CN110950612A - 一种彩色透水混凝土及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种彩色透水混凝土及其制备工艺。彩色透水混凝土包括以下重量份的原料：260‑340份水泥、30‑60份矿粉、60‑90份粉煤灰、20‑45份硅灰、150‑200份水、700‑900份细骨料、800‑1200份粗骨料、10‑20份颜料、8‑16份早强速凝剂、45‑80份双酚A型环氧树脂、35‑55份聚氨酯改性明胶、60‑90份固化促进剂；固化促进剂包括质量比为1:1.3‑1.5:0.7‑1的2‑乙基‑4‑甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺。本发明的彩色透水混凝土具有透水系数高，早期抗压强度和抗折强度大，固化时间短，能缩短开放交通时间，耐热老化性和抗冻融效果好的优点。

Description

一种彩色透水混凝土及其制备工艺
技术领域
本发明涉及透水混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种彩色透水混凝土及其制备工艺。
背景技术
随着我国基本建设速度的不断加快，建筑面积不断增大，城市化进程越来越快，道路越来越多，透水面积不断减少，往往造成市区小雨积水、大雨内涝、水体黑臭、热岛等环境问题严重，还由于普通混凝土不透气很难与空气进行热对流，失去调控地表湿度和温度的能力，其比热容小，吸热力度大，使地表平均温度上升，就形成了“热岛效应”，高温天气时其温度比土地上高出18℃。
海绵城市是指在环境变化、自然灾害下，城市能够像海绵一样拥有较好的“弹性”，雨季时对水起吸收、储蓄、下渗和净化作用，需求时“释放”利用。最大限度的运用原始的地形地貌发挥雨水的积蓄作用、自然渗透作用、植被和湿地等对水质的自然净化作用。
彩色混凝土称排水混凝土和生态透水混凝土，在国内外广泛应用于园林、广场、花园小道、人行道、停车场、校园等，彩色混凝土是用粗骨料表面包裹着一层薄浆料相互粘结成蜂窝状，能让雨水流入地下，有效补充地下水；并能有效地消除地面上的油类化合物等对环境污染的危害；且色彩缤纷，景观融合，使城市环境建设更加和谐，是保护自然、维护生态平衡、能缓解城市“热岛效应”的优良的透水地坪材料，在城市雨水管理、水污染防治和建立“海绵城市”等工作上，具有极其深远的意义，有利于人类生存环境的良性发展。
现有技术中，申请号为201810074162.8的中国发明专利申请文件中公开了一种彩色透水混凝土及其制备方法，每立方米混凝土包括如下重量组份的原料：粗径碎石80-120份；细径沸石9-15份；水泥15-30份；水6-8份；外加剂4-6份；颜料2-4份；改性木纤维0.5-1.5份。
现有的这种彩色透水混凝土抗压强度和抗折强度大，孔隙率高，透水性好，但在施工后，需要7-14天的养护时间，极大的影响了后续工程和开放交通时间。
因此，研发一种透水性好，快硬高强，能缩短开放交通时间的彩色透水混凝土是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种彩色透水混凝土，其具有透水性好，能快速凝结且早期抗压强度高，开放交通时间短的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种彩色透水混凝土的制备工艺，其具有工艺简单，易于操作的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种彩色透水混凝土，包括以下重量份的原料：260-340份水泥、30-60份矿粉、60-90份粉煤灰、20-45份硅灰、150-200份水、700-900份细骨料、800-1200份粗骨料、10-20份颜料、8-16份早强速凝剂、45-80份双酚A型环氧树脂、35-55份聚氨酯改性明胶、60-90份固化促进剂；
所述固化促进剂包括质量比为1:1.3-1.5:0.7-1的2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺。
通过采用上述技术方案，由于双酚A型环氧树脂硬化后较脆，冲击性能差，在紫外线的作用下易老化，且干燥时间长，低温固化性能差，一般在温度低于10℃时就无法正常施工，限制其在冬季的使用，但其能在粗骨料、细骨料表面形成薄薄的胶结层，硬化后彩色透水混凝土中含有大量连通孔隙，在下雨或路面积水时，水能沿着这些贯通的孔隙通道顺利渗入地下或存于路基中，双酚A型环氧树脂和聚酰胺改性明胶用量适宜，能在物料表面形成粘结薄膜，但不会有多余的量去填充孔隙，因而孔隙率高，吸水性好，透水系数高；使用2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺作为固化促进剂，能加速双酚A型环氧树脂和聚氨酯改性明胶的固化速度，使混凝土快速凝结，早期强度较高，缩短交通开放时间。
