CN112279575A - 一种高透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种高透水混凝土及其制备方法，该高透水混凝土包括以下重量份的原料:水泥:100‑150份；水：30‑60份；粗骨料：300‑400份；炼钢矿渣：5‑15份；介孔材料：20‑50份；减水剂:2‑10份；增强剂：3‑8份；钢纤维：0.1‑0.4份；介孔材料包括海泡石、氧化硅以及二氧化锰中的至少一种；增强剂由钛酸酯偶联剂、烷基苯酚聚乙烯醚以及三氧化二铝混合而成。该高透水混凝土的透水性和强度好，可以减少城市路面短时间积水的情况并延长使用寿命。

Description

一种高透水混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种高透水混凝土及其制备方法。
背景技术
随着城市现代化建设不断完善，现代化城市的地表逐渐被混凝土等阻水材料硬化覆盖。每逢梅雨季节，雨水无法浸入地面导致大量雨水流入下水道，加重排水系统的负担，造成路面短时间积水，严重影响了城市交通和城市建设。
公开号为CN106146025A的中国专利申请公开了一种透水混凝土，该透水混凝土的原料按重量份包括：水泥100份，陶粒400-500份，石子300-400份，水30-36份，矿粉10-15份，纳米二氧化钛15-25份，硅藻土5-10份，膨润土5-10份，丙烯酸酯乳液10-15份，氨基磺酸盐系高效减水剂0.4-0.6份，木质素磺酸钠0.2-0.3份，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物钠盐0.05-0.1份。
通过上述配方制备的透水混凝土，由于含有可以吸水膨胀的膨润土，将上述透水混凝土制成路面时，一旦路面吸水后，容易导致路面的结构变得疏松，虽然在一定程度上提高了路面的透水性，但增加了该种路面的开裂可能，并且减少了形成的路面的抗压强度和使用寿命。
申请内容
为了提高透水混凝土的透水性能，减少城市路面短时间积水的现象，并提高形成路面的强度以及提高透水混凝土的使用寿命，本申请提供一种高透水混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高透水混凝土，采用如下的技术方案：
一种高透水混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥：100-150份；
水：40-70份；
粗骨料：300-400份；
炼钢矿渣：5-15份；
介孔材料：20-50份；
酰胺类聚羧酸减水剂：2-10份；
增强剂：3-8份；
钢纤维：0.1-0.4份；
所述介孔材料包括海泡石、氧化硅以及二氧化锰中的至少一种；
所述增强剂由钛酸酯偶联剂、烷基苯酚聚乙烯醚以及三氧化二铝混合而成。
通过采用上述技术方案，粗骨料和炼钢矿渣相互配合，一方面作为高透水混凝土结构骨架提高混凝土中各组分的间隙，另一方面提高高透水混凝土的透水系数，从而提高混凝土的透水性能，提高路面的渗水效果。
采用无污染的海泡石、氧化硅并与二氧化锰相互配合，通过介孔材料间的配合增加高透水混凝土的孔隙，进而增大透水性能。
增强剂中的钛酸酯偶联剂、烷基苯酚聚乙烯醚以及三氧化二铝相互配合增大透水混凝土的强度同时促进了透水混凝土的黏聚性，能够保证浆体包裹骨料的均匀性，增强剂提高了高透水混凝土的强度，使得高透水混凝土强度更高，提高保塌性，从而使得高透水混凝土使用寿命更长。同时钢纤维具有良好的材料性能，加入混凝土中后与增强剂中的钛酸酯偶联剂相互配合可以提高混凝土的抗压强度和耐磨性能，提高高透水混凝土的使用寿命。
优选的，所述粗骨料的粒径为5-8mm。
通过采取上述技术方案，由实验数据可知，由上述范围的粗骨料粒径所生产的高透水混凝土的透水系数较高，提高高透水混凝土的透水性能的同时，抗压强度也较高。
优选的，所述增强剂中,钛酸酯偶联剂的重量为0.3-0.5份，烷基苯酚聚乙烯醚的重量为2-4份，三氧化二铝的重量为0.7-1.5份。
通过采用上述技术方案，有机物与无机物三氧化二铝进行混合，各种组分之间相容性好，提高了高透水混凝土的粘结力，钛酸酯偶联剂可以改善烷基苯酚聚乙烯醚与水泥之间的界面作用，提高各组分与水泥的粘结力，从而增加高透水混凝土的强度。
优选的，所述钢纤维为波纹型钢纤维。
