CN113185238A - 一种高强透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种高强透水混凝土。高强透水混凝土包括以下质量份数的组分：水泥50份；水12.5~14份；粗骨料200~225份；粉煤灰11~14份；硅灰4~7份；减水剂0.2~0.25份；增强剂1.5~3份；所述粗骨料为粒径为3~5mm的小粒径碎石、粒径为5~10mm的中粒径碎石、粒径为10~20mm的大粒径碎石以质量比1：（1.8~2.2）：（1.2~1.4）混合而成；其制备方法为：将全部粗骨料和30~35%的水，搅拌20~30s之后加入水泥、增强剂和减水剂搅拌均匀，再加入剩余水，搅拌1~2min，获得混凝土浆料，成型获得高强透水混凝土。本申请的混凝土具较好的透水性且抗压强度能达到C35。

Description

一种高强透水混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种高强透水混凝土及其制备方法。

背景技术

透水混凝土是一种多孔混凝土，这样的多孔结构可以有效地排掉道路上的水，缓解城市排水的压力；也能够储存水分，在温度高时储存的水分蒸发，起到降温作用，从而降低城市的热岛效应；也能够吸收噪音，作为绿色生态型路面材料，已经成为城市中铺设路面的不可或缺的材料。

透水混凝土由特定粒级的粗骨料(碎石)作为骨架，由胶凝浆体作为粗骨料颗粒之间的胶结层，粗骨料被胶结层粘接后形成的混凝土具有很多孔洞，这些孔洞使透水混凝土具有良好透水、透气性能。

针对上述相关技术，发明人认为透水的孔洞相对比混凝土中因为水化作用形成的孔隙要大许多，导致透水混凝土的抗压强度要比普通混凝土低，因此，如何提高透水混凝土的抗压强度是目前急需解决的问题。

发明内容

为了提高透水混凝土的抗压强度，本申请提供一种高强透水混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高强透水混凝土，采用如下的技术方案：

一种高强透水混凝土包括以下质量份数的组分：

水泥50份；

水12.5～14份；

粗骨料200～225份；

粉煤灰11～14份；

硅灰4～7份；

减水剂0.2～0.25份；

增强剂1.5～3份；

所述粗骨料为粒径为3～5mm的小粒径碎石、粒径为5～10mm的中粒径碎石、粒径为10～20mm的大粒径碎石以质量比1：(1.8～2.2)：(1.2～1.4)混合而成。

粗骨料选择以特定的粒径配合的碎石，最小粒径碎石与现有透水混凝土的碎石大小基本一致，在不影响透水混凝土内部孔洞大小的前提下提高其抗压强度。首先，采用不同粒径的碎石搭建出混凝土的基本骨架，然后调节水与胶凝材料(水泥、粉煤灰和硅灰)之间的配比为0.22～0.28，其中粉煤灰和硅灰的质量比值为0.29～0.64，在两方面共同作用下形成孔隙率达到20％左右，抗压强度达到C35的高抗压强度透水混凝土。

进一步分析其中的原理：由于小粒径碎石比表面积大，能够增大胶凝浆体的整体粘结面积使粘结抗压强度较好，但小粒径碎石颗粒容易团聚而形成一个粘结体，随着压力的增加，这些粘结体会逐渐分离，导致抗压强度降低。所以，结合大粒径碎石之间的咬合力形成“连接桥”，中粒径碎石填充在咬合处的孔洞以形成支点，使连接桥稳定连接，在增加压力后，支点使连接桥稳定连接，连接桥保护小粒径碎石不易被压碎，小粒径碎石与胶凝浆体粘结力好，从而提高了透水混凝土整体的抗压强度。其中，由于透水混凝土的水胶比0.22～0.28，胶凝材料中的粉煤灰、硅灰以0.29～0.64的质量比配合，使制备的胶凝浆体的稀稠度适用于本申请的碎石级配。胶凝浆体不易过稀而流至混凝土底层，使透水混凝土底层的孔洞不易被堵住；同时胶凝浆体不会过稠，使拌料时能够搅拌均匀，胶凝浆体均匀地包裹在本申请的粗骨料的表面，使粗骨料表面被有效包裹，进而使包裹在粗骨料表面的胶凝浆体分布均匀且厚度适宜，最终形成孔隙率达到20％左右，抗压强度达到C35的高抗压强度透水混凝土。

