CN113354327A - 一种透水混凝土的增强剂 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种透水混凝土的增强剂，包括以下质量分数的组分：水50份；硝酸钙4.5~8份；亚硝酸钙3.6~6.8份；氯化亚铁2~5份；微硅粉1.8~4.6份；硝酸钠1.5~3.5份；表面活性剂1.2~1.4份；助剂0.8~1.6份。其制备方法为：将占水总质量20~30%的水与表面活性剂混合搅拌均匀，之后加入硝酸钙、亚硝酸钙、氯化亚铁、硝酸钠、助剂和剩余水搅拌均匀，最后加入微硅粉继续搅拌均匀，获得透水混凝土的增强剂。本申请增强剂具有在保证透水混凝土的孔隙率的前提下，更大程度提高了透水混凝土的抗压强度优点。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种透水混凝土的增强剂。
背景技术
海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适 应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为 “水弹性城市”。混凝土路面导致城市中地下水缺失，影响地面的生态系统 ，使水生态无法正常循环，打破了城市生态平衡的平衡，影响了植被的正常生 长。
在新形势下，海绵城市是推动绿色建筑建设，低碳城市发展，智慧城市形 成的创新表现。海绵城市中主要是利用透水混凝土的透水性将路面上的水导入 地下，减少了路面积水的同时补充了地下水。
透水混凝土由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布 的蜂窝状结构，路面上的水通过透水混凝土的孔穴渗透到地下实现排水的功能， 但因为透水混凝土孔穴的存在导致其抗压强度较低。目前，常用的是加入增强 剂提高透水混凝土的强度。
针对上述相关技术，发明人认为目前采用的增强剂通常是损失透水混凝土 的孔隙率来提高抗压强度，而且对透水混凝土的抗压强度改善有限，因此，还 有改善的空间。
发明内容
为了使增强剂具有环保性且有效提高透水混凝土的抗压强度，本申请提供 一种透水混凝土的增强剂。
一种透水混凝土的增强剂，包括以下质量份数的组分：
水50份；
硝酸钙4.5～8份；
亚硝酸钙3.6～6.8份；
氯化亚铁2～5份；
微硅粉1.8～4.6份；
硝酸钠1.5～3.5份；
表面活性剂1.2～1.4份；
助剂0.8～1.6份。
透水混凝土内部的孔分为有效孔和无效孔，有效孔是指能通过水上下贯通 的孔，无效孔是指水泥水化过程中产生的气泡形成的闭孔，这样的闭孔不但不 能透过水，而且会降低混凝土的抗压强度。透水混凝土中矛盾的一点就是孔隙 率越大，抗压强度越小，二者呈反比关系。通过上述组分以特定比例配合，减 少了闭合的无效孔，因此，在具有相同的孔隙率的情况下，本申请的增强剂 能够提高混凝土的抗压强度；另外，硝酸钙、亚硝酸钙、氯化亚铁、微硅粉 和硝酸钠协同配合，增大了水泥浆体的粘聚性，使浆体中的水泥颗粒堆积更 加紧密，增加了开孔外水泥的密实度，提升了最终透水混凝土的力学性能； 再者，硝酸钙、亚硝酸钙、氯化亚铁、微硅粉和硝酸钠共同作用使水泥浆体 均匀密实的包裹在骨料表面，增大了骨料间的粘结强度，从而提升了透水混 凝土的抗压强度。
本申请的增强剂能够增强混凝土内部有效孔隙体积的功能，使水泥浆体 与其他原材料能够充分融合，不仅加强了透水混凝土内部骨料和水泥浆体的 连通性，同时改善了骨料与硬化浆体之间的界面性状，从而提高了透水混凝 土的实测孔隙率。
优选的，所述微硅粉的比表面积为15000～20000m2/kg。
采用比表面积为15000～20000m2/kg的微硅粉更快速与水泥水化生成的CH 反应，生成网状的结晶体，结晶体更快速填在形成的闭孔中并与混凝土结合成 整体，使除开孔外的混凝土更致密，未参与反应的微硅粉进一步对骨料和水泥 浆体结合的界面处的孔隙起到微填充的作用，使得孔隙减小，提高水泥浆体和 骨料之间的粘结力，从而进一步提高了混凝土抗压强度。
优选的，所述助剂包括占增强剂总质量0.4～0.8份的木糖醇。
木糖醇在水泥水化过程中能够降低混凝土的水化热，减少了混凝土体系中 存在的局部水泥颗粒比重偏大的不均匀的情况，改善了混凝土因水化热偏高或 局部水化热不均匀引起混凝土不密实的问题，从而提高了混凝土的抗压强度。
优选的，所述助剂还包括0.3～0.5份硫酸钙晶须和0.1～0.3份的氯化镁。
硫酸钙晶须与氯化镁配合，对浆体的水化早期和水化后期共同作用。前 期，氯化镁能使浆体中水泥水化产生的Ca(OH)2得到有效消耗，并产生许 多水化产物，促进水化反应，使透水混凝土早期强度得到提高，在第五天时 水化逐渐稳定，水泥水化程度也十分接近，此时硫酸钙晶须可以抑制Ca(OH) 2的生长结晶，避免浆体和界面过渡区出现微观缺陷，提升透水混凝土后期的 抗压强度，另外增强剂中的硫酸钙晶须可作为无机填料，在水泥水化时填充 于闭孔中，使得骨架更加密实，最终增强了透水混凝土抗压强度。
