CN109206039A - 透水保湿混凝土外加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透水保湿混凝土外加剂，包括以下组分按下述重量分数比组成：硼酸13～18%，氟硅酸钠3～9%，氯化镁3～9%，六偏磷酸钠2～8%，氮化硅粉2～4%，氯化钾18～20%，螯合分散剂0.1～0.2%，葡萄糖酸钠0.05～0.09%，水余量。加入本发明的混凝土具有高透水性、高承载力、固化后稳定性佳。材料密度较低，降低了热储存的能力，具有较佳的散热性。无机材料不会出现老化的现象，养护更加方便；耐用耐磨性能优异。本发明的更加无机离子更容易与染料离子结合着色，适用于各种色彩配比方案，具有美观性。无机离子外加剂对动、植物没有影响，亦不影响水质，是无公害环保的绿色建材。

Description

透水保湿混凝土外加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种透水保湿混凝土外加剂及其制备方法。

背景技术

透水混凝土又称多孔混凝土、无砂混凝土、透水地坪。是由骨料、水泥、外加剂和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水和重量轻的特点。透水混凝土能让雨水流入地下，有效补充地下水，维护生态平衡，缓解城市热岛效应，同时可以消除地面上的油类化合物，解决一系列城市环境问题。其有利于人类生存环境的良性发展，具有特殊的重要意义。透水混凝土在满足强度要求的同时，还需要保持一定的贯通孔隙来满足透水性的要求，因此在配制时除了选择合适的原材料外，还要通过选择合适的外加剂、设计配比和制备工艺来达到保证强度和孔隙率的目的。目前透水混凝土主要通过使用胶粉来保证透水性和混凝土的强度，中国专利ZL2010101855691公开了一种透水混凝土及其制备方法，利用水泥、砼灰、乳胶粉组成复合胶凝材料，与骨料、水制备出抗压强度大于或等于20MPa的透水混凝土。中国发明专利ZL2011102636291公开了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的问题，该发明外加剂重量配比由减水剂、胶粉、颜料、石棉戎、石膏粉、重钙粉组成，通过胶粉的粘接性提高强度。中国发明专利ZL2007101716979公开了一种透水混凝土用复合胶凝材料及其制备方法，复合胶凝材料由水泥、矿渣微粉、粉煤灰、乳胶粉、减水剂组成，通过复合凝胶提升透水混凝土的强度。尽管通过使用胶粉一定程度上提高了分散性，但由于透水混凝土主要依靠粗骨料形成较大的孔道和孔隙率达到透水的目的，因此，缺少细集料导致其粘接界面面积小，强度提高极为有限，极大地限制了透水混凝土在城市道路、高速公路等高载荷路面的使用。由于添加了胶粉，使得材料的密度提高，一定程度上提高了热储存的能力，夏天烈日下较高的地下温度传入地面从而加热整个水泥混凝土的温度，散热能力差。由于透水混凝土施工后需要利用风机吹扫、高压冲洗或真空清扫等方法进行定期养护，添加了胶粉的混凝土长期使用后胶粉老化，表面孔隙容易被泥沙污染、封堵，清理更为频繁，甚至最后堵塞而失去保湿透水的效果。添加胶粉的透水混凝土一般无法添加细集料，这是因为在施工过程中添加胶粉的水泥浆体使细集料易出现下沉堵塞下部孔隙，影响透水性能，因此无法通过添加细集料提高混凝土强度。

发明内容

本申请人针对上述现有生产中抗压抗折强度低、散热性差、容易老化堵塞等缺点，提供一种透水保湿混凝土外加剂及其制备方法，保湿透水、抗压抗折强度高、散热效果佳、维护清洁方便。

本发明所采用的技术方案如下：

一种透水保湿混凝土外加剂，包括以下组分按下述重量分数比组成：硼酸13～18%，氟硅酸钠3～9%，氯化镁3～9%，六偏磷酸钠2～8%，氮化硅粉2～4%，氯化钾18～20%，螯合分散剂0.1～0.2%，葡萄糖酸钠0.05～0.09%，水余量。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述重量分数比组分为：硼酸14～16%，氟硅酸钠5～7%，氯化镁5～7%，六偏磷酸钠4～6%，氮化硅粉2.5～3.5%，氯化钾18.5～19.5%，螯合分散剂0.13～0.17%，葡萄糖酸钠0.06～0.08%，水余量。

