CN109400078B - 一种透水混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土加工的技术领域，具体涉及一种透水混凝土，包括如下重量份的原料组分：胶凝材料300‑380份、粗骨料1000‑1250份、粉煤灰漂珠10‑30份、引气剂1‑5份、外加剂5‑12份、钢纤维3‑5份、水100‑135份和有机纤维10‑30份，所述有机纤维包括重量配比为1：（0.5‑1）的聚丙烯腈纤维和杜拉纤维；本发明的混凝土在具有较好的透水性能的同时，具有较高的抗压强度与抗冻融性能。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土加工的技术领域，具体涉及一种透水混凝土。
背景技术
混凝土，简称为“砼(tóng)”，是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。随着现代建筑技术的发展，对水泥混凝土建筑材料也提出了更高的需求。混凝土是采用单粒级粗骨料作为骨架，水泥净浆包裹在粗骨料颗粒的表面，形成的蜂窝状混凝土材料。
目前，城市道路用混凝土，需要能较快消除道路、广场内积水，减轻城市排水负担，使雨水迅速渗入地下，补充地下水，保持土壤湿度，维护地下水及土壤的生态平衡。然而透水性能好的透水混凝土，作为路面铺装材料，要求其既要有足够的强度，又要有良好的透水性，但其疏松多孔的性质决定了同时获得以上两特定的矛盾性，在实际工程中常出现承载能力差、粗骨料之间粘结力小使抗冻融性能低、易开裂等问题。
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一种透水混凝土，在具有较好的透水性能的同时，具有较高的抗压强度与抗冻融性能。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种抗冻融混凝土，包括如下重量份的原料组分：胶凝材料300-380份、粗骨料1000-1250份、粉煤灰漂珠10-30份、引气剂1-5份、外加剂5-12份、钢纤维3-5份、水100-135份和有机纤维10-30份，所述有机纤维包括重量配比为1∶(0.5-1)的聚丙烯腈纤维和杜拉纤维。
通过采用上述技术方案，粉煤灰漂珠是一种粉煤灰空心球，呈灰白色，壁薄中空，重量很轻，容重为720kg/m3(重质)，418.8kg/m3(轻质)，粒径约0.1毫米，表面封闭而光滑，热导率小，耐火度≥1610℃，是优良的保温耐火材料。粉煤灰漂珠的化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主，具有颗粒细、中空、质轻、高强度、耐磨、耐高温、保温绝缘、绝缘阻燃等多种特性。聚丙烯腈纤维具有极好的柔韧性、弹性回复性率及轻量性。杜拉纤维，学名为聚丙烯(PP)短纤维，以100％纯聚丙烯原料制成，对酸、碱都有极强的抵御能力，可以极为有效地控制混凝土的塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂纹；防止及抑制裂缝的形成及发展，大大改善混凝土的抗渗性能、抗冲击及抗震能力；其分散性好，握裹力强；乱向分布，自动补强；施工简易，无毒安全；无磁防锈，防腐耐碱；经济合算，效果可靠；被大量使用于地下工程防水，工业民用建筑工程的屋面、墙体、地坪、水池等，以及道路和桥梁工程中，其显著的效果已为大量实践所证明。有机纤维为条状纤维，将聚丙烯腈纤维和杜拉纤维混合，并控制聚丙烯腈纤维的含量大于杜拉纤维，使聚丙烯腈纤维交叉包围着杜拉纤维，两者混合而成的网状纤维，具有更高的柔韧性与弹性回复性率，可以提高混凝土的抗裂能力；粉煤灰漂珠则填充在网状纤维内，形成具有孔隙的立体空间架构，胶凝材料与粗骨料则填充在该空间架构内，提高了混凝土的抗压强度；带孔隙的立体空间架构同时满足了混凝土的透水性要求，使雨水或积水等可以迅速通过混凝土并渗入地下；由于粉煤灰漂珠的热导率小，其填充在骨料中，使骨料外部形成一层保温层，提高了混凝土的抗冻融性能。
作为优选，包括如下重量份的原料组分：胶凝材料320-360份、粗骨料1100-1200份、粉煤灰漂珠15-25份、引气剂2-4份、外加剂7-10份、钢纤维3.5-4份、水110-125份和有机纤维15-25份，所述有机纤维包括重量配比为1∶1的聚丙烯腈纤维和杜拉纤维。
