CN111875284A - 一种透水混凝土增强剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，具体公开一种透水混凝土增强剂及其制备方法和应用。所述透水混凝土增强剂，包含以下质量百分比的组分：硅灰60‑70％，粉煤灰沸石粉8‑15％，聚羧酸减水剂2‑4％，可分散乳胶粉5‑10％，甲基纤维素醚1‑2％，十二烷基苯磺酸钠0.5‑1％，纤维材料5‑10％，早强剂4‑7％和促凝剂1‑3％。本发明的增强剂的加入使透水混凝土兼具良好的抗压强度、抗拉强度、透水系数、抗冻、抗蚀和耐热性能，具有优异的综合性能，可实现透水路面的快速修补及快速施工，满足透水路面修复时间短和快速恢复使用的要求。同时，本发明的增强剂以工业废弃物为原料，极大降低了增强剂的成本，降低环境压力，具有较高的经济效益。

Description

一种透水混凝土增强剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种透水混凝土增强剂及其制备方法和应用。
背景技术
透水混凝土是一种多孔结构混凝土，通常由粗骨料、胶凝材料、水和外加剂经一定比例配制拌和而成，是一种新的环保型、生态型道路材料，透水混凝土可以广泛地应用于公园、广场、停车场、人行道、地下建筑、绿化、污水净化等领域，可有效解决城市雨水内涝和地下水回补释放的难题。
增强剂(外加剂)的作用是使包裹石子表面的水泥浆体(凝胶材料)充分的包裹石子(粗骨料)，保持水泥浆体静止不动，提高透水混凝土的粘性，从而后期提高透水混凝土的强度，改善透水混凝土的力学和耐久性能。同时，增强剂还能有效增强水泥浆体密实程度和强度，提升透水混凝土的抗冻性能。但是现有的透水混凝土增强剂配制的透水混凝土通常在其应用时存在以下不足：1)透水混凝土早期强度低，不宜用于快速修补及施工；2)透水混凝土黏聚性差，导致透水混凝土施工性差；3)透水混凝土的收缩性大，导致透水混凝土容易开裂，耐久性差；4)成本偏高，经济效益差。
发明内容
针对现有增强剂配制的透水混凝土的早期强度低、黏聚性差、收缩性大和成本高导致其施工性差、易开裂、耐久性差和经济效益低的问题，本发明提供一种透水混凝土增强剂及其制备方法和应用。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种透水混凝土增强剂，包含以下质量百分比的组分：
硅灰60-70％，粉煤灰沸石粉8-15％，聚羧酸减水剂2-4％，可分散乳胶粉5-10％，甲基纤维素醚1-2％，十二烷基苯磺酸钠0.5-1％，纤维材料5-10％，早强剂4-7％和促凝剂1-3％。
本发明提供的透水混凝土增强剂中，硅灰是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)中通过除尘设备回收的副产物，利用其代替混凝土制作中的部分凝胶材料(水泥)，可以降低混凝土的制作成本，提高经济效益。同时利用硅灰代替部分凝胶材料加入后，相比于单独使用水泥作为凝胶材料，可使混凝土的抗压强度显著提高。粉煤灰沸石粉是利用粉煤灰制备得到的沸石粉，可提升透水混凝土的后期强度，并使透水混凝土对空气和土壤中的湿度具有一定的调节能力。本发明以特定量的硅灰与少量的粉煤灰沸石粉复配作为混凝土增强剂的原料，可使混凝土4-8h内的抗压强度与单独使用水泥作为胶结料相比提升7-9倍。
聚羧酸减水剂的加入可以减少制备透水混凝土的用水量，并使透水混凝土的强度得到快速提升，利于提高混凝土的早期强度。甲基纤维素醚具有保水增稠的作用，可以增加透水混凝土施工性。聚羧酸减水剂和甲基纤维素醚作为增强剂的原料共同作用，在保证混凝土的早期强度和施工性的前提下，可显著降低水的用量。
