CN111072334B - 一种公路工程用环保透水混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土技术领域，具体来说是一种公路工程用环保透水混凝土及其制备方法，由以下重量份数的原料组成：水泥100‑200份；减水剂5‑10份；骨料300‑600份；粘结剂10‑20份；增强料123.5‑247份；水100‑200份；增强料包括钢球、水淬渣和聚合物乳胶粉，且钢球的粒径为1‑2mm，水淬渣的粒径为0.1‑1mm，且骨料与钢球、水淬渣及聚合物乳胶粉的重量份数之比为300‑600：100‑200：15‑30：8.5‑17。本发明既实现了优异的透水性又增强了透水混凝土的抗压性能，且实现了矿渣的废物利用，经试验验证，本发明的透水混凝土能够在城市道路、高速公路等高载荷路面的使用。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体来说是一种公路工程用环保透水混凝土及其制备方法。
背景技术
透水混凝土又称多孔混凝土，无砂混凝土，透水地坪。是由骨料、水泥、增强剂、和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料；透水混凝土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。
透水混凝土最大的优点是透水功能，它能够把雨水渗入地下，不仅能够帮助城市排洪，还能给植物保留了充足的水分；透水混凝土另一大优点就是散热功能，因为有着无数的孔隙，既能将雨水渗入底下降低温度，亦能将地下的温度释放出来，不会像传统混凝土地面那样无法释放热量而造成长时间高温；透水混凝土还有一个优点就是美化环境了，因为它可以随意搭配颜色，所以它可以根据不同的要求设计出各种艺术效果，透水地坪曾被称为“城市的彩虹”。
近年来，我国已认识到保护环境、维护生态平衡，走可持续发展道路的重要性，因此，环保生态型的透水性混凝土期望应用于各种道路和承重路面，以改善生态环境，形成“海绵”城市。然而，透水混凝土透水性和强度相矛盾的问题，成为阻碍透水混凝土大规模利用的瓶颈。尽管通过使用胶粉、提高分散性、利用复合凝胶材料等提升了透水混凝土的强度，但由于透水混凝土主要依靠粗骨料形成较大的孔道和孔隙率来达到透水的目的，强度提高极为有限，因此限制了透水混凝土在城市道路、高速公路等高载荷路面的使用。即使使用细集料，在施工过程中水泥浆体及细集料易出现浆体下沉流动堵塞下部孔隙，影响透水性能，这给透水混凝土的施工造成极大的难度。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种公路工程用环保透水混凝土及其制备方法，本发明既实现了优异的透水性又增强了透水混凝土的抗压性能，而且实现了矿渣中水淬渣的废物利用，经实验验证，本发明的透水混凝土能够被用于城市道路、高速公路等高载荷路面的使用。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种公路工程用环保透水混凝土，由以下重量份数的原料组成：水泥100-200份；减水剂5-10份；骨料300-600份；粘结剂10-20份；增强料123.5-247份；水100-200份；
所述增强料包括钢球、水淬渣和聚合物乳胶粉，且所述钢球的粒径为1-2mm，所述水淬渣的粒径为0.1-1mm，且所述骨料与所述钢球、所述水淬渣及所述聚合物乳胶粉的重量份数之比为300-600：100-200：15-30：8.5-17。
优选的，还包括5-10份渗水剂，所述渗水剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
优选的，所述骨料为碎石或卵石，且所述碎石或卵石的粒径为5-7mm。
优选的，所述减水剂由2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与木质素磺酸钠的混合物或者2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与三聚氰胺高效减水剂的混合物构成，所述2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与所述木质素磺酸钠或所述三聚氰胺高效减水剂的质量比为2:1。
优选的，所述粘结剂为聚乙烯乙酸酯或者聚氨酯乳胶。
优选的，所述钢球选自不锈钢球。
优选的，所述聚合物乳胶粉为聚醋酸乙烯酯胶粉或苯乙烯与丁二烯共聚胶粉中的一种。
本发明还保护了一种公路工程用环保透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：按照以下重量份数的原料组成称取水泥100-200份；减水剂5-10份；骨料300-600份；粘结剂10-20份；增强料123.5-247份；水100-200份，备用；
(2)将增强料、部分骨料、部分水泥加入至部分水中，先在500r/min的速率下搅拌10-15min，然后常温下干燥至含水量达到8-12％，得到物料A；