通过采用上述技术方案，钢纤维的结构通过与增强剂配合能够有效减少高透水混凝土内部的裂缝，改善高透水混凝土的抗压强度，同时钢纤维的乱向分布使得高透水混凝土的透水性能得到提高。
优选的，所述氧化硅为中空介孔纳米氧化硅。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，当氧化硅采用中空介孔纳米氧化硅时的透水效果较好。
第二方面，本申请提供一种高透水混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
增强剂的制备：将钛酸酯偶联剂、烷基苯酚聚乙烯醚以及三氧化二铝混合并进行混合，混合均匀后得到增强剂；
将粗骨料、炼钢矿渣与30-50份水混合并进行混合，混合均匀后得到第一混合物；
将水泥、增强剂以及介孔材料混合，混合均匀后加入钢纤维，继续混合均匀后得到第二混合物；
将第一混合物与第二混合物进行混合，混合过程中加入酰胺类聚羧酸减水剂和剩余的水，混合均匀后出料，得到高透水混凝土。
通过采用上述技术方案，首先将增强剂中的钛酸酯偶联剂、烷基苯酚聚乙烯醚以及三氧化二铝进行均匀混合，方便后续加入水泥中提高高透水混凝土的透水效果；首先将部分水与粗骨料与炼钢矿渣进行混合，通过使用加水的方式将粗骨料与炼钢矿渣表面进行润湿，从而使粗骨料与炼钢矿渣表面具有足够的湿润度，水泥可以附着于粗骨料表面形成厚度适中的水泥浆膜，使界面位置处可以更加粘结。
优选的，将所述第一混合物与第二混合物进行混合，混合过程中加入酰胺类聚羧酸减水剂和剩余的水的步骤中加入剩余的水所用时间为0.5-1min。
通过采用上述技术方案，将剩余的水快速加入第一混合物与第二混合物的搅拌过程中，一方面可以使剩余的水快速混合，提高搅拌效率，另一方面控制时间在上述范围内可以使各个组分搅拌均匀同时使得高透水混凝土各个组分的性能不被破坏。
优选的，将所述水泥、增强剂以及介孔材料混合，混合均匀后加入钢纤维的步骤中加入钢纤维时的搅拌速度为120-150r/min。
通过采用上述技术方案，通过控制搅拌速度，使得钢纤维与水泥与增强剂充分混合，从而提高高透水混凝土的透水性能以及抗压强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.在本申请中，通过在水泥中加入介孔材料以及增强剂，从而提高路面的透水效果；介孔材料选用效果较好同时较为环保的海泡石、氧化硅或者二氧化锰；通过钢纤维和增强剂中钛酸酯偶联剂、烷基苯酚聚乙烯醚以及三氧化二铝配合，即有机与无机的配合具有提高混凝土抗压强度和耐磨性能，从而提高高透水混凝土的使用寿命。另外粗骨料以及炼钢矿渣结构的共同作用，提高了混凝土中各组分的间隙的同时也提高高透水混凝土的透水系数，对混凝土的透水效果起到辅助作用。通过酰胺类羧酸减水剂对水泥的减水效果较高并且比较环保。当其他组分通过增加混凝土孔隙率而降低混凝土强度时，增强剂通过与水泥相互作用提高混凝土的硬度。
2.在本申请中，优选的对粗骨料的粒径进行限定，粗骨料作为高透水混凝土的骨架，具有一定的孔隙，提高高透水混凝土的透水性能，钢纤维与增强剂相互配合，有效改进高透水混凝土内部的裂缝，提高抗压强度；通过实验数据可知，对增强剂中各组分的重量进行限定，使得高透水混凝土的强度得到提高；另外介孔材料中的氧化硅采用中空介孔纳米氧化硅，水可通过中空介孔纳米氧化硅的孔隙中穿过，进一步提高高透水混凝土的透水性能。
3.本申请的方法，通过对各组分进行分步混合并控制相应步骤的搅拌速度以及加入时间，尽可能使各组分混合均匀，因此使高透水混凝土的各种性能得到充分提高。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
实施例1：
一种高透水混凝土，所包括的具体组分以及重量如表1所示，由以下步骤制得：
S1:第一混合物的制备：将粒径为10mm的粗骨料、炼钢矿渣与30-50份水混合并进行混合，混合均匀后得到第一混合物；
S2:第二混合物的制备：将水泥、增强剂以及介孔材料(由海泡石、棒状纳米氧化硅以及二氧化锰组成)混合，搅拌均匀后加入平直型钢纤维，在搅拌速度为120r/min的条件下搅拌30min得到第二混合物；
S3:高透水混凝土的制备：将第一混合物与第二混合物进行混合搅拌，搅拌过程中加入酰胺类聚羧酸减水剂和剩余的水，加入剩余的水所用时间为0.5min。搅拌均匀后出料，得到高透水混凝土。
步骤S2中增强剂通过以下步骤制得：将钛酸酯偶联剂、烷基苯酚聚乙烯醚以及三氧化二铝混合，混合均匀后得到增强剂。