可分散乳胶可以增加透水混凝土中的胶凝材料与骨料的粘结力和包覆性能。十二烷基苯磺酸钠可以提高透水混凝土的抗冻性。纤维材料的加入可提高混凝土的抗裂、抗冲击性，有效提高混凝土的压缩韧性可抗拉强度。可分散乳胶、十二烷基苯磺酸钠和纤维材料的共同作用，可增加对硅灰的包容性，在硅灰用用量较大的情况下(显著提高混凝土抗压强度)，可使混凝土兼具优良的透水性、韧性、耐低温、抗高温、耐腐蚀和耐久性，同时可以减少混凝土的收缩性和易裂性，使添加本发明的增强剂的混凝土在受到破坏时具有“碎而不散”的特点。
早强剂和促凝剂与本发明增强剂中的其它组分结合，可以实现透水路面的快速修补及快速施工的目的，满足了透水路面修复时间缩短和快速恢复使用的要求。
本发明提供的透水混凝土增强剂与水泥等胶凝材料相容性好，不仅适用于硅酸盐水泥，也适用于硫铝酸盐水泥和矿渣水泥等，具有较好的兼容性，并且在满足混凝土快硬早强的条件下，能够保证透水混凝土的透水性和耐久性。
优选的，所述硅灰的粒径为0.1-0.3μm。
优选的，所述聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂粉剂。
优选的，所述可分散乳胶粉为EVA可分散乳胶粉。EVA可分散乳胶粉可进一步增加透水混凝土中的胶凝材料和骨料的粘结力，提高混凝土的耐腐蚀性和耐久性。
优选的，所述粉煤灰沸石粉的制备方法为：将2-4mol/L的NaOH溶液与粉煤灰按照每1g粉煤灰加入6-10mL的NaOH溶液的比例混合，在微波条件下90-120℃搅拌加热，反应晶化1-3h后，依次进行抽滤、干燥和研磨，得到粉煤灰沸石粉。利用该制备方法得到的粉煤灰沸石粉含有高活性的二氧化硅和三氧化二硅，能与水泥的水化产物作用生成胶凝物质，进一步提升混凝土的强度以及改善混凝土拌合物的和易性。
优选的，所述纤维材料为聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维中的至少一种。
优选的，所述纤维材料为聚乙烯醇纤维。聚乙烯醇纤维是以聚乙烯醇为原料采用特定的加工工艺而得到的合成纤维，其具有高强度、高弹性模量、耐酸、耐碱的优点，将其添加到透水混凝土增强剂中，可改善透水混凝土性质，同时提高透水混凝土的抗裂、抗冲击、耐久、耐高温、耐腐蚀的性能，并具有减小混凝土收缩和改善压缩韧性的特点。
优选的，所述早强剂为硫酸钠、乙酸钠、三乙醇胺和亚硝酸钠中的至少一种。
优选的，所述早强剂由质量比为3-5:1-2的硫酸钠和三乙醇胺组成。该早强剂的组分配比可进一步提高透水混凝土的早期强度，使混凝土在4小时以内的抗压强度可达到20MPa以上，进一步缩短了透水路面的修复时间和恢复使用时间。
优选的，所述促凝剂为硅酸钠、铝酸钠、硫酸铝和碳酸锂中的至少一种。
本发明还提供所述透水混凝土增强剂的制备方法。该制备方法至少包括以下步骤：
将所述硅灰、聚羧酸减水剂、可分散乳胶粉、粉煤灰沸石粉、甲基纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠、早强剂和促凝剂混合，在400-600r/min的转速下搅拌4-6min；再加入所述纤维材料，在400-600r/min的转速下搅拌20-30min得到。
本发明提供了包含所述的增强剂的透水混凝土浆料，所述透水混凝土包括以下质量分数的组分：
粗骨料1350-1400份，水泥340-380份，所述增强剂35-45份和水130-140份。
本发明还提供所述透水混凝土浆料的制备方法。该制备方法至少包括以下步骤：按质量份数将所述粗骨料和40-60％配方量的水混合均匀，再加入所述水泥、增强剂以及剩余配方量的水，100-200r/min搅拌2-3min，得到透水混凝土浆料。
相对于现有技术，本发明的透水混凝土的制备方法具有操作简单、无需特殊设备和用时短的特点，得到的混凝土具有极高的施工性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种透水混凝土增强剂，包含以下质量百分比的组分：