优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐。

在透水混凝土制备过程中，粗骨料被水泥均匀地包裹形成均匀的粘结层尤为重要。由于粗骨料是由不同粒径的碎石配合而成，在水泥包裹过程中容易出现包裹不均的情况，为此特意选择木质素磺酸铵盐。木质素磺酸盐在水溶液中相互搭接，有利于在水泥表面形成吸附网，减少了不同粒径的碎石因为大小不同而使包裹效果不一致的情况，使水泥包裹粗骨料时，形成更为均匀的粘结层，从而进一步提高了混凝土的抗压强度。

优选的，所述木质磺酸盐的分子量为500～1000。

不同分子量对碎石的包裹性能有所区别，根据3～5mm的小粒径碎石、5～10mm的中粒径碎石、10～20mm的大粒径碎石选择分子量为500～1000的木质素磺酸钠，分子量分布范围窄使水泥的分散效果和吸附效果更为均匀，从而进一步提高了水泥和碎石结合的粘结层的均匀性，从而进一步提高了混凝土的抗压强度。

优选的，所述粉煤灰的质量份数为11.5～12份。

通过控制粉煤灰的添加量，孔隙率和透水系数衰减较小，使透水混凝土的抗压强度达到较佳，从而保证在透水的基础上提高抗压强度，达到较佳的综合性能。

优选的，还包括0.5～1.2份亚甲基双萘磺酸钠和0.3～0.6份乙氧基化烷基硫酸钠复配的表面活性剂。

复配的表面活性剂能够形成稠度良好的胶凝浆体，在粗骨料间起润滑作用，避免小粒径碎石被挤碎，进一步提高透水混凝土的抗压强度，同时有利于搅拌，并能保证孔隙率。

第二方面，本申请提供一种高强透水混凝土的的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高强透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)，将全部粗骨料和30～35％的水，搅拌20～30s，得到第一混合料；

步骤2)，向第一混合料中加入水泥、增强剂和减水剂，搅拌20～25s，获得第二混合料；

步骤3)，向第二混合料中加入剩余水，搅拌1～2min，获得混凝土浆料；

步骤4)，成型：将混凝土浆料分两层进行装模、振捣，成型后养护至要求龄期，获得高强透水混凝土。

优选的，所述步骤2)中还加入有亚甲基双萘磺酸钠和乙氧基化烷基硫酸钠。

在机械搅拌的作用下，使水泥与水形成流动度适宜的浆体，均匀包裹在粗骨料表面，增大了粗骨料间的粘结面积，既保证了透水混凝土的连通孔隙率，又提高了抗压强度，还改善了结构的整体稳定性。

优选的，在进行所述步骤1)前对粗骨料用处理液进行预处理，所述处理液由硅酸钠和稀硫酸复配而成。

通过预处理粗骨料，使碎石的表面得到有效清洗，有利于碎石与胶结材浆体的粘结，避免形成抗压强度低的粘结过渡带，从而提高了透水混凝土的抗压强度。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用粗骨料选择以特定的粒径配合的碎石，再此基础上基础上控制透水混凝土的水胶比0.22～0.28，且掺合料采用粉煤灰、硅灰以0.29～0.64的质量比配合，形成的透水混凝土抗压强度均匀，最终形成孔隙率达到20％左右，抗压强度达到C35的高抗压强度透水混凝土。

2、本申请中优选采用木质素磺酸铵盐，木质素磺酸盐在水溶液中相互搭接，有利于在水泥表面形成吸附网，减少了不同碎石之间与因为大小不同而使包裹效果不一致，使水泥包裹粗骨料时，形成更为均匀的粘结层，从而进一步提高了混凝土的抗压强度。