实施例2-3：一种高透水混凝土，与实施例1的区别在于，实施例2-3所包括的具体组分及重量如表1.1所示。
实施例4：一种高透水混凝土，与实施例1的区别在于，粗骨料的粒径为5mm。
实施例5：一种高透水混凝土，与实施例1的区别在于，粗骨料的粒径为8mm。
实施例6-7：一种高透水混凝土，与实施例1的区别在于，增强剂中的组分重量不同，实施例6-7所包括的具体组分及重量如表1所示。
表1实施例1-3以及实施例6-7的具体组分及重量
Figure BDA0002780298160000041
Figure BDA0002780298160000051
实施例8：一种高透水混凝土，与实施例6的区别在于，波纹型钢纤维替代平直型钢纤维。
实施例9：一种高透水混凝土，与实施例8的区别在于，弯钩型钢纤维替代波纹型钢纤维。
实施例10：一种高透水混凝土，与实施例8的区别在于，中空介孔纳米氧化硅替代棒状纳米氧化硅。
实施例11：一种高透水混凝土，与实施例1的区别在于，在步骤S3高透水混凝土的制备中加入剩余的水所用时间为1min。
实施例12：一种高透水混凝土，与实施例11的区别在于，在步骤S3高透水混凝土的制备中加入剩余的水所用时间为2min。
实施例13：一种高透水混凝土，与实施例1的区别在于，在步骤S2第二混合物的制备步骤中加入钢纤维时的搅拌速度为150r/min。
实施例14：一种高透水混凝土，与实施例13的区别在于，在步骤S2第二混合物的制备中加入钢纤维时的搅拌速度为100r/min。
对比例1：一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有介孔材料。
对比例2：一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有增强剂。
对比例3：一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有介孔材料和增强剂。
对比例4：一种混凝土，与实施例1的区别在于，增强剂中不含有钛酸酯偶联剂和三氧化二铝。
对比例5：一种混凝土，与实施例1的区别在于，增强剂中不含有钛酸酯偶联剂和和烷基苯酚聚乙烯醚。
对比例6：一种透水混凝土，由以下组分组成：水泥100份，陶粒400份，石子300份，水30份，矿粉10份，纳米二氧化钛15份，硅藻土5份，膨润土5份，丙烯酸酯乳液10份，氨基磺酸盐系高效减水剂0.4份，木质素磺酸钠0.2份，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物钠盐0.05份。
检测方法
实验一：透水系数测试实验样品：将实施例1-14以及对比例1-6制成直径为75mm、厚度相同的圆柱体，并将由实施例1-14制成的圆柱体分别命名为实验样品1-14，将对比例1-6制成的圆柱体分别命名为对比样品1-6。
实验仪器：钢直尺：品牌为得力，型号为50cm钢直尺8464；秒表：品牌为弈圣，规格为75×62×21mm；量筒：品牌为华欧，规格型号为2000ml(1601H)；温度计：品牌为博德福，型号为0-100；溢水槽。
实验方法：透水系数测试：根据GB/T25993-2010的《透水路面砖和透水路面板》中的透水系数测试方法对高透水混凝土的透水性能进行评价，具体的透水系数实验步骤如下：
(1)用钢直尺测量实验样品1的直径(D)和厚度(L)，分别测量两次，取平均值，精确至0.1cm，计算实验的上表面面积(A)。
(2)将实验样品1的四周用密封材料密封以防止漏水，水仅从实验样品1的上下表面进行渗透；
(3)待密封材料固化后，将实验样品1放入真空装置，抽真空至90，并保持30min。在保持真空的同时，加入足够的水将实验样品1覆盖并使水位高出实验样品1上表面10cm，停止抽真空，浸泡20min，将其取出，装入透水系数实验装置，将实验样品1与透水圆筒连接密封好。放入溢流水槽，打开供水阀门，使无气水进入容器内，等溢流水槽的溢流孔有水流流出时，调整进水量，使透水圆筒保持一定的水位(约150mm)，待溢流水槽的溢流口和透水圆筒的溢流口流出水量稳定后，用圆筒从出水口接水，并记录五分钟流出的水量(Q),测量三次，取平均值。
(4)用钢直尺测量透水圆筒的水位与溢流水槽水位之差(H)，精确至0.1cm。用温度计测量实验中溢流水槽中的温度(T)，精确至0.5℃。
(5)结果计算：
Kt＝QL/AHt (2)
