CN110092607A - 一种高性能透水混凝土水性液体增强材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，由以下原料按重量份数构成：粉末增强高聚物5份‑20份、纳米微硅粉35份‑50份、减水剂10份‑20份、粘度调节剂3份‑5份、消泡剂0.2份‑2份、缓凝剂0.1份‑2份、流变剂0.5份‑1份和早强剂10份‑15份。本发明还公开了一种高性能透水混凝土水性液体增强材料的制备方法。

Description

一种高性能透水混凝土水性液体增强材料及其制备方法

技术领域

本发明属于透水混凝土添加剂领域，具体涉及一种高性能透水混凝土水性液体增强材料及其制备方法。

背景技术

传统的城市道路、广场的硬化地面设计主要关注其耐久性等技术性能指标及视觉美观方面的要求，因而大量的使用非透水性铺装，但是这种铺装方式存在明显的生态环境缺陷，主要有：

(1)路面不透水，雨水对地下水的补充被阻断，导致城市的地下水位难以得到回升；

(2)在雨季易产生地表径流，大量城市污染物会随雨水一起经管道直接排放到当地河流中，造成二次污染；

(3)硬化路面吸收、储存并反射太阳的热量，使地面平均温度升高，即形成城市的“热岛效应”。另外，硬化路面还会使一些相互依赖生长的植物群和动物群的生态空间被分离，对保护城市中的自然生态环境也极为不利。

透水混凝土路面的内部结构是由一系列与外部空气相连通的多孔结构形成的骨架组成的，与硬化路面相比，它具有良好的透水性能，在营造良好的声、光、热等物理及生态环境方面具有独特的优势，体现了“与环境共生”的理念，也是“海绵城市”建设的主要建筑材料。我国在上世纪70年底便开始了对透水混凝土的研究，但由于强度及耐久性能不理想，中间停止了一段时间。直到2014年，住建部发布《关于印发海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)的通知》(即建城函〔2014〕275号)，在国家政策导向下，透水混凝土又迎来了快速发展时期。

由于透水混凝土内部存在大量的连通孔，透水系数与强度难以兼顾。目前的主要问题有：

1、在满足透水系数下，国内透水混凝土路面的抗压强度普遍低于30.0MPa，抗折强度用在人行道、景观道路、停车场等轻载路面，在重载路面中的应用极少。

2、在施工完毕的透水混凝土工程很快会出现掉石子的情况，严重影响道路的使用年限。

3、为提高透水混凝土的强度，目前市面上出现了一些胶结剂产品，分有机液体类(例如公开号：CN103524085B的中国专利)和无机类(例如公开号：CN106746880A的中国专利)两种，但均存在其明显的缺点。如有机类胶结剂虽增强效果较好，成本高，由于耐碱性较差导致的透水混凝土耐久性的问题；普通无机类胶结剂增强效果差，在厚质混凝土施工时严重影响产品质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种高性能透水混凝土水性液体增强材料及其制备方法，兼具有高强和耐久效果，可显著增加透水混凝土的透水系数及抗压、抗折强度，同时能够大幅度降低成本，具有显著的经济效益。

本发明所采用的技术方案是：一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强高聚物5份-20份、纳米微硅粉35份-50份、减水剂10份-20份、粘度调节剂3份-5份、消泡剂0.2份-2份、缓凝剂0.1份-2份、流变剂0.5份-1份和早强剂10份-15份。

其中一个实施例中，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强聚合物5份、纳米微硅粉40份、减水剂10份、粘度调节剂3份、消泡剂1份、缓凝剂0.5份、流变剂0.5份和早强剂10份。

其中一个实施例中，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强聚合物12份、纳米微硅粉50份、减水剂14份、粘度调节剂5份、消泡剂1份、缓凝剂0.8份、流变剂0.6份和早强剂12份。

其中一个实施例中，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强聚合物20份、纳米微硅粉50份、减水剂15份、粘度调节剂5份、消泡剂1份、缓凝剂0.5份、流变剂0.6份和早强剂15份。

其中一个实施例中，

所述粉末增强高聚物为环氧树脂粉末、丙烯酸酯粉末或改性聚酯粉末；

所述纳米微硅粉中SiO2含量为92％；

所述减水剂为减水率35％聚羧酸高效减水剂或减水率35％的萘系高效减水剂；

所述粘度调节剂为纤维素类增稠剂；

所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂；

所述缓凝剂为无机磷酸盐、木质素磺酸盐、羟基羧酸盐和无机锌盐中的一种或几种；

所述流变剂为气相法白炭黑或沉淀法白炭黑；

所述早强剂为氯化钙、氯化钠或芒硝。

其中一个实施例中，所述纤维素类增稠剂为自羟甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素。

其中一个实施例中，所述缓凝剂具体为70wt％工业级粉状焦磷酸钠和30wt％工业级磷酸钠的一种或两种的复合物。

本发明还公开了一种高性能透水混凝土水性液体增强材料的制备方法，包括以下步骤：

a、按本发明所述原料配比，将增强粉末高聚物和纳米微硅粉送入高速混合机中，在23±2℃的环境下搅拌20分钟；

b、依次加入减水剂、缓凝剂、消泡剂、流变剂、早强剂和粘度调节剂，在23±2℃的环境下搅拌1小时；

c、静止30分钟后出料，制得高性能透水混凝土水性液体增强材料。

其中一个实施例中，步骤a和步骤b中，所述搅拌速度为80r/min-120r/min。

其中一个实施例中，制得的高性能透水混凝土水性液体增强材料为乳白色膏状或者粉体状。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用的增强粉末聚合物，为高分子水溶性聚合物，可以提高骨料的粘结强度，保证级配碎石在重载路面不掉；

