CN113087468A - 一种高耐磨轻质透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高耐磨轻质透水混凝土。高耐磨轻质透水混凝土由以下组分组成：水泥15‑30％、掺和料15‑35％、骨料30‑60％，水7‑12％。其中，水泥和掺和料的总和称为凝胶材料。高耐磨轻质透水混凝土还包括纤维、减水剂、发泡剂和稳泡剂。纤维为凝胶材料重量的0.5‑3％，发泡剂为凝胶材料重量的0.02‑0.5％,稳泡剂为凝胶材料重量的0.02‑0.35％，减水剂为凝胶材料重量的0.03‑2％。高耐磨轻质透水混凝土具备以大量砂骨料支撑的三维孔隙结构，大量砂骨料的加入，确保其表面有足够的骨架效应，形成高耐磨特性；其孔隙增强了其透水性，蓄水性，有利于对水中的污物进行过滤，起到了净化作用；高耐磨轻质透水混凝土孔隙率为40‑85％；密度轻，密度仅为300‑1300kg/m³,降低工程造价成本的同时具有良好的抗压强度和抗折强度。

Description

一种高耐磨轻质透水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土改性领域，特别涉及一种透水混凝土及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展和城市建设的进程，现代城市的地表逐步被钢筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆盖，与自然的土壤相比，现代化地表给城市带来一系列的问题，其主要表现为以下几个方面：不透水的路面阻碍了雨水的下渗，使得雨水对地下水的补充被阻断，再加上地下水的过度抽取，城市地面容易产生下沉。使用透水材料铺设路面有利于水土保持。传统城市路面为不透水结构，雨水通过路表排除，泄流能力有限，当遇到大雨或暴雨时，雨水容易在路面汇集，大量集中在机动车和自行车道上，导致路面大范围积水。

申请号为CN108546052A的专利申请中公开了一种无砂透水混凝土，包括：42.5级普通硅酸盐水泥，10-15mm银白色蛭石，15-30mm石灰岩碎石，8-11mm石灰岩碎石，10-15mm多孔玄武岩碎石，100目核桃粉，钻井液用改性淀粉DFD-114 2％水溶液。

申请号为CN111995318A的专利申请中公开了一种透水混凝土及其制备方法。透水混凝土由338-350份水泥，1065-1085份粗骨料，38-52份高吸水性树脂，225-252份无机多孔材料，155-165份水制成。

申请号为CN105503027A的专利申请中公开了一种高强度透水混凝土，包括以下重量份的组分：260-320份水泥，35-50份砂子，800-1000份石子，100-110份水，5.6-8.6份粘合剂，1-5份疏水改性聚丙烯酰胺，2-5份减水剂，200-300份透水骨料，300-400份增强剂，5-10份增韧纤维。

以上专利文献均是通过添加多孔材料实现混凝土的透水效果。对于改善混凝土本身的特性，尤其是通过改善混凝土的微观孔隙结构，实现透水功能鲜有报道。

申请号为CN107140902B的专利申请中公开了一种透水泡沫混凝土，包括以下重量的组分：水泥45-55份，特细砂5-8份，水20-35份，掺和料8-15份，泡沫3-8份，纤维0.1-0.5份，纤维素醚0.01-0.01份，减水剂0.1-0.4份，吸水树脂2-5份。

该专利虽然通过加入粗纤维，使得泡沫混凝土泡孔形成以纤维为导管的连通通道，提高了该材料的透水性能，但是其耐磨性能及力学性能不够，不太适合用于硬质铺装领域。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种高耐磨轻质透水混凝土。所述高耐磨轻质透水混凝土，按重量比例计，由以下组分组成：

水泥15-30％、掺和料15-35％、骨料30-60％、水7-12％；

其中，所述水泥和掺和料的总和称为凝胶材料。

所述高耐磨轻质透水混凝土还包括纤维，减水剂、发泡剂和稳泡剂。纤维为凝胶材料重量的0.5-3％，发泡剂为凝胶材料重量的0.02-0.5％,稳泡剂为凝胶材料重量的0.02-0.35％，减水剂为凝胶材料重量的0.03-2％。

