CN110041005B - 一种透水混凝土用增强剂及其制备方法和施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透水混凝土用增强剂及其制备方法和施工工艺，其中，该增强剂包括如下重量份的各组分：纳米级硅粉50~80份、减水剂10~15份、纤维素2~4份、硫酸钙晶须8~10份、磷酸三钠5~8份、羧酸钙1.5~5份、碱金属碳酸盐2~6份以及甲酰胺0.5~2份。该增强剂能够提高水泥的粘接效果，同时提高透水混凝土路面的抗压强度和使用寿命，还能简化施工工艺，工艺流程短且工程进度快，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种透水混凝土用增强剂及其制备方法和施工工艺

技术领域

本发明涉及一种增强剂及其制备方法和施工工艺，具体涉及一种透水混凝土用增强剂及其制备方法和施工工艺，属于海绵城市建设技术领域。

背景技术

海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的"弹性"，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用。海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。在海绵城市建设过程中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节，并考虑其复杂性和长期性。

在海绵城市的建设中，透水路面是建设工程的重要部分，也是新型的产品和新兴的市场。透水路面是由欧美、日本等国家针对原城市道路的路面缺陷，开发使用的一种能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等一些城市环境问题的路面技术。透水路面在美国从上世纪七、八十年代就开始研究和应用，不少国家都在大量推广，如德国预期要在短期内将90％的道路改造成透水混凝土路面。

研究表明，透水混凝土路面能有效地消除地面上的油类化合物等对环境污染的危害，同时，也是保护地下水、维护生态平衡、缓解城市热岛效应的优异铺装材料，有利于人类生存环境的良性发展及城市雨水管理与水污染防治等工作。而且，透水混凝土具有高透水性、高承载力、装饰效果好、易维护性、抗冻融性、耐用性、高散热性等优点，能够改变过去破坏城市生态的地面铺设，使透水混凝土路面取得广泛的社会效益，具有特殊的重要意义。

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、增强剂和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料(细沙)。透水混凝土由粗骨料(石子)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，因此具有透气、透水和重量轻的特点。其主要成型原理是：通过包裹在骨料(颗粒状石子)表面的胶结材料浆体(水泥、增强剂和水的混合物)，经过固化硬化反应，骨料颗粒牢固粘连在一起形成具有连续孔隙的混凝土整体，达到包括抗压强度、透水率、孔隙率、抗弯折强度等设计要求。

按照材料组成，常用的透水混凝土路面可分为水泥透水混凝土、沥青透水混凝土等。按照外观效果，可分为普通透水混凝土、彩色透水混凝土和露骨料透水混凝土等。按照组成结构，透水混凝土路面有全透水结构和半透水结构两种结构形式。其中，全透水结构主要适用于人行道、非机动车道、景观硬地、停车场、广场等，其基层与垫层结构是多孔隙水泥稳定碎石、级配砂砾、级配碎石及级配砾石基层。半透水结构适用于轻型荷载道路(仅允许轴载40kN以下车辆行驶的城镇道路和停车场、小区等道路)，基层与垫层结构是水泥混凝土基层(抗压强度等级不应低于C20，厚度不应小于150mm)+稳定土基层或石灰、粉煤灰稳定砂砾基层(厚度不应小于150mm)。

前面所说的露骨料透水混凝土是采用天然彩石、高标号水泥、透水混凝土增强剂等材料拌和在一起，摊铺在地面上找平压实后，在地坪表面喷上透水混凝土用的缓凝清洗剂，待基层混凝土有一定强度，用高压水枪洗去混凝土表面包裹石子的泥浆，使拌和混凝土的石子露在表面，还原石子本来的本质又不破坏混凝土强度的一种生态透水混凝土地坪工艺。透水混凝土拥有约20％孔隙，下雨时能够快速补充城市地下水资源，并能吸收车辆行驶产生噪音，另外彩色透水地坪能减少地面阳光反射热能，降低地面温度，减少“热岛效应”。且，露骨料透水混凝土能提供过滤效果，避免汽车及工业排放重金属，轮胎磨损及工业粉尘等直接流入河流中。

我国对于透水性混凝土材料的研究起步较晚，目前仍处于研究开发的初始阶段，1995年，中国建筑材料科学研究院率先在国内进行透水性混凝土研制，取得了一定的成果。采用与普通混凝土相同的原材料，成型方法多采用压制成型，所配制的透水性混凝土其抗压强度一般可达到20MPa左右。2000年清华大学土木工程系的杨静和蒋国梁采用掺入硅灰的方法，使透水性混凝土的抗压强度提高到35.5MPa，透水系数为2.9mm/s，取得了突破性进展。但是，总体上讲，我国目前生产透水性混凝土的技术还不太成熟，关于其透水性、植生性的认识尚不一致，也无标准可循，现有透水混凝土普遍存在强度不足、粘接力不好、透水性不佳等问题，尤其是露骨料透水混凝土在后续清洗过程中容易出现表面石子晃动或掉子等质量问题。

