CN110746160A - 一种彩色透水性混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种彩色透水性混凝土及其制备方法，涉及混凝土的技术领域，解决透水混凝土的抗压强度低，使用寿命短的问题。按照质量份数计，具体包括如下组分：水泥360～380份、砂子700～750份、矿粉80～100份、碎石50～80份、稻壳灰60～100份、改性蒙脱土100～120份、颜料30～50份、减水剂3～5份以及水120～140份。本发明通过在混凝土中加入制备的改性蒙脱土，具有提高混凝土抗压强度和使用寿命的效果。

Description

一种彩色透水性混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土的技术领域，尤其是涉及一种彩色透水性混凝土及其制备方法。

背景技术

彩色透水混凝土是由小石子、水泥、掺和透水外加剂、水、彩色强化剂以及稳定剂等经一定比例调配拌制而成的一种多孔轻质的新型环保地面铺装材料。广泛应用于人行道自行车道轻量级市政道路消防通道、园林景观公园道路、大型广场展览会馆、度假村、校园等地面原生态铺装。

彩色混凝土的使用可以有效解决这些问题：一方面利用彩色混凝土自身装饰性可以极大地丰富建筑物色彩，达到美观的效果；另一方面，彩色混凝土的一次性施工即可获取装饰效果，减免了建筑物的二次装饰装修，不但可以节约大量资源，减少环境污染，还具有施工快捷、耐久性好等优点。随着国家大力提倡资源节约和建筑节能，使得彩色混凝土在建筑领域的应用越来越受到重视。

现有技术中的透水混凝土一般由凝胶材料、细骨料、粗骨料、外加剂、水和颜料按照一定比例搅拌而成，由于细骨料含量少，粗骨料的粒径大、比表面积小，使得骨料颗粒之间的接触点少，胶结面积小，导致成型的透水混凝土的抗压强度低，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的一是提供一种彩色透水性混凝土，具有抗压强度高、使用寿命长的效果；本发明的目的二是提供一种彩色透水性混凝土的制备方法,制备工艺简单。

本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种彩色透水性混凝土，按照质量份数计，具体包括如下组分：水泥360～380份、砂子700～750份、矿粉80～100份、碎石50～80份、稻壳灰60～100份、改性蒙脱土100～120份、颜料30～50份、减水剂3～5份以及水120～140份，所述改性蒙脱土的制备方法为：1)蒙脱土和水按照质量比为1：5～10搅拌，搅拌至蒙脱土在水中均匀分散，然后加热到80℃；2)向步骤1中加入季铵盐，季铵盐的加入量为蒙脱土质量的2～10％，继续搅拌2～4h；3)将步骤2)的混合物抽滤、洗涤，洗涤至无氯离子，烘干后得到有机蒙脱土，烘干后研磨过300目筛；4)将15～20份有机蒙脱土加入到40～50份环氧树脂中，加入5～8份固化剂搅拌混合均匀；5)抽真空除去气泡，将混合料浇注到预热的模具中，在烘箱中加热固化，固化温度为80～150℃，固化时间为2～5h，固化结束，研磨过300目筛得到改性蒙脱土。

通过采用上述技术方案，水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在砂子、碎石表面并填充它们之间的间隙，水泥浆在混凝土凝结硬化前起润滑作用，使得混凝土拌合物具有适于施工的工作性，硬化后水泥使得混凝土具有所需要的强度。砂子和碎石比水泥便宜的多，作为廉价的填充材料，降低混凝土的成本，另外砂子和石子的加入能够提高混凝土的耐久性，减少水泥浆的发热、干缩等不良现象。加入稻壳灰能够改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的密实性、抗渗性及耐化学腐蚀性等。

矿粉能够等量替代水泥，在水泥水化初期，矿粉分布并包裹在水泥颗粒的表面，能够起到延缓和减少水泥初期水化物相互搭接的隔离作用，从而改善混凝土拌合物的工作性，其复合凝胶效应可以显著提高混凝土的强度，改善耐久性。矿粉的加入不仅可以使新拌合和硬化后混凝土的力学性能、耐久性能以及微观结构都得到不同程度的改善，而且矿粉的成本低于水泥，用于配制混凝土具有显著的经济效益。