进一步地，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥等其中至少一种水泥。

进一步地，所述掺和料为体积稳定剂、矿粉、硅灰、煤灰、石膏粉等至少一种，所述掺合料的粒径在5微米以下的颗粒占所述掺合料总量的20％。

所述掺和料的加入能补偿水泥基材料水化过程中固有的体积收缩变形。所述掺和料较高的细度及微集料支撑效应，强化了高耐磨轻质透水混凝土微结构，在一定程度上能防止其干缩变形。

进一步地，所述纤维为聚丙烯纤维、聚乙醇纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚甲醛纤维、玻璃纤维、碳纤维、石墨烯纤维等其中至少一种，所述纤维的长度为1.5-30mm。

所述纤维的加入提高了高耐磨轻质透水混凝土的整体强度。

进一步地，所述骨料为20-120目的石英砂、金刚砂或陶砂等其中至少一种。

优选的，所述骨料的重量比例为50-60％。大量骨料的加入，能确保表面有足够的骨架效应，并形成高耐磨特性。

进一步地，所述发泡剂为复合发泡剂、植物发泡剂或动物蛋白发泡剂等其中至少一种。

进一步地，所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素醚、甲基纤维素、硅酮酰胺、山梨醇酐硬脂酸酯等高分子中至少一种。

所述稳泡剂能赋予泡沫较好的粘性和自修复能，从而稳定泡沫。

进一步地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂、木质素磺酸钠盐或萘系高效减水剂等其中一种。

所述减水剂的加入能减少高耐磨轻质海绵混凝土的用水量。

本发明还提供了高耐磨轻质透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1：按比例1:20-1:100将发泡剂和水，加入到发泡机中，制备出泡沫，泡沫密度为0.02-0.08g/cm³；

S2：将水泥、掺和料、骨料、纤维、稳泡剂和减水剂按比例称量加入到搅拌机中，干搅拌30-60s，再加入80％的拌和水搅拌3-5min，搅拌成浆体状，扩展度为140-200mm，然后加入剩余的20％的拌和水，继续搅拌2min；

S3：将S1中制备的泡沫加入到搅拌锅中，继续搅拌均匀，倒入模具或现场施工，常温养护1-7d后，对密度较低的表面进行喷亲水性罩面剂，以提高其表面硬度，即得到高耐磨轻质透水混凝土。

综上所述，本发明所述高耐磨轻质透水混凝土的各个组分按特定比例条件，形成流动性浆体，实现了表面大量以砂骨料支撑的三维网状结构，在成型过程中，相邻的泡沫会相互紧密接触，前后连接起来，固结成型后，大部分泡沫存在的位置形成若干连通的多孔通道，使得所制备的材料具有作为硬质铺装材料所需的耐磨特性和透水功能。同时又实现了比普通混凝土更低的密度，密度仅为300-1300kg/m³。所述高耐磨轻质透水泡沫混凝土孔隙率为40-85％，透水速率≥0.1mm/s，孔隙尺寸为≤1.5mm，三维连通孔隙增强了其透水性，有利于铺设地的水土保持，避免因为地下水流失造成的塌陷，在雨水等地面水通过孔隙进入地下时，孔隙对水中的污物进行过滤，起到了净化作用；所述高耐磨轻质透水混凝土的微观结构中还存有部分连通的孔隙，可以发挥蓄水作用，降低市政管道高峰排量的要求。

所述高耐磨轻质透水混凝土改善微观结构的同时，减少了原材料的使用、降低了造价成本，但是依然保持良好的抗压强度和抗折强度。

所述高耐磨轻质透水混凝土的干燥收缩值≤0.9mm/m，相当于普通混凝土的十分之一到二十分之一，避免所述高耐磨轻质透水混凝土在反复的吸水和蒸发过程中干裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提出的高耐磨轻质透水混凝土微观结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

