CN110183186B - 一种高强高透水混凝土的制备方法 - Google Patents

一种高强高透水混凝土的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强高透水混凝土的制备方法，该方法首先推导出胶材的用量，再将胶材和水依次倒入搅拌机中搅拌均匀，同时加入减水剂，将浆体流动度控制在185～195mm之间，最后将集料倒入搅拌机中，搅拌均匀后浇注成型。本发明的制备方法可以大量减少水泥用量，提高经济性。制备时提前制备胶浆，并控制浆体流动度，有利于产品生产时质量控制的稳定性。制得的混凝土在保证高强度的同时，还具备良好的透水和透气性。解决了目前透水混凝土强度普遍偏低，或者强度虽然较高，但孔隙率偏低，透水不佳的问题。

Description

一种高强高透水混凝土的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高强高透水混凝土的制备方法。
背景技术
普通的混凝土结构，每当城市区域大范围降水甚至暴雨时，雨水无法下渗到地下，从而引起城市的内涝；雨天行车时也容易产生“漂移”、“飞溅”、“夜间眩光”等现象。另外，不透水的地面缺乏对城市区域地标湿度和温度的调节能力，形成气象学上的“热岛现象”。透水混凝土作为一种生态友好型混凝土，用于道路工程和园林小径路面的绿色环保等，可以有效解决城市内涝和热岛效应。
透水混凝土因其独特的多孔结构，其力学性能远远小于普通混凝土，且透水混凝土的强度与透水性具有矛盾对立性，即强度高则透水性能低，或透水性能高则强度低。现有透水混凝土在孔隙率20％左右时，其抗压强度多数仅为15MPa左右。且缺乏合理的制备和质量控制方法，即使孔隙率较大，因缺乏合适的质量控制手段，浇注时浆体易于沉入底部，使得透水混凝土的底部“密实”，导致其透水系数不高，仅在3.0mm/s左右，甚至丧失透水的功能性，使得透水混凝土的质量难以保证。
发明内容
针对现有技术中的透水混凝土，或透水性较高但力学性能较低，或强度虽可但透水性能一般不佳，生产时质量难以控制等问题。本发明提供一种高强高透水混凝土的制备方法，采用较为通用的材料，通过材料的优选，采用特殊的设计方法和制备方法，使制备出的混凝土在保证强度的同时，还具备良好的透水和透气性，充分解决透水性和高强度固有的矛盾对立性。在孔隙率达到20％以上，透水系数达到3.5～5.0mm/s以上时，强度还能达到25～45MPa，产品性价比高。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种高强高透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)先测量集料的紧密堆积密度和表观密度，然后按式(Ⅰ)和式(Ⅱ)推导出胶材的用量，所述胶材为水泥、水泥和掺合料的集合、水泥和掺合料及助剂的集合中的一种；
Figure BDA0002099583730000021
V浆体＝Mc/ρc+Mw/ρw 式(Ⅱ)，
式中：V浆体为浆体体积，单位m3；
γ为浆体体积系数，取值0.32～0.44；
ρ紧密为集料的紧密堆积密度，单位kg/m3；
ρ表观为集料的表观密度，单位kg/m3；
Mc为胶材用量，单位kg；
ρc为胶材的表观密度，单位kg/m3；
Mw为水用量，单位kg；
ρw为水的表观密度，单位kg/m3；
步骤2)将经步骤1)确定用量的胶材倒入搅拌机中搅拌，然后向搅拌机中加入按步骤1)确定用量的水，同时加入减水剂，制备成胶浆，通过调节减水剂的用量来控制浆体的流动度为185～195mm；
步骤3)将集料倒入搅拌机中，与胶浆充分搅拌后浇注成型，即得；
其中，集料品种选择粒型良好的石灰石、玄武岩或硅质；当为石灰石时，集料的单位用量为1320～1380kg/m3；当为玄武岩或硅质时，集料的单位用量为1480～1520kg/m3。
优选地，所述集料为粒径2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～16.0mm的单粒级集料中的一种。
优选地，步骤2)所述胶浆中还掺有细砂，其掺量为所述集料的体积用量的0～10％。
优选地，所述细砂的粒径为0.16～0.315mm。
优选地，所述掺合料为粉煤灰或硅灰。
优选地，所述助剂包括改性剂，所述改性剂为聚合物VAE707，其掺量为水泥用量的0～5％。
本发明具有以下优点：
(1)该混凝土采用独特的设计方法和特殊的制备方法，解决了透水混凝土的强度与透水性的矛盾对立性。制备方法实用，且可以大量减少水泥用量，提高经济性，同时确保产品的高强和高透水性。在孔隙率达到20％以上，透水系数达到3.5～5.0mm/s时，强度还能达到25～45MPa。
(2)在制备方法上，需先进行胶浆的制备，采用裹浆法来制备，提高浆体与石子之间的粘结强度，从而保证高透水混凝土的高强度。