2-乙基-4-甲基咪唑能使双酚A型环氧树脂固化物的力学性能和热稳定性更加优异，腰果酚改性聚酰胺具有较低的粘度，优异的低温固化性能，最低可在-10℃下使用，且柔韧性好，适合用于海洋环境下的重防腐产品，能改善双酚A型环氧树脂的低温不易施工，硬化后焦脆的缺点，使彩色透水混凝土在低温下仍具有较好的固化性能，且耐低温使用性能好，韧性高，改性酸酐固化剂能增加双酚A型环氧树脂的耐热指数，使彩色透水混凝土的耐热老化性能较高，三者配合使用，可使彩色透水混凝土的固化速率高，能缩短开放时间，且增加彩色透水混凝土的热老化性、低温固化性和耐低温性能。
进一步地，所述原料的重量份为：包括以下重量份的原料：280-320份份水泥、40-50份矿粉、70-80份粉煤灰、30-40份硅灰、160-180份水、750-850份细骨料、900-1100骨料、13-18份颜料、10-14份早强速凝剂、55-70份双酚A型环氧树脂、40-50氨酯改性明胶、70-80份固化促进剂；
所述固化促进剂包括质量比为1:1.4:0.9的2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺。
通过采用上述技术方案，由于彩色透水混凝土中各原料的用量更加精确，使制成的彩色透水混凝土的透水性较好，抗压强度和抗折强度高，力学性能好，固化时间短，低温固化性和耐低温性好。
进一步地，所述聚氨酯改性明胶包括以下重量份的组分：4.5-8份聚碳酸酯二元醇、5-10聚己内酯多元醇、1-3份异佛尔酮二异氰酸酯、5-10份纳米二氧化硅、3-6份环己酮、0.5-1份二月桂酸二丁基锡、3.4-6份环氧丙烯酸树脂、1.5-2.5份1，4-丁二醇、5-10份二甲基亚砜、3.4-7.2份明胶溶液和1.2-2.4份壳聚糖。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅能增加聚氨酯的硬度、热稳定性和耐腐蚀性，明胶和壳聚糖具有优异的吸水性和保水性，能增加混凝土的透水性，聚氨酯与明胶结合，能改善明胶的热稳定性，使彩色透水混凝土在高温下不易分解老化。
进一步地，所述聚氨酯改性明胶的制备方法如下：(1)将聚碳酸酯二元醇和聚己内酯多元醇置于真空干燥箱中，于100-120℃下干燥1-4h；(2)加入异佛尔酮二异氰酸酯、纳米二氧化硅和环己酮，搅拌并升温至60-70℃，加入二月桂酸二丁基锡，升温至70-80℃，搅拌1-3h，加入环氧丙烯酸树脂和1，4-丁二醇，继续搅拌反应1-2h，保温2h；(3)加入二甲基亚砜、明胶溶液和壳聚糖，在60-80℃下，搅拌1-3.5h，制得聚氨酯改性明胶。
通过采用上述技术方案，利用纳米二氧化硅表面的羟基和异氰酸酯的异氰酸基反应，将纳米二氧化硅引入聚氨酯的结构中，形成空间网络结构，由于二氧化硅分子中存在着不同状态的表面羟基，这些羟基能与聚氨酯中的基团发生键合作用，在聚氨酯中引入纳米二氧化硅能提高聚氨酯的硬度、热稳定性和耐腐蚀性，将聚氨酯聚体接枝到明胶分子链上形成网络结构，从而使固化物的柔韧性增加，以克服双酚A型环氧树脂硬化后的脆性，且明胶本身具有很强的吸水性和耐有机溶剂性，当聚氨酯接枝到明胶分子链上，明胶分子上的极性亲水基团虽有所减少，但因壳聚糖大分子有许多结合水分子的氨基，具有优良的吸水性和保水性，聚氨酯改性明胶结合了壳聚糖，不仅增加了明胶的柔韧性，还增加了聚氨酯改性明胶的吸水率，从而增加了彩色透水混凝土的透水性，且改性后的明胶热稳定性得到提升，不易老化分解。
进一步地，所述改性酸酐固化剂由以下方法制成：将1-3份桐油、8-10份二乙烯三胺和1.5-2.5份己内酰胺在100-250℃下搅拌反应5-7h，加入3.4-5份三(2-羟乙基)异氰尿酸酯和0.3-0.7份二壬基萘二磺酸，将温度控制在160-170℃，反应2-3h，降温至90-100℃，加入3.4-6.2份顺丁烯二酸酐，升温至130-140℃，反应0.5-1h，制得改性酸酐固化剂。
通过采用上述技术方案，桐油通过对二乙烯三胺进行改性，使得固化剂分子中含有促进双酚A型环氧树脂固化的胺类活泼氢，大大加强了反应活性，提高了固化反应程度，极易形成高度网状交联结构，结合环氧树脂中带有的酚醛骨架结构，能进一步提高热变形温度，改善环氧树脂本身耐热性不足和耐腐蚀不足的缺点，同时又能防止环氧树脂固化速度快，内应力分布不均匀，导致的树脂固化物脆性大，附着力不高的缺点，引入三(2-羟乙基)异氰尿酸酯和顺丁烯二酸酐，使其分子量增大，降低对水、汽的敏感性，改善环氧树脂固化物的脆性，提高其柔韧性和附着力、粘结力，同时又能加快聚氨酯改性明胶的固化速度，使其具有良好的空干性，防止其因空气中的氧气阻聚而不能快速固化。
进一步地，所述早强速凝剂包括质量比为1:0.6-0.8的早强组分和减水组分，早强组分包括以下重量份的组分：1.3-2.3份硫酸铝、0.8-1.6份三乙醇胺、2-5份甲酸、2.1-3.1份煅烧煤矸石和0.5-1.2份氟化钠，减水组分为萘系减水剂或聚羧酸减水剂中的一种或两种的组合物。