2、本发明采用的活性二氧化硅粉末，可与水泥水化产生的氢氧化钙发生二次水化反应生成水化硅酸钙凝胶，增加了“过渡区”的致密度，有利于透水混凝土的早期强度及后期耐久性能的提高；

3、本发明采用的早强剂，在水泥水化早起，并作为第二粘结剂与第一粘结剂水泥相互结合，形成与低碱水化硅酸钙互穿的混合体。另外，聚合物分中的活性基团还可与活性二氧化硅生成的低碱水化硅酸钙中的Ca2+、Al3+等产生交联反应，形成特殊的桥键作用，增加了水泥硬化浆体的强度，，透水混凝土的力学性能得到改善；

4、本发明采用的缓凝剂，通过延迟水泥的水化反应，可显著延长透水混凝土的施工可操作时间，有效避免了施工现场工人二次加水的情况发生；

5、本发明采用的粘度调节剂，通过带有羟基的大分子链，与水泥浆体中的水分发生强烈的水合作用，或者通过分子链间的缠绕，增加水泥浆体的粘度，从而降低了水泥浆体的流变性能，增加其透水系数；

6、本发明采用消泡剂为聚硅氧烷体系,有效解决粉末材料在混合过程中的气泡，在透水混凝土中影响强度和米密实度；

7、本发明所述透水混凝土增强剂掺入透水混凝土中可显提高抗压、抗折强度，增加透水系数，具有较佳的增强效果和耐久性，作为新一代增强材料，彻底解决透水混凝土掉石子，粘结强度低的问题，具有较大的经济效益。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本发明所采用的技术方案是：一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强聚合物5份、纳米微硅粉40份、减水剂10份、粘度调节剂3份、消泡剂1份、缓凝剂0.5份、流变剂0.5份和早强剂10份。

本实施例中，

粉末增强聚合物为环氧树脂粉末；

微硅粉末中SiO2含量为92％；

减水剂为减水率为35％的聚羧酸高效减水剂；

缓凝剂为70wt％工业级粉状焦磷酸钠和30wt％工业级磷酸钠复合而成；

粘度调节剂为工业级羧甲基纤维素；

消泡剂为聚硅氧烷消泡剂；

早强剂为氯化钙；

流变剂为沉淀法白炭黑。

本发明还公开了一种高性能透水混凝土水性液体增强材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按本发明所述原料配比，将增强粉末高聚物和纳米微硅粉送入高速混合机中，在23±2℃的环境下搅拌20分钟，搅拌速度为80r/min-120r/min；

步骤二、依次加入减水剂、缓凝剂、消泡剂、流变剂、早强剂和粘度调节剂，在23±2℃的环境下搅拌1小时，搅拌速度为80r/min-120r/min；

步骤三、静止30分钟后出料，制得高性能透水混凝土水性液体增强材料，制得的高性能透水混凝土水性液体增强材料为乳白色膏状或者粉体状。

实施例2：

本发明所采用的技术方案是：一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强聚合物12份、纳米微硅粉50份、减水剂14份、粘度调节剂5份、消泡剂1份、缓凝剂0.8份、流变剂0.6份和早强剂12份。

本实施例中，

粉末增强聚合物为丙烯酸酯粉末；

微硅粉末中SiO2含量为92％；

减水剂为减水率为35％的萘系高效减水剂；

缓凝剂为70wt％工业级粉状焦磷酸钠；

粘度调节剂为工业级羧乙基纤维素；

消泡剂为聚硅氧烷消泡剂；

早强剂为芒硝；

流变剂为沉淀法白炭黑。

本发明还公开了一种高性能透水混凝土水性液体增强材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按本发明所述原料配比，将增强粉末高聚物和纳米微硅粉送入高速混合机中，在23±2℃的环境下搅拌20分钟，搅拌速度为80r/min-120r/min；

步骤二、依次加入减水剂、缓凝剂、消泡剂、流变剂、早强剂和粘度调节剂，在23±2℃的环境下搅拌1小时，搅拌速度为80r/min-120r/min；

步骤三、静止30分钟后出料，制得高性能透水混凝土水性液体增强材料，制得的高性能透水混凝土水性液体增强材料为乳白色膏状或者粉体状。

实施例3：

本发明所采用的技术方案是：一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强聚合物20份、纳米微硅粉50份、减水剂15份、粘度调节剂5份、消泡剂1份、缓凝剂0.5份、流变剂0.6份和早强剂15份。