3、本申请中优选采用控制粉煤灰的添加量，虽然会略微损失混凝土的透水性能，但却能使透水混凝土的抗压强度达到较佳，孔隙率和透水系数衰减较小，从而保证在透水的基础上提高抗压强度，达到较佳的综合性能。

4、本申请的方法，通过预处理粗骨料，使碎石的表面得到有效清洗，有利于碎石与胶结材浆体的粘结，避免形成抗压强度低的粘结过渡带，从而提高了透水混凝土的抗压强度

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例中使用的水泥为市售的P.O 42.5普通硅酸盐。

实施例中的粉煤灰是市售的II级粉煤灰。

实施例中的增强剂购自南京火酷新材料科技有限公司的C35耐磨透水混凝土增强剂。

实施例中的硅灰购自广东源磊粉体有限公司牌号为SF95的粉体硅。

实施例中的聚羧酸减水剂购自深圳市君邦建材有限公司货号为001的液体减水剂。

实施例中的亚甲基双萘磺酸钠购自河南德泰化工产品有限公司型号为5040的亚甲基双萘磺酸钠。

实施例中的氧基化烷基硫酸钠采用工业级的乙氧基化烷基硫酸钠。

实施例

实施例1

本实施例公开一种高强透水混凝土，由以下步骤制备而成：

步骤1)，将5.0Kg 3～5mm的小粒径碎石、9.0Kg粒径为5～10mm的中粒径碎石、6.0Kg粒径为10～20mm的大粒径碎石和0.38Kg的水加入搅拌机中，搅拌20s，得到第一混合料；

步骤2)，保持搅拌机转动，向第一混合料中加入5Kg水泥、1.1Kg粉煤灰、0.15Kg增强剂和0.02Kg聚羧酸减水剂，搅拌20s，获得第二混合料；

步骤3)，继续向第二混合料中加入0.87Kg水，搅拌1min，获得混凝土浆料；

步骤4)，成型：将混凝土浆料分两层进行装进100*100mm模具、振捣，成型后养护28d，获得高强透水混凝土。

实施例2

本实施例公开一种高强透水混凝土，由以下步骤制备而成：

步骤1)，将4.9Kg 3～5mm的小粒径碎石、9.8Kg粒径为5～10mm的中粒径碎石、6.4Kg粒径为10～20mm的大粒径碎石和0.43Kg的水加入搅拌机中，搅拌25s，得到第一混合料；

步骤2)，保持搅拌机转动，向第一混合料中加入5Kg水泥、1.25Kg粉煤灰、0.25Kg增强剂和0.023Kg聚羧酸减水剂，搅拌23s，获得第二混合料；

步骤3)，继续向第二混合料中加入0.92Kg水，搅拌1.5min，获得混凝土浆料；

步骤4)，成型：将混凝土浆料分两层进行装进100*100mm模具、振捣，成型后养护28d，获得高强透水混凝土。

实施例3

本实施例公开一种高强透水混凝土，由以下步骤制备而成：

步骤1)，将4.9Kg 3～5mm的小粒径碎石、10.8Kg粒径为5～10mm的中粒径碎石、6.9Kg粒径为10～20mm的大粒径碎石和0.49Kg的水加入搅拌机中，搅拌30s，得到第一混合料；