通过采用上述技术方案，三乙醇胺能降低水泥浆的表面张力，促进钙矾石和高CaO/SiO2比的C-S-H凝胶的形成，加速水铝石的形成，并快速向立方体晶型转变，由于可溶性络合物的形成，降低了水泥浆体中钙离子和铝离子的浓度，促进其他水泥矿物的反应，硫酸铝加速水泥水化集中在水化初期0-6h，能促进C3A的水化及钙矾石的形成与生长，氟化钠能使水泥浆体在1-3min内凝结，且增加混凝土的剪切强度，降低后期强度收缩，甲酸能渗透到到C3S和C2S的水化层，加速氢氧化钙和硅酸钙的分解，水泥颗粒表面的氢氧根离子浓度降低，能够促进未水化的水泥颗粒进一步分解，形成C-S-H凝胶，从而提高水泥浆体的硬化强度，煤矸石的煅烧温度为1250-1350℃，以硅酸三钙和硅酸二钙为主，兼具氟铝酸钙和硫酸铝钙等矿物，能使凝结较快，强度增大。
进一步地，所述水泥为42.5级白色硅酸盐水泥，白色硅酸盐水泥中氧化镁含量不超过4.5％，白度大于80％，含碱量小于0.6％，三氧化硫含量≤3.5％，0.08mm方孔筛的筛余量≤10％；
所述颜料为二氧化钦、氧化铁、氧化铬、氢氧化铬、氧化钴中的一种或几种的组合物。
进一步地，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，细度≤25％，需水量比为≤105％，烧失量为8.0％；
所述矿粉为S95矿粉，比表面积≤400m2/kg，流动度比为95％，活性指数7d为75％，活性指数28d为95％；
所述粗骨料包括5～20mm连续级配的碎卵石，含泥量为0～1％，泥块含量为0％，表观密度为2670-2700g/cm3；
所述细骨料包括天然砂，细度模数为2.3～2.8，含泥量为1～2％，泥块含量为0％，表观密度为2687-2700g/cm3，堆积密度为1642-1700kg/m3。
通过采用上述技术方案，粉煤灰的活性成分为二氧化硅和三氧化二铝，与水泥和水混合后，能够生成较为稳定的胶凝材料，从而使混凝土具有较高的强度，同时粉煤灰中70％以上的颗粒是无定型的球形玻璃体，主要起到滚珠轴承作用，在混凝土拌合物中发挥润滑作用，改善混凝土拌合物的和易性，且粉煤灰与碎石等构成合理级配，使彼此之间互相填充，能有效增加混凝土密实度，进一步提高混凝土的抗压强度；矿渣粉矿物掺和料具有“活性效应”、“界面效应”、“微填效应”和“减水效应”等诸多综合效应，矿渣粉等矿物掺和料不仅可以改善流变性能，降低水化热，降低坍落度损失，减少离析和泌水，还可以改善混凝土结构的孔结构和力学性能，提高后期强度和耐久性。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种彩色透水混凝土的制备工艺，包括以下步骤：
S1、将颜料、粗骨料、细骨料和双酚A型环氧树脂加入搅拌机内搅拌50-80min；
S2、加入水泥、矿粉、粉煤灰、硅灰、早强速凝剂，继续搅拌60-90min；
S3、加入水、聚氨酯改性明胶、固化促进剂，搅拌10-20min，制得彩色透水混凝土。
进一步地，所述彩色透水混凝土的固化条件为自然固化或加热固化，自然固化为室温下养护2-4h；加热固化为采用60-100℃的温度对路面进行均匀加热，加热方式为间歇式微波辐射加热，辐射功率为100-500W，间歇时间为20-60s，加热时间为60-80min。
通过采用上述技术方案，固化可以任意选择，且固化方式简单，易操作。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明在彩色透水混凝土中掺入双酚A型环氧树脂、聚氨酯改性明胶和固化促进剂，由于双酚A型环氧树脂的固化时间长，低温固化性能差，且固化后较脆，柔韧性较差，耐热老化效果不好，掺入的聚氨酯改性明胶能改善彩色透水混凝土的柔韧性，使用腰果酚改性聚氨酯、改性酸酐固化剂和2-乙基-4-甲基咪唑作为固化促进剂，腰果酚改性聚氨酯能环氧树脂的低温固化性能和耐低温冻融效果，改性酸酐固化剂和2-乙基-4-甲基咪唑能改善环氧树脂的耐热老化效果，提高柔韧性，并加快聚氨酯改性明胶和环氧树脂的固化速度，缩短开放交通时间。
第二、本发明由于使用桐油、二乙烯三胺、三(2-羟乙基)异氰尿酸酯和顺丁烯二酸酐制备改性酸酐固化剂，通过提高反应活性，从而加快双酚A型环氧树脂和聚氨酯改性明胶的固化反应程度，使彩色透水混凝土具有良好的空干性，固化速度加快，并进一步提高双酚A型环氧树脂的耐热变形温度，改善彩色透水混凝土耐热老化性不足和耐腐蚀性不足的缺点，同时引入的顺丁烯二酸酐能改善双酚A型环氧树脂固化物的脆性，提升彩色透水混凝土的抗折强度。
第三、本发明由于将纳米二氧化硅引入聚氨酯的结构中，使纳米二氧化硅表面的羟基与聚氨酯中基团发生键合，从而提升聚氨酯的硬度、热稳定性和耐腐蚀效果，同时在聚氨酯改性明胶中引入壳聚糖，壳聚糖表面由大量氨基，能结合水分子，从而增强了聚氨酯改性明胶的吸水性，提升彩色透水混凝土的透水效果。
