CN110304858B - 一种透水混凝土胶凝剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透水混凝土胶凝剂，包括以下重量份数的原料：水500‑600份、氯化钙200‑250份、硫酸亚铁41‑45份、硫酸铁12‑14份、硫酸钠19‑23份、氯化镁22‑24份、氯化铵9‑12份、氯化钾7‑10份、柠檬酸铵4‑6份、丁苯乳胶/纳米金刚石复合物50‑90份。其中，丁苯乳胶/纳米金刚石复合物由丁苯乳胶、纳米金刚石、水，通过超声分散制备而成。向无机盐为主的胶凝剂中添加丁苯乳胶/纳米金刚石，并合理调整其用量，能够显著提高透水混凝土的抗压、抗折强度。
Description
技术领域
本发明属于技术领域，具体涉及一种透水混凝土胶凝剂。
背景技术
城市未来主要发展方向，不仅要节能节水，还要维护生态平衡，实现低冲击开发，其中采用透水路面是个很好的选择。从长远意义上看，保护城市水文环境、减少市政雨水设施规模建设，有利于雨水管网的长期运行，其节约的资金和提供舒适的城市环境意义重大，其环境效益和社会效益远远大于经济成本。透水路面也越来越被人们重视与接受，更多地应用于城市道路的建设中。而透水保水水泥混凝土是铺设透水道路的必要原材料，透水保水水泥混凝土路面环境和社会效益突出，推广应用前景良好，是海绵城市建设的重中之重。
现有研究表明，大量的无机金属离子，有助于充分电解水泥中的有效离子，以无机盐为主的混凝土胶凝剂可以渗透在水泥内部，产生网状结构的聚合体膜，包覆水泥及骨材颗粒，增强水泥包裹颗粒之间粘结面积和晶体膨胀。这在现有技术中已有大量研究，如CN105948554A公开了一种混凝土胶凝剂，包括如下组分：硫酸亚铁13-18wt%，硫酸铁3-9wt%，硫酸钠2-8wt%，氯化镁3-9wt%，硫酸钾2-8wt%，硫酸铵2-4wt%，氯化钙18-20wt%，分散剂0.05-0.15wt%，葡萄糖酸钠0.05-0.15wt%，水23.7-56.9wt%。再如CN107265903A公开了一种无机盐透水水泥混凝土强固剂，包括以下重量份数的原料：水520份、食品级氯化钙400份、食品级硫酸亚铁25份、食品级硫酸铁5份、食品级硫酸钠15份、食品级氯化镁15份、食品级氯化铵5份、食品级氯化钾15份、糖蜜溶液1份、沸石粉：氧化钙=4:6 1份。上述胶凝剂对于透水混凝土的性能提升有限，因而需要一种高效胶凝剂以改善透水混凝土性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种透水混凝土胶凝剂，能够更加有效提升透水混凝土强度等性能。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：一种透水混凝土胶凝剂，包括以下重量份数的原料：水500-600份、氯化钙200-250份、硫酸亚铁41-45份、硫酸铁12-14份、硫酸钠19-23份、氯化镁22-24份、氯化铵9-12份、氯化钾7-10份、柠檬酸铵4-6份、丁苯乳胶/纳米金刚石复合物50-90份。
进一步的，一种透水混凝土胶凝剂，包括以下重量份数的原料：水540份、氯化钙230份、硫酸亚铁45份、硫酸铁12份、硫酸钠21份、氯化镁22份、氯化铵10份、氯化钾8份、柠檬酸铵5份、丁苯乳胶/纳米金刚石复合物80份。
其中，丁苯乳胶/纳米金刚石复合物由丁苯乳胶、纳米金刚石、水，通过超声分散制备而成。
优选的，按照重量比，丁苯乳胶：纳米金刚石：水=40-60：4-8：300-400。更优选的，丁苯乳胶：纳米金刚石：水=50-60：6-8：350-400。
其中，纳米金刚石的粒径优选70-90nm。
同时，本发明还提供一种透水混凝土胶凝剂的制备方法，包括以下步骤：
a.按照重量比，丁苯乳胶：纳米金刚石：水=40-60：4-8：300-400称取原料，混料后超声分散3-5h，制得丁苯乳胶/纳米金刚石复合物；