以下具体实施例中，水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥等其中至少一种水泥。

掺和料为体积稳定剂、矿粉、硅灰、煤灰、石膏粉等至少一种，所述掺合料的粒径在5微米以下的颗粒占所述掺合料总量的20％。

纤维为聚丙烯纤维、聚乙醇纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚甲醛纤维、玻璃纤维、碳纤维、石墨烯纤维等其中至少一种，所述纤维的长度为1.5-30mm。

骨料为40-120目的石英砂、金刚砂或陶砂等其中至少一种。

发泡剂为复合发泡剂、植物发泡剂或动物蛋白发泡剂等其中至少一种。

稳泡剂为羟丙基甲基纤维素醚、甲基纤维素、硅酮酰胺或司班60等高分子醚、醇、氨(胺)、酯类其中至少一种。

减水剂为聚羧酸高效减水剂、木质素磺酸钠盐或萘系高效减水剂等其中一种。

实施例1

请参阅图1，图1为本发明实施例1提出的高耐磨轻质海绵混凝土微观结构示意图。

配料表 表1

其中，所述高耐磨轻质透水混凝土还包括聚乙醇纤维，聚羧酸高效减水剂、复合发泡剂和硅酮酰胺及聚丙烯酰胺醚稳泡剂。聚乙醇纤维为凝胶材料重量的0.5％，复合发泡剂为凝胶材料重量的0.02％,稳泡剂为凝胶材料重量的0.02％，聚羧酸高效减水剂为凝胶材料重量的0.03％。

S1：按体积比例1:20将发泡剂和水，加入到发泡机中，制备出泡沫，泡沫密度为0.02g/cm³。

S2：将水泥、掺和料、骨料、纤维、稳泡剂和减水剂按比例称量加入到搅拌机中，干搅拌30s；再加80％的拌和水，搅拌3min，搅拌成浆体状，扩展度为140mm；然后加入剩余的20％的拌和水，继续搅拌2min。

S3：将S1中制备的泡沫加入到搅拌锅中，继续搅拌均匀，倒入模具或现场施工，常温养护1d后即得到高耐磨轻质透水混凝土。

实施例2

配料表 表2

其中，所述高耐磨轻质透水混凝土还包括聚乙烯纤维，木质素磺酸钠盐减水剂、动物蛋白发泡剂和甲基纤维素稳泡剂。聚乙烯纤维为凝胶材料重量的3％，动物蛋白发泡剂为凝胶材料重量的0.5％,甲基纤维素稳泡剂为凝胶材料重量的0.35％，木质素磺酸钠盐为凝胶材料重量的2％。

S1：按体积比例1:100将发泡剂和水，加入到发泡机中，制备出泡沫，泡沫密度为0.08g/cm³。

S2：将水泥、掺和料、骨料、纤维、稳泡剂和减水剂按比例称量加入到搅拌机中，干搅拌60s；再加入80％的拌和水搅拌5min，搅拌成浆体状，扩展度为200mm；然后加入剩余的20％的拌和水，继续搅拌2min。

S3：将S1中制备的泡沫加入到搅拌锅中，继续搅拌均匀，倒入模具或现场施工，常温养护7d后，对其表面进行喷亲水性罩面剂，以提高其表面硬度，即得到高耐磨轻质透水混凝土。

实施例3

配料表 表3

其中，所述高耐磨轻质透水混凝土还包括聚丙烯纤维，聚羧酸高效减水剂、植物发泡剂和羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂。聚丙烯纤维为凝胶材料重量的1％，植物发泡剂为凝胶材料重量的0.08％,羟丙基甲基纤维素醚为凝胶材料重量的0.2％，萘系高效减水剂为凝胶材料重量的1％。