第四、本发明中优选采用早强组分和减水组分混合作为早强速凝剂使用，由于使用三乙醇胺、甲酸、氟化钠等作为早强组分，使用萘系减水剂或聚羧酸减水剂作为减水组分，在提升混凝土早期强度的同时，降低混凝土的凝结时间，且掺入了煅烧煤矸石作为早强组分，加快混凝土凝结，使混凝土早期强度增大，从而缩短开放交通的时间。
第五、本发明中使用自然固化方式或间歇微波辐射方式对彩色透水混凝土进行固化，固化时间短，室温下固化2-4小时即可开放交通，间歇微波固化60-80min，即可完成固化，开放交通。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
聚氨酯改性明胶的制备例1-3
制备例1-3中聚碳酸酯二元醇选自济宁华凯树脂有限公司出售的型号为诶T-5652N的聚碳酸酯二元醇，聚己内酯多元醇选自东莞市凯茜利塑胶原料有限公司出售的牌号为PCL208的聚己内酯多元醇，纳米二氧化硅选自江苏天行新材料有限公司出售的型号为TSP-H10的纳米二氧化硅，壳聚糖选自上海阔泉生物科技有限公司出售的货号为001的壳聚糖。
制备例1：(1)按照表1中的原料配比，将4.5kg聚碳酸酯二元醇和5kg聚己内酯多元醇置于真空干燥箱中，于100℃下干燥4h；(2)加入1kg异佛尔酮二异氰酸酯、5kg纳米二氧化硅和3kg环己酮，搅拌并升温至60℃，加入0.5kg二月桂酸二丁基锡，升温至70℃，搅拌3h，加入3.4kg环氧丙烯酸树脂和1.5kg 1，4-丁二醇，继续搅拌反应1h，保温2h；(3)加入5kg二甲基亚砜、3.4kg明胶溶液和1.2kg壳聚糖，在60℃下，搅拌3.5h，制得聚氨酯改性明胶。
表1制备例1-3中聚氨酯改性明胶的原料配比
Figure BDA0002336578700000061
Figure BDA0002336578700000071
制备例2：(1)按照表1中的原料配比，将6kg聚碳酸酯二元醇和8kg聚己内酯多元醇置于真空干燥箱中，于110℃下干燥2.5h；(2)加入2kg异佛尔酮二异氰酸酯、8kg纳米二氧化硅和4.5kg环己酮，搅拌并升温至65℃，加入0.8kg二月桂酸二丁基锡，升温至75℃，搅拌2h，加入4.7kg环氧丙烯酸树脂和2kg 1，4-丁二醇，继续搅拌反应1.5h，保温2h；(3)加入8kg二甲基亚砜、5.3kg明胶溶液和1.8kg壳聚糖，在70℃下，搅拌2h，制得聚氨酯改性明胶。
制备例3：(1)按照表1中的原料配比，将8kg聚碳酸酯二元醇和10kg聚己内酯多元醇置于真空干燥箱中，于120℃下干燥1h；(2)加入3kg异佛尔酮二异氰酸酯、10kg纳米二氧化硅和6kg环己酮，搅拌并升温至70℃，加入1.0kg二月桂酸二丁基锡，升温至80℃，搅拌1h，加入6kg环氧丙烯酸树脂和2.5kg 1，4-丁二醇，继续搅拌反应2h，保温2h；(3)加入10kg二甲基亚砜、7.2kg明胶溶液和2.4kg壳聚糖，在80℃下，搅拌1h，制得聚氨酯改性明胶。
改性酸酐固化剂的制备例4-6
制备例4：将1kg桐油、8kg二乙烯三胺和1.5kg己内酰胺在100℃下搅拌反应7h，加入3.4kg三(2-羟乙基)异氰尿酸酯和0.3kg二壬基萘二磺酸，将温度控制在160℃，反应3h，降温至90℃，加入3.4kg顺丁烯二酸酐，升温至130℃，反应1h，制得改性酸酐固化剂。
制备例5：将2kg桐油、9kg二乙烯三胺和2kg己内酰胺在180℃下搅拌反应6h，加入4.2kg三(2-羟乙基)异氰尿酸酯和0.5kg二壬基萘二磺酸，将温度控制在165℃，反应2.5h，降温至95℃，加入4.8kg顺丁烯二酸酐，升温至135℃，反应0.8h，制得改性酸酐固化剂。
制备例6：将3kg桐油、10kg二乙烯三胺和2.5kg己内酰胺在250℃下搅拌反应5h，加入5kg三(2-羟乙基)异氰尿酸酯和0.7kg二壬基萘二磺酸，将温度控制在170℃，反应3h，降温至100℃，加入6.2kg顺丁烯二酸酐，升温至140℃，反应0.5h，制得改性酸酐固化剂。
实施例
以下实施例中萘系减水剂选自山东鲁捷新型建材有限公司出售的型号为HJ-DFA的萘系减水剂、聚羧酸减水剂选自广州市中旷化工有限公司出售的型号为PC8020的聚羧酸减水剂、腰果酚改性聚酰胺选自徐州中研科技出售的型号为ZY-750的腰果酚改性聚酰胺。
实施例1：一种彩色透水混凝土，其原料配比如表2所示，该彩色透水混凝土的制备工艺包括以下步骤：