季铵盐与蒙脱土经过离子交换制备出有机蒙脱土，有机蒙脱土在环氧树脂中的剥离过程，首先是环氧树脂的扩散作用主要发生在混合初期，之后扩散作用变的微弱，而蒙脱土的片层主要是在剪切力作用下发生滑移，从而使片层之间发生分离，最终实现剥离。发生在混合初期的分子扩散降低了片层之间的相互作用，并增强了聚合物与蒙脱土片层之间的相互作用，促进了片层的滑移。环氧树脂与有机蒙脱土之间较强的相互作用确保了环氧树脂提供的剪切力能够较好的传递到蒙脱土片层上，当蒙脱土片层均匀的剥离在聚合物基体中时，蒙脱土的力学性能有显著提高，加入到混凝土中，能够明显提升混凝土的力学性能。另外蒙脱土中硅氧四面体中的硅离子常被铝离子置换，导致蒙脱土层间出现负电荷，由碱土金属离子补偿，这些补偿阳离子与晶格结合力弱，具有很高的自由度，活跃在孔道中，加入到混凝土中使得混凝土的透水性好。

减水剂能够在保持混凝土工作性不变的情况下，显著降低混凝土的水灰比，使得混凝土硬化后的强度、抗渗性、耐久性能性能得到改善。

本发明的进一步设置为：所述固化剂为MeTHPA。

通过采用上述技术方案，MeTHPA是一种极性极高的低粘度液体，与有机土相容性好，很容易在混合时进入蒙脱土的层间内部，MeTHPA属于高温固化剂，即使温度较高，其固化速度容许分子链进入到蒙脱土层间。

本发明的进一步设置为：所述步骤4)中还加入有2～4份促进剂BDMA。

通过采用上述技术方案，BDMA是一种亲核试剂，它与有机阳离子有一定的亲核性并能被蒙脱土吸附在层间，其催化促进作用可以降低最大反应速率的峰，这样使得层间环氧树脂的固化速度较快，在层外的环氧树脂固化达到凝胶点之前，层间固化反应放出的热量使得层间胀大，同时层外未固化的环氧树脂能流动且不断迁移和补充到层间，使得蒙脱土层间距不断增大，最终达到剥离。

本发明的进一步设置为：所述碎石的粒径不大于20mm。

通过采用上述技术方案，碎石的粒径过大，碎石内部存在的薄弱层越多，其强度也就越低，加入到混凝土中，导致混凝土强度越低。当粒径大的碎石，破碎成小粒径的碎石后，必然是沿着石子内部存在的薄弱层碎裂，这样尺寸小的碎石内部更密实，强度也就越高。另外碎石粒径小，加入的碎石总的表面积大，能够增加碎石与水泥浆的接触面积，界面受力更均匀，使得混凝土受压时强度更高。

本发明的进一步设置为：所述颜料为氧化铁系颜料。

通过采用上述技术方案，氧化铁系颜料属于无机颜料，在混凝土体系中有较好的分散性，使得彩色混凝土各处颜色均匀。另外，氧化铁系颜料还具有较强的化学稳定性和耐候性，对日照以及大气中的各类气体具有良好的稳定性，能耐碱、耐光、耐风化，处于自然环境中长期不褪色，且不与混凝土中其他组分发生有害反应。

本发明的进一步设置为：所述水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥。

通过采用上述技术方案，P·O 42.5普通硅酸盐水泥强度高，能够提高混凝土凝固后的强度。

本发明的进一步设置为：所述减水剂为木质素磺酸盐。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸盐是一种阴离子表面活性剂，具有很强的分散能力，能够将固体均匀分散在水介质中，木质素磺酸盐含有多种活性基团，因而能够产生缩合作用或与其它化合物发生氢键作用。木质素磺酸盐加入到水泥浆中，能够降低水的表面张力和界面张力，从而起到减水的作用。

