CN113045281A - 一种预拌透水混凝土及其制备工艺 - Google Patents

一种预拌透水混凝土及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种预拌透水混凝土及其制备工艺。其技术要点如下：按照重量份数计算，包括如下组分：碎石100～200份、粗砂100～150份，细砂200～250份、水泥75～92份、脱硫石膏4～7份、超细石英粉4～10份、减水剂0.5～1.5份、水22～36份、内养护剂0.44～1.2份、合成纤维2～4份和早强剂0.5～1.2份。本发明提供的透水混凝土及其制备方法，大幅改善透水混凝土的毛细孔微结构，提升透水混凝土的强度的同时使透水混凝土具有良好的透水性和透气性能。具有良好的经济效益和实用价值。

Description

一种预拌透水混凝土及其制备工艺
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种预拌透水混凝土及其制备工艺。
背景技术
透水混凝土的透水透气、吸声降噪、净化水体、改善土壤生态环境、缓解地表径流及缓解热岛效应等优势，近几年，透水混凝土技术开始被广泛研究。欧美、日韩等发达国家在50多年前就开始了对透水混凝土进行研究与开发，并且已将其广泛的应用于道路工程、园林工程、环境工程及城市广场等多个领域，取得了良好的社会、环境和生态效果。由于受透水混凝土施工工艺的限制，目前国内透水混凝土的生产方式主要为使用强制式搅拌机在施工现场搅拌，采用这种生产方式时，所需原材料提前进场，分堆存放。严格按配合比上料，由提前受过训练的专业技术工人视混凝土的搅拌状态掌握恰当的用水量，使搅拌出的混凝土达到既不流浆、不粘团又利于成型的最佳透水混凝土施工状态；搅拌好的混凝土用电动三轮车运至摊铺地点进行摊铺。因此，采用上述现场搅拌方式，每次搅拌生产透水混凝土的方量较小，生产方式效率低下，不能满足大规模施工的需求，从而制约着透水混凝土产业化的发展。同时，透水混凝土骨料表面的浆体水分蒸发很快，为保证工程质量，常需做到拌合料自出机运至浇筑地点的时间较短，且预拌的透水混凝土包裹性差，经震动后，浆体在重力作用下极易下沉，堵塞下部孔隙，影响透气性和透水性，上部浆体减少，影响集料的粘结性，大幅降低强度，在一定程度上制约了国内现制透水混凝土的应用。
有鉴于上述现有的透水混凝土存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种预拌透水混凝土及其制备工艺，提高混凝土包裹性，浆体在震动作用下不易下沉，提高透水性和透气性，具有良好的经济效益和实用价值。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种预拌透水混凝土，改善透水混凝土的毛细孔微结构，提升透水混凝土的强度的同时使透水混凝土具有良好的透水性和透气性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种预拌透水混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：碎石100～200份、粗砂100～150份，细砂200～250份、水泥75～92份、脱硫石膏4～7份、超细石英粉4～10份、减水剂0.5～1.5份、水22～36份、内养护剂0.44～1.2份、合成纤维2～4份和早强剂0.5～1.2份。
进一步的，水泥是硅酸盐水泥或硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的混合水泥。当硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复配使用，提高了透水混凝土的早期强度。其中，硫铝酸盐水泥优选为自应力硫铝酸盐水泥，通过水泥内部的自应力改善透水混凝土内部的微孔结构，提高透水性和透气性。
进一步的，减水剂是木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂或聚羧酸高效减水剂中的任意一种。
进一步的，内养护剂是吸水树脂。
进一步的，粗砂的粒径是6.5～14.5mm。
进一步的，细砂的粒径是2.35～6.5mm。
进一步的，碎石的粒径是14.5～22.5mm。
本发明采用碎石、粗砂和细砂复配使用，通过大粒径的碎石构建多孔骨架，通过粗砂的加入使碎石构建的大孔缩小，再通过细砂和合成纤维对孔的分布和尺寸进行修饰并提高混凝土的密实度，得到孔径均一，分布均匀且抗压强度高的透水混凝土。
进一步的，超细石英粉的比表面积≥1000m2/kg。
进一步的，早强剂由三乙醇胺、硅酸钠和碳酸锂按质量比为1：1:1.5组成。
进一步的，合成纤维优选为聚氨酯纤维。聚氨酯纤维的柔韧性更强，能够对透水混凝土的孔隙产生更好的修饰作用。
本发明的第二个目的是提供一种预拌透水混凝土的制备工艺，量化工艺步骤，使加料的时间节点更加精确，优化了制备工艺，节能减排的同时，使制备工艺更加标准化。
本发明的上述技术目的是由以下技术方案实现的：