b.按照重量份称取以下原料：水500-600份、氯化钙200-250份、硫酸亚铁41-45份、硫酸铁12-14份、硫酸钠19-23份、氯化镁22-24份、氯化铵9-12份、氯化钾7-10份、柠檬酸铵4-6份，将除氯化钙外的其余原料分别溶解后，混合并搅拌0.5-1h，再将原料氯化钙加入混合溶液中，继续搅拌混料5-8h，得到均匀溶液，然后称取步骤a所制得的丁苯乳胶/纳米金刚石复合物50-90份，加入到上述溶液中，继续搅拌1-1.5h，即可制得透水混凝土胶凝剂。
优选的，步骤b中，将原料氯化钙加入混合溶液过程中，温度控制在75℃以下。
本发明的胶凝剂以氯化钙、硫酸亚铁等无机盐为主，大量的金属离子能够充分电离水泥中的有效离子，加速水泥水化。同时还可以渗透在水泥内部，通过粘结作用，形成网络状晶体结构，提高透水混凝土强度。柠檬酸钠是常用的金属螯合剂，添加适量的柠檬酸钠能够有效提高无机盐，特别是铁盐、亚铁盐的溶解，更有利于透水混凝土胶凝剂的制备。丁苯乳胶是本领域已知的聚合物改性剂，其能够改善混凝土，特别是抗折强度，但是对抗压强度改善有限，甚至可能会降低其抗压强度。纳米金刚石兼具金刚石和纳米材料的特点，能够提高混凝土的抗压强度，但是其容易团聚而影响其效果。申请人通过实验发现，将丁苯乳胶和纳米金刚石复配使用，利用丁苯乳胶中含有的表面活性剂对纳米金刚石起到一定的改性分散作用，辅以超声分散处理，能够有效解决纳米金刚石容易团聚的缺陷。向无机盐为主的胶凝剂中添加丁苯乳胶/纳米金刚石，并合理调整其用量，能够显著提高透水混凝土的抗压、抗折强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
一种透水混凝土胶凝剂，由水540份、氯化钙230份、硫酸亚铁45份、硫酸铁12份、硫酸钠21份、氯化镁22份、氯化铵10份、氯化钾8份、柠檬酸铵5份、丁苯乳胶/纳米金刚石复合物75份。
制备方法如下：
a.按照重量比，丁苯乳胶：纳米金刚石：水=60：6：400称取原料，混料后超声分散5h，制得丁苯乳胶/纳米金刚石复合物；
b.按照上述重量份称取原料：水540份、氯化钙230份、硫酸亚铁45份、硫酸铁12份、硫酸钠21份、氯化镁22份、氯化铵10份、氯化钾8份、柠檬酸铵5份，将除氯化钙外的其余原料分别溶解后，混合并搅拌0.8h，再将原料氯化钙加入混合溶液中，温度控制在70℃，继续搅拌混料6h，得到均匀溶液，然后称取步骤a所制得的丁苯乳胶/纳米金刚石复合物80份，加入到上述溶液中，继续搅拌1.5h，即得。
实施例2
一种透水混凝土胶凝剂，由水600份、氯化钙250份、硫酸亚铁42份、硫酸铁14份、硫酸钠20份、氯化镁23份、氯化铵9份、氯化钾7份、柠檬酸铵4份、丁苯乳胶/纳米金刚石复合物55份。
制备方法如下：
a.按照重量比，丁苯乳胶：纳米金刚石：水=40：4：300称取原料，混料后超声分散4h，制得丁苯乳胶/纳米金刚石复合物；
b.按照上述重量份称取原料：水600份、氯化钙250份、硫酸亚铁42份、硫酸铁14份、硫酸钠20份、氯化镁23份、氯化铵9份、氯化钾7份、柠檬酸铵4份，将除氯化钙外的其余原料分别溶解后，混合并搅拌0.5h，再将原料氯化钙加入混合溶液中，温度控制在65℃，继续搅拌混料5h，得到均匀溶液，然后称取步骤a所制得的丁苯乳胶/纳米金刚石复合物55份，加入到上述溶液中，继续搅拌1h，即得。
实施例3
一种透水混凝土胶凝剂，由水520份、氯化钙200份、硫酸亚铁41份、硫酸铁12份、硫酸钠19份、氯化镁22份、氯化铵9份、氯化钾7份、柠檬酸铵4份、丁苯乳胶/纳米金刚石复合物90份。
制备方法如下：
a.按照重量比，丁苯乳胶：纳米金刚石：水=50：8：350称取原料，混料后超声分散5h，制得丁苯乳胶/纳米金刚石复合物；
b.按照上述重量份称取原料：水520份、氯化钙200份、硫酸亚铁41份、硫酸铁12份、硫酸钠19份、氯化镁22份、氯化铵9份、氯化钾7份、柠檬酸铵4份，将除氯化钙外的其余原料分别溶解后，混合并搅拌0.8h，再将原料氯化钙加入混合溶液中，温度控制在70℃，继续搅拌混料6h，得到均匀溶液，然后称取步骤a所制得的丁苯乳胶/纳米金刚石复合物90份，加入到上述溶液中，继续搅拌1.5h，即得。
对比例1
采用CN105948554A说明书中实施例4的技术方案，得到胶凝剂。
对比例2
采用CN107265903A说明书中具体实施方式的技术方案，得到胶凝剂。