进一步的，所述重量分数比组分为：硼酸15%，氟硅酸钠6%，氯化镁6%，六偏磷酸钠5%，氮化硅粉3%，氯化钾19%，螯合分散剂0.15%，葡萄糖酸钠0.07%，水余量。

所述螯合分散剂为马来酸-丙烯酸共聚物、氨基三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二亚乙基三胺五乙酸、乙二胺二邻苯基乙酸钠中的至少一种。

所述硼酸、氟硅酸钠、氯化镁、六偏磷酸钠、氮化硅粉和氯化钾为分析纯。

一种上述任一项所述的透水保湿混凝土外加剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步：将硼酸，氟硅酸钠，氯化镁，六偏磷酸钠，氮化硅粉，螯合分散剂，葡萄糖酸钠分别加入水中，制得相应的溶液备用；

第二步：在主反应釜内加入硼酸溶液，并搅拌10～15分钟；

第三步：第一次缓慢加入氯化钾颗粒，直至温度升至80～85℃停止投料，加入常温水，待釜内温度降至60～65℃时再继续投料，此步骤反复进行，直至加入氯化钾颗粒的投入量达到总量的40%公斤为止，再注入常温水；

第四步：待温度降至60～65℃时，加入氟硅酸钠溶液，搅拌10～15分钟；加入氯化镁溶液，搅拌10～15分钟；加入六偏磷酸钠溶液，搅拌10～15分钟，主反应釜内温度控制在65℃以下；再加入氮化硅粉溶液，釜内温度控制在60℃以下，搅拌10～15分钟；

第五步：第二次缓慢加入氯化钾颗粒，温度升至80℃时停止投料，待温度降至60～65℃时加入常温水再继续投料，直至完全加入剩余的氯化钾颗粒；

4第六步：加入螯合分散剂，搅拌10～15分钟，再加入葡萄糖酸钠和剩余的常温水，连续搅拌48～50小时。

本发明的透水保湿混凝土外加剂各成分的详细说明、保湿机理以及有益效果如下：

1、加入本发明的混凝土具有高透水性，当混凝土添加透水保湿混凝土外加剂时，外加剂中的硼元素、氟元素、氮元素和水泥中的各种元素起化合作用相互协调共价两个或三个离子键，产生元素结合、共有结合、移位结合，各元素在变化中分解和移位，形成具有均匀贯通孔隙的网络结构，显著提高透水性。加入本发明的混凝土制作的透水地坪拥有21%～27%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。

2、加入本发明的混凝土具有高承载力，透水保湿混凝土外加剂是完全能溶于水的混合体，在生产过程中有一定的添加顺序，除了在反应体系中分两步加入氯化钾颗粒，在第一次加入氯化钾颗粒后必须按顺序依次添加氟硅酸钠溶液、氯化镁溶液、六偏磷酸钠溶液和氮化硅粉溶液，此添加顺序让两个带相反电荷的阳离子与阴离子之间的库仑吸引力而产生离子化合物在一定的熟化过程中产生离子键，在水中离解出带正电荷的镁离子、钾离子、钠离子和带负电荷的偏磷酸离子、氯离子，镁离子、钾离子、钠离子与水泥胶体表面的阳离子产生交换作用，将这些原本吸附在水泥颗粒表面、亲水性高的阳离子赶走，取而代之以亲水性较低、粘结力较强的镁离子、钾离子、钠离子；在物理压力的作用下，反应后的生成物共同作用，充填水泥颗粒之间的空隙，达到耐水、增强、提高抗压、抗折强度的目的。经试验测试，加入本发明的混凝土制作的透水地坪的承载力完全能够达到C20～C25混凝土的承载标准，高于一般透水砖的承载力。