作为优选，包括如下重量份的原料组分：胶凝材料342份、粗骨料1150份、粉煤灰漂珠18份、引气剂3份、外加剂8.5份、钢纤维3.8份、水118份和有机纤维17份，所述有机纤维包括重量配比为1∶1的聚丙烯腈纤维和杜拉纤维。
通过采用上述技术方案，通过优化各原料组分配比，提高混凝土的综合性能。
作为优选，所述胶凝材料包括水泥和粉煤灰，所述粉煤灰的重量占胶凝材料总重量的28-35％。
作为优选，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为一级风选粉煤灰。
通过采用上述技术方案，普通硅酸盐水泥，由硅酸盐水泥熟料、5％-20％的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。具有强度高、水化热大，抗冻性好、干缩小，耐磨性较好、抗碳化性较好、耐腐蚀性差、不耐高温的特性。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。中国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害，将粉煤灰作为混凝土的掺合料，即节能又环保。一般情况下，混凝土工程C30以下(含)可采用二级粉煤灰，C30以上可采用一级粉煤灰，三级粉煤灰原则上不使用。
作为优选，所述聚丙烯腈纤维是由聚丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯和2-亚甲基-1，4-丁二酸共聚而成的合成纤维，所述聚丙烯腈的质量百分含量大于87％。
通过采用上述技术方案，使聚丙烯腈纤维具有更高的柔韧性与弹性回复性率，可以进一步提高混凝土的抗裂能力。
作为优选，所述粗骨料为粒径为5-25mm连续级配的石子，压碎值为6.9％，含泥量不大于0.8％。
通过采用上述技术方案，石子作为粗骨料，连续级配的选择，保证了混凝土的流变性和和易性。控制石子的含泥量不大于0.8％，可以在同等重量的石子情况下，相对提高石子的硬度和强度，从而相对提高混凝土的抗压强度。
作为优选，所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸高性能减水剂是以聚羧酸盐为主体的多种高分子有机化合物，经接枝共聚生成的，具有极强的减水性能，属当今世界上技术领先的环保型混凝土外加剂。与各种水泥的相容性好，混凝土的坍落度保持性能好，掺量低，减水率高，收缩小，可以大幅度提高混凝土的早期、后期强度。并且其氯离子含量低、碱含量低，有利于混凝土的耐久性。
作为优选，所述引气剂为烷基磺酸钠或/和烷基苯磺酸钠。
通过采用上述技术方案，引气剂能改善混凝土坍落度、流动性和可塑性；减少混凝土泌水和离析，提高混凝土的均质性；混凝土的热扩散及传导系数降低，提高了混凝土的体积稳定性，增强了野外结构的耐候性，延长了道路混凝土的使用寿命，大大提高了混凝土抗冻性、抗盐渍性、抗渗性、耐硫酸盐侵蚀及抗碱集料反应性能。
作为优选，所述杜拉纤维的长度与钢纤维的长度均大于聚丙烯腈纤维的长度。
通过采用上述技术方案，使具有高强度的钢纤维与杜拉纤维形成骨架支撑，提高混凝土的抗压强度，聚丙烯腈纤维则作为弹性“内芯”，为骨架提供弹性支撑，可以进一步提高混凝土的抗裂性能。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
本发明中通过加入聚丙烯腈纤维、杜拉纤维与钢纤维，配合粉煤灰漂珠和引气剂，可以提高本发明的混凝土的抗冻融性能以及抗压强度，使抗冻融循环次数最高达到220次，抗冻融等级达到F200，抗冻性能优良；7d的抗压强度最高达到60.0MPa，28d的抗压强度最高达到75.8MPa，强度高且耐久性好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。
本发明加工混凝土的原料中：聚丙烯腈纤维是由聚丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯和2-亚甲基-1，4-丁二酸共聚而成的合成纤维，聚丙烯腈的质量百分含量大于87％，其中的具体共聚方法为现有技术，在此不再赘述，本发明中采用市售的南通科嘉纺织纤维制品有限公司的货号为PAN-F-01，长度为6mm的聚丙烯腈纤维；外加剂选用聚羧酸高性能减水剂，选自南通润丰石油化工有限公司，固含量20±2％，密度1.08±0.02g/ml，pH 6-7，氯离子＜0.05，水泥净浆流动度，W/C＝0.29≥250mm；水泥为PC32.5普通硅酸盐水泥；粗骨料为粒径为5-25mm连续级配的石子，压碎值为6.9％，含泥量不大于0.8％；粉煤灰为一级风选粉煤灰。
