CN110482969A - 一种透水性混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透水性混凝土及其制备方法，该混凝土包含以下重量份数的组分：丙烯酸酯水性复膜胶10～15份、碎石1500～1600份、高吸水性树脂微球100～200份、水泥300～400份、多元醇5～7份、三异丙醇胺5～10份、纳米碳酸钙10～15份、纳米硅颗粒1～5份、木质素磺酸钠2～4份、乳化剂4～6份、水130～160份。其中，丙烯酸酯水性复膜胶包含：乙烯‑丙烯酸乳液、丙烯酸酯乳液和交联剂；交联剂包含：聚醚亚胺。本发明的透水性混凝土能够提高透水性和承载能力，且不容易发生断裂，具有较高的抗冻融性和耐用性。

Description

一种透水性混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土，具体涉及一种透水性混凝土及其制备方法。
背景技术
透水性混凝土是由凝胶增强剂、骨料、水泥和水搅拌而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料，由粗骨料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，故具有透气、透水和重量轻的特点，作为环境负荷减少型混凝土，透水性混凝土的研究开发越来越受到重视。
现有的透水混凝土的透水率低，整体的结构强度低，容易发生断裂，抗冻能力差，在温度低的条件下容易断裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种透水性混凝土及其制备方法，该透水性混凝土解决了现有透水性混凝土透水率和结构强度低的问题，能够提高透水性和承载能力，且不容易发生断裂，具有较高的抗冻融性和耐用性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种透水性混凝土，该混凝土包含以下重量份数的组分：丙烯酸酯水性复膜胶10～15份、碎石1500～1600份、高吸水性树脂微球100～200份、水泥300～400份、多元醇5～7份、三异丙醇胺5～10份、纳米碳酸钙10～15份、纳米硅颗粒1～5份、木质素磺酸钠2～4份、乳化剂4～6份、水130～160份。
其中，所述丙烯酸酯水性复膜胶包含：乙烯-丙烯酸乳液、丙烯酸酯乳液和交联剂，该乙烯-丙烯酸乳液和丙烯酸酯乳液的质量比为45：55，该乙烯-丙烯酸乳液和丙烯酸酯乳液的总质量与交联剂的质量比为94：6；所述交联剂包含：聚醚亚胺。
该混凝土是通过将碎石、水泥、纳米碳酸钙、纳米硅颗粒球磨后与木质素磺酸钠、乳化剂、多元醇、三异丙醇胺、丙烯酸酯水性复膜胶、高吸水性树脂微球和水混合获得的。
优选地，该混凝土是通过所述球磨得到的混合粉加入至所述木质素磺酸钠、乳化剂、多元醇、三异丙醇胺和水的混合液中，搅拌，再加入丙烯酸酯水性复膜胶，搅拌，加入剩余水和高吸水性树脂微球的混合物搅拌而获得的。
优选地，所述高吸水性树脂微球为高吸水性高分子树脂充分吸水膨胀成的固态水凝胶，其粒径为10～30mm；其中，所述高吸水性高分子树脂包含：聚丙烯酸盐、聚乙烯醇、聚氧化烷烃、纤维素和蛋白质中的任意一种或两种以上。
优选地，所述乳化剂包含：AB胶。
优选地，所述水泥采用P.O42.5水泥，且碱含量小于或等于0.6％。
本发明还公开了一种所述的透水性混凝土的制备方法，该方法包含：
(1)将所述碎石、水泥、纳米碳酸钙、纳米硅颗粒球磨，得到混合粉；
(2)将所述木质素磺酸钠、乳化剂、多元醇、三异丙醇胺与部分水混合搅拌，倒入所述混合粉中，搅拌，加入所述丙烯酸酯水性复膜胶，搅拌，加入剩余水和所述高吸水性树脂微球的混合物，搅拌，获得所述透水性混凝土。
优选地，所述球磨的转速为200转/分。
优选地，所述球磨采用锆石为磨球。
优选地，所述木质素磺酸钠、乳化剂、多元醇、三异丙醇胺与一半水混合搅拌。
优选地，所述球磨时间为60min。
优选地，所述搅拌时间均为30min。
优选地，所述碎石的粒径为10～30mm，表观密度＞2500kg/m3，紧装堆积密度为1300～1400kg/m3，空隙率＜47％，碎石的压碎指标＜15％，针片状颗粒含量＜15％，含泥量＜1％。
本发明的透水性混凝土及其制备方法，解决了现有透水性混凝土透水率和结构强度低的问题，具有以下优点：
