CN110015877B - 一种透水混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透水混凝土，按重量份计，包含100‑110份粗骨料，水泥12‑17份，11‑12份水，2‑3份石膏粉，1.5份矿渣，1‑3份杜拉纤维，4‑6份改性聚丙烯颗粒；所述改性聚丙烯颗粒为SEBS改性颗粒。本发明的透水混凝土抗冻融性较好，透水性强，且力学性能优异。

Description

一种透水混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种透水混凝土。

背景技术

透水混凝土是由粗骨料、水泥和水拌制而成的轻质多孔混凝土，它不含细骨料，粗骨料颗粒表面包覆着一层薄层水泥浆，骨料颗粒相互接触，相互粘结，形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，具有透气、透水和重量轻等特点。它在工程中用作轻型砌体、降水井管壁、排水暗管、排水路面、绿化多孔混凝土以及净化污水的多孔混凝土，能减少地表径流、补充地下水、净化水体、吸声降噪、缓解城市热岛效应等，在环境方面表现出显著的效益，完全符合日本混凝土工会于1995年提出的生态混凝土的概念。

控制透水混凝土应用的关键工程性能是抗压强度、孔隙率，渗透率，抗冻融耐久性和表面耐磨性。透水混凝土的配合比设计受许多因素影响，如粗骨料的品种和级配、颗粒的形状、水灰比、单方混凝土水泥用量、成型方法及养护条件等，尤其是水灰比、单方混凝土的水泥用量会对透水混凝土的强度、孔隙率、渗透系数产生很大的影响。渗透系数和连通孔隙率与粘结材料用量呈负相关，与粗骨料尺寸成正相关。而强度性质刚好相反，粘结料用量越多，抗压、劈裂、抗弯强度增大；骨料尺寸越大，强度减小。

因透水混凝土粘结层很薄，使得水很容易渗进空隙中，因而其更容易发生冻融破坏和疲劳破坏。申请号201610038409.1名称为一种抗冻融透水混凝土的专利公开了将刚性聚丙烯纤维加入的混凝土中的技术方案，虽然可以提高透水混凝土的抗冻融性，但钢性聚丙烯纤维长度较大，影响与水泥相容性，且钢性纤维越长越容易形成孔隙结构不稳定，影响混凝土的使用稳定性；现有技术中也有掺加柔性聚丙烯纤维改善混凝土抗折性的，降低抗折系数，丝状聚丙烯纤维可以较容易与水泥握裹力较强，能够提高抗折性能，然而钢性强度低，传递荷载的能力差，对混凝土的抗压强度并没有影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种抗压强度高、抗折、抗冻融、透水性强，力学性能优异的透水混凝土。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种透水混凝土，按重量份计，包含100-110份粗骨料，水泥12-17份，11-12份水，2-3份石膏粉，1.5份矿渣，1-3份杜拉纤维，10-12份改性聚丙烯颗粒；

所述改性聚丙烯颗粒为SEBS改性颗粒，其具体制备方法包括以下步骤：

(1)将SEBS与白油按照质量比1：1.2在高速混合机中70-75℃下混合均匀，静置24小时以上，使之充分溶胀；

(2)将溶胀后的SEBS与聚丙烯、增塑剂、抗氧化剂按照质量比5-9：100：0.05：0.05：在高速混合机中70-75℃下混合均匀得到混合物；

(3)将混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒直径为4-6mm。

本发明还具有以下附加技术特征：

优选的，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，白油为环烷基白油、石腊基白油中的任一种。

优选的，按重量份计，包含108份粗骨料，水泥15份，11份水，2.4份石膏粉，1.5份矿渣，2份杜拉纤维，5.1份改性聚丙烯颗粒。

优选的，按重量份计，包含100份粗骨料，水泥14份，11.2份水，2.2份石膏粉，1.5份矿渣，2.5份杜拉纤维，4.4份改性聚丙烯颗粒。

优选的，所述粗骨料为花岗石。

优选的，所述粗骨料粒径为5-8mm。

优选的，所述透水混凝土还包括减水剂，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，萘系高效减水剂，所述减水剂的使用量为0.2-0.3份。