步骤2)，保持搅拌机转动，向第一混合料中加入5Kg水泥、1.4Kg粉煤灰、0.3Kg增强剂和0.025Kg聚羧酸减水剂，搅拌25s，获得第二混合料；

步骤3)，继续向第二混合料中加入0.91Kg水，搅拌2min，获得混凝土浆料；

步骤4)，成型：将混凝土浆料分两层进行装进100*100mm模具、振捣，成型后养护28d，获得高强透水混凝土。

实施例4

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例2的区别在于：

减水剂使用分子量为1000～2000的木质素磺酸钠。

实施例5

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例4的区别在于：

减水剂使用分子量为1000～2000木质素磺酸镁。

实施例6

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例4的区别在于：

减水剂使用分子量为1000～2000木质素磺酸钙。

实施例7

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例3的区别在于：

减水剂使用分子量为500～1000的木质素磺酸钠。

实施例8

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例2的区别在于：

粉煤灰的投入量为1.15Kg。

实施例9

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例2的区别在于：

粉煤灰的投入量为1.2Kg。

实施例10

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例2的区别在于：

步骤2)中与水泥一起加入搅拌机的还有0.05Kg亚甲基双萘磺酸钠和0.03Kg氧基化烷基硫酸钠复配成的表面活性剂。

实施例11

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例2的区别在于：

步骤2)中与水泥一起加入搅拌机的还有0.12Kg亚甲基双萘磺酸钠和0.06Kg氧基化烷基硫酸钠复配成的表面活性剂。

实施例12

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例7的区别在于：

粉煤灰的投入量为1.17Kg。

步骤2)中与水泥一起加入搅拌机的还有0.08Kg亚甲基双萘磺酸钠和0.045Kg氧基化烷基硫酸钠复配成的表面活性剂。

实施例13

本实施例公开一种高强透水混凝土，与实施例12的区别在于：

进行步骤1)前对碎石用质量浓度为10％的硅酸钠和质量浓度为5％的稀硫酸复配的处理液进行预处理5分钟。

实施例1-12中各组分的投料量见表1。

表1

对比例

对比例1

与实施例2的区别在于，粗骨料使用单一级配5～10mm碎石。

对比例2

与实施例2的区别在于，粗骨料使用单一级配10～15mm碎石。

对比例3

与实施例2的区别在于，粗骨料使用单一级配15～20mm碎石。

对比例4

与实施例2的区别在于，粗骨料为粒径为3～5mm的小粒径碎石、粒径为5～10mm的中粒径碎石、粒径为10～20mm的大粒径碎石以质量比1：1.7：1.1混合而成。

对比例5

与实施例2的区别在于，粗骨料为粒径为3～5mm的小粒径碎石、粒径为5～10mm的中粒径碎石、粒径为10～20mm的大粒径碎石以质量比1：2.3：1.5混合而成。

对比例6

与实施例2的区别在于，掺合料采用粉煤灰、硅灰以0.28质量比配合。

对比例7

与实施例2的区别在于，掺合料采用粉煤灰、硅灰以0.65质量比配合。

性能检测试验

抗压强度检测

根据GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中的抗压强度试验检测以上实施例1-13以及对比例1-7制得的混凝土28d抗压强度(MPa)，详细检测数据见表2。

实验设备：TYE2000型数显式混凝土压力机。

透水检测

将实施例实施例1-13以及对比例1-7制得的混凝土放入容量筒中，称量此时的质量m1，之后向容量筒中加满水，加水过程中轻震容量筒，称量此时的总质量m2，利用公式φ＝(m2-m1)/(Vρ)*100％，其中，V为容量筒的体积，ρ为测量时温度下水的密度(g/ml)，φ为混凝土的孔隙率，详细检测数据见表2。

实验设备：TS-A型透水水泥混凝土透水实验装置。

表2

项目	抗压强度/MPa	孔隙率/％
			实施例1	40.2	22.6
实施例2	40.4	22.5
			实施例3	40.5	22.5
实施例4	41.4	22.7
			实施例5	41.2	22.6
实施例6	41.3	22.7
			实施例7	42.4	22.6
实施例8	41.1	22.4
			实施例9	41.3	22.8
实施例10	41.4	22.7
			实施例11	41.7	22.4
实施例12	43.1	22.9
			实施例13	43.6	23.1
对比例1	30.4	19.2
			对比例2	29.6	18.4
对比例3	30.1	19.4
			对比例4	31.7	19.5
对比例5	29.8	18.1
			对比例6	32.4	18.6
对比例7	30.5	18.2