对比例3
与实施例1基本相同，区别在于不使用丁苯乳胶/纳米金刚石复合物，得到胶凝剂。
对比例4
与实施例1基本相同，区别在于按照重量比，丁苯乳胶：水=50：400称取原料，混料后超声分散5h，制得丁苯乳液。
对比例5
与实施例1基本相同，区别在于按照重量比，纳米金刚石：水=6：400称取原料，混料后超声分散5h，制得金刚石分散液。
按照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》的要求，按照5.5:1的配比将石料和P.O42.5水泥预先配制好，加入1wt%的实施例1-3、对比例1-5的胶凝剂，测试其抗压强度、抗折强度、透水率等性能，如表1所示。
表1 性能测试表
| 实施例 | 28d抗压强度/MPa | 28d抗折强度/MPa | 透水率/ mm·s<sup>-1</sup> |
| 实施例1 | 44 | 11.7 | 2.3 |
| 实施例2 | 40 | 10.1 | 2.4 |
| 实施例3 | 45 | 11.2 | 2.2 |
| 对比例1 | 37 | 6.3 | 2.7 |
| 对比例2 | 33 | 5.3 | 2.9 |
| 对比例3 | 35 | 5.5 | 2.8 |
| 对比例4 | 34 | 8.7 | 2.6 |
| 对比例5 | 36 | 5.2 | 2.7 |
通过对比可以看出，单掺丁苯乳胶能够明显改善混凝土的抗折强度，但不利于抗压强度，单掺纳米金刚石，则有利于抗压强度的提高，但对抗折强度没有改善。而将丁苯乳胶、纳米金刚石复配使用，并合理控制其配比，能够兼具二者的优势，有利于抗压强度、抗折强度的提升。同时相对于现有技术中无机盐胶凝剂，丁苯乳胶/纳米金刚石复合物的添加，在基本保持透水率的前提下，能够显著提升透水混凝土的强度性能。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种透水混凝土胶凝剂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：水500-600份、氯化钙200-250份、硫酸亚铁41-45份、硫酸铁12-14份、硫酸钠19-23份、氯化镁22-24份、氯化铵9-12份、氯化钾7-10份、柠檬酸铵4-6份、丁苯乳胶/纳米金刚石复合物50-90份；丁苯乳胶/纳米金刚石复合物由丁苯乳胶、纳米金刚石、水，通过超声分散制备而成；按照重量比，丁苯乳胶：纳米金刚石：水=40-60：4-8：300-400；纳米金刚石的粒径为70-90nm；
所述透水混凝土胶凝剂的制备方法，包括以下步骤： a.按照重量比，丁苯乳胶：纳米金刚石：水=40-60：4-8：300-400称取原料，混料后超声分散3-5h，制得丁苯乳胶/纳米金刚石复合物； b.按照重量份称取以下原料：水500-600份、氯化钙200-250份、硫酸亚铁41-45份、硫酸铁12-14份、硫酸钠19-23份、氯化镁22-24份、氯化铵9-12份、氯化钾7-10份、柠檬酸铵4-6份，将除氯化钙外的其余原料分别溶解后，混合并搅拌0.5-1h，再将原料氯化钙加入混合溶液中，继续搅拌混料5-8h，得到均匀溶液，然后称取步骤a所制得的丁苯乳胶/纳米金刚石复合物50-90份，加入到上述溶液中，继续搅拌1-1.5h，即可制得透水混凝土胶凝剂。
2.如权利要求1所述的透水混凝土胶凝剂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：水540份、氯化钙230份、硫酸亚铁45份、硫酸铁12份、硫酸钠21份、氯化镁22份、氯化铵10份、氯化钾8份、柠檬酸铵5份、丁苯乳胶/纳米金刚石复合物80份。
3.如权利要求1-2之一所述的透水混凝土胶凝剂，其特征在于，按照重量比，丁苯乳胶：纳米金刚石：水=50-60：6-8：350-400。
4.权利要求1-2之一所述的透水混凝土胶凝剂，其特征在于，将原料氯化钙加入混合溶液过程中，温度控制在75℃以下。
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