鉴于上述问题，本申请提供了一种透水混凝土用的增强剂，以期优化透水混凝土的综合性能。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种透水混凝土用增强剂，以提高水泥的粘接效果，同时提高透水混凝土路面的抗压强度和使用寿命；本发明同时还公布了该增强剂的制备方法以及应用了该增强剂的混凝土的施工工艺。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种透水混凝土用增强剂，包括如下重量份的各组分：纳米级硅粉50～80份、减水剂10～15份、纤维素2～4份、硫酸钙晶须8～10份、磷酸三钠5～8份、羧酸钙1.5～5份、碱金属碳酸盐2～6份以及甲酰胺0.5～2份。该增强剂尤其适用于露骨料透水混凝土，能够提高水泥粘结效果，提高透水混凝土路面抗压强度和使用寿命。

优选地，前述纳米级硅粉的形状为球形，粒径为1～100nm。

更优选地，前述减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述纤维素为甲基纤维素或乙基纤维素。

再优选地，前述羧酸钙选自甲酸钙、乙酸钙或者丙烯酸钙中的一种或者几种的混合；所述碱金属碳酸盐选自K₂CO₃、Li₂CO₃和Na₂CO₃中的一种或者几种的混合。

进一步优选地，该增强剂还包括3～5份缓凝剂，所述缓凝剂选自三聚磷酸钠、蔗糖、丙三醇、柠檬酸及葡萄糖酸钠中的一种，加入缓凝剂后的增强剂具有更好的保湿性能，能够调节混凝土的凝结时间，特别适用于高温季节施工。

本发明还公开了如前所述的透水混凝土用增强剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配比称取各原料，备用；

(2)将原料投入混料机中，搅拌混料均匀；

(3)将混合料置入球磨机中球磨处理1～2小时，即得透水混凝土用增强剂。

本发明还要求保护包含前述增强剂的透水混凝土，除了增强剂外，透水混凝土的其他组分与市场上的其他透水混凝土相似，都包括水泥、石子和水等常规组分。

此外，本发明还要求保护前述的透水混凝土的施工工艺，包括如下步骤：

S1、施工准备：将水泥、石子、增强剂及水按配比准备好；

S2、混凝土搅拌：向搅拌机中加入用水量一半的水，再加入所需的水泥、石子和增强剂，拌合1分钟后再加入剩余用水量拌合1分钟以上，出料；

S3、拌合料运输：及时将搅拌好的成品料运输到施工现场，耗时控制在20分钟以内；

S4、摊铺施工：施工前，先清理路基，不平整处加以修整，进行浇筑，浇筑前路基先洒水润湿；然后摊铺施工，在结构层施工中首先确定胀缝位置，按照规定尺寸做好标记并留置，摊平后用低频平板夯实；面层施工时合理控制高度，使压实后与设计高度一致，整平后及时用混凝土抹光机抹平；

S5、养护：对透水混凝土层表面及时进行保湿养护；

S6、待透水混凝土层完全硬化干燥并经过清洁处理后，喷涂透水混凝土专用罩面剂。

进一步优选地，当增强剂用于露骨料透水混凝土时，在步骤S4之后还包括特定的步骤S4'：面层摊铺抹光后，在2小时之内用水垂直喷洒表面，清除水泥浆，露出石子本色。在常见的施工工艺中，我们采用的是普通透水混凝土施工后在表面喷涂清洗剂，等待24小时左右再清洗表面水泥浆，实现露骨料的效果，但是该工艺施工周期长、控制难度大且成本高。而本申请采用了特定的增强剂后，路面摊铺后2小时内即可直接用水清洗表面水泥浆，露出石子本色，实现露骨效果，具有施工便捷、效果稳定等优点。

更进一步优选地，前述水泥为42.5标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

本发明的有益之处在于：

(1)本发明的增强剂专用于透水混凝土，在保证高透水性的基础上，能够提高水泥的粘结力，有效避免后期清洗过程中表层石子晃动或掉子，该增强剂用于露骨料时，摊铺后可迅速直接清洗，无需再使用清洗剂，工艺流程短且工程进度快；

(2)在本发明增强剂中加入缓凝剂后，赋予混凝土更好的保湿性能，能够调节混凝土的凝结时间，从而提高高温环境下搅拌好的混凝土的工作寿命，满足夏季或远距离运输的施工要求；

