中含有甲壳素，甲壳素具有天然抑菌功效，广谱抗菌率非常高，90％以上的常见细菌在甲壳素上不能存活；因此添加了竹纤维以及贝壳颗粒的混凝土具有一定的抗菌防腐作用。

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 (8)

1.一种高强透水性混凝土，其特征在于：以重量份数计，包括如下组分：

水泥 150-170份；

增强骨料 700-720份；

透水骨料 100-120份；

增强纤维 6-8份；

增韧剂 2-4份；

减水剂 2-3份；

水 90-110份；

所述水泥为P.O.42.5 的普通硅酸盐水泥；

所述增强骨料包括重量份数比为5:1的碎石以及高强陶粒；

所述透水骨料包括重量份数比为1:1的沸石以及贝壳颗粒；

所述增强纤维包括重量份数比为3:1的碳纤维以及竹纤维；

所述减水剂为高效萘系减水剂；

所述增韧剂由以重量份计的高分子多孔微球6-10份、可再分散性乳胶粉2-3份、木质磺酸钠2-3份、硅酸钠2-3份、乙二醇单丁醚1-2份、苯甲酸0.5-1份混合搅拌均匀而得。

2.根据权利要求1所述的高强透水性混凝土，其特征在于：所述增韧剂由如下方法制备而得：将苯甲酸、乙二醇单丁醚、木质磺酸钠以及硅酸钠在400-600r/min的速度下搅拌均匀，然后加入可再分散性乳胶粉、高分子多孔微球，在110-120℃的温度下，以1000-1200r/min的速度搅拌20-30min，得到增韧剂。

3.根据权利要求1所述的高强透水性混凝土，其特征在于：所述碎石的粒径为5-10mm连续级配，碎石的表观密度为2830kg/m³，松散堆积孔隙率为45%，松散堆积密度为1560kg/m³。

4.根据权利要求1所述的高强透水性混凝土，其特征在于：所述高强陶粒的粒径为5-10mm连续级配，堆积密度为650kg/m³。

5.根据权利要求1所述的高强透水性混凝土，其特征在于：所述沸石的粒径为20-40μm；所述贝壳颗粒的粒径为20-40μm。

6.根据权利要求1所述的高强透水性混凝土，其特征在于：所述碳纤维的长度为8-10mm，纤度为1.5-2.0D。

7.根据权利要求1所述的高强透水性混凝土，其特征在于：所述竹纤维的长度为6-8mm，纤度为1.5-1.7D。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述的高强透水性混凝土的制备方法，其特征在于：采用如下步骤；

S1:按照比例将水泥、增强骨料、透水骨料充分混合，得到第一混合物；

S2:将增强纤维、减水剂、增韧剂以及水混合均匀，得到第二混合物；

S3:向第一混合物中加入第二混合物，充分混合，得到高强透水性混凝土。