3、本发明与水泥固化后稳定性佳，化合而成的液态无机外加剂不因时间而变化，有效地改善了混凝土的物理力学性质。而且材料的密度本身较低（21～27%的空隙）降低了热储存的能力，使其吸热和储热功能接近于自然植被所覆的地面，具有较佳的散热性。

4、本发明所述的透水保湿混凝土外加剂包含硼酸、氟硅酸钠、氮化硅粉等特殊化学成份，当透水混凝土添加外加剂时，外加剂的硼元素、氟元素、氮元素和水泥中的各种元素起化合作用，氢离子和金属离子结合相互加强吸着力促进凝结和固化，有效地提高了抗压强度和抗折强度；无机材料不会出现老化的现象，使用高压水洗的方式就可以轻而易举的去除表面的细小杂质颗粒，养护更加方便；耐用耐磨性能优异，接近于普通的地坪，避免了添加胶粉的透水砖存在的使用年限短、不经济等缺点。

5、本发明的更加无机离子更容易与染料离子结合着色，适用于各种色彩配比方案，能够配合设计师独特创意，实现不同环境和个性所要求的装饰风格，具有美观性。

6、无机离子外加剂对动、植物没有影响，亦不影响水质，是无公害环保的绿色建材。

具体实施方式

实施例1～3和对比例1～3中包含如下表1中的组分，表1所记载的配方比例为固体成分的重量百分比。

表1 各组分的配比

组分	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3
							硼酸	13	15	18	16	0.1	16
氟硅酸钠	6	3	9	8	0.1	5
							氯化镁	5	9	3	0.1	6	6
六偏磷酸钠	8	5	2	0.1	6	6
							氮化硅粉	4	3	2	3	0.1	3
氯化钾	18	19	20	0.1	19	16
							螯合分散剂	0.15	0.1	0.2	0.15	0.15	0.17
葡萄糖酸钠	0.08	0.09	0.05	0.07	0.06	0.06
							水	余量	余量	余量	余量	余量	余量

表1中的螯合分散剂采用乙二胺四乙酸。在其他实施例中所述螯合分散剂也可以是马来酸-丙烯酸共聚物、氨基三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二亚乙基三胺五乙酸、乙二胺二邻苯基乙酸钠中的至少一种。

上述实施例1～3和对比例1～2的制备方法如下：

第一步：按照表1中的配比将硼酸，氟硅酸钠，氯化镁，六偏磷酸钠，氮化硅粉，螯合分散剂，葡萄糖酸钠分别加入水中，制得相应的溶液备用；

第二步：在1吨特殊防腐材料制成的主反应釜内加入硼酸溶液，并搅拌10～15分钟；

第三步：第一次缓慢加入氯化钾颗粒，直至温度升至80～85℃停止投料，加入常温水，待釜内温度降至60～65℃时再继续投料，此步骤反复进行，直至加入氯化钾颗粒的投入量达到总量的40%公斤为止，再注入常温水；

第四步：待温度降至60～65℃时，加入氟硅酸钠溶液，搅拌10～15分钟；加入氯化镁溶液，搅拌10～15分钟；加入六偏磷酸钠溶液，搅拌10～15分钟，主反应釜内温度控制在65℃以下；再加入氮化硅粉溶液，釜内温度控制在60℃以下，搅拌10～15分钟；

第五步：第二次缓慢加入氯化钾颗粒，温度升至80℃时停止投料，待温度降至60～65℃时加入常温水再继续投料，直至完全加入剩余的氯化钾颗粒；

第六步：加入螯合分散剂，搅拌10～15分钟，再加入葡萄糖酸钠和剩余的常温水，连续搅拌48～50小时，温度降至35℃以下，即得到所述的透水保湿混凝土外加剂。

对比例3的制备方法如下：

第一步：按照表1中的配比将硼酸，氟硅酸钠，氯化镁，六偏磷酸钠，氮化硅粉，螯合分散剂，葡萄糖酸钠分别加入水中，制得相应的溶液备用；

第二步：在1吨特殊防腐材料制成的主反应釜内加入硼酸溶液，并搅拌10～15分钟；

第三步：缓慢加入氯化钾颗粒，直至温度升至80～85℃停止投料，加入常温水，待釜内温度降至60～65℃时再继续投料，此步骤反复进行，直至氯化钾颗粒全部投入完毕，再注入常温水；