优选的，杜拉纤维长度为9mm。虽然杜拉纤维对混凝土的相容性较好，但纤维掺量的过高也会影响新拌混凝土的流动性及硬化后的密实度，造成透水混凝土内部有害缺陷的增加，对抗冻性较为不利。

优选的，步骤(3)挤出温度为一区200℃，二区210℃，三区215℃，四区210℃，五区205℃。

和现有技术相比：

本发明的透水混凝土能够明显提高抗压强度和透水系数及抗折强度，耐冻融性；

聚丙烯虽然抗压强度大，但是抗老化，耐冲击，耐磨损性能差，且透水混凝土空隙有水流经过，水中含有氧气，会氧化腐蚀浸水骨料，SEBS本身具备耐老化性能和耐温变性能，又由于其为饱和键，抗氧化性较强，由于SEBS为弹性体，使用适量SEBS对聚丙烯改性后，不影响聚丙烯的钢性，且耐冲击和抗老化程度均有提高，SEBS改性聚丙烯颗粒具有强度高，可以极大提高混凝土的抗压强度以及减少颗粒低温收缩率，从而改善低温冻融特性，在混凝土整体中，杜拉纤维与改性聚丙烯颗粒形成三维网络，提高传递荷载能力，从而改善抗压性能；

提高聚丙烯的耐老化性能可以明显延长混凝土的使用寿命。

具体实施方式

以下公开本发明的一些实施例，本领域技术人员可以根据本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

花岗石购于山东宝莱罗石材有限公司，表观密度1600kg/m3，货号LKS03，青碎石，粒径为5-8mm。

普通硅酸盐水泥购于山东水泥厂，P.042.5；

矿渣购于德州齐河；

SEBS购于巴陵石化热塑性橡胶SEBSYH-503；

聚丙烯购于上海意恩塑化有限公司，等规聚丙烯，货号1120；

杜拉纤维购于山东滨州鲁峰网业有限公司，长度为9mm；

减水剂购于江苏苏博特，型号PCA--1；

抗氧化剂1010购于巴斯夫CAS#6683-19-8；

双螺杆挤出机为SHJ-20型双螺杆平行挤出机，南京杰亚装备有限公司。

实施例 制备改性聚丙烯

(1)将SEBS与环烷基白油按照质量比1：1.2在高速混合机中70℃下混合均匀，静置24小时以上，使之充分溶胀；

(2)将溶胀后的SEBS与聚丙烯、增塑剂、抗氧化剂按照质量比6：100：0.05：0.05：在高速混合机中75℃下混合均匀得到混合物，溶胀后的SEBS的质量为SEBS与白油的质量和；

(3)将混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒直径为5mm，挤出温度为一区200℃，二区210℃，三区215℃，四区210℃，五区205℃。

对改性聚丙烯进行性能测试：

拉伸强度按照ISO 527进行；

简支梁缺口冲击强度按照GB/T 1043，缺口宽度为样条宽度的1/3；

老化实验测试条件为：美国ATLAS公司产CI6500型氙灯人工加速老化箱，按GB/T16422.2-2014进行)，黑板温度80℃，湿度75％，波长400-500nm，数据记录如下表：