优选的，所述表面活性剂是十二烷基二甲基羟丙基潢基甜菜碱和二辛基 琥珀酸磺酸钠以质量比1：(0.5～0.8)复配而成。
通过十二烷基二甲基羟丙基潢基甜菜碱和二辛基琥珀酸磺酸钠以质量比 1：(0.5～0.8)复配加入水泥中，在透水混凝土养护过程中，减少拌合水泥浆 体时产生的针状棒钙矾石和纤维状的C-S-H凝胶，使得骨料与水泥浆体界面连 接更紧实，从而提高了透水混凝土抗压强度。
优选的，所述增强剂还包括0.3～0.6份粉煤灰。
通过加入特定比例用量的粉煤灰与微硅粉协同配合，粉煤灰的二次水化 反应有利于减少和降低混凝土基体中单位区域可碳化物质的数量和碱度，微 硅粉在水泥水化产物和其他一些化合物的激发作用下也有可能会发生二次水 化反应生成具有胶凝性的产物，这些产物会填充水泥浆体中的有害孔，改善 硬化水泥浆体的微观结构，从而进一步提高了透水混凝土的抗压强度。
优选的，所述透水混凝土的增强剂通过以下步骤制备：
步骤1)，将占水总质量20～30％的水与表面活性剂混合搅拌均匀，获得第 一混合液；
步骤2)，向第一混合液中加入剩余水、硝酸钙、亚硝酸钙、氯化亚铁、硝 酸钠和助剂搅拌5～10min，搅拌速度80～120r/min，获得第二混合液；
步骤3)，向第二混合液中加入微硅粉继续搅拌10～15分钟，转速 120～150r/min，获得透水混凝土的增强剂。
优选的，所述步骤3)中加入有0.3～0.6份粉煤灰。
先用水和表面活性剂混合形成分散液，再加入无机物充分混合，最后加 入微硅粉、粉煤灰多孔材料，能够使曾庆集中各个组分混合均匀，并且形成 稳定的增强体系。
优选的，上述透水混凝土的增强剂的掺量占水泥总质量的2～3％。
2～3％的增强剂的掺量能够很好地发挥增强剂的作用，在保证透水混凝土 的孔隙率的前提下，更大程度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、由于本申请采用硝酸钙、亚硝酸钙、氯化亚铁、微硅粉和硝酸钠协同配 合，增大了水泥浆体的粘聚性，使浆体中的水泥颗粒堆积更加紧密，也增大了 骨料间的粘结强度，从而提升了透水混凝土的抗压强度。
2、本申请中优选采用比表面积为15000～20000m2/kg的微硅粉使除开孔外 的混凝土更致密，使得孔隙减小，提高水泥浆体和骨料之间的粘结力，从而进 一步提高了混凝土抗压强度。
3、本申请通过特定比例的粉煤灰与微硅粉协同配合，填充水泥浆体中的有 害孔，改善硬化水泥浆体的微观结构，从而进一步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。
实施例中的十二烷基二甲基羟丙基潢基甜菜碱购自广州叶互生贸易有限公 司型号为BS-12的十二烷基二甲基羟丙基潢基甜菜碱。
实施例中的二辛基琥珀酸磺酸钠购自南通辰润化工有限公司货号为01的二 辛基琥珀酸磺酸钠。
实施例中的粉煤灰使用市售的II级粉煤灰。
实施例中的硫酸钙晶须购自广州保成新材料科技有限公司型号为SK-30的 硫酸钙晶须。
实施例中的木糖醇购自广东欧斯曼生物科技有限公司型号为01的木糖醇。
增强剂的实施例
实施例1
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，由以下步骤制备而成：
步骤1)，将占水总质量20％的水与表面活性剂加入搅拌机中搅拌3min， 转速60r/min，获得第一混合液；
步骤2)，将剩余水、硝酸钙、亚硝酸钙、氯化亚铁、硝酸钠和助剂加入搅 拌机中搅拌5min，搅拌速度80r/min，获得第二混合液；
步骤3)，向搅拌机中加入微硅粉继续搅拌10分钟，转速120r/min，获得 透水混凝土的增强剂。
实施例2
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，由以下步骤制备而成：
步骤1)，将占水总质量25％的水与表面活性剂加入搅拌机中搅拌4min， 转速70r/min，获得第一混合液；
步骤2)，将剩余水、硝酸钙、亚硝酸钙、氯化亚铁、硝酸钠和助剂加入搅 拌机中搅拌8min，搅拌速度100r/min，获得第二混合液；
步骤3)，向搅拌机中加入微硅粉继续搅拌13分钟，转速135r/min，获得 透水混凝土的增强剂。
实施例3
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，由以下步骤制备而成：
步骤1)，将占水总质量30％的水与表面活性剂加入搅拌机中搅拌5min， 转速80r/min，获得第一混合液；
步骤2)，将剩余水、硝酸钙、亚硝酸钙、氯化亚铁、硝酸钠和助剂加入搅 拌机中搅拌10min，搅拌速度120r/min，获得第二混合液；
步骤3)，向搅拌机中加入微硅粉继续搅拌15分钟，转速150r/min，获得 透水混凝土的增强剂。
实施例1-3的组分投入量见表1，单位：Kg.