(3)本发明的增强剂应用于透水混凝土中，能够同时提高透水混凝土路面的抗压强度和弯拉强度，进而提高路面的使用寿命；

(4)应用了本发明的增强剂的透水混凝土具有更优的连续孔隙率，实现路面透水、减少积水、城市内涝并减少热岛效应等。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明中若无特殊说明，所用原料均为市购。

实施例1

本实施例的透水混凝土用增强剂，包括如下重量份的各组分：纳米级硅粉50份、减水剂15份、纤维素2份、硫酸钙晶须8份、磷酸三钠5份、羧酸钙1.5份、碱金属碳酸盐6份以及甲酰胺2份。

其中，纳米级硅粉的形状为球形，粒径为1～100nm；减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述纤维素为甲基纤维素或乙基纤维素；羧酸钙选自甲酸钙、乙酸钙或者丙烯酸钙中的一种或者几种的混合；碱金属碳酸盐选自K₂CO₃、Li₂CO₃和Na₂CO₃中的一种或者几种的混合。

该增强剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配比称取各原料，备用；

(2)将原料投入混料机中，搅拌混料均匀；

(3)将混合料置入球磨机中球磨处理1～2小时，即得透水混凝土用增强剂。

实施例2

本实施例的透水混凝土用增强剂，包括如下重量份的各组分：纳米级硅粉70份、减水剂12份、纤维素3份、硫酸钙晶须9份、磷酸三钠7份、羧酸钙3份、碱金属碳酸盐4份以及甲酰胺1份。

其中，纳米级硅粉的形状为球形，粒径为1～100nm；减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述纤维素为甲基纤维素或乙基纤维素；羧酸钙选自甲酸钙、乙酸钙或者丙烯酸钙中的一种或者几种的混合；碱金属碳酸盐选自K₂CO₃、Li₂CO₃和Na₂CO₃中的一种或者几种的混合。

该增强剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配比称取各原料，备用；

(2)将原料投入混料机中，搅拌混料均匀；

(3)将混合料置入球磨机中球磨处理1～2小时，即得透水混凝土用增强剂。

实施例3

本实施例的透水混凝土用增强剂，包括如下重量份的各组分：纳米级硅粉80份、减水剂10份、纤维素4份、硫酸钙晶须10份、磷酸三钠8份、羧酸钙5份、碱金属碳酸盐2份以及甲酰胺0.5份。

其中，纳米级硅粉的形状为球形，粒径为1～100nm；减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述纤维素为甲基纤维素或乙基纤维素；羧酸钙选自甲酸钙、乙酸钙或者丙烯酸钙中的一种或者几种的混合；碱金属碳酸盐选自K₂CO₃、Li₂CO₃和Na₂CO₃中的一种或者几种的混合。

该增强剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配比称取各原料，备用；

(2)将原料投入混料机中，搅拌混料均匀；

(3)将混合料置入球磨机中球磨处理1～2小时，即得透水混凝土用增强剂。

实施例4

本实施例的透水混凝土用增强剂，包括如下重量份的各组分：纳米级硅粉65份、减水剂13份、纤维素3份、硫酸钙晶须9份、磷酸三钠6份、羧酸钙4份、碱金属碳酸盐3份以及甲酰胺1份。该增强剂还包括3～5份缓凝剂，所述缓凝剂选自三聚磷酸钠、蔗糖、丙三醇、柠檬酸及葡萄糖酸钠中的一种，加入缓凝剂后的增强剂具有更好的保湿性能，能够调节混凝土的凝结时间，特别适用于高温季节施工。

其中，纳米级硅粉的形状为球形，粒径为1～100nm；减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述纤维素为甲基纤维素或乙基纤维素；羧酸钙选自甲酸钙、乙酸钙或者丙烯酸钙中的一种或者几种的混合；碱金属碳酸盐选自K₂CO₃、Li₂CO₃和Na₂CO₃中的一种或者几种的混合。

该增强剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配比称取各原料，备用；

(2)将原料投入混料机中，搅拌混料均匀；

(3)将混合料置入球磨机中球磨处理1～2小时，即得透水混凝土用增强剂。

实施例5

将实施例2的增强剂应用于露骨料透水混凝土的施工工艺，包括如下步骤：

S1、施工准备：将水泥、石子、增强剂及水按配比准备好，水泥最好选择42.5标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；

S2、混凝土搅拌：向搅拌机中加入用水量一半的水，再加入所需的水泥、石子和增强剂，拌合1分钟后再加入剩余用水量拌合1分钟以上，出料；

S3、拌合料运输：及时将搅拌好的成品料运输到施工现场，耗时控制在20分钟以内；

S4、摊铺施工：施工前，先清理路基，不平整处加以修整，进行浇筑，浇筑前路基先洒水润湿；然后摊铺施工，在结构层施工中首先确定胀缝位置，按照规定尺寸做好标记并留置，摊平后用低频平板夯实；面层施工时合理控制高度，使压实后与设计高度一致，整平后及时用混凝土抹光机抹平；