Kt为水温为T℃时的实验验样品1的透水系数，单位为mm/s。
按照上述实验方法对实验样品2-14以及对比样品1-6进行透水系数测试。
实验结果：如表2的实验样品1-14以及对比样品1-6的透水系数的实验检测结果所示。
表2实验样品1-14以及对比样品1-6的透水系数的实验检测结果
Figure BDA0002780298160000071
由表2的实验数据可知，通过实验样品1-14以及对比样品1-6中各个组分含量的不同，所检测的透水系数也有一定的不同，实验样品1-14中的透水系数为16.1-20.2mm/s，而对比样品1-6中的透水系数远小于实验样品1-14，表明通过在高透水混凝土中加入介孔材料可以大大提高混凝土的透水系数，从而提高高透水混凝土的透水性能。
对比实验样品1-3和对比样品1可知，实验样品1-3中由于含有介孔材料，介孔材料具有极高的比表面积和规则有序的孔道结构，大大提高了高透水混凝土的透水系数；同时当介孔材料中含有海泡石、氧化硅以及二氧化锰时，海泡石、氧化硅以及二氧化锰相互协同，从而提高透水性能。
对比实验样品1、实验样品6-9可知，增强剂中的钛酸酯偶联剂与烷基苯酚聚乙烯醚配合，改善高透水混凝土在烷基苯酚聚乙烯醚中的分散状态，使得混凝土能够保持一定的贯通孔隙来满足透水性能。波纹型的钢纤维的乱向分布的结构与粗骨料相互配合，有助于提高高透水混凝土的透水性能，同时波纹型钢纤维的长径比越小，与粗骨料、水泥以及炼钢矿渣的接触越多，形成的孔隙致密，从而提高透水性能。通过实验样品1和实验样品10可知，中空介孔纳米氧化硅与海泡石以及二氧化锰的配合效果更好，中空介孔纳米氧化硅具有中空的结构，从而使得水可从孔隙中穿过，从而提高透水性能。对比实验样品和对比样品可知，通过添加介孔材料大大提高了高透水混凝土的透水系数。
实验二：抗压强度实验实验样品：将实施例1-14以及对比例2-6制成边长为150mm的立方体，将实施例1-14制成的立方体分别命名为实验样品1-14，将对比例2-6制成的立方体分别命名为对比样品2-6。
实验仪器：抗压实验机：型号为DY-208JC。
实验方法：
抗压强度测试：根据国家标准GB/T50081-2019的《混凝土物理力学性能实验方法标准》中的抗压强度实验对高透水混凝土的抗压强度进行评价，具体的抗压强度实验步骤如下：
(1)实验样品1到达实验龄期即28d时，从养护地点取出。
(2)实验样品1放置于抗压实验机前，将实验样品1表面与上、下承压板面擦拭干净；以实验样品1成型时的侧面为承压面。将实验样品1安放在抗压实验机的下压板或垫板上，实验样品1的中心应与抗压实验机下压板中心对准。
(3)启动抗压实验机，实验样品1表面与上、下承压板或钢垫板均匀接触。实验过程中连续均匀加荷，加荷速度应取0.3MPa/s-1.0MPa/s。当实验样品1抗压强度小于30MPa时，加荷速度宜取0.3MPa/s-0.5MPa/s；当实验样品1抗压强度为30-60MPa时，加荷速度宜取0.5MPa/s-0.8MPa/s；当实验样品1抗压强度不小于60MPa时，加荷速度宜取0.8MPa/s-1.0MPa/s。
(4)手动控制抗压实验机加荷速度时，当实验样品1接近破坏开始急剧变形时，停止并调整抗压实验机油门直至破坏实验样品1，此时记录破坏荷载。
混凝土标准试件的抗压强度计算公式：
Fcc＝F/A (3)
式中Fcc为实验样品1的抗压强度(MPa)计算结果精确至0.1MPa；
F为实验样品1的破坏荷载(N)；
A为实验样品1的承压面积(mm2)。
按照上述实验方法对实验样品2-14以及对比样品2-6进行抗压强度测试。
实验结果：如表3的实验样品1-14以及对比样品2-6的抗压强度的测试结果所示。
表3实验样品1-14以及对比样品2-6的抗压强度的测试结果
Figure BDA0002780298160000081
Figure BDA0002780298160000091
由表3的实验数据可知，通过实验样品1-14以及对比样品2-6中各个组分含量的不同，所检测的抗压强度也有一定的不同，实验样品1-14中的抗压强度为32.7MPa-39.6MPa，而对比样品2-6中的抗压强度远小于实验样品1-14，表明通过在高透水混凝土中加入增强剂可以大大提高混凝土的抗压强度。
对比实验样品1、实验样品4-5可知，当粗骨料的粒径在5-8mm时所制得的高透水混凝土的抗压强度，由于粗骨料之间含有一定的孔隙，与炼钢矿渣中的大量多孔型结构相互配合，从而提高高透水混凝土的透水性能，同时粗骨料较小时，高透水混凝土的密度较大，高透水混凝土的抗压强度也有一定的提高。