(1)本发明的透水性混凝土通过丙烯酸酯水性复膜胶、碎石、高吸水性树脂微球、水泥、多元醇、三异丙醇胺、纳米碳酸钙、纳米硅颗粒、木质素磺酸钠和乳化剂的相互作用，各组分都会对混凝土的孔隙率、透水系数、承载力和抗压强度产生影响，各组分缺一不可，通过各组分的相互作用，得到的混凝土具有高的透水性，强度高，承载能力高，不容易发生断裂，具有较高的抗冻融性，耐用；
(2)本发明的透水性混凝土采用丙烯酸酯水性复膜胶，该水性复膜胶同时具有丙烯酸乳液的稳定性和EAA乳液的强韧性，具有较高的粘结强度，其高韧性赋予混凝土较强的耐机械力性能，显著提高了混凝土的承载力和抗压强度；
(3)本发明的透水性混凝土采用木质素磺酸钠，其具有减水、缓凝和引气的作用，可以起到改善混凝土包裹性能的效果，改善了混凝土坍落度经时损失较快的问题，同时可以提高混凝土的抗融冻能力和耐久性。
(4)本发明的透水性混凝土采用纳米硅颗粒，其具有特殊的网状结构，与纳米碳酸钙配合，在混凝土浆体原有的网状结构的基础上建立一个新的网状结构，有效阻止了混凝土内部微裂纹的扩展，提高了混凝土的抗弯拉强度(混凝土抗弯拉与抗压强度基本上呈正比关系)，延长其使用寿命；
(5)本发明的透水性混凝土采用多元醇，其遇水后，会形成大量的羧基和羟基，由于分子间作用力这些极性基团吸附到水泥颗粒表面，能够破坏非活性材料表面光滑、致密的Si-O-Si键和Si-O-Al键及其网络结构，使晶体结构产生缺陷，加速其解离和水化，从而能够最大限度提高混凝土的强度，这些三维大分子结构从各个方位吸附在水泥颗粒表面，相互交叉，增大了混凝土成型后的早后期强度；
(6)本发明的透水性混凝土采用高吸水性树脂微球，其失水后会在混凝土中形成相应的孔道，同时吸水树脂失水后可形成有一定强度的高分子薄膜，其可增强改善水泥强度，从而在不降低混凝土强度的基础上提高了混凝土的透水性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种透水性混凝土，采用以下方法制备：
(S1)按重量份称取：丙烯酸酯水性复膜胶10份、碎石1500份、高吸水性树脂微球100份、水泥300份、多元醇5份、三异丙醇胺5份、纳米碳酸钙10份、纳米硅颗粒1份、木质素磺酸钠2份、乳化剂4份、水130份；
(S2)将称取的碎石、水泥、纳米碳酸钙、纳米硅颗粒倒入行星式球磨机中，以锆石为磨球，公转转速200转/分，球磨60min，使其充分混合，得混合粉；
(S3)将称取的木质素磺酸钠、乳化剂、多元醇、三异丙醇胺与1/2的水混合搅拌30min后，倒入所述混合粉中，搅拌30min后，倒入称取的丙烯酸酯水性复膜胶，搅拌30min后，倒入剩余水与高吸水性树脂微球的混合物，搅拌30min，即得。
实施例2
一种透水性混凝土，其制备方法与实施例1基本相同，区别在于：
在步骤(S1)中，所使用的原料的配比不同，所使用的原料的份数为：丙烯酸酯水性复膜胶15份、碎石1600份、高吸水性树脂微球200份、水泥400份、多元醇7份、三异丙醇胺10份、纳米碳酸钙15份、纳米硅颗粒5份、木质素磺酸钠4份、乳化剂6份、水130份。
实施例3
一种透水性混凝土，其制备方法与实施例1基本相同，区别在于：
在步骤(S1)中，所使用的原料的配比不同，所使用的原料的份数为：丙烯酸酯水性复膜胶12.5份、碎石1550份、高吸水性树脂微球150份、水泥350份、多元醇6份、三异丙醇胺7.5份、纳米碳酸钙12.5份、纳米硅颗粒3份、木质素磺酸钠3份、乳化剂5份、水145份。
对比例1
制备方法与实施例1基本相同，只是将丙烯酸酯水性复膜胶替换为市售的凝胶增强剂(购自上海亚睿实业有限公司)，其余原料与实施例1相同。
对比例2
制备方法与实施例2基本相同，只是去除高吸水性树脂微球，其余原料与实施例2相同。
对比例3
制备方法与实施例3基本相同，只是去除纳米碳酸钙、纳米硅颗粒，其余原料与实施例3相同。
对比例4
制备方法与实施例3基本相同，只是去除多元醇、三异丙醇胺，其余原料与实施例3相同。
将实施例1～3和对比例1～4制备的透水性混凝采用相同的方法浇筑成地坪，进行如下性能评价，结果见表1。
从表1可以看出，本发明制备的透水性混凝土具有较高的孔隙率、透水系数、承载力和抗压强度。
而且，通过实施例1与对比例1对比，可以看出，当缺少丙烯酸酯水性复膜胶时，孔隙率、透水系数、承载力和抗压强度均降低，孔隙率差值为1.2％，透水系数差值为0.2mm/s，承载力差值为6.6N/mm，抗压强度差值为5.9Mpa，承载力和抗压强度变化较大，表明丙烯酸酯水性复膜胶对混凝土的承载力和抗压强度的影响更显著。