S4'：面层摊铺抹光后，在2小时之内用水垂直喷洒表面，清除水泥浆，露出石子本色；

S5、养护：对透水混凝土层表面及时进行保湿养护；

S6、待透水混凝土层完全硬化干燥并经过清洁处理后，喷涂透水混凝土专用罩面剂。

在常见的施工工艺中，我们采用的是普通透水混凝土施工后在表面喷涂清洗剂，等待24小时左右再清洗表面水泥浆，实现露骨料的效果，但是该工艺施工周期长、控制难度大且成本高。而本申请采用了特定的增强剂后，路面摊铺后2小时内即可直接用水清洗表面水泥浆，露出石子本色，实现露骨效果，具有施工便捷、效果稳定等优点。

性能检测

对实施例5的透水混凝土进行如下性能检测，检验依据和结果详见下表1：

表1透水混凝土的性能检测结果

由表1可见，本申请的透水混凝土路面拥有远高于行业标准的连续孔隙率，降低了热储存的能力，独特的孔隙结构使得较低的地下温度传入地面从而降低整个铺装地面的温度，这些特点使透水铺装系统在吸热和储热功能方面接近于自然植被所覆的地面。而且，该透水混凝土的透水系数高达2.0，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。经国家检测机关鉴定，透水混凝土路面的承载力完全能够达到C20～C25混凝土的承载标准，抗压强度和弯拉强度都得到了显著提高，高于一般透水砖的承载力，延长了路面的使用寿命，经济效益和社会效益显著。

本发明的增强剂用于透水混凝土中，能够大大提高水泥的粘结力，有效避免后期清洗过程中表层石子晃动或掉子，因而，当该增强剂用于露骨料时，摊铺后可迅速直接清洗，无需再使用清洗剂，工艺流程短且工程进度快。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种透水混凝土用增强剂，其特征在于，包括如下重量份的各组分：纳米级硅粉50~80份、减水剂10~15份、纤维素2~4份、硫酸钙晶须8~10份、磷酸三钠5~8份、羧酸钙1.5~5份、碱金属碳酸盐2~6份、甲酰胺0.5~2份及缓凝剂3~5份；所述纳米级硅粉的形状为球形，粒径为1~100nm；

其制备方法包括如下步骤：（1）按配比称取各原料，备用；

（2）将原料投入混料机中，搅拌混料均匀；

（3）将混合料置入球磨机中球磨处理1~2小时，即得透水混凝土用增强剂。

2.根据权利要求1所述的一种透水混凝土用增强剂，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述纤维素为甲基纤维素或乙基纤维素。

3.根据权利要求1所述的一种透水混凝土用增强剂，其特征在于，所述羧酸钙选自甲酸钙、乙酸钙或者丙烯酸钙中的一种或者几种的混合；所述碱金属碳酸盐选自 K₂CO₃、Li₂CO₃和Na₂CO₃中的一种或者几种的混合。

4.根据权利要求1所述的一种透水混凝土用增强剂，其特征在于，所述缓凝剂选自三聚磷酸钠、蔗糖、丙三醇、柠檬酸及葡萄糖酸钠中的一种。

5.一种包含权利要求1~4任一项所述的透水混凝土用增强剂的透水混凝土。

6.如权利要求5所述的透水混凝土的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、施工准备：将水泥、石子、增强剂及水按配比准备好；

S2、混凝土搅拌：向搅拌机中加入用水量一半的水，再加入所需的水泥、石子和增强剂，拌合1分钟后再加入剩余用水量拌合1分钟以上，出料；

S3、拌合料运输：及时将搅拌好的成品料运输到施工现场，耗时控制在20分钟以内；

S4、摊铺施工：施工前，先清理路基，不平整处加以修整，进行浇筑，浇筑前路基先洒水润湿；然后摊铺施工，在结构层施工中首先确定胀缝位置，按照规定尺寸做好标记并留置，摊平后用低频平板夯实；面层施工时合理控制高度，使压实后与设计高度一致，整平后及时用混凝土抹光机抹平；

S5、养护：对透水混凝土层表面及时进行保湿养护；

S6、待透水混凝土层完全硬化干燥并经过清洁处理后，喷涂透水混凝土专用罩面剂。

7.根据权利要求6所述的透水混凝土的施工工艺，其特征在于，当增强剂用于露骨料透水混凝土时，在步骤S4之后还包括步骤S4'：面层摊铺抹光后，在2小时之内用水垂直喷洒表面，清除水泥浆，露出石子本色。

8.根据权利要求6所述的透水混凝土的施工工艺，其特征在于，所述水泥为42.5标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。