其中，所述骨料、所述水泥及所述水均占其总量的一半；
(4)将减水剂、粘结剂、物料A、剩余的骨料和剩余的水泥加入至剩余的水中，并在150-200r/min的速率下搅拌10min，得到环保透水混凝土。
优选的，所述步骤(1)称量的原料中还包括5-10份渗水剂，所述渗水剂在步骤(2)中加入。
优选的，将所述步骤(2)制备得到的环保透水混凝土采用振动成型方法成型。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明针对用于公路工程的透水混凝土进行了研究，尤其对增强料进行了选择和研究，并在现有技术仅通过骨料承载的基础上增加了钢球，钢球具有强度高、耐冲击性强及硬度高的特性，因此在将钢球用做增强料后，透水混凝土了具备了优异的强度、抗震性和抗压性，本发明还在钢球和骨料之间填入了水淬渣，在钢球、骨料和水淬渣在经由聚合物乳胶粉的连接后，使得钢球和骨料之间的孔道由水淬渣进行填充，水淬渣有效降低了透水混凝土中钢球和骨料之间的孔隙，从而有效提高了透水混凝土的强度。
2、水淬渣是水淬碱性化铁炉渣的简称，是一种表面粗糙多孔、质地轻脆、容易破碎的粒状渣，我国目前每年排放约200多万吨的矿渣，矿渣弃置不用会占用土地、浪费资源并污染环境，本发明首次提出将水淬渣用于环保透水混凝土，不仅实现了矿渣的二次利用，而且实现了优异的透水性和散热性，且在本申请的聚合物乳胶粉的作用下，水淬渣填充于钢球和骨料之间，实现了水淬渣的稳定。
3、本发明的透水混凝土还包括减水剂及粘结剂，本发明的减水剂由2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与木质素磺酸钠的混合物或者2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与三聚氰胺高效减水剂的混合物构成，2,8-二羟基萘-6-磺酸钠为萘系高效聚合物，研究表明，在萘系高效聚合物与木质素磺酸盐或三聚氰胺高效减水剂混合后，达到的效果是最优异，能够使水泥基的强度得到快速提升；粘结剂不仅使得位于骨料之间连接在一起，而且使得骨料与钢球连接在一起，使得透水混凝土的结构保持稳定。
4、本发明的制备方法中，先将增强料、部分骨料、部分水泥加入至水中，目的是通过增强料中的聚合物乳胶粉在溶于水后形成乳液，并将钢球、水淬渣、部分骨料及部分水泥在不断搅拌条件下混合，在干燥至含水量达到8-12％后，得到了凝结在一起的物料A，然后在物料A中加入减水剂、粘结剂、剩余的骨料和剩余的水泥，剩余的骨料和剩余的水泥包覆在物料A的外表，并通过粘结剂进行粘接，实现了外层骨料和水泥，内层骨料、水泥、钢球和水淬渣，内层加固支撑，外层实现渗水的目的和对内层的保护作用；且本发明还包括了渗水剂，渗水剂增大了水与聚合物乳胶粉的溶解，使得钢球、水淬渣、部分骨料及部分水泥的粘合力更强，从而使得内层的的强度、抗震性和抗压性能力更高。
具体实施方式
下面结合本发明实施例1-3，用以较佳的实施例配合详细的说明。
实施例1
一种公路工程用环保透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量：按照以下重量份数的原料组成称取：水泥100份；2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与木质素磺酸钠的混合物5份；碎石300份；聚乙烯乙酸酯10份；聚醋酸乙烯酯胶粉8.5份；钢球100份、水淬渣15份，水100份，备用；
(2)将100份钢球、8.5份聚醋酸乙烯酯胶粉、15份水淬渣、150份碎石、50份水泥加入至50份水中，先在500r/min的速率下搅拌10min，然后常温下干燥至含水量达到12％，得到物料A；
(3)将10份聚乙烯乙酸酯、5份2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与木质素磺酸钠的混合物、物料A、150份碎石、50份水泥加入至50份水中，并在150r/min的速率下搅拌10min，然后采用振动成型方法成型，得到环保透水混凝土。
实施例2
一种公路工程用环保透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照以下重量份数的原料组成称取：水泥150份；2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与木质素磺酸钠的混合物8份；碎石420份；聚氨酯乳胶16份；苯乙烯与丁二烯共聚胶粉12份；钢球40份、水淬渣12份，水150份，备用；
(2)将140份钢球、12份苯乙烯与丁二烯共聚胶粉、20份水淬渣、210份碎石、75份水泥加入至75份水中，先在500r/min的速率下搅拌12min，然后常温下干燥至含水量达到10％，得到物料A；