本发明的进一步设置为：所述砂子的细度模数为2.0～3.0。

通过采用上述技术方案，细度模数为2.0～3.0的砂子属于中砂，中砂在混凝土中的作用是调节比例，使得各组分配合比最优，在减少水泥的情况下，更好的发挥各组分的作用。

本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：具体包括如下步骤：

步骤1、按照配方量称取水泥和颜料，搅拌均匀；

步骤2、继续加入配方量的砂子、矿粉、碎石、稻壳灰、改性蒙脱土、减水剂以及水混合搅拌均匀，得到彩色透水性混凝土。

通过采用上述技术方案，称取配方量的各物质混合均匀后，加入减水剂和水，搅拌过程中，能够提高水泥颗粒的分散性，改善混凝土性能。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.季铵盐与蒙脱土经过离子交换制备出有机蒙脱土，有机蒙脱土在环氧树脂中的剥离过程，首先是环氧树脂的扩散作用主要发生在混合初期，之后扩散作用变的微弱，而蒙脱土的片层主要是在剪切力作用下发生滑移，从而使片层之间发生分离，最终实现剥离。发生在混合初期的分子扩散降低了片层之间的相互作用，并增强了聚合物与蒙脱土片层之间的相互作用，促进了片层的滑移。环氧树脂与有机蒙脱土之间较强的相互作用确保了环氧树脂提供的剪切力能够较好的传递到蒙脱土片层上，当蒙脱土片层均匀的剥离在聚合物基体中时，蒙脱土的力学性能有显著提高，加入到混凝土中，能够明显提升混凝土的力学性能；另外蒙脱土中硅氧四面体中的硅离子常被铝离子置换，导致蒙脱土层间出现负电荷，由碱土金属离子补偿，这些补偿阳离子与晶格结合力弱，具有很高的自由度，活跃在孔道中，加入到混凝土中使得混凝土的透水性好；

2.BDMA是一种亲核试剂，它与有机阳离子有一定的亲核性并能被蒙脱土吸附在层间，其催化促进作用可以降低最大反应速率的峰，这样使得层间环氧树脂的固化速度较快，在层外的环氧树脂固化达到凝胶点之前，层间固化反应放出的热量使得层间胀大，同时层外未固化的环氧树脂能流动且不断迁移和补充到层间，使得蒙脱土层间距不断增大，最终达到剥离；

3.碎石的粒径过大，碎石内部存在的薄弱层越多，其强度也就越低，加入到混凝土中，导致混凝土强度越低。当粒径大的碎石，破碎成小粒径的碎石后，必然是沿着石子内部存在的薄弱层碎裂，这样尺寸小的碎石内部更密实，强度也就越高。另外碎石粒径小，加入的碎石总的表面积大，能够增加碎石与水泥浆的接触面积，界面受力更均匀，使得混凝土受压时强度更高。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

表1为实施例1的一种彩色透水性混凝土的各组分及质量

组分	质量(kg)	组分	质量(kg)
				水泥	360	改性蒙脱土	100
砂子	720	氧化铁红	30
				矿粉	80	木质素磺酸钠	3
碎石	80	水	120
				稻壳灰	60

其中，改性蒙脱土的制备方法为：1)蒙脱土和水按照质量比为1：5搅拌，搅拌至蒙脱土在水中均匀分散，然后加热到80℃；2)向步骤1中加入季铵盐，季铵盐的加入量为蒙脱土质量的2％，继续搅拌4h；3)将步骤2)的混合物抽滤、洗涤，洗涤至无氯离子，烘干后得到有机蒙脱土，烘干后研磨过300目筛；4)将15份有机蒙脱土加入到50份环氧树脂中，加入7份固化剂，3份促进剂BDMA搅拌混合均匀，固化剂为MeTHPA；5)抽真空除去气泡，将混合料浇注到预热的模具中，在烘箱中加热固化，固化温度为120℃，固化时间为3h，固化结束，研磨过300目筛得到改性蒙脱土。

该彩色透水性混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、按照配方量称取水泥和颜料，搅拌均匀；

步骤2、继续加入配方量的砂子、矿粉、碎石、稻壳灰、改性蒙脱土、减水剂以及水混合搅拌均匀，得到彩色透水性混凝土。

实施例2

表2为实施例2的一种彩色透水性混凝土的各组分及质量

组分	质量(kg)	组分	质量(kg)
				水泥	370	改性蒙脱土	110
砂子	700	氧化铁黄	40
				矿粉	100	木质素磺酸钙	4
碎石	50	水	130
				稻壳灰	80

其中，改性蒙脱土的制备方法为：1)蒙脱土和水按照质量比为1：8搅拌，搅拌至蒙脱土在水中均匀分散，然后加热到80℃；2)向步骤1中加入季铵盐，季铵盐的加入量为蒙脱土质量的7％，继续搅拌4h；3)将步骤2)的混合物抽滤、洗涤，洗涤至无氯离子，烘干后得到有机蒙脱土，烘干后研磨过300目筛；4)将15份有机蒙脱土加入到45份环氧树脂中，加入8份固化剂，3份促进剂BDMA搅拌混合均匀，固化剂为MeTHPA；5)抽真空除去气泡，将混合料浇注到预热的模具中，在烘箱中加热固化，固化温度为150℃，固化时间为2h，固化结束，研磨过300目筛得到改性蒙脱土。