表1
实施例4
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例2的区别在于 微硅粉的比表面积为15000m2/kg。
实施例5
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例2的区别在于 微硅粉的比表面积为20000m2/kg。
实施例6
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例2的区别在于 助剂为0.12Kg硫酸钙晶须和0.04Kg木糖醇复配而成。
实施例7
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例2的区别在于 助剂为0.12Kg硫酸钙晶须和0.08Kg木糖醇复配而成。
实施例8
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例6的区别在于 助剂为0.03Kg硫酸钙晶须、0.01Kg氯化镁和0.04Kg木糖醇复配而成。
实施例9
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例6的区别在于 助剂为0.05Kg硫酸钙晶须、0.03Kg氯化镁和0.04Kg木糖醇复配而成。
实施例10
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例2的区别在于 表面活性剂为0.09Kg十二烷基二甲基羟丙基潢基甜菜碱和0.04Kg二辛 基琥珀酸磺酸钠复配而成。
实施例11
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例2的区别在于 表面活性剂为0.07Kg十二烷基二甲基羟丙基潢基甜菜碱和0.06Kg二辛 基琥珀酸磺酸钠复配而成。
实施例12
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例2的区别在于 助剂为0.12Kg硫酸钙晶须和0.03Kg粉煤灰复配而成。
实施例13
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例2的区别在于 助剂为0.12Kg硫酸钙晶须和0.06Kg粉煤灰复配而成。
实施例14
本实施例公开一种透水混凝土的增强剂，与实施例9的区别在于 表面活性剂为0.08Kg十二烷基二甲基羟丙基潢基甜菜碱和0.05Kg二辛 基琥珀酸磺酸钠复配而成。
助剂为0.04Kg硫酸钙晶须、0.025Kg氯化镁、0.045Kg粉煤灰和0.06Kg 木糖醇复配而成。
对比例
对比例1
市售的透水混凝土增强剂。
应用例1
本应用例公开一种混凝土，将以上实施例1制备的增强剂应用在透水性混 凝土中，透水混凝土的配方为：普通硅酸盐水泥42.5用量为5kg、骨料为碎石 (粒径为5-10mm)20Kg，水1.3Kg，增强剂的用量为水泥总重量的2.0％，透水混 凝土的制备按照常规的方法进行，之后养护28天，获得透水混凝土。
应用例2-15
本应用例公开一种混凝土，将以上实施例2-14和对比例1制备的增强剂应 用在透水性混凝土中，透水混凝土的配方为：普通硅酸盐水泥42.5用量为用量 为5kg、骨料为碎石(粒径为5-10mm)20Kg，水1.3Kg，增强剂的用量为水泥总 重量的3.0％，透水混凝土的制备按照常规的方法进行，之后养护28天，获得 透水混凝土。
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 试验检测以上应用例1-15制得的透水混凝土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
将应用例1-15制得的透水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。
详细检测数据见表2。
表2
| 项目 | 抗压强度/MPa | 孔隙率/％ |
| 实施例1 | 35.3 | 21.4 |
| 实施例2 | 35.5 | 21.3 |
| 实施例3 | 35.6 | 21.3 |
| 实施例4 | 36.8 | 21.5 |
| 实施例5 | 36.7 | 21.4 |
| 实施例6 | 37.1 | 21.5 |
| 实施例7 | 36.9 | 21.4 |
| 实施例8 | 37.7 | 21.2 |
| 实施例9 | 37.9 | 21.6 |