S1：按体积比例1:60将发泡剂和水，加入到发泡机中，制备出丰富且细腻的泡沫，泡沫密度为0.05g/cm³。

S2：将水泥、掺和料、骨料、纤维、稳泡剂和减水剂按比例称量加入到搅拌机中，干搅拌45s；再加入80％的拌和水搅拌4min，搅拌成浆体状，扩展度为170mm；然后加入剩余的20％的拌和水，继续搅拌2min。

S3：将S1中制备的泡沫按一定的量加入到搅拌锅中，继续搅拌均匀，倒入模具或现场施工，常温养护4d后即得到高耐磨轻质透水混凝土。

实施例4

配料表 表4

其中，所述高耐磨轻质透水混凝土还包括聚丙烯纤维，聚羧酸高效减水剂、植物发泡剂和羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂。聚丙烯纤维为凝胶材料重量的1％，植物发泡剂为凝胶材料重量的0.08％,羟丙基甲基纤维素醚为凝胶材料重量的0.2％，萘系高效减水剂为凝胶材料重量的1％。

S1：按比例1:60将发泡剂和水，加入到发泡机中，制备出丰富且细腻的泡沫，泡沫密度为0.05g/cm³。

S2：将水泥、掺和料、骨料、纤维、稳泡剂和减水剂按比例称量加入到搅拌机中，干搅拌45s；再加入80％的拌和水搅拌4min，搅拌成浆体状，扩展度为170mm；然后加入剩余的20％的拌和水，继续搅拌2min。

S3：将S1中制备的泡沫按一定的量加入到搅拌锅中，继续搅拌均匀，倒入模具或现场施工，常温养护4d后即得到高耐磨轻质透水混凝土。

实施例5

配料表 表5

其中，所述高耐磨轻质透水混凝土还包括聚丙烯纤维，聚羧酸高效减水剂、植物发泡剂和羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂。聚丙烯纤维为凝胶材料重量的1％，植物发泡剂为凝胶材料重量的0.08％,羟丙基甲基纤维素醚为凝胶材料重量的0.2％，萘系高效减水剂为凝胶材料重量的1％。

S1：按比例1:60将发泡剂和水，加入到发泡机中，制备出丰富且细腻的泡沫，泡沫密度为0.05g/cm³。

S2：将水泥、掺和料、骨料、纤维、稳泡剂和减水剂按比例称量加入到搅拌机中，干搅拌45s；再加入80％的拌和水搅拌4min，搅拌成浆体状，扩展度为170mm；然后加入剩余的20％的拌和水，继续搅拌2min。

S3：将S1中制备的泡沫按一定的量加入到搅拌锅中，继续搅拌均匀，倒入模具或现场施工，常温养护4d后即得到高耐磨轻质透水混凝土。

对比例1

常规泡沫混凝土，原料包括硅酸盐水泥、粉煤灰、植物发泡剂，聚羧酸高效减水剂，通过控制单位体积泡沫混凝土原料的总质量，计算在水胶比为0.6下各类原料的掺量，按下列步骤制备常规泡沫混凝土。

S1：按比例1:40将发泡剂和水，加入到发泡机中，制备出丰富且细腻的泡沫，泡沫密度为0.05g/cm³。

S2：将水泥、掺和料、和减水剂按比例称量加入到搅拌机中，干搅拌45s；再加入80％的拌和水搅拌4min，搅拌成浆体状；然后加入剩余的20％的拌和水，继续搅拌2min。