该彩色透水性混凝土的制备方法，同实施例1。

实施例3

表3为实施例3的一种彩色透水性混凝土的各组分及质量

其中，改性蒙脱土的制备方法为：1)蒙脱土和水按照质量比为1：10搅拌，搅拌至蒙脱土在水中均匀分散，然后加热到80℃；2)向步骤1中加入季铵盐，季铵盐的加入量为蒙脱土质量的10％，继续搅拌4h；3)将步骤2)的混合物抽滤、洗涤，洗涤至无氯离子，烘干后得到有机蒙脱土，烘干后研磨过300目筛；4)将20份有机蒙脱土加入到40份环氧树脂中，加入8份固化剂搅拌混合均匀；5)抽真空除去气泡，将混合料浇注到预热的模具中，在烘箱中加热固化，固化温度为150℃，固化时间为2h，固化结束，研磨过300目筛得到改性蒙脱土。

该彩色透水性混凝土的制备方法，同实施例1。

实施例4

表4为实施例4的一种彩色透水性混凝土的各组分及质量

组分	质量(kg)	组分	质量(kg)
				水泥	380	改性蒙脱土	105
砂子	710	氧化铁红	50
				矿粉	85	木质素磺酸钠	3
碎石	70	水	120
				稻壳灰	90

其中，改性蒙脱土的制备方法同实施例3。

该彩色透水性混凝土的制备方法，同实施例1。

实施例5

表5为实施例5的一种彩色透水性混凝土的各组分及质量

组分	质量(kg)	组分	质量(kg)
				水泥	360	改性蒙脱土	115
砂子	740	氧化铁红	30
				矿粉	95	木质素磺酸钠	4
碎石	75	水	130
				稻壳灰	70

其中，改性蒙脱土的制备方法同实施例3。

该彩色透水性混凝土的制备方法，同实施例1。

实施例6

表6为实施例6的一种彩色透水性混凝土的各组分及质量

其中，改性蒙脱土的制备方法同实施例3。

该彩色透水性混凝土的制备方法，同实施例1。

对比例1

一种彩色透水性混凝土，与实施例6的区别在于，不包括改性蒙脱土，其他同实施例6。

对比例2

一种彩色透水性混凝土，与实施例6的区别在于，改性蒙脱土换为蒙脱土。

实施例1～实施例6以及对比例1～对比例2制备的彩色透水性混凝土制备成尺寸为100×100×100mm的试件在百年准养护室标准养护室内进行养护，然后采用CJJ/T135－2009《透水水泥混凝土路面技术规程其性能》进行抗压强度、抗折强度以及透水率性的测试。

表7性能测试结果

根据性能测试结果表明，混凝土中加入改性蒙脱土，能够提高混凝土的抗压强度和抗折强度，且透水性也好。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并非对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种彩色透水性混凝土，其特征在于：按照质量份数计，具体包括如下组分：水泥360～380份、砂子700～750份、矿粉80～100份、碎石50～80份、稻壳灰60～100份、改性蒙脱土100～120份、颜料30～50份、减水剂3～5份以及水120～140份，所述改性蒙脱土的制备方法为：1）蒙脱土和水按照质量比为1：5～10搅拌，搅拌至蒙脱土在水中均匀分散，然后加热到80℃；2）向步骤1中加入季铵盐，季铵盐的加入量为蒙脱土质量的2～10%，继续搅拌2～4h；3）将步骤2）的混合物抽滤、洗涤，洗涤至无氯离子，烘干后得到有机蒙脱土，烘干后研磨过300目筛；4）将15～20份有机蒙脱土加入到40～50份环氧树脂中，加入5～8份固化剂搅拌混合均匀；5）抽真空除去气泡，将混合料浇注到预热的模具中，在烘箱中加热固化，固化温度为80～150℃，固化时间为2～5h，固化结束，研磨过300目筛得到改性蒙脱土。

2.根据权利要求1所述的彩色透水性混凝土，其特征在于：所述固化剂为MeTHPA。

3.根据权利要求1所述的彩色透水性混凝土，其特征在于：所述步骤4）中还加入有2～4份促进剂BDMA。

4.根据权利要求1所述的彩色透水性混凝土，其特征在于：所述碎石的粒径不大于20mm。

5.根据权利要求1所述的彩色透水性混凝土，其特征在于：所述颜料为氧化铁系颜料。

6.根据权利要求1所述的彩色透水性混凝土，其特征在于：所述水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥。

7.根据权利要求1所述的彩色透水性混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐。

8.根据权利要求1所述的彩色透水性混凝土，其特征在于：所述砂子的细度模数为2.0～3.0。

9.一种根据权利要求1～7任一项所述的彩色透水性混凝土的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤1、按照配方量称取水泥和颜料，搅拌均匀；

步骤2、继续加入配方量的砂子、矿粉、碎石、稻壳灰、改性蒙脱土、减水剂以及水混合搅拌均匀，得到彩色透水性混凝土。