实施例1
一种透水混凝土，包括如下重量份的原料组分：水泥216kg、粉煤灰84kg、石子1000kg、粉煤灰漂珠10kg、烷基磺酸钠1kg、聚羧酸高性能减水剂5kg、钢纤维3kg、水100kg、聚丙烯腈纤维6.67kg和杜拉纤维3.33kg。
实施例2
一种透水混凝土，包括如下重量份的原料组分：水泥224kg、粉煤灰96kg、石子1100kg、粉煤灰漂珠15kg、烷基苯磺酸钠2kg、聚羧酸高性能减水剂7kg、钢纤维3.5kg、水110kg、聚丙烯腈纤维9.4kg和杜拉纤维5.6kg。
实施例3
一种透水混凝土，包括如下重量份的原料组分：水泥231.2kg、粉煤灰108.8kg、石子1150kg、粉煤灰漂珠18kg、烷基磺酸钠2kg、烷基苯磺酸钠2kg、聚羧酸高性能减水剂8.5kg、钢纤维3.8kg、水118kg、聚丙烯腈纤维9.4kg和杜拉纤维7.6kg。
实施例4
一种透水混凝土，包括如下重量份的原料组分：水泥241.2kg、粉煤灰118.8kg、石子1200kg、粉煤灰漂珠25kg、烷基苯磺酸钠3kg、聚羧酸高性能减水剂10kg、钢纤维4kg、水125kg、聚丙烯腈纤维13.2kg和杜拉纤维11.8kg。
实施例5
一种透水混凝土，包括如下重量份的原料组分：水泥247kg、粉煤灰133kg、石子1250kg、粉煤灰漂珠30kg、烷基磺酸钠2kg、聚羧酸高性能减水剂12kg、钢纤维5kg、水135kg、聚丙烯腈纤维15kg和杜拉纤维15kg。
实施例6
一种透水混凝土，包括如下重量份的原料组分：水泥236kg、粉煤灰106kg、石子1172kg、粉煤灰漂珠23kg、烷基磺酸钠3kg、聚羧酸高性能减水剂9kg、钢纤维4.2kg、水121kg、聚丙烯腈纤维13.3kg和杜拉纤维6.7kg。
对比例1
对比例1与实施例6的区别在于，成分中没有聚丙烯腈纤维与杜拉纤维，其余与实施例6中一致。
对比例2
对比例2与实施例6的区别在于，成分中聚丙烯腈纤维6.7kg，杜拉纤维13.3kg，其余与实施例6中一致。
对比例3
对比例3与实施例6的区别在于，成分中无粉煤灰漂珠，其余与实施例6中一致。
对比例4
对比例4与实施例6的区别在于，成分中无引气剂，其余与实施例6中一致。
对比例5
对比例5与实施例6的区别在于，成分中无钢纤维，其余与实施例6中一致。
对照组
申请公布号为CN 105753397 A的发明专利申请中公开的说明书第24段至第60段的的透水混凝土。
采用CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》，对实施例1-6、对比例1-5和对照组的透水混凝土进行性能测定，检测结果见表1所示。
表1实施例1-6、对比例1-5和对照组的混凝土的透水性能检测结果
| 透水系数(cm/s) | |
| 实施例1 | 0.487 |
| 实施例2 | 0.524 |
| 实施例3 | 0.590 |
| 实施例4 | 0.574 |
| 实施例5 | 0.586 |
| 实施例6 | 0.598 |
| 对比例1 | 0.302 |
| 对比例2 | 0.326 |
| 对比例3 | 0.391 |
| 对比例4 | 0.350 |
| 对比例5 | 0.385 |
| 对照组 | 0.414 |
由表1的检测结果可知，本发明的混凝土的透水性能优良，且优于对照组专利申请中公开的混凝土的透水性能，最高达到0.598cm/s。由实施例6、对比例1和对比例2，可知，本发明中的有机纤维以及聚丙烯腈纤维与杜拉纤维两者之间的配比，对混凝土的透水性能具有较大的影响。由实施例6、对比例1、对比例3及对比例5可知，本发明中钢纤维配合有机纤维对混凝土的透水性能具有正向的协同促进作用。由对比例4可知，引气剂配合本发明中的钢纤维与有机纤维，对透水性能具有正向促进作用。由对比例3的检测结果表明，粉煤灰漂珠对本发明混凝土的透水性能影响稍微小于有机纤维与钢纤维。
采用GB/T50082-2009标准中的快速冻融循环实验方法，对实施例1-6、对比例1-5和对照组的混凝土分别进行冻融循环实验及抗压强度测试，检测结果详见表2所示。