表1改性聚丙烯进行性能测试记录

表1可见，改性后的聚丙烯耐冲击和抗老化程度均有所提升，且能够降低老化速度。更适合作为透水混凝土骨料。

实施例1

一种透水混凝土，按重量份计，包含108份粗骨料，水泥15份，11份水，2.4份石膏粉，1.5份矿渣，2份杜拉纤维，12份改性聚丙烯颗粒，0.2份减水剂。

透水混凝土制备：将减水剂和水混合均匀得到混合液，将粗骨料、水泥、石膏粉、矿渣、杜拉纤维改性聚丙烯颗粒混合均匀后加入混合液，再次搅拌均匀即得。

实施例2

一种透水混凝土，按重量份计，包含100份粗骨料，水泥14份，11.2份水，2.2份石膏粉，1.5份矿渣，2.5份杜拉纤维，10份改性聚丙烯颗粒，0.3份减水剂。

按照实施例1的方法制备透水混凝土。

实施例3

一种透水混凝土，按重量份计，包含110份粗骨料，水泥13份，12份水，3份石膏粉，1.5份矿渣，2份杜拉纤维，11份改性聚丙烯颗粒，0.2份减水剂；

按照实施例1的方法制备透水混凝土。

对比例1

与实施例1基本相同，区别仅在于：透水混凝土组分中未加石膏粉。

对比例2

与实施例1基本相同，区别仅在于：透水混凝土组分中未加改性聚丙烯颗粒。

对比例3

与实施例1基本相同，区别仅在于：透水混凝土组分中未加矿渣。

对比例4

与实施例1基本相同，区别仅在于：透水混凝土组分中未加杜拉纤维。

对比例5

与实施例1基本相同，区别仅在于：聚丙烯颗粒未改性，直接添加同等大小的聚丙烯颗粒。

测试例1透水混凝土常规指标测试

对实施例1-3，对比例1-5制备得到的透水混凝土常规指标抗压强度(测试标准：GB50081-2002普通混凝土力学性能试验方法)、透水性性能进行测试。

根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测透水混凝土的28d抗压强度(MPa)。

根据GB/T25993-2010《标准透水水泥混凝土透水系数试验装置说明书》检测透水混凝土的透水系数(mm/s)。

根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测混凝土抗折强度，以150mm×l50mm×550mm的梁形试件，在标准养护条件下达到规定龄期后，在净跨450mm、双支点荷载作用下的弯拉破坏，并按规定的计算方法得到强度值。

具体测试结果见下表：

表2透水混凝土常规指标测试结果

由表2可知，石膏和矿渣的加入可以一定程度提高抗压强度；改性聚丙烯颗粒的加入可以提高抗压强度，聚丙烯颗粒与改性聚丙烯颗粒相比，改性后的抗压强度和抗折强度增强；杜拉纤维的加入明显的提高轻骨料混凝土的抗折能力及抗压强度，这是因为改性聚丙烯颗粒与杜拉纤维有成分相同，两者接触处粘结性强，在混凝土整体中，杜拉纤维与改性聚丙烯颗粒形成三维网络，提高传递荷载能力，从而改善抗压性能；且试验过程中发现，纤维掺入有效地改变了混凝土强度变异较大的特点，增强了混凝土试件强度稳定性。由实施例1，对比例2和对比例5可知，改性的聚丙烯颗粒相对于未改性的聚丙烯颗粒，可以明显提高混凝土的抗折强度。透水混凝土的骨料是间断级配的存在，硬化之后含有许多连通的气孔，由于这些气孔的存在，使得透水混凝土与普通混凝土相比，具有温和的静强度和独特的动态性能，因为透水混凝土中含有大量的空隙，粗骨料之间的胶结全靠水泥浆体，又由于连接粗骨料的水泥浆体非常的薄，导致透水混凝土中裂缝的分布受各相几何结构的影响很大。实验证明，本发明的透水混凝土各组分及两种骨料颗粒搭配可以极大提高混凝土的力学性能。

测试例2抗冻融性测试

采用GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中抗冻性能试验的“快冻法”进行，每种分别在水中进行冻融循环试验。每个实施例取5个试样，取其平均值作为最终测试结果。

按照GBJ82-85要求设计，冻融循环试件：100mm×100mm×400mm长方体试件；抗压强度试件为100mm×100mm×100mm立方体试件；轴心抗压强度试件为150mm×150mm×300mm长方体试件；弹性模量试验：150mm×150mm×150mm；采用标准塑模成型，标准养护箱(YH-60Ⅱ型移动式恒温恒湿养护箱)内养护28d后拆模。试验之前混凝土试件需浸泡4日，直至内部达到饱水状态后开始进行冻融循环。在此种状态下，混凝土内部的水分与混凝土基体本身共同决定冻融过程中热量以及质量传递行为。为了明晰水分和混凝土基体在冻融温度场分布及变化过程中的贡献，实验前和实验后分别测定质量，每次冻融设计在4h内完成，融化时间控制在整个冻融时间的1/3内，试件冻结和融化终了时，试件中心温度控制在(-17±2)℃和(+18±2)℃，冻融结束后，取出试件称重，并作抗压强度测定，计算质量、强度损失率；冻融循环结束后，利用动弹模量测定仪对试件进行动弹模量测定。具体测试结果见表2。冻融循环次数分别为50次、100次。