通过实施例2与对比例2对比，可以看出，当缺少高吸水性树脂微球时，孔隙率、透水系数、承载力和抗压强度也均降低，孔隙率差值为3.8％，透水系数差值为0.4mm/s，承载力差值为8.0N/mm，抗压强度差值为3.1Mpa，相比于实施例1较对比例1的变化，实施例2的承载力增加更显著，且孔隙率和透水系数的改善也均有所提高，表明高吸水性树脂微球对混凝土的承载力、孔隙率和透水系数的影响更显著。
通过实施例3与对比例3对比，可以看出，当缺少纳米碳酸钙、纳米硅颗粒时，孔隙率、承载力和抗压强度均明显降低，孔隙率差值为1.4％，承载力差值为6.4N/mm，抗压强度差值为5.2Mpa，相比于实施例1较对比例1的变化，实施例3的透水系数变化较小，其它与实施例1的变化相差不大，纳米碳酸钙、纳米硅颗粒主要是对孔隙率、承载力和抗压强度产生影响。
通过实施例3与对比例4对比，可以看出，当缺少多元醇、三异丙醇胺时，孔隙率、透水系数、承载力和抗压强度也均降低，孔隙率差值为1.4％，透水系数差值为0.1mm/s，承载力差值为7.0N/mm，抗压强度差值为3.7Mpa，相比于实施例1较对比例1的变化，承载力提升较大，表明多元醇和三异丙醇胺对混凝土的承载力影响更显著。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种透水性混凝土，其特征在于，该混凝土包含以下重量份数的组分：丙烯酸酯水性复膜胶10～15份、碎石1500～1600份、高吸水性树脂微球100～200份、水泥300～400份、多元醇5～7份、三异丙醇胺5～10份、纳米碳酸钙10～15份、纳米硅颗粒1～5份、木质素磺酸钠2～4份、乳化剂4～6份、水130～160份；
其中，所述丙烯酸酯水性复膜胶包含：乙烯-丙烯酸乳液、丙烯酸酯乳液和交联剂，该乙烯-丙烯酸乳液和丙烯酸酯乳液的质量比为45：55，该乙烯-丙烯酸乳液和丙烯酸酯乳液的总质量与交联剂的质量比为94：6；所述交联剂包含：聚醚亚胺；
该混凝土是通过将碎石、水泥、纳米碳酸钙、纳米硅颗粒球磨后与木质素磺酸钠、乳化剂、多元醇、三异丙醇胺、丙烯酸酯水性复膜胶、高吸水性树脂微球和水混合获得的。
2.根据权利要求1所述的透水性混凝土，其特征在于，该混凝土是通过所述球磨得到的混合粉加入至所述木质素磺酸钠、乳化剂、多元醇、三异丙醇胺和水的混合液中，搅拌，再加入丙烯酸酯水性复膜胶，搅拌，加入剩余水和高吸水性树脂微球的混合物搅拌而获得的。
3.根据权利要求1所述的透水性混凝土，其特征在于，所述高吸水性树脂微球为高吸水性高分子树脂充分吸水膨胀成的固态水凝胶，其粒径为10～30mm；其中，所述高吸水性高分子树脂包含：聚丙烯酸盐、聚乙烯醇、聚氧化烷烃、纤维素和蛋白质中的任意一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的透水性混凝土，其特征在于，所述乳化剂包含：AB胶。
5.根据权利要求1所述的透水性混凝土，其特征在于，所述水泥采用P.O42.5水泥，且碱含量小于或等于0.6％。
6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的透水性混凝土的制备方法，其特征在于，该方法包含：
(1)将所述碎石、水泥、纳米碳酸钙、纳米硅颗粒球磨，得到混合粉；
(2)将所述木质素磺酸钠、乳化剂、多元醇、三异丙醇胺与部分水混合搅拌，倒入所述混合粉中，搅拌，加入所述丙烯酸酯水性复膜胶，搅拌，加入剩余水和所述高吸水性树脂微球的混合物，搅拌，获得所述透水性混凝土。
7.根据权利要求6所述的透水性混凝土的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为200转/分。
8.根据权利要求6所述的透水性混凝土的制备方法，其特征在于，所述球磨采用锆石为磨球。
9.根据权利要求6所述的透水性混凝土的制备方法，其特征在于，所述木质素磺酸钠、乳化剂、多元醇、三异丙醇胺与一半水混合搅拌。
10.根据权利要求6所述的透水性混凝土的制备方法，其特征在于，所述碎石的粒径为10～30mm，表观密度＞2500kg/m3，紧装堆积密度为1300～1400kg/m3，空隙率＜47％，碎石的压碎指标＜15％，针片状颗粒含量＜15％，含泥量＜1％。
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