一种预拌透水混凝土的制备工艺，包括如下操作步骤：
S1.准备粗砂、细砂、水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂、水、内养护剂、合成纤维和早强剂；
S2.将碎石和水预搅拌1min，然后加入硅酸盐水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂及内养护剂，继续搅拌；
S3.加入粗砂，继续搅拌；
S4.加入细砂和合成纤维的混合物，继续搅拌；
S5.加入早强剂并继续搅拌2min；
S6.养护成型；其中根据体系的电导率变化判断粗砂、细砂和早强剂的加入节点，根据体系中的电导率的变化确定水泥的水化程度，通过水泥的水化程度判断粗砂、细砂和早强剂的加入时间，使混凝土的制备工艺标准化，同时通过粗砂、细砂以及早强剂的分步骤加入，改善混凝土的微孔结构，提高透水混凝土的透水性和透气性。
作为上述技术方案的优选，在步骤S2～S4中，电导率的测试方式是每隔15～18s测试一次。间隔15～18s测试一次，优选为每次在不同位置测试3个点，取平均值。不同的位置优选为体系底部、体系中间和体系上层三个位置。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的制备方法包括如下操作步骤：
S1.准备粗砂、细砂、水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂、水、内养护剂、合成纤维和早强剂；
S2.将碎石和水预搅拌1min，然后加入硅酸盐水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂及内养护剂，继续搅拌，并测试体系的电导率，记为ρn；
S3.当步骤S2的电导率ρn连续增长时，加入粗砂，继续搅拌并测试体系的电导率，记为ρm；当电导率ρn连续增长时，体系内的水泥处于水化的加速阶段，这个阶段，渗透压导致水泥浆表面形成的包裹层破裂，水化硅酸钙形成并包裹在碎石颗粒周围，形成大量的簇状凝胶，此时加入粗砂，使粗砂经过凝胶，包覆在碎石周围，形成类似的“核-壳”结构，构建连续均匀的孔隙，大幅提高透水混凝土的透水性和透气性；
S4.当步骤S3的电导率ρm连续下降时，加入细砂和合成纤维的混合物，继续测试体系的电导率，记为ρj；当体系内部的电导率ρm连续下降时，混凝土内部的孔隙由大孔逐渐向小孔转化，此时加入细砂，能够填补孔隙，且不会在大孔中结块，也不会沉降到底层，进一步提高透水混凝土的透水性和强度，且合成纤维的加入能够避免混凝土的早期收缩，提高早期强度；
S5.当步骤S4的电导率ρj不再变化时，加入早强剂并继续搅拌2min；此时水泥水化已经趋于平稳，早强剂此时加入不会影响水泥水化过程中体系的流动度，且与水化后的硫铝酸盐水泥共同作用，在延长施工时间的同时，提高了透水混凝土的早期强度，避免早期开裂；
S6.养护成型；其中n＜m＜j。
作为上述技术方案的优选，在步骤S2中，判断电导率ρn连续增长的方式ρn满足Σρn-1/Σρn＞1+1/n。当电导率ρn满足上述公式时，可以确定电导率是在快速上升，从而精确的判断混凝土内部水泥水化处于加速阶段。
作为上述技术方案的优选，在步骤S3中，判断电导率ρm连续下降的方式是ρm满足Σρm-1/Σρm＞1-1/m。当电导率ρm满足上述公式时，体系内的电导率急速下降，可以精确的判断混凝土内部的水泥水化处于减速阶段。
作为上述技术方案的优选，在步骤S4中，判断电导率ρj连续下降的方式是ρj满足0.8≤Σρj-1/Σρj≤1.2，当电导率在这个范围时，可以精确的判断水泥水化已经趋于终凝，体系内的孔隙结构已经构建完成，早强剂的加入不会影响体系的流动度，也不会使混凝土过早凝结，有效延长了施工时间，更适合夏季高温使用。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过脱硫石膏、超细石英粉和聚羧酸减水剂的复配使用，可显著提高透水混凝土的抗压和抗折强度，同时，脱硫石膏和超细石英粉还可以起到保水、增稠的作用，增加水泥浆体对集料表面的包裹性和粘结性，从而极大减缓浆料下沉速率。
(2)本发明通过碎石、粗砂和细砂的三级复配，构建了透水混凝土的微观孔隙结构，保证透水混凝土的抗压强度的同时提高了透水性和透气性。
(3)本发明利用电导率的变化监测体系内部水泥的水化程度，根据不同的水化程度判定加料的顺序，控制加料的时间节点，使透水混凝土的制备工艺标准化，同时缩短了搅拌时间，节约时间和能源。
(4)本发明在水泥水化的不同阶段，配合性的加入不同的材料，避免不同材料之间产生不利影响的同时，确定材料加入的最佳时机，将材料的优势发挥到最大，通过对透水混凝土制备工艺的改进，优化了透水混凝土的内部结构，提高混凝土的早期强度和透水透气性能。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种预拌透水混凝土及其制备工艺，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