(3)将16份聚氨酯乳胶、8份2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与木质素磺酸钠的混合物、物料A、210份碎石、75份水泥加入至75份水中，并在180r/min的速率下搅拌10min，然后采用振动成型方法成型，得到环保透水混凝土。
实施例3
一种公路工程用环保透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照以下重量份数的原料组成称取：水泥200份；2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与木质素磺酸钠的混合物10份；卵石600份；聚氨酯乳胶20份；聚醋酸乙烯酯胶粉17份；钢球200份、水淬渣30份，水200份，备用；
(3)将200份钢球、17份聚醋酸乙烯酯胶粉、30份水淬渣、300份卵石、100份水泥加入至100份水中，先在500r/min的速率下搅拌15min，然后常温下干燥至含水量达到8％，得到物料A；
(3)将20份聚氨酯乳胶、10份2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与木质素磺酸钠的混合物、物料A、300份卵石、100份水泥加入至100份水中，并在200r/min的速率下搅拌10min，然后采用振动成型方法成型，得到环保透水混凝土。
本发明中使用的水泥均采用P.042.5等级的火山灰质硅酸盐水泥。
对比例1
与实施例2的(1)-(3)步骤的制备方法相同，不同之处在于，在步骤(2)加入5-10份渗水剂。
对比例2
与实施例2的(1)-(3)步骤的制备方法相同，不同之处在于，未加入水淬渣和钢球。
对比例3
与实施例2的(1)-(3)步骤的制备方法相同，不同之处在于，未加入钢球。
对比例4
与实施例2的(1)-(3)步骤的制备方法相同，不同之处在于，未加入水淬渣。
本发明实施例1-实施例3均制备得到了具有优异的透水性能和抗压强度的环保透水混凝土，且结果平行，下面对实施例1-实施例3及对比例1-对比例3制备得到的环保透水混凝土进行分析，采用平板振捣器成型150mm×150mm×150mm标准试块，抗压强度、抗折强度测试方案按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081执行；孔隙率及透水系数参考《透水混凝土及其应用技术》(宋中南等编著，中国建筑工业出版社，2011.8)中介绍的重量法、定水头法；具体结果如表1所示：
表1实施例与对比例的性能比较
| 项目 | 透水系数(mm/s) | 孔隙率(％) | 抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) |
| 实施例1 | 11.58 | 18.6 | 37.9 | 4.7 |
| 实施例2 | 11.86 | 18.9 | 38.7 | 4.9 |
| 实施例3 | 11.67 | 18.7 | 38.4 | 4.8 |
| 对比例1 | 11.39 | 18.4 | 38.9 | 5.0 |
| 对比例2 | 15.35 | 22.4 | 22.7 | 2.8 |
| 对比例3 | 13.72 | 20.8 | 24.6 | 2.3 |
| 对比例4 | 14.42 | 21.5 | 34.3 | 4.2 |
实施例2与对比例1相比，对比例1在步骤(2)中还加入了渗水剂，渗水剂增大了聚合物乳胶粉在水中的溶解度，实现了聚合物乳胶粉与水混合更加均匀，并使得钢球、水淬渣、部分骨料及部分水泥的粘合力更强，此时对比例1表现出了更加优异的抗压强度和抗折强度，而本申请中，在不加入渗水剂的情况下的抗压强度和抗折强度均非常优异，因此渗水剂在本发明中可根据使用的需求进行选择性加入。
实施例2与对比例2相比，对比例2中未加入水淬渣和钢球，那么在环保透水混凝土中仅含有水泥、减水剂、骨料、粘结剂和水，为现有技术的环保透水混凝土，对比来看，对比例2的环保透水混凝土的孔隙率相较于实施例1-实施例3更大，因此其透水系数比实施例1-实施例3的任一项均高；另外，对比来看，对比例2的抗压强度和抗折强度明显低于实施例1-3，说明本申请在加入钢球后有效増大了环保透水混凝土的抗压强度和抗折强度，而透水性能得到了下降；透水混凝土的孔隙率为15-25％之间，因此本发明的环保透水混凝土的孔隙率和透水系数在现有技术透水混凝土的标准范围之内。
实施例2与对比例3相比，对比例3中未加入钢球，水淬渣虽然实现了钢球的孔隙率降低，但是水淬渣具有质地轻脆的特性，且由于未加入钢球，因此与实施例2相比，抗折强度和抗压强度均降低，对比例3只有骨料和水淬渣，水淬渣中有空隙，骨料之间也可产生空隙，因此对比例3的透水系数和孔隙率均比实施例2高；另外，对比例3与对比例2相比，对比例3中由于加入了水淬渣，降低了骨料之间的孔隙率，因此抗压强度和抗折强度相较于对比例2均得到了一定的提升。
实施例2与对比例4相比，对比例4中未加入水淬渣，在不添加水淬渣的情况下，钢球有效的实现了透水混凝土的抗压性能，因此对比例4的抗压性能较高，由于骨料与钢球之间有空隙，因此相比于实施例2，对比例4的抗折强度下降，而孔隙率和透水系数得到了提升；对比例4与对比例2相比，由于含有钢球，使得抗压强度和抗折强度均优于对比例2。