S1、将10kg/m3颜料、800kg/m3粗骨料、700kg/m3细骨料和45kg/m3双酚A型环氧树脂加入搅拌机内搅拌50min，颜料为质量比为1:1的二氧化钦和氧化铁，粗骨料为5～20mm连续级配的碎卵石，含泥量为0％，泥块含量为0％，表观密度为2670g/cm3，细骨料为天然砂，细度模数为2.3，含泥量为1％，泥块含量为0％，表观密度为2687g/cm3，堆积密度为1642kg/m3；S2、加入260kg/m3水泥、50kg/m3矿粉、90kg/m3粉煤灰、20kg/m3硅灰、8kg/m3早强速凝剂，继续搅拌60min，水泥为42.5级白色硅酸盐水泥，白色硅酸盐水泥中氧化镁含量不超过4.5％，白度大于80％，含碱量＜0.6％，三氧化硫含量≤3.5％，0.08mm方孔筛的筛余量≤10％，矿粉为S95矿粉，比表面积≤400m2/kg，流动度比为95％，活性指数7d为75％，活性指数28d为95％，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，细度≤25％，需水量比为≤105％，烧失量为8.0％，硅灰的比表面积为18000m2/kg，密度为2.5g/cm3，松散容重为300kg/m3，早强速凝剂包括质量比为1:0.6的早期组分和减水组分，早强组分由1.3kg硫酸铝、0.8kg三乙醇胺、2kg甲酸、2.1kg煅烧煤矸石和0.5kg氟化钠混合制成，煅烧煤矸石的煅烧温度为1250℃，时间为3h，减水组分为萘系减水剂；
S3、加入150kg/m3水、35kg/m3聚氨酯改性明胶、60kg/m3固化促进剂，搅拌10min，制得彩色透水混凝土，聚氨酯改性明胶由制备例1制成，固化促进剂包括质量比为1:1.3:0.7的2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺，改性酸酐固化剂由制备例4制成。
该彩色透水混凝土的固化条件为自然固化，室温下养护2h后开放交通。
表2实施例1-5中彩色透水混凝土的原料配比
Figure BDA0002336578700000081
Figure BDA0002336578700000091
实施例2：一种彩色透水混凝土，其原料配比如表2所示，该彩色透水混凝土的制备工艺包括以下步骤：
S1、将13kg/m3颜料、900kg/m3粗骨料、750kg/m3细骨料和55kg/m3双酚A型环氧树脂加入搅拌机内搅拌65min，颜料为质量比为1:1的氧化铬和氢氧化铬，粗骨料为5～20mm连续级配的碎卵石，含泥量为0.5％，泥块含量为0％，表观密度为2680g/cm3，细骨料为天然砂，细度模数为2.5，含泥量为1.5％，泥块含量为0％，表观密度为2693g/cm3，堆积密度为1670kg/m3；
S2、加入280kg/m3水泥、60kg/m3矿粉、80kg/m3粉煤灰、30kg/m3硅灰、10kg/m3早强速凝剂，继续搅拌75min，水泥为42.5级白色硅酸盐水泥，白色硅酸盐水泥中氧化镁含量不超过4.5％，白度大于80％，含碱量＜0.6％，三氧化硫含量≤3.5％，0.08mm方孔筛的筛余量≤10％，矿粉为S95矿粉，比表面积≤400m2/kg，流动度比为95％，活性指数7d为75％，活性指数28d为95％，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，细度≤25％，需水量比为≤105％，烧失量为8.0％，硅灰的比表面积为18000m2/kg，密度为2.5g/cm3，松散容重为300kg/m3，早强速凝剂包括质量比为1:0.6的早期组分和减水组分，早强组分由1.3kg硫酸铝、0.8kg三乙醇胺、2kg甲酸、2.1kg煅烧煤矸石和0.5kg氟化钠混合制成，煅烧煤矸石的煅烧温度为1250℃，时间为3h，减水组分为萘系减水剂；
S3、加入160kg/m3水、40kg/m3聚氨酯改性明胶、70kg/m3固化促进剂，搅拌15min，制得彩色透水混凝土，聚氨酯改性明胶由制备例2制成，固化促进剂包括质量比为1:1.3:0.7的2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺，改性酸酐固化剂由制备例5制成。
该彩色透水混凝土的固化条件为自然固化，室温下养护3h后开放交通。
实施例3：一种彩色透水混凝土，其原料配比如表2所示，该彩色透水混凝土的制备工艺包括以下步骤：
S1、将15kg/m3颜料、1000kg/m3粗骨料、800kg/m3细骨料和60kg/m3双酚A型环氧树脂加入搅拌机内搅拌80min，颜料为氧化钴，粗骨料为5～20mm连续级配的碎卵石，含泥量为1％，泥块含量为0％，表观密度为2700g/cm3，细骨料为天然砂，细度模数为2.8，含泥量为2％，泥块含量为0％，表观密度为2700g/cm3，堆积密度为1700kg/m3；
S2、加入300kg/m3水泥、45kg/m3矿粉、75kg/m3粉煤灰、35kg/m3硅灰、12kg/m3早强速凝剂，继续搅拌90min，水泥为42.5级白色硅酸盐水泥，白色硅酸盐水泥中氧化镁含量不超过4.5％，白度大于80％，含碱量＜0.6％，三氧化硫含量≤3.5％，0.08mm方孔筛的筛余量≤10％，矿粉为S95矿粉，比表面积≤400m2/kg，流动度比为95％，活性指数7d为75％，活性指数28d为95％，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，细度≤25％，需水量比为≤105％，烧失量为8.0％，硅灰的比表面积为18000m2/kg，密度为2.5g/cm3，松散容重为300kg/m3，早强速凝剂包括质量比为1:0.6的早期组分和减水组分，早强组分由1.3kg硫酸铝、0.8kg三乙醇胺、2kg甲酸、2.1kg煅烧煤矸石和0.5kg氟化钠混合制成，煅烧煤矸石的煅烧温度为1250℃，时间为3h，减水组分为萘系减水剂；