需要说明的是，本实施方式中所用原材料均为市售材料。
一种预拌透水混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：碎石100～200份、粗砂100～150份，细砂200～250份、水泥75～92份、脱硫石膏4～7份、超细石英粉4～10份、减水剂0.5～1.5份、水22～36份、内养护剂0.44～1.2份、合成纤维2～4份和早强剂0.5～1.2份。
预拌透水混凝土的制备工艺，包括如下操作步骤：
S1.准备粗砂、细砂、水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂、水、内养护剂、合成纤维和早强剂；
S2.将碎石和水预搅拌1min，然后加入硅酸盐水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂及内养护剂，继续搅拌；
S3.加入粗砂，继续搅拌；
S4.加入细砂和合成纤维的混合物，继续搅拌；
S5.加入早强剂并继续搅拌2min；
S6.养护成型；其中根据体系的电导率变化判断粗砂、细砂和早强剂的加入节点。
实施例1
一种预拌透水混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：碎石100份、粗砂100份，细砂200份、硅酸盐水泥75份、脱硫石膏4份、超细石英粉4份、减水剂0.5份、水22份、内养护剂0.44份、合成纤维2份和早强剂0.5份。
一种预拌透水混凝土的制备工艺，包括如下操作步骤：
S1.准备粗砂、细砂、水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂、水、内养护剂、合成纤维和早强剂；
S2.将碎石和水预搅拌1min，然后加入硅酸盐水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂及内养护剂，继续搅拌，并测试体系的电导率，记为ρn；
S3.当步骤S2的电导率ρn连续增长时，加入粗砂，继续搅拌并测试体系的电导率，记为ρm；
S4.当步骤S3的电导率ρm连续下降时，加入细砂和合成纤维的混合物，继续测试体系的电导率，记为ρj；
S5.当步骤S4的电导率ρj不再变化时，加入早强剂并继续搅拌2min；
S6.养护成型；其中n＜m＜j。
其中，粗砂的粒径是6.5～14.5mm；细砂的粒径是2.35～6.5mm；碎石的粒径是14.5～22.5mm。
实施例2
一种预拌透水混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：碎石200份、粗砂150份，细砂250份、硅酸盐水泥54份、铝硫酸盐水泥38份、脱硫石膏7份、超细石英粉10份、减水剂1.5份、水36份、吸水树脂1.2份、合成纤维4份和早强剂1.2份，其中，粗砂的粒径是6.5～14.5mm；细砂的粒径是2.35～6.5mm；碎石的粒径是14.5～22.5mm。
一种预拌透水混凝土的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.准备粗砂、细砂、水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂、水、内养护剂、合成纤维和早强剂；
S2.将碎石和水预搅拌1min，然后加入硅酸盐水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂及内养护剂，继续搅拌，并测试体系的电导率，记为ρn，判断电导率ρn连续增长的方式ρn满足Σρn-1/Σρn＞1+1/n；
S3.当步骤S2的电导率ρn连续增长时，加入粗砂，继续搅拌并测试体系的电导率，记为ρm；
S4.当步骤S3的电导率ρm连续下降时，加入细砂和合成纤维的混合物，判断电导率ρm连续下降的方式是ρm满足Σρm-1/Σρm＞1-1/m，继续测试体系的电导率，记为ρj；
S5.当步骤S4的电导率ρj不再变化时，加入早强剂并继续搅拌2min，判断电导率ρj连续下降的方式是ρj满足0.8≤Σρj-1/Σρj≤1.2；
S6.养护成型；其中n＜m＜j。
实施例3
一种预拌透水混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：碎石150份、粗砂125份，细砂225份、硅酸盐水泥55份、铝硫酸盐水泥25份、脱硫石膏5份、超细石英粉8份、聚羧酸减水剂1.0份、水28份、吸水树脂0.8份、合成纤维3份和早强剂0.75份，其中，粗砂的粒径是6.5～14.5mm；细砂的粒径是2.35～6.5mm；碎石的粒径是14.5～22.5mm。
一种预拌透水混凝土的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.准备粗砂、细砂、水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂、水、内养护剂、合成纤维和早强剂；