硅灰60％，粉煤灰沸石粉11％，聚羧酸减水剂粉剂2％，EVA可分散乳胶粉10％，甲基纤维素醚2％，十二烷基苯磺酸钠1％，聚乙烯醇纤维5％，硫酸钠7％和硅酸钠2％。
其中，硅灰的粒径为0.1-0.3μm；粉煤灰沸石粉的制备方法为：将2mol/L的NaOH溶液与粉煤灰按照每1g粉煤灰中加6mL的NaOH溶液的比例混合，在微波条件下90℃搅拌加热，反应晶化1h后，依次进行抽滤、水洗、干燥和研磨，得到粉煤灰沸石粉。
上述透水混凝土增强剂的制备方法为：将硅灰、聚羧酸减水剂粉剂、EVA可分散乳胶粉、粉煤灰沸石粉、甲基纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠、硫酸钠和硅酸钠混合，并在400r/min的转速下搅拌4min；加入聚乙烯醇纤维，在400r/min的转速下搅拌20min得到。
一种包含上述增强剂的透水混凝土浆料，包括以下质量分数的组分：
粗骨料1350份，硅酸盐水泥340份，增强剂35份和水130份。其中，粗骨料的粒径为5-10mm。
上述透水混凝土浆料的制备方法为：按质量份数将上述粗骨料和相当于加入的所述水的总量的40％的水混合均匀，再加入硅酸盐水泥、增强剂以及剩下的水，100r/min搅拌2min，得到透水混凝土浆料。
实施例2
一种透水混凝土增强剂，包含以下质量百分比的组分：
硅灰63％，粉煤灰沸石粉12.5％，聚羧酸减水剂粉剂3％，EVA可分散乳胶粉7％，甲基纤维素醚1.5％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，聚乙烯醇纤维6％，早强剂5％和铝酸钠1.2％。
其中，硅灰的粒径为0.1-0.3μm；粉煤灰沸石粉的制备方法为：将3mol/L的NaOH溶液与粉煤灰按照每1g粉煤灰中加8mL的NaOH溶液的比例混合，在微波条件下100℃搅拌加热，反应晶化2h后，依次进行抽滤、水洗、干燥和研磨，得到粉煤灰沸石粉；早强剂由质量比为4:1的硫酸钠和三乙醇胺组成。
上述透水混凝土增强剂的制备方法为：将硅灰、聚羧酸减水剂粉剂、EVA可分散乳胶粉、粉煤灰沸石粉、甲基纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠、早强剂和铝酸钠混合，并在500r/min的转速下搅拌5min；加入聚乙烯醇纤维，在500r/min的转速下搅拌25min得到。
一种包含上述增强剂的透水混凝土浆料，包括以下质量分数的组分：
粗骨料1380份，硫铝酸盐水泥360份，增强剂40份和水135份。其中，粗骨料的粒径为5-10mm。
上述透水混凝土浆料的制备方法为：按质量份数将上述粗骨料和相当于加入的所述水的总量的50％的水混合均匀，再加入硫铝酸盐水泥、增强剂以及剩下的水，150r/min搅拌2min，得到透水混凝土浆料。
实施例3
一种透水混凝土增强剂，包含以下质量百分比的组分：
硅灰63％，粉煤灰沸石粉12.5％，聚羧酸减水剂粉剂3％，EVA可分散乳胶粉7％，甲基纤维素醚1.5％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，聚乙烯醇纤维6％，早强剂5％和铝酸钠1.2％。
其中，硅灰的粒径为0.1-0.3μm；粉煤灰沸石粉的制备方法为：将3mol/L的NaOH溶液与粉煤灰按照每1g粉煤灰中加8mL的NaOH溶液的比例混合，在微波条件下100℃搅拌加热，反应晶化2h后，依次进行抽滤、水洗、干燥和研磨，得到粉煤灰沸石粉；早强剂由质量比为3:1的硫酸钠和三乙醇胺组成。
上述透水混凝土增强剂的制备方法为：将硅灰、聚羧酸减水剂粉剂、EVA可分散乳胶粉、粉煤灰沸石粉、甲基纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠、早强剂和铝酸钠混合，并在500r/min的转速下搅拌5min；加入聚乙烯醇纤维，在500r/min的转速下搅拌25min得到。