S3、加入170kg/m3水、45kg/m3聚氨酯改性明胶、75kg/m3固化促进剂，搅拌20min，制得彩色透水混凝土，聚氨酯改性明胶由制备例3制成，固化促进剂包括质量比为1:1.3:0.7的2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺，改性酸酐固化剂由制备例6制成。
该彩色透水混凝土的固化条件为自然固化，室温下养护4h后开放交通。
实施例4：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，原料配比如表2所示，固化促进剂包括质量比为1:1.4:0.9的2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺，改性酸酐固化剂由制备例1制成。
该彩色混凝土的固化条件为加热固化，采用间歇式微波辐射加热，辐射功率为100W，间歇时间为20s，加热时间为80min。
实施例5：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，原料配比如表2所示，固化促进剂包括质量比为1:1.5:1的2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺，改性酸酐固化剂由制备例1制成。
该彩色混凝土的固化条件为加热固化，采用间歇式微波辐射加热，辐射功率为300W，间歇时间为40s，加热时间为70min。
实施例6：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，早强速凝剂包括质量比为1:0.7的早期组分和减水组分，早强组分由1.8kg硫酸铝、1.2kg三乙醇胺、3.5kg甲酸、2.6kg煅烧煤矸石和0.9kg氟化钠混合制成，煅烧煤矸石的煅烧温度为1300℃，时间为2h，减水组分为聚羧酸减水剂。
该彩色混凝土的固化条件为加热固化，采用间歇式微波辐射加热，辐射功率为500W，间歇时间为60s，加热时间为60min。
实施例7：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，早强速凝剂包括质量比为1:0.8的早期组分和减水组分，早强组分由2.3kg硫酸铝、1.6kg三乙醇胺、5kg甲酸、3.1kg煅烧煤矸石和1.2kg氟化钠混合制成，煅烧煤矸石的煅烧温度为1350℃，时间为1h，减水组分为质量比为1:1的萘系减水剂和聚羧酸减水剂。
该彩色混凝土的固化条件为加热固化，采用间歇式微波辐射加热，辐射功率为500W，间歇时间为20s，加热时间为60min。
对比例
对比例1：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，原料中未添加聚氨酯改性明胶。
对比例2：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，聚氨酯改性明胶中未添加纳米二氧化硅。
对比例3：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，聚氨酯改性明胶中未添加壳聚糖。
对比例4：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，固化促进剂中未添加改性酸酐固化剂。
对比例5：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，固化促进剂中未添加腰果改性聚酰胺。
对比例6：一种彩色透水混凝土，与实施例1的区别在于，早强速凝剂选用山东盛誉建材有限公司出售的型号为25的早强速凝剂。
对比例7：以申请号为201210584387.0的中国发明专利文件中实施例1制备的路面用彩色再生透水混凝土作为对照，标号为42.5的普通硅酸盐水泥292kg/m3，矿渣194kg/m3，天然原生石1180kg/m3，再生石296/m3，天然水洗中砂111kg/m3，用水量为131kg，氧化铁红颜料12.5kg/m3，减水剂5kg/m3，聚丙烯纤维1kg/m3。
性能检测试验
一、按照实施例1-7和对比例1-7中的方法制备彩色透水混凝土，并按照以下方法检测透水混凝土的性能，将检测结果记录于表3中：
1、抗压强度和抗折强度：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行检测：
2、透水系数：按照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行检测；
3、开放交通时检测混凝土的抗压强度：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行检测：