综上所述，本发明的透水系数达到11.6mm/s左右，抗压强度达到38MPa，抗折强度达到5左右，属于中等等级与重、特重、极重等级之间，数据表明本发明制备得到了具有优异的透水性和抗压性能的环保透水混凝土，且抗压强度和抗折强度明显优于对比例2的现有技术，透水系数和孔隙率达到了透水混凝土的标准。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种公路工程用环保透水混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：水泥100-200份；减水剂5-10份；骨料300-600份；粘结剂 10-20份；增强料123.5-247份；水100-200份；
所述增强料包括钢球、水淬渣和聚合物乳胶粉，且所述钢球的粒径为1-2mm，所述水淬渣的粒径为0.1-1mm，且所述骨料与所述钢球、所述水淬渣及所述聚合物乳胶粉的重量份数之比为300-600：100-200：15-30：8.5-17。
2.根据权利要求1所述的一种公路工程用环保透水混凝土，其特征在于，所述骨料为碎石或卵石，且所述碎石或卵石的粒径为5-7mm。
3.根据权利要求1所述的一种公路工程用环保透水混凝土，其特征在于，所述减水剂由2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与木质素磺酸钠的混合物或者2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与三聚氰胺高效减水剂的混合物构成，所述2,8-二羟基萘-6-磺酸钠与所述木质素磺酸钠或所述三聚氰胺高效减水剂的质量比为2:1。
4.根据权利要求1所述的一种公路工程用环保透水混凝土，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯乙酸酯或者聚氨酯乳胶。
5.根据权利要求1所述的一种公路工程用环保透水混凝土，其特征在于，所述钢球选自不锈钢球。
6.根据权利要求1所述的一种公路工程用环保透水混凝土，其特征在于，所述聚合物乳胶粉为聚醋酸乙烯酯胶粉或苯乙烯与丁二烯共聚胶粉中的一种。
7.一种公路工程用环保透水混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：水泥100-200份；减水剂5-10份；骨料300-600份；粘结剂 10-20份；增强料123.5-247份；水100-200份；5-10份渗水剂，所述渗水剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；
所述增强料包括钢球、水淬渣和聚合物乳胶粉，且所述钢球的粒径为1-2mm，所述水淬渣的粒径为0.1-1mm，且所述骨料与所述钢球、所述水淬渣及所述聚合物乳胶粉的重量份数之比为300-600：100-200：15-30：8.5-17。
8.根据权利要求1所述的一种公路工程用环保透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）称量：按照以下重量份数的原料组成称取水泥100-200份；减水剂5-10份；骨料300-600份；粘结剂 10-20份；增强料123.5-247份；水100-200份，备用；
（2）将增强料、部分骨料、部分水泥加入至部分水中，先在500r/min的速率下搅拌10-15min，然后常温下干燥至含水量达到8-12%，得到物料A；
其中，所述骨料、所述水泥及所述水均占其总量的一半；
（3）将减水剂、粘结剂、物料A、剩余的骨料和剩余的水泥加入至剩余的水中，并在150-200r/min的速率下搅拌10min，得到环保透水混凝土。
9.根据权利要求7所述的一种公路工程用环保透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）称量：按照以下重量份数的原料组成称取水泥100-200份；减水剂5-10份；骨料300-600份；粘结剂 10-20份；增强料123.5-247份；水100-200份；渗水剂5-10份，备用；
（2）将增强料、部分骨料、部分水泥、渗水剂加入至部分水中，先在500r/min的速率下搅拌10-15min，然后常温下干燥至含水量达到8-12%，得到物料A；
其中，所述骨料、所述水泥及所述水均占其总量的一半；
（3）将减水剂、粘结剂、物料A、剩余的骨料和剩余的水泥加入至剩余的水中，并在150-200r/min的速率下搅拌10min，得到环保透水混凝土。
10.根据权利要求8-9任一所述的一种公路工程用环保透水混凝土的制备方法，其特征在于，将所述步骤（2）制备得到的环保透水混凝土采用振动成型方法成型。
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