本实施例中，

粉末增强聚合物为改性聚酯粉末；

微硅粉末中SiO2含量为92％；

减水剂为减水率为35％的聚羧酸高效减水剂；

缓凝剂为70wt％工业级粉状焦磷酸钠；

粘度调节剂为工业级羧乙基纤维素；

消泡剂为聚硅氧烷消泡剂；

早强剂为氯化钠；

流变剂为气相法白炭黑。

本发明还公开了一种高性能透水混凝土水性液体增强材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按本发明所述原料配比，将增强粉末高聚物和纳米微硅粉送入高速混合机中，在23±2℃的环境下搅拌20分钟，搅拌速度为80r/min-120r/min；

步骤二、依次加入减水剂、缓凝剂、消泡剂、流变剂、早强剂和粘度调节剂，在23±2℃的环境下搅拌1小时，搅拌速度为80r/min-120r/min；

步骤三、静止30分钟后出料，制得高性能透水混凝土水性液体增强材料，制得的高性能透水混凝土水性液体增强材料为乳白色膏状或者粉体状。

本发明所述高性能透水混凝土水性液体增强材料使用时只需根据透水混凝土的强度等级按适合掺量掺入即可，通常情况下掺量在3份～5份。本发明实施例1～3所得的高性能透水混凝土水性液体增强材料在C30中的应用参数如表1所示，其中用空白样1作为对照组。表1中，高性能透水混凝土水性液体增强材料简称增强材料。

表1高性能透水混凝土胶结剂在C30中的应用参数表

表1中抗压强度、抗折强度测试严格按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，透水系数测试严格按照CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》附录A的相关步骤进行。

从表1可以得出，上述三个实施例中，实施例3为最佳方案，但是实施例1和实施例2，也能达到很好的效果。

本发明现场使用时，只需要将本发明所述制备的增强材料加入透水混凝土中混合搅拌后即可使用，无溶剂无毒环保，施工效率高，力学性能好，有优异外露耐候性能，尤其有非常高的粘结强度，其他性能优于传统方式材料，具有较高的经济效益和社会价值。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，其特征在于，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强高聚物5份-20份、纳米微硅粉35份-50份、减水剂10份-20份、粘度调节剂3份-5份、消泡剂0.2份-2份、缓凝剂0.1份-2份、流变剂0.5份-1份和早强剂10份-15份。

2.根据权利要求1所述的一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，其特征在于，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强聚合物5份、纳米微硅粉40份、减水剂10份、粘度调节剂3份、消泡剂1份、缓凝剂0.5份、流变剂0.5份和早强剂10份。

3.根据权利要求1所述的一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，其特征在于，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强聚合物12份、纳米微硅粉50份、减水剂14份、粘度调节剂5份、消泡剂1份、缓凝剂0.8份、流变剂0.6份和早强剂12份。

4.根据权利要求1所述的一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，其特征在于，由以下原料按重量份数构成：

粉末增强聚合物20份、纳米微硅粉50份、减水剂15份、粘度调节剂5份、消泡剂1份、缓凝剂0.5份、流变剂0.6份和早强剂15份。

5.根据权利要求1所述的一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，其特征在于，

所述粉末增强高聚物为环氧树脂粉末、丙烯酸酯粉末或改性聚酯粉末；

所述纳米微硅粉中SiO2含量为92％；

所述减水剂为减水率35％聚羧酸高效减水剂或减水率35％的萘系高效减水剂；

所述粘度调节剂为纤维素类增稠剂；

所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂；

所述缓凝剂为无机磷酸盐、木质素磺酸盐、羟基羧酸盐和无机锌盐中的一种或几种；

所述流变剂为气相法白炭黑或沉淀法白炭黑；

所述早强剂为氯化钙、氯化钠或芒硝。

6.根据权利要求5所述的一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，其特征在于，所述纤维素类增稠剂为自羟甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素。

7.根据权利要求5所述的一种高性能透水混凝土水性液体增强材料，其特征在于，所述缓凝剂具体为70wt％工业级粉状焦磷酸钠和30wt％工业级磷酸钠的一种或两种的复合物。

8.一种高性能透水混凝土水性液体增强材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、按本发明所述原料配比，将增强粉末高聚物和纳米微硅粉送入高速混合机中，在23±2℃的环境下搅拌20分钟；

b、依次加入减水剂、缓凝剂、消泡剂、流变剂、早强剂和粘度调节剂，在23±2℃的环境下搅拌1小时；

c、静止30分钟后出料，制得高性能透水混凝土水性液体增强材料。

9.根据权利要求8所述的一种高性能透水混凝土水性液体增强材料的制备方法，其特征在于，步骤a和步骤b中，所述搅拌速度为80r/min-120r/min。

10.根据权利要求8所述的一种高性能透水混凝土水性液体增强材料的制备方法，其特征在于，制得的高性能透水混凝土水性液体增强材料为乳白色膏状或者粉体状。