根据表2中对比例1-3与实施例2的数据对比可得，使用单一级配的碎石混凝土的抗压强度达不到C35的抗压强度要求，而且孔隙率也稍差，对比例4、5与实施例2的数据对比可得，粗骨料为粒径为3～5mm的小粒径碎石、粒径为5～10mm的中粒径碎石、粒径为10～20mm的大粒径碎石的质量比大于或者小于1：(1.8～2.2)：(1.2～1.4)其抗压强度和孔隙率均小于实施例2，对比例6、7与实施例2的数据对比可得，粉煤灰、硅灰之间的质量比大于或者小于0.29～0.64，其抗压强度和孔隙率均小于实施例2，说明透水混凝土的配比同时满足3～5mm的小粒径碎石、粒径为5～10mm的中粒径碎石、粒径为10～20mm的大粒径碎石1：(1.8～2.2)：(1.2～1.4)的质量比以及粉煤灰、硅灰之间的质量比为0.29～0.64，才能使混凝土达到C35抗压强度，且孔隙率为20％左右。

根据表2中实施例4-6与实施例2的数据对比可得，实施例4-6的抗压强度均大于实施例2，孔隙率基本相同，说明减水剂采用木质素磺酸盐进一步提高了混凝土的抗压强度。

根据表2中实施例7与实施例4的数据对比可得，实施例7的抗压强度大于实施例4，孔隙率基本相同，说明木质素磺酸钠分子量选择500～1000使水泥的分散效果和吸附效果更为均匀，从而进一步提高了水泥和碎石结合的粘结层的均匀性，从而进一步提高了混凝土的抗压强度。

根据表2中实施例10、11与实施例2的数据对比可得，实施例10、11的抗压强度均小于实施例2，孔隙率基本相同，说明亚甲基双萘磺酸钠和乙氧基化烷基硫酸钠复配的表面活性剂能够形成稠度良好的胶凝浆体，在碎石粗骨料间起润滑作用，避免粒径小的碎石被挤碎，进一步提高透水混凝土的抗压强度，同时有利于搅拌，并能保证孔隙率。

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)

1.一种高强透水混凝土，其特征在于，包括以下质量份数的组分：

水泥50份；

水12.5~14份；

粗骨料200~225份；

粉煤灰11~14份；

硅灰4~7份；

减水剂0.2~0.25份；

增强剂1.5~3份；

所述粗骨料为粒径为3~5mm的小粒径碎石、粒径为5~10mm的中粒径碎石、粒径为10~20mm的大粒径碎石以质量比1：（1.8~2.2）：（1.2~1.4）混合而成。

2.根据权利要求1所述的高强透水混凝土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐。

3.根据权利要求2所述的高强透水混凝土，其特征在于：所述木质磺酸盐的分子量为500~1000。

4.根据权利要求1-3任一所述的高强透水混凝土，其特征在于：所述粉煤灰的质量份数为11.5~12份。

5.根据权利要求1-3任一所述的高强透水混凝土，其特征在于：还包括0.5~1.2份亚甲基双萘磺酸钠和0.3~0.6份乙氧基化烷基硫酸钠复配的表面活性剂。

6.一种高强透水混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1），将全部粗骨料和30~35%的水，搅拌20~30s，得到第一混合料；

步骤2），向第一混合料中加入水泥、增强剂和减水剂，搅拌20~25s，获得第二混合料；

步骤3），向第二混合料中加入剩余水，搅拌1~2min，获得混凝土浆料；

步骤4），成型：将混凝土浆料分两层进行装模、振捣，成型后养护至要求龄期，获得高强透水混凝土。

7.根据权利要求1所述的高强透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中还加入有0.5~1.2份亚甲基双萘磺酸钠和0.3~0.6份乙氧基化烷基硫酸钠复配的表面活性剂。

8.根据权利要求1所述的高强透水混凝土的制备方法，其特征在于：在进行所述步骤1）前对粗骨料用处理液进行预处理，所述处理液由硅酸钠和稀硫酸复配而成。