S3：将S1中制备的泡沫按一定的量加入到搅拌锅中，继续搅拌均匀，倒入模具或现场施工，常温养护4d后即得到常规泡沫混凝土。

测试方法：

将实施例1-5所制备的高耐磨轻质透水混凝土及对比例1中制备的常规泡沫混凝土进行下列实验。

(1)将铺装层材料按照JC/T 1062-2007《泡沫混凝土砌块》进行抗压强度、干表观密度、干燥收缩值和抗冻性测试；

(2)将测完干密度测量的试块，按照GB/T 208-2014《水泥密度测定方法》测定其真密度ρ_真，则孔隙率p按下式计算：

(3)按GB/T 25993-2010《透水路面砖和透水路面板》进行透水系数和耐磨性能测定；

(4)按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度试验》进行抗折测试，得到数据汇总如下表：

测试结果性能表

结论：

通过表中实施例1-5的试验结果，可以看出本发明制备的高耐磨轻质透水混凝土密度轻，仅为300-1300kg/m³，明显低于常规混凝土密度，在很大程度上能节省材料。

请参阅图1，图1为本发明实施例1提出的高耐磨轻质透水混凝土微观结构示意图。本发明高耐磨轻质透水混凝土孔隙率大，孔隙率能够达到40-85％，透水性能能满足对透水路面材料的透水要求，透水系数均大于≥0.1mm/s的标准要求。

实施例3-5和对比例1相比，本发明制备的高耐磨轻质透水混凝土与相同密度下的常规泡沫混凝土相比，其干燥收缩值更小，不易开裂；且其力学性能，明显优于常规泡沫混凝土，抗压强度和抗折强度高，抗冻性满足要求指标，表面耐磨性能好，耐久性好，满足硬质铺装领域对铺装材料的要求。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高耐磨轻质透水混凝土，其特征在于，按重量比例由以下组分组成：

水泥15-30％、掺和料15-35％、骨料30-60％、水7-12％。

其中，所述水泥和掺和料的总和称为凝胶材料。

所述高耐磨轻质透水混凝土还包括纤维，减水剂、发泡剂和稳泡剂。纤维为凝胶材料重量的0.5-3％，发泡剂为凝胶材料重量的0.02-0.5％,稳泡剂为凝胶材料重量的0.02-0.35％，减水剂为凝胶材料重量的0.03-2％。

2.根据权利要求1所述的高耐磨轻质透水混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或磷酸盐水泥其中至少一种水泥。

3.根据权利要求1所述的高耐磨轻质透水混凝土，其特征在于，所述掺和料为体积稳定剂、矿粉、硅灰、煤灰或CaSO₄粉至少一种，所述掺合料的粒径在5微米以下的颗粒占所述掺合料总量的20％。

4.根据权利要求1所述的高耐磨轻质透水混凝土，其特征在于，所述纤维为聚丙烯纤维、聚乙醇纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚甲醛纤维、玻璃纤维、碳纤维、石墨烯纤维等其中至少一种，所述纤维的长度为1.5-30mm。

5.根据权利要求1所述的高耐磨轻质透水混凝土，其特征在于，所述骨料为20-120目的石英砂、金刚砂或陶砂其中至少一种。

6.根据权利要求1所述的高耐磨轻质透水混凝土，其特征在于，所述发泡剂为复合发泡剂、植物发泡剂或动物蛋白发泡剂中至少一种。

7.根据权利要求1所述的高耐磨轻质透水混凝土，其特征在于，所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素醚、甲基纤维素、硅酮酰胺、山梨醇酐硬脂酸酯等高分子中至少一种。

8.根据权利要求1所述的高耐磨轻质透水混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂、木质素磺酸钠盐或萘系高效减水剂等其中一种。

9.权利要求1所述的高耐磨轻质透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：按比例1:20-1:100将发泡剂和水，加入到发泡机中，制备出泡沫，泡沫密度为0.02-0.08g/cm³；

S2：将水泥、掺和料、骨料、纤维、稳泡剂和减水剂按比例称量加入到搅拌机中，干搅拌30-60s，再加入80％的水搅拌3-5min，搅拌成浆体状，扩展度为140-200mm；然后加入剩余的20％的水，继续搅拌2min；

S3：将S1中制备的泡沫加入到搅拌锅中，继续搅拌均匀，倒入模具或现场施工，常温养护1-7d后，对密度较低的表面进行喷亲水性罩面剂，以提高其表面硬度，即得到高耐磨轻质透水混凝土。

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