一种包含上述增强剂的透水混凝土浆料，包括以下质量分数的组分：
粗骨料1380份，硫铝酸盐水泥360份，增强剂40份和水135份。其中，粗骨料的粒径为5-10mm。
上述透水混凝土浆料的制备方法为：按质量份数将上述粗骨料和相当于加入的所述水的总量的50％的水混合均匀，再加入硫铝酸盐水泥、增强剂以及剩下的水，150r/min搅拌2min，得到透水混凝土浆料。
实施例4
一种透水混凝土增强剂，包含以下质量百分比的组分：
硅灰63％，粉煤灰沸石粉12.5％，聚羧酸减水剂粉剂3％，EVA可分散乳胶粉7％，甲基纤维素醚1.5％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，聚乙烯醇纤维6％，早强剂5％和铝酸钠1.2％。
其中，硅灰的粒径为0.1-0.3μm；粉煤灰沸石粉的制备方法为：将3mol/L的NaOH溶液与粉煤灰按照每1g粉煤灰中加8mL的NaOH溶液的比例混合，在微波条件下100℃搅拌加热，反应晶化2h后，依次进行抽滤、水洗、干燥和研磨，得到粉煤灰沸石粉；早强剂由质量比为5:2的硫酸钠和三乙醇胺组成。
上述透水混凝土增强剂的制备方法为：将硅灰、聚羧酸减水剂粉剂、EVA可分散乳胶粉、粉煤灰沸石粉、甲基纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠、早强剂和铝酸钠混合，并在500r/min的转速下搅拌5min；加入聚乙烯醇纤维，在500r/min的转速下搅拌25min得到。
一种包含上述增强剂的透水混凝土浆料，包括以下质量分数的组分：
粗骨料1380份，硫铝酸盐水泥360份，增强剂40份和水135份。其中，粗骨料的粒径为5-10mm。
上述透水混凝土浆料的制备方法为：按质量份数将上述粗骨料和相当于加入的所述水的总量的50％的水混合均匀，再加入硫铝酸盐水泥、增强剂以及剩下的水，150r/min搅拌2min，得到透水混凝土浆料。
实施例5
一种透水混凝土增强剂，包含以下质量百分比的组分：
硅灰70％，粉煤灰沸石粉8％，聚羧酸减水剂粉剂3.5％，EVA可分散乳胶粉5％，甲基纤维素醚1％，十二烷基苯磺酸钠0.5％，聚丙烯醇纤维5％，亚硝酸钠4％和铝酸钠3％。
其中，硅灰的粒径为0.1-0.3μm；粉煤灰沸石粉的制备方法为：将4mol/L的NaOH溶液与粉煤灰按照每1g粉煤灰中加10mL的NaOH溶液的比例混合，在微波条件下120℃搅拌加热，反应晶化3h后，依次进行抽滤、水洗、干燥和研磨，得到粉煤灰沸石粉。
上述透水混凝土增强剂的制备方法为：将硅灰、聚羧酸减水剂粉剂、EVA可分散乳胶粉、粉煤灰沸石粉、甲基纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠、乙酸钠和硫酸铝混合，并在600r/min的转速下搅拌6min；加入聚丙烯醇纤维，在600r/min的转速下搅拌30min得到。
一种包含上述增强剂的透水混凝土浆料，包括以下质量分数的组分：
粗骨料1400份，矿渣水泥380份，增强剂45份，水140份。其中，粗骨料的粒径为5-10mm。
上述透水混凝土浆料的制备方法为：按质量份数将上述粗骨料和相当于加入的所述水的总量的60％的水混合均匀，再加入矿渣水泥、增强剂以及剩下的水，200r/min搅拌3min，得到透水混凝土浆料。
对比例1
用丙烯酸可再分散乳胶粉代替实施例2中的EVA可分散乳胶粉，其它用量和制备方法与实施例2相同，得到透水混凝土增强剂。利用该增强剂制备透水混凝土浆料，增强剂的用量和其它组分以及制备方法与实施例2相同，得到透水混凝土浆料。
对比例2
用粉煤灰代替实施例2中的粉煤灰沸石粉，其它用量和制备方法与实施例2相同，得到透水混凝土增强剂。利用该增强剂制备透水混凝土浆料，增强剂的用量和其它组分以及制备方法与实施例2相同，得到透水混凝土浆料。
对比例3