第四步：待温度降至60～65℃时，加入六偏磷酸钠溶液，搅拌10～15分钟；加入氟硅酸钠溶液，搅拌10～15分钟，主反应釜内温度控制在65℃以下；再加入氮化硅粉溶液，釜内温度控制在60℃以下，搅拌10～15分钟；加入氯化镁溶液，搅拌10～15分钟；

第五步：加入螯合分散剂，搅拌10～15分钟，再加入葡萄糖酸钠和剩余的常温水，连续搅拌48～50小时，温度降至35℃以下，即得到所述的透水保湿混凝土外加剂。

透水混凝土由骨料、水泥、水等组成，选用单粒级或间断粒级的粗骨料作为骨架，选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，选用硅灰、粉煤灰、矿渣微细粉作为掺合料，投料时先放入水泥、掺合料、粗骨料，再加入一半的水用量，搅拌30s；然后加入本发明的外加剂和颜料，搅拌60s；最后加入剩余水量，搅拌120s出料。

本次试验配比如下：水泥（普通硅酸盐水泥42.5）用量340kg/m³；骨料：单级配玄武岩，粒径为5～10mm；水灰比(w/c)为0.3；集灰比为5.0；透水保湿水泥混凝土外加剂掺量为水泥用量的1%。搅拌采用水泥包裹法：先将搅拌机用水湿润预拌，再加入全部骨料和水泥拌合。随后加入1%的透水保湿水泥混凝土外加剂，使所有骨料颗粒全部裹覆水泥，并以混合料拌和均匀为度，以形成包裹骨料表面的水泥浆。为了对比，对比例4采用市售添加胶粉的透水混凝土代替本发明的透水保湿水泥混凝土外加剂，按照相同方法制成水泥浆。将搅拌均匀的混凝土混合料装150mm×150mm×150mm的抗压试模和150mm×150mm×450mm的抗折试模中，机械振捣10s。试件标准养护28d后，根据测试标准GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》，分别在混凝土压力试验机上测试混凝土抗压强度，在万能试验机上测试混凝土抗折强度。测试结果如表2。

表2 实验结果

相较于对比例4，使用本发明的外加剂制得的透水水泥混凝土在标准养护28d后具有较高的抗压强度和抗折强度，且在满足较高强度的同时依然具备良好的透水系数，可使雨水迅速渗入透水混凝土内部，不仅可以保护土壤湿度，还可以增加土壤的湿度，改善地面植物及微生物生存条件；相较于添加胶粉的混凝土，无机材料不会出现老化的现象，使用高压水洗的方式就可以轻而易举的去除表面的细小杂质颗粒，养护更加方便，避免了添加胶粉的透水砖存在的使用年限短、不经济等缺点。

对比例2的强度明显不足，这是对比例2的透水保湿混凝土外加剂只添加了低含量的硼酸、氟硅酸钠和氮化硅粉，硼元素、氟元素、氮元素和水泥中的各种元素起化合作用，氢离子和金属离子结合相互加强吸着力促进凝结和固化；另外硼元素、氟元素、氮元素和水泥中的各种元素起化合作用相互协调共价两个或三个离子键，产生元素结合、共有结合、移位结合，各元素在变化中分解和移位，形成具有均匀贯通孔隙的网络结构，同时使得混凝土具有较佳的透水性。

对比例1的强度也明显不足，这是由于对比例1中只添加了少量的氯化镁、六偏磷酸钠和氯化钾，氯化镁、六偏磷酸钠和氯化钾在水中离解出带正电荷的镁离子、钾离子、钠离子和带负电荷的偏磷酸离子、氯离子，镁离子、钾离子、钠离子与水泥胶体表面的阳离子产生交换作用，将这些原本吸附在水泥颗粒表面、亲水性高的阳离子赶走，取而代之以亲水性较低、粘结力较强的镁离子、钾离子、钠离子；在物理压力的作用下，反应后的生成物共同作用，充填水泥颗粒之间的空隙，达到耐水、增强、提高抗压、抗折强度的目的。