表2实施例1-6、对比例1-5和对照组的混凝土的综合性能检测结果
由表2可知，本发明的透水混凝土的抗冻融循环次数最高达到220次，抗冻融等级达到F200，抗冻性能优良，优于对照组专利申请中公开的透水混凝土的抗冻性能。7d的抗压强度最高达到60.0MPa，28d的抗压强度最高达到75.8MPa，强度高且耐久性好，优于对照组专利申请中透水混凝土的抗压强度。由对比例1和对比例2可知，改变有机纤维中聚丙烯腈纤维与杜拉纤维的配比，且使聚丙烯腈纤维的含量小于杜拉纤维的含量，则会严重影响到混凝土的抗压强度与耐久性能；并且缺失了有机纤维后，透水混凝土的透水性能与抗压强度均下降。由对比例3的检测结果可知，粉煤灰漂珠的加入，配合有机纤维与钢纤维，对本发明的抗压强度、抗冻融性能均有较大的影响，若缺失粉煤灰漂珠会导致抗压强度和抗冻融性能均下降。由对比例4可知，引气剂对本发明的透水混凝土的透水性能有很大的影响，若缺失了引起剂导致透水混凝土的孔隙率、抗冻融性均大大下降，抗压强度也降低。由对比例5的检测结果表明，若缺失了钢纤维，本发明的透水混凝土的抗冻融性能下降较严重，抗压强度也降低严重。通过实施例6，结合对比例1-5的检测结果表明，本发明中有机纤维、钢纤维、引气剂以及粉煤灰漂珠之间存在相互协同作用，并对透水混凝土的透水性能与抗压强度有正向的促进作用。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种透水混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：胶凝材料300-380份、粗骨料1000-1250份、粉煤灰漂珠10-30份、引气剂1-5份、外加剂5-12份、钢纤维3-5份、水100-135份和有机纤维10-30份，所述有机纤维由重量配比为1：（0.5-1）的聚丙烯腈纤维和杜拉纤维组成；
所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂。
2.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：胶凝材料320-360份、粗骨料1100-1200份、粉煤灰漂珠15-25份、引气剂2-4份、外加剂7-10份、钢纤维3.5-4份、水110-125份和有机纤维15-25份，所述有机纤维由重量配比为1：1的聚丙烯腈纤维和杜拉纤维组成。
3.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：胶凝材料342份、粗骨料1150份、粉煤灰漂珠18份、引气剂3份、外加剂8.5份、钢纤维3.8份、水118份和有机纤维17份，所述有机纤维由重量配比为1：1的聚丙烯腈纤维和杜拉纤维组成。
4.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述胶凝材料由水泥和粉煤灰组成，所述粉煤灰的重量占胶凝材料总重量的28-35%。
5.根据权利要求4所述的透水混凝土，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为一级风选粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述聚丙烯腈纤维是由聚丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯和2-亚甲基-1，4-丁二酸共聚而成的合成纤维，所述聚丙烯腈的质量百分含量大于87%。
7.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述粗骨料为粒径为5-25mm连续级配的石子，压碎值为6.9%，含泥量不大于0.8%。
8.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述引气剂为烷基磺酸钠或/和烷基苯磺酸钠。
9.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述杜拉纤维的长度与钢纤维的长度均大于聚丙烯腈纤维的长度。
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