4、凝结时间：按照GB/T50080-2016《混凝土拌合物凝结时间试验》进行检测。
表3实施例1-7和对比例1-7制备的彩色透水混凝土的性能检测结果
Figure BDA0002336578700000121
由表3中数据可以看出，实施例1-7制备的彩色透水混凝土的抗压强度和抗折强度高，透水系数大，且采用自然固化时，凝时间为25-30min，终凝时间为50-56min，开放交通时间为2-4h，采用间歇微波辐射加热固化时，初凝时间为12-16min，终凝时间为40-46min，开放交通时间为60-80min，开放交通时间短，可采用常温固化也可以采用微波辐射固化，固化方便，透水性好，能将地面积水或雨水迅速渗透到地下，防止造成路面积水。
对比例1因原料中未添加聚氨酯改性明胶，对比例1制成的彩色透水混凝土的透水系数变小，抗压强度和抗折强度下降，透水性和力学强度变差。
对比例2因聚氨酯改性明胶中未添纳米二氧化硅，由表3中数据可以看出，对比例2制备的彩色透水混凝土的抗压强度和抗折强度与实施例1相比，有所降低，因此在聚氨酯改性明胶中掺入二氧化硅，能显著增强彩色透水混凝土的抗压强度和抗折强度。
对比例3因聚氨酯改性明胶中未添加壳聚糖，与实施例1制备的彩色透水混凝土相比，其余性能变化不大，透水系数下降明显。
对比例4因固化促进剂中未添加改性酸酐固化剂，由检测结果可知，彩色透水混凝土的抗折强度降低，透水系数变小，初凝时间和终凝时间延长，养护2小时后抗压强度小，说明改性酸酐固化剂能增加彩色透水混凝土的透水性和抗折强度，缩短凝结时间，加快交通的开放。
对比例5因固化促进剂中未添加腰果改性聚酰胺，由表3中数据可以看出，彩色透水混凝土的初凝时间和终凝时间延长，养护2h后，抗压强度与实施例1相比，降低明显，说明腰果改性聚酰胺能缩短开发交通的时间，加快混凝土的凝结。
对比例6因早强速凝剂选用市售型号，由检测结果可知，彩色透水混凝土的初凝时间和终凝时间较长，养护2小时后，抗压强度较小。
对比例7为现有技术制备的彩色透水混凝土，由检测结果可以看出，抗压强度和抗折强度与实施例1相比有所减少，且凝结时间延长，所需开放交通时间较长。
二、按照实施例1-7和对比例1-7制备的彩色透水混凝土，并按照以下方法检测其耐热老化性和抗冻融性，将检测结果记录于表4中：
1、耐热性：将实施例1-7和对比例1-7制备的彩色混凝土制成体积相同的试样，将该试样在常温下放入电炉内，关闭炉门开始升温，升温初始时，电炉以全功率输出，最高升温速率为16℃/min，随着温度升高，升温速率逐渐降低，快达到700℃时，电炉进行自动整定，最低升温速率仅为1℃/min，电炉内温度达到800℃后保温3小时，打开炉门自然降温至常温，取出试样，检测试样的抗压强度；
2、抗冻融性能：按照JGJT193-2009《混凝土耐久性检验评定标准》进行检测。
表4实施例1-7和对比例1-7制备的彩色透水混凝土性能检测结果
Figure BDA0002336578700000131
Figure BDA0002336578700000141
由表4中数据可以看出，按照实施例1-7制备的彩色透水混凝土的抗冻融损失小，在较低温度下也可以施工，施工不受气温影响，开放交通时间短，且耐热老化性能好，使用寿命长。
对比例1因未添加聚氨酯改性明胶，因对比例1制成的彩色透水混凝土的28天抗压强度小，经800℃煅烧3小时后，其抗压强度仅为37.8MPa，但其抗冻融效果与实施例1-7相差不大。
对比例2因聚氨酯改性明胶中未添加纳米二氧化硅，由检测结果可知，抗压强度煅烧后，损失较多，耐热老化性能较差。
对比例3因聚氨酯改性明胶中未添加壳聚糖，与实施例1-7相比，其耐热老化性和抗冻融效果与实施例1-7相差不大。
对比例4因固化促进剂中未添加改性酸酐固化剂，800℃煅烧3小时后，抗压强度仅为35.4MPa，抗压强度损失值较大，耐热老化性降低。
对比例5因固化促进剂中未添加腰果改性聚酰胺，虽混凝土的耐热老化性较好，但其抗冻融效果较差，抗压强度损失和质量损失较严重。
对比例6使用市售的早强速凝剂替代本发明使用的早期速凝剂，对比例6制备的混凝土耐热老化性和抗冻融效果均不如实施例1-7制备的混凝土。
对比例7为现有技术制备的彩色透水混凝土，其冻融循环25次后，质量损失率为3％，抗压强度损失率为16％，且抗压强度煅烧后仅为21.4MPa，由此可见，其抗冻融和耐热老化性能均不及本发明实施例1-7制备的彩色透水混凝土。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，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 (10)

1.一种彩色透水混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：260-340份水泥、30-60份矿粉、60-90份粉煤灰、20-45份硅灰、150-200份水、700-900份细骨料、800-1200份粗骨料、10-20份颜料、8-16份早强速凝剂、45-80份双酚A型环氧树脂、35-55份聚氨酯改性明胶、60-90份固化促进剂；