对比例3虽然使用了本发明配比的外加剂，但是制备方法与实施例1～3不同，所制得的透水性混凝土相较于实施例1～3明显强度不足，透水性也不佳，这是由于实施例1～3在反应体系中分两步加入氯化钾颗粒，在第一次加入氯化钾颗粒后按顺序依次添加氟硅酸钠溶液、氯化镁溶液、六偏磷酸钠溶液和氮化硅粉溶液，此添加顺序使得两个带相反电荷的镁离子、钾离子、钠离子与偏磷酸离子之间的库仑吸引力而产生离子化合物在一定的熟化过程中产生离子键，更容易与水泥胶体表面的阳离子产生交换作用，从而得到更高强度的化合物，经试验测试，加入本发明的混凝土制作的透水地坪的承载力完全能够达到C20～C25混凝土的承载标准，高于一般透水砖的承载力。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种透水保湿混凝土外加剂，其特征在于包括以下组分按下述重量分数比组成：硼酸13～18%，氟硅酸钠3～9%，氯化镁3～9%，六偏磷酸钠2～8%，氮化硅粉2～4%，氯化钾18～20%，螯合分散剂0.1～0.2%，葡萄糖酸钠0.05～0.09%，水余量。

2.根据权利要求1所述的透水保湿混凝土外加剂，其特征在于：所述重量分数比组分为：硼酸14～16%，氟硅酸钠5～7%，氯化镁5～7%，六偏磷酸钠4～6%，氮化硅粉2.5～3.5%，氯化钾18.5～19.5%，螯合分散剂0.13～0.17%，葡萄糖酸钠0.06～0.08%，水余量。

3.根据权利要求1所述的透水保湿混凝土外加剂，其特征在于：所述重量分数比组分为：硼酸15%，氟硅酸钠6%，氯化镁6%，六偏磷酸钠5%，氮化硅粉3%，氯化钾19%，螯合分散剂0.15%，葡萄糖酸钠0.07%，水余量。

4.根据权利要求1所述的透水保湿混凝土外加剂，其特征在于：所述螯合分散剂为马来酸-丙烯酸共聚物、氨基三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二亚乙基三胺五乙酸、乙二胺二邻苯基乙酸钠中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的透水保湿混凝土外加剂，其特征在于：所述硼酸、氟硅酸钠、氯化镁、六偏磷酸钠、氮化硅粉和氯化钾为分析纯。

6.一种权利要求1至5中任一项所述的透水保湿混凝土外加剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步：将硼酸，氟硅酸钠，氯化镁，六偏磷酸钠，氮化硅粉，螯合分散剂，葡萄糖酸钠分别加入水中，制得相应的溶液备用；

第二步：在主反应釜内加入硼酸溶液，并搅拌10～15分钟；

第三步：第一次缓慢加入氯化钾颗粒，直至温度升至80～85℃停止投料，加入常温水，待釜内温度降至60～65℃时再继续投料，此步骤反复进行，直至加入氯化钾颗粒的投入量达到总量的40%公斤为止，再注入常温水；

第四步：待温度降至60～65℃时，加入氟硅酸钠溶液，搅拌10～15分钟；加入氯化镁溶液，搅拌10～15分钟；加入六偏磷酸钠溶液，搅拌10～15分钟，主反应釜内温度控制在65℃以下；再加入氮化硅粉溶液，釜内温度控制在60℃以下，搅拌10～15分钟；

第五步：第二次缓慢加入氯化钾颗粒，温度升至80℃时停止投料，待温度降至60～65℃时加入常温水再继续投料，直至完全加入剩余的氯化钾颗粒；

第六步：加入螯合分散剂，搅拌10～15分钟，再加入葡萄糖酸钠和剩余的常温水，连续搅拌48～50小时。