(3)该混凝土在进行工业化生产时，可通过控制胶浆的流动度来控制新拌性能，易于实现现场质量控制。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种高强高透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)先按《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ 53-92中的测试方法测量集料的紧密堆积密度和表观密度，然后按式(Ⅰ)和式(Ⅱ)推导出胶材的用量，所述胶材为水泥、水泥和掺合料的集合、水泥和掺合料及助剂的集合中的一种；
Figure BDA0002099583730000031
V浆体＝Mc/ρc+Mw/ρw 式(Ⅱ)，
式中：V浆体为浆体体积，单位m3；
γ为浆体体积系数，取值0.32～0.44；
ρ紧密为集料的紧密堆积密度，单位kg/m3；
ρ表观为集料的表观密度，单位kg/m3；
Mc为胶材用量，单位kg；
ρc为胶材的表观密度，单位kg/m3；
Mw为水用量，单位kg；
ρw为水的表观密度，单位kg/m3；
(2)将确定用量的胶材倒入搅拌机中搅拌，然后向搅拌机中加入确定用量的水，同时加入减水剂，制备成胶浆，通过调节减水剂的用量来控制浆体的流动度为185～195mm；
(3)将集料倒入搅拌机中，与胶浆充分搅拌后浇注成型，即得；
其中，集料品种选择粒型良好的石灰石、玄武岩或硅质；当为石灰石时，集料的单位用量为1320～1380kg/m3；当为玄武岩或硅质时，集料的单位用量为1480～1520kg/m3。
实施例1
一种高强高透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)选用玄武岩集料，胶材为强度等级52.5的硅酸盐水泥。对选用的集料进行紧密堆积密度和表观密度测定，所用集料的堆积密度为1580kg/m3，表观密度为2600kg/m3，集料粒径为4.75～9.5mm，浆体体积系数γ取值在0.335左右。集料用量为每立方米混凝土添加1360kg，水用量为每立方米混凝土添加90kg，得出水泥用量为每立方米混凝土添加350kg。
(2)将确定用量的水泥倒入搅拌机中搅拌，然后向搅拌机中加入确定用量的水，同时添加市售聚羧酸减水剂，制备成胶浆，通过调节减水剂的用量来控制浆体的流动度为185～195mm。
(3)将确定用量的集料倒入搅拌机中，与胶浆充分搅拌后浇注成型，即得。
实施例2
一种高强高透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)选用玄武岩集料，胶材为强度等级52.5的硅酸盐水泥和胶材总质量10％的粉煤灰作为掺合料。对选用的集料进行紧密堆积密度和表观密度测定，所用集料的堆积密度为1580kg/m3，表观密度为2600kg/m3，集料粒径为4.75～9.5mm，浆体体积系数γ取值在0.40左右。集料用量为每立方米混凝土添加1360kg，水用量为每立方米混凝土添加102kg，得出水泥用量为每立方米混凝土添加369kg，粉煤灰用量为每立方米混凝土添加41kg。
(2)将确定用量的水泥和粉煤灰倒入搅拌机中搅拌，然后向搅拌机中加入确定用量的水，同时添加市售聚羧酸减水剂，制备成胶浆，通过调节减水剂的用量来控制浆体的流动度为185～195mm。
(3)将确定用量的集料倒入搅拌机中，与胶浆充分搅拌后浇注成型，即得。
实施例3
一种高强高透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)选用玄武岩集料，胶材为强度等级52.5的硅酸盐水泥和胶材总质量3％的硅灰作为掺合料。对选用的集料进行紧密堆积密度和表观密度测定，所用集料的堆积密度为1580kg/m3，表观密度为2600kg/m3，集料粒径为9.5～16.0mm，浆体体积系数γ取值在0.44左右。集料用量为每立方米混凝土添加1548kg，水用量为每立方米混凝土添加100kg，得出水泥用量为每立方米混凝土添加338kg，硅灰用量为每立方米混凝土添加12kg。
(2)将确定用量的水泥和硅灰倒入搅拌机中搅拌，然后向搅拌机中加入确定用量的水，同时添加市售聚羧酸减水剂，制备成胶浆，通过调节减水剂的用量来控制浆体的流动度为185～195mm。
(3)将确定用量的集料倒入搅拌机中，与胶浆充分搅拌后浇注成型，即得。
实施例4
一种高强高透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择硅质集料，胶材采用强度等级52.5的硅酸盐水泥，并添加细砂(粒径0.16～0.315mm)和聚合物VAE707(改性剂)。对选用的集料进行紧密堆积密度和表观密度测定，所用集料的堆积密度为1800kg/m3，表观密度为2800kg/m3，集料粒径为2.36～4.75mm，浆体体积系数γ取值在0.39左右。集料用量为每立方米混凝土添加1480kg，水用量为每立方米混凝土添加112kg，得出水泥用量为每立方米混凝土添加450kg。