用沸石粉(天然的沸石岩磨细而成)代替实施例2中的粉煤灰沸石粉，其它用量和制备方法与实施例2相同，得到透水混凝土增强剂。利用该增强剂制备透水混凝土浆料，增强剂的用量和其它组分以及制备方法与实施例2相同，得到透水混凝土浆料。
将实施例1-5和对比例1-3得到的透水混凝土进行抗压强度试验(GB/T50081-2019)、抗拉强度试验(GB/T50081-2019)和透水系数检测(CJJ/T135-2009)，抗硫酸盐侵蚀试验(GB/T50082-2019)、抗冻性实验(采用慢冻法测试以最大冻融循环次数进行评价)、热膨胀系数。检测结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002627815770000091
Figure BDA0002627815770000101
由表1可知添加本发明的增强剂的透水混凝土兼具良好的抗压强度、抗拉强度、透水系数、抗冻、抗蚀和耐热性能，具有优异的综合性能，可实现透水路面的快速修补及快速施工，满足透水路面修复时间短和快速恢复使用的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透水混凝土增强剂，其特征在于：包含以下质量百分比的组分：
硅灰60-70％，粉煤灰沸石粉8-15％，聚羧酸减水剂2-4％，可分散乳胶粉5-10％，甲基纤维素醚1-2％，十二烷基苯磺酸钠0.5-1％，纤维材料5-10％，早强剂4-7％和促凝剂1-3％。
2.如权利要求1所述的透水混凝土增强剂，其特征在于：所述硅灰的粒径为0.1-0.3μm；和/或
所述聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂粉剂；和/或
所述可分散乳胶粉为EVA可分散乳胶粉；和/或
所述粉煤灰沸石粉的制备方法为：将2-4mol/L的NaOH溶液与粉煤灰按照每1g粉煤灰加入6-10mL的NaOH溶液的比例混合，在微波条件下90-120℃搅拌加热，反应晶化1-3h后，依次进行抽滤、干燥和研磨，得到粉煤灰沸石粉。
3.如权利要求1所述的透水混凝土增强剂，其特征在于：所述纤维材料为聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维中的至少一种。
4.如权利要求3所述的透水混凝土增强剂，其特征在于：所述纤维材料为聚乙烯醇纤维。
5.如权利要求1所述的透水混凝土增强剂，其特征在于：所述早强剂为硫酸钠、乙酸钠、三乙醇胺和亚硝酸钠中的至少一种。
6.如权利要求5所述的透水混凝土增强剂，其特征在于：所述早强剂由质量比为3-5:1-2的硫酸钠和三乙醇胺组成。
7.如权利要求1所述的透水混凝土增强剂，其特征在于：所述促凝剂为硅酸钠、铝酸钠、硫酸铝和碳酸锂中的至少一种。
8.权利要求1～7任一项所述的透水混凝土增强剂的制备方法，其特征在于：将所述硅灰、聚羧酸减水剂、可分散乳胶粉、粉煤灰沸石粉、甲基纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠、早强剂和促凝剂混合，在400-600r/min的转速下搅拌4-6min；再加入所述纤维材料，在400-600r/min的转速下搅拌20-30min得到。
9.包含权利要求1～7任一项所述的增强剂的透水混凝土浆料，其特征在于：包括以下质量分数的组分：
粗骨料1350-1400份，水泥340-380份，所述增强剂35-45份和水130-140份。
10.权利要求9所述的透水混凝土浆料的制备方法，其特征在于：按质量份数将所述粗骨料和40-60％配方量的水混合均匀，再加入所述水泥、增强剂以及剩余配方量的水，100-200r/min搅拌2-3min，得到透水混凝土浆料。
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