对比实验样品1和实验样品8-9，波纹型的钢纤维的乱向分布的结构与粗骨料相互配合，有助于提高高透水混凝土的抗压性能，同时波纹型钢纤维的长径比越小，与粗骨料、水泥以及炼钢矿渣配合，从而有效阻碍混凝土内部微裂缝的扩展以及宏观裂缝的形成，从而提高抗压强度，同时钢纤维耐高温，提高高透水混凝土的使用寿命。对比实验样品1和实验样品11-14，表明调整制备方法中的剩余水的加入时间以及搅拌速度，可以提高高透水混凝土的抗压强度。
对比实验样品1-14和对比样品2-6可知，增强剂的加入提高了高透水混凝土的抗压强度，通过优化增强剂的配比，从而提高高透水混凝土的强度。钛酸酯偶联剂提高与烷基苯酚聚乙烯醚和三氧化二铝之间的粘结力，从而提高混凝土的力学性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高透水混凝土，其特征在于：包括以下重量份的原料：
水泥：100-150份；
水：40-70份；
粗骨料：300-400份；
炼钢矿渣：5-15份；
介孔材料：20-50份；
酰胺类聚羧酸减水剂：2-10份；
增强剂：3-8份；
钢纤维：0.1-0.4份；
所述粗骨料的粒径为5-10mm；
所述介孔材料包括海泡石、氧化硅以及二氧化锰中的至少一种；
所述增强剂由钛酸酯偶联剂、烷基苯酚聚乙烯醚以及三氧化二铝混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种高透水混凝土，其特征在于：所述粗骨料的粒径为5-8mm。
3.根据权利要求1所述的一种高透水混凝土，其特征在于：所述增强剂中,钛酸酯偶联剂的重量为0.3-0.5份，烷基苯酚聚乙烯醚的重量为2-4份，三氧化二铝的重量为0.7-1.5份。
4.根据权利要求1所述的一种高透水混凝土，其特征在于：所述钢纤维为波纹型钢纤维。
5.根据权利要求1所述的一种高透水混凝土，其特征在于：所述氧化硅为中空介孔纳米氧化硅。
6.权利要求1-5中任意一项所述的一种高透水混凝土的制备方法，其特括征在于：包以下步骤：
增强剂的制备：将钛酸酯偶联剂、烷基苯酚聚乙烯醚以及三氧化二铝混合并进行混合，混合均匀后得到增强剂；
第一混合物的制备：将粗骨料、炼钢矿渣与30-50份水混合并进行混合，混合均匀后得到第一混合物；
第二混合物的制备：将水泥、增强剂以及介孔材料混合，混合均匀后加入钢纤维，继续混合均匀后得到第二混合物；
高透水混凝土的制备：将第一混合物与第二混合物进行混合，混合过程中加入酰胺类聚羧酸减水剂和剩余的水，混合均匀后出料，得到高透水混凝土。
7.根据权利要求6所述的一种高透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述高透水混凝土的制备步骤中加入剩余的水所用时间为0.5-1min。
8.根据权利要求6所述的一种高透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述第二混合物的制备步骤中加入钢纤维时的搅拌速度为120-150r/min。
CN202011279559.4A 2020-09-16 2020-11-16 一种高透水混凝土及其制备方法 Active CN112279575B (zh)

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Denomination of invention: A High Permeability Concrete and Its Preparation Method

Effective date of registration: 20230531

Granted publication date: 20220712

Pledgee: Zhejiang Tailong Commercial Bank Co.,Ltd. Huzhou Linghu Small and Micro Enterprise Sub branch

Pledgor: Huzhou Shangjian Huayu Concrete Co.,Ltd.

Registration number: Y2023330001025

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