所述固化促进剂包括质量比为1:1.3-1.5:0.7-1的2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺。
2.根据权利要求1所述的彩色透水混凝土，其特征在于，所述原料的重量份为：包括以下重量份的原料：280-320份份水泥、40-50份矿粉、70-80份粉煤灰、30-40份硅灰、160-180份水、750-850份细骨料、900-1100骨料、13-18份颜料、10-14份早强速凝剂、55-70份双酚A型环氧树脂、40-50氨酯改性明胶、70-80份固化促进剂；
所述固化促进剂包括质量比为1:1.4:0.9的2-乙基-4-甲基咪唑、改性酸酐固化剂和腰果酚改性聚酰胺。
3.根据权利要求1-2任一项所述的彩色透水混凝土，其特征在于，所述聚氨酯改性明胶包括以下重量份的组分：4.5-8份聚碳酸酯二元醇、5-10聚己内酯多元醇、1-3份异佛尔酮二异氰酸酯、5-10份纳米二氧化硅、3-6份环己酮、0.5-1份二月桂酸二丁基锡、3.4-6份环氧丙烯酸树脂、1.5-2.5份1，4-丁二醇、5-10份二甲基亚砜、3.4-7.2份明胶溶液和1.2-2.4份壳聚糖。
4.根据权利要求3所述的彩色透水混凝土，其特征在于，所述聚氨酯改性明胶的制备方法如下：（1）将聚碳酸酯二元醇和聚己内酯多元醇置于真空干燥箱中，于100-120℃下干燥1-4h；
（2）加入异佛尔酮二异氰酸酯、纳米二氧化硅和环己酮，搅拌并升温至60-70℃，加入二月桂酸二丁基锡，升温至70-80℃，搅拌1-3h，加入环氧丙烯酸树脂和1，4-丁二醇，继续搅拌反应1-2h，保温2h；
（3）加入二甲基亚砜、明胶溶液和壳聚糖，在60-80℃下，搅拌1-3.5h，制得聚氨酯改性明胶。
5.根据权利要求1-2任一项所述的彩色透水混凝土，其特征在于，所述改性酸酐固化剂由以下方法制成：将1-3份桐油、8-10份二乙烯三胺和1.5-2.5份己内酰胺在100-250℃下搅拌反应5-7h，加入3.4-5份三（2-羟乙基）异氰尿酸酯和0.3-0.7份二壬基萘二磺酸，将温度控制在160-170℃，反应2-3h，降温至90-100℃，加入3.4-6.2份顺丁烯二酸酐，升温至130-140℃，反应0.5-1h，制得改性酸酐固化剂。
6.根据权利要求1-2任一项所述的彩色透水混凝土，其特征在于，所述早强速凝剂包括质量比为1:0.6-0.8的早强组分和减水组分，早强组分包括以下重量份的组分：1.3-2.3份硫酸铝、0.8-1.6份三乙醇胺、2-5份甲酸、2.1-3.1份煅烧煤矸石和0.5-1.2份氟化钠，减水组分为萘系减水剂或聚羧酸减水剂中的一种或两种的组合物。
7.根据权利要求1-2任一项所述的彩色透水混凝土，其特征在于，所述水泥为42.5级白色硅酸盐水泥，白色硅酸盐水泥中氧化镁含量不超过4.5％，白度大于80％，含碱量小于0.6％，三氧化硫含量≤3.5％，0.08mm方孔筛的筛余量≤10％；
所述颜料为二氧化钦、氧化铁、氧化铬、氢氧化铬、氧化钴中的一种或几种的组合物。
8.根据权利要求1-2任一项所述的彩色透水混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，细度≤25％，需水量比为≤105％，烧失量为8.0％；
所述矿粉为S95矿粉，比表面积≤400m2/kg，流动度比为95％，活性指数7d为75％，活性指数28d为95％；
所述粗骨料包括5～20mm连续级配的碎卵石，含泥量为0～1％，泥块含量为0％，表观密度为2670-2700g/cm3；
所述细骨料包括天然砂，细度模数为2.3～2.8，含泥量为1～2％，泥块含量为0％，表观密度为2687-2700g/cm3，堆积密度为1642-1700kg/m3。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的彩色透水混凝土的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将颜料、粗骨料、细骨料和双酚A型环氧树脂加入搅拌机内搅拌50-80min；
S2、加入水泥、矿粉、粉煤灰、硅灰、早强速凝剂，继续搅拌60-90min；
S3、加入水、聚氨酯改性明胶、固化促进剂，搅拌10-20min，制得彩色透水混凝土。
10.根据权利要求9所述的彩色透水混凝土的制备工艺，其特征在于，所述彩色透水混凝土的固化条件为自然固化或加热固化，自然固化为室温下养护2-4h；加热固化为采用60-100℃的温度对路面进行均匀加热，加热方式为间歇式微波辐射加热，辐射功率为100-500W，间歇时间为20-60s，加热时间为60-80min。
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