1.试件冻融的质量损失率：

式中：ΔW—N次冻融循环后试件质量损失率，％；

G0—冻融循环试验前试件质量，以3个试件质量平均值计算，kg；

GN—N次冻融循环试验后试件质量，以3个试件质量平均值计算，kg。

2.试件冻融的强度损失率：

式中：Δf—N次冻融循环后试件强度损失率，％；

F0—冻融循环试验前试件强度，以3个试件质量平均值计算，Mpa；

FN—N次冻融循环试验后试件强度，以3个试件质量平均值计算，Mpa。

3.相对动弹性模量按下式计算：

式中：Pi-经N次冻融循环后第i个混凝土试件的相对动弹性模量(％)，精确至0.1；

fni—经N次冻融循环后第i个混凝土试件的横向基频值(Hz)；

foi—冻融循环前第i个混凝土试件横向基频值(Hz)；将得到的每一组混凝土试件的相对动弹性模量取平均值，并精确至0.1。

表3：50次水中冻融抗冻性能测试结果表

表4：100次水中冻融抗冻性能测试结果表

由表3-表4可知，石膏的加入对质量损失率、抗压强度，动弹性模量有影响，这是因为石膏具有疏水的作用，能够减少水分的渗入，缓解了低温循环过程中的静水压力和渗透压力，有利于抗冻能力的提高，从而影响冻融质量损失；矿渣、改性聚丙烯颗粒、杜拉纤维的加入对质量损失率、抗压强度，动弹性模量的影响较大，但程度方面矿渣＜改性聚丙烯颗粒＜杜拉纤维；杜拉纤维对质量损失率、抗压强度，动弹性模量的影响较大，原因在于杜拉纤维作为透水混凝土复合材料中的增强材料，将起到更有效的网络协调效应，可以有效地抑制混凝土干缩微裂和离析裂纹的产生及发展，减少混凝土的冻融收缩裂缝，另外，均匀分布、乱向分布在透水混凝土中彼此相粘连的大量杜拉纤维起了“承托”骨料的作用，降低了轻骨料混凝土表面的析水与集料的离析。即使轻骨料混凝土有局部冻融破坏，其它部位的轻骨料混凝土受到的影响也相对较小；SEBS改性聚丙烯颗粒可以极大提高颗粒的抗压强度以及减少颗粒低温收缩率，从而改善低温冻融特性，对比例5可以验证。本发明的透水混凝土经50次、100次抗冻性能测试仍然具有较好的抗冻性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种透水混凝土，其特征在于：按重量份计，包含100-110份粗骨料，水泥12-17份，11-12份水，2-3份石膏粉，1.5份矿渣，1-3份杜拉纤维，10-12份改性聚丙烯颗粒；

所述改性聚丙烯颗粒为SEBS改性颗粒，其具体制备方法包括以下步骤：

1）将SEBS与白油按照质量比1：1.2在高速混合机中70-75℃下混合均匀，静置24小时以上，使之充分溶胀；

（2）将溶胀后的SEBS与聚丙烯、增塑剂、抗氧化剂按照质量比5-9：100：0.05：0.05：在高速混合机中70-75℃下混合均匀得到混合物；

（3）将混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒直径为4-6mm。

2.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：按重量份计，包含108份粗骨料，水泥12-17份，11份水，2.4份石膏粉，1.5份矿渣，2份杜拉纤维，12份改性聚丙烯颗粒。

3.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，抗氧化剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，白油为环烷基白油、石腊基白油中的任一种。

4.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述粗骨料为花岗石。

5.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述粗骨料粒径为5-8mm。

6.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：步骤(3)挤出温度为一区200℃，二区210℃，三区215℃，四区210℃，五区205℃。

7.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：还包括减水剂，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，萘系高效减水剂，所述减水剂的使用量为0.2-0.3份。