(2)将确定用量的水泥与的细砂(用量为集料体积用量的10％，具体为每立方米混凝土添加168kg)、聚合物VAE707(用量为水泥用量的3％，具体为每立方米混凝土添加13.5kg)一同倒入搅拌机中搅拌，然后向搅拌机中加入确定用量的水，同时添加市售聚羧酸减水剂，制备成胶浆，通过调节减水剂的用量来控制浆体的流动度为185～195mm。
(3)将确定用量的集料倒入搅拌机中，与胶浆充分搅拌后浇注成型，即得。
对照例1
普通透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择硅质集料，胶材为强度等级52.5的硅酸盐水泥和胶材总质量3％的硅灰作为掺合料。对选用的集料进行紧密堆积密度和表观密度测定，所用集料的堆积密度为1580kg/m3，表观密度为2600kg/m3，集料粒径为4.75～9.5mm，集料用量为每立方米混凝土添加1548kg，水用量为每立方米混凝土添加89kg，水泥用量为每立方米混凝土添加346kg，硅灰用量为每立方米混凝土添加11kg。
(2)将确定用量的水泥和硅灰倒入搅拌机中搅拌均匀，再将确定用量的集料倒入搅拌机，搅拌后，加入确定用量的水和市售聚羧酸减水剂，待搅拌充分后浇注成型，即得。
测试例1
对实施例1～4及对照例1制得的混凝土进行力学性能和透水性能的测试，检测结果如下表1所示。
表1检测结果
Figure BDA0002099583730000061
由表1可以看出，实施例1～4通过采用独特的透水混凝土的设计方法和特殊的制备方法，优化集料用量和胶浆用量，提高经济性、实现产品高孔隙率的同时，还能确保产品的高强和高透水性，解决了透水混凝土的强度与透水性的矛盾对立性问题。制备的产品在孔隙率达到20％以上，透水系数达到3.5～5.0mm/s的同时，强度还能达到25～45MPa，远高于对照例1的18.4MPa的强度和3.07mm/s的透水系数。
上述实施例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等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高强高透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)先测量集料的紧密堆积密度和表观密度，然后按式(I)和式(II)推导出胶材的用量，所述胶材为水泥、水泥和掺合料的集合、水泥和掺合料及助剂的集合中的一种；
Figure FDA0003117226880000011
V浆体＝Mc/ρc+Mw/ρw 式(II)，
式中：V浆体为浆体体积，单位m3；
γ为浆体体积系数，取值0.32～0.44；
ρ紧密为集料的紧密堆积密度，单位kg/m3；
ρ表观为集料的表观密度，单位kg/m3；
Mc为胶材用量，单位kg；
ρc为胶材的表观密度，单位kg/m3；
Mw为水用量，单位kg；
ρw为水的表观密度，单位kg/m3；
步骤2)将经步骤1)确定用量的胶材倒入搅拌机中搅拌，然后向搅拌机中加入按步骤1)确定用量的水，同时加入减水剂，制备成胶浆，通过调节减水剂的用量来控制浆体的流动度为185～195mm；
步骤3)将集料倒入搅拌机中，与胶浆充分搅拌后浇注成型，即得；
其中，集料品种选择粒型良好的石灰石、玄武岩或硅质；当为石灰石时，集料的单位用量为1320～1380kg/m3；当为玄武岩或硅质时，集料的单位用量为1480～1520kg/m3；所述集料为粒径2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～16.0mm的单粒级集料中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种高强高透水混凝土的制备方法，其特征在于，步骤2)所述胶浆中还掺有细砂，其掺量为所述集料的体积用量的0～10％。
3.根据权利要求2所述的一种高强高透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述细砂的粒径为0.16～0.315mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强高透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述掺合料为粉煤灰或硅灰。
5.根据权利要求1所述的一种高强高透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述助剂包括改性剂，所述改性剂为聚合物VAE707，其掺量为水泥用量的0～5％。
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