S2.将碎石和水预搅拌1min，然后加入硅酸盐水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂及内养护剂，继续搅拌，并测试体系的电导率，记为ρn，判断电导率ρn连续增长的方式ρn满足Σρn-1/Σρn＞1+1/n；
S3.当步骤S2的电导率ρn连续增长时，加入粗砂，继续搅拌并测试体系的电导率，记为ρm；
S4.当步骤S3的电导率ρm连续下降时，加入细砂和合成纤维的混合物，判断电导率ρm连续下降的方式是ρm满足Σρm-1/Σρm＞1-1/m，继续测试体系的电导率，记为ρj；
S5.当步骤S4的电导率ρj不再变化时，加入早强剂并继续搅拌2min，判断电导率ρj连续下降的方式是ρj满足0.8≤Σρj-1/Σρj≤1.2；
S6.养护成型；其中n＜m＜j。
在步骤S2～S4中，电导率的测试方式是每隔15～18s测试一次。间隔15～18s测试一次，每次在不同位置测试3个点，取平均值，不同的位置优选为体系底部、体系中间和体系上层三个位置。
对比实施例
对比实施例的材料与实施例1相同，采用常规制备工艺制备。
性能测试
实施例1～5以及对比实施例的主要性能如下：
Figure BDA0002976932670000111
由上述测试结果可知，采用本发明提供的制备工艺能够明显提高透水混凝土的抗压强度和透水性能，且早期强度高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种预拌透水混凝土，其特征在于，按照重量份数计算，包括如下组分：碎石100～200份、粗砂100～150份，细砂200～250份、水泥75～92份、脱硫石膏4～7份、超细石英粉4～10份、减水剂0.5～1.5份、水22～36份、内养护剂0.44～1.2份、合成纤维2～4份和早强剂0.5～1.2份。
2.根据权利要求1所述的一种预拌透水混凝土，其特征在于，所述水泥是硅酸盐水泥或硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的混合水泥。
3.根据权利要求1或2所述的一种预拌透水混凝土，其特征在于，所述减水剂是木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂或聚羧酸高效减水剂中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种预拌透水混凝土，其特征在于，所述内养护剂是吸水树脂。
5.一种预拌透水混凝土的制备工艺，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1.准备粗砂、细砂、水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂、水、内养护剂、合成纤维和早强剂；
S2.将碎石和水预搅拌1min，然后加入硅酸盐水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂及内养护剂，继续搅拌；
S3.加入粗砂，继续搅拌；
S4.加入细砂和合成纤维的混合物，继续搅拌；
S5.加入早强剂并继续搅拌2min；
S6.养护成型；其中根据体系的电导率变化判断粗砂、细砂和早强剂的加入节点。
6.根据权利要求5所述的预拌透水混凝土的制备工艺，其特征在于，在所述步骤S2～S4中，所述电导率的测试方式是每隔15～18s测试一次。
7.根据权利要求6所述的预拌透水混凝土的制备工艺，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1.准备粗砂、细砂、水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂、水、内养护剂、合成纤维和早强剂；
S2.将碎石和水预搅拌1min，然后加入硅酸盐水泥、脱硫石膏、超细石英粉、减水剂及内养护剂，继续搅拌，并测试体系的电导率，记为ρn；
S3.当步骤S2的电导率ρn连续增长时，加入粗砂，继续搅拌并测试体系的电导率，记为ρm；
S4.当步骤S3的电导率ρm连续下降时，加入细砂和合成纤维的混合物，继续测试体系的电导率，记为ρj；
S5.当步骤S4的电导率ρj不再变化时，加入早强剂并继续搅拌2min；
S6.养护成型；其中n＜m＜j。
8.根据权利要求7所述的预拌透水混凝土的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中，判断电导率ρn连续增长的方式ρn满足
Σρn-1/Σρn＞1+1/n。
9.根据权利要求7或8所述的预拌透水混凝土的制备工艺，其特征在于，所述步骤S3中，判断电导率ρm连续下降的方式是ρm满足
Σρm-1/Σρm＞1-1/m。
10.根据权利要求9所述的预拌透水混凝土的制备工艺，其特征在于，所述步骤S4中，判断电导率ρj连续下降的方式是ρj满足
0.8≤Σρj-1/Σρj≤1.2。
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