| 实施例10 | 36.5 | 21.5 |
| 实施例11 | 36.6 | 21.2 |
| 实施例12 | 36.8 | 21.7 |
| 实施例13 | 36.6 | 21.9 |
| 实施例14 | 38.7 | 22.3 |
| 实施例15 | 29.6 | 20.2 |
根据表2中实施例15与实施例2的数据对比可得，实施例15的抗压强度 和孔隙率均小于实施例2，说明相对比现有的增强剂，使用硝酸钙、亚硝酸钙、 氯化亚铁、微硅粉和硝酸钠协同配合配置的增强剂能够增大了水泥浆体的粘 聚性，使浆体中的水泥颗粒堆积更加紧密，也能使水泥浆体均匀密实的包裹 在骨料表面，增大了骨料间的粘结强度，从而提升了透水混凝土的抗压强度。
根据表2中实施例4、5与实施例3的数据对比可得，实施例4、5的抗 压强度均大于实施例2，孔隙率基本相同，说明微硅粉的比表面积选择 15000～2000m2/kg能够进一步提高水泥浆体和骨料之间的粘结力，从而进一步提 高了混凝土抗压强度。
根据表2中实施例6、7和实施例2的数据对比可得，实施例6、7的抗压 强度均大于实施例2，孔隙率基本相同，说明加入木糖醇能够降低混凝土的水 化热，改善了混凝土因水化热偏高或局部水化热不均匀引起混凝土不密实的问 题，从而进一步提高了混凝土的抗压强度。
根据表2中实施例8、9和实施例5的数据对比可得，实施例8、9的抗压 强度均大于实施例5，孔隙率基本相同，说明硫酸钙晶须与氯化镁配合，对 浆体的水化早期和水化后期共同作用。前期氯化镁能使浆体中水泥水化产生 的Ca(OH)2得到有效消耗，促进水化反应，使透水混凝土早期强度得到提 高，逐渐地水泥水化程度也十分接近，此时硫酸钙晶须可以抑制Ca(OH)2的生长结晶，避免浆体和界面过渡区出现微观缺陷，提升透水混凝土后期的抗压强度，而且，增强剂中的硫酸钙晶须在水泥水化时填充于闭孔中，使得 骨架更加密实，最终增强了透水混凝土抗压强度。
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 的抗压强度均大于实施例2，孔隙率基本相同，说明表面活性剂特意选择十 二烷基二甲基羟丙基潢基甜菜碱和二辛基琥珀酸磺酸钠并以质量比1：(0.5～0.8)复配，在透水混凝土养护过程中，能够使得骨料与水泥浆体界面连 接更紧实，从而提高了透水混凝土抗压强度。
根据表2中实施例12、13与实施例2的数据对比可得，实施例11、12 的抗压强度均大于实施例2，孔隙率基本相同，说明加入特定比例用量的粉 煤灰与微硅粉协同配合，会发生二次水化反应生成具有胶凝性的产物填充水 泥浆体中的有害孔，改善硬化水泥浆体的微观结构，从而进一步提高了透水 混凝土的抗压强度。
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 (9)
1.一种透水混凝土的增强剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：
水50份；
硝酸钙4.5~8份；
亚硝酸钙3.6~6.8份；
氯化亚铁2~5份；
微硅粉1.8~4.6份；
硝酸钠1.5~3.5份；
表面活性剂1.2~1.4份；
助剂0.8~1.6份。
2.根据权利要求1所述的透水混凝土的增强剂，其特征在于：所述微硅粉的比表面积为15000~20000m2/kg。
3.根据权利要求1所述的透水混凝土的增强剂，其特征在于：所述助剂包括占增强剂总质量0.4~0.8份的木糖醇。
4.根据权利要求3所述的透水混凝土的增强剂，其特征在于：所述助剂还包括0.3~0.5份硫酸钙晶须和0.1~0.3份的氯化镁。
5.根据权利要求1所述的透水混凝土的增强剂，其特征在于：所述表面活性剂是十二烷基二甲基羟丙基潢基甜菜碱和二辛基琥珀酸磺酸钠以质量比1：（0.5~0.8）复配而成。
6.根据权利要求1所述的透水混凝土的增强剂，其特征在于：所述增强剂还包括0.3~0.6份粉煤灰。
7.根据权利要求1所述的透水混凝土的增强剂，其特征在于：所述透水混凝土的增强剂通过以下步骤制备：
步骤1），将占水总质量20~30%的水与表面活性剂混合搅拌均匀，获得第一混合液；
步骤2），箱第一混合液中加入剩余水、硝酸钙、亚硝酸钙、氯化亚铁、硝酸钠和助剂搅拌5~10min，搅拌速度80~120r/min，获得第二混合液；
步骤3），向第二混合液中加入微硅粉继续搅拌10~15分钟，转速120~150r/min，获得透水混凝土的增强剂。
8.根据权利要求7所述的透水混凝土的增强剂，其特征在于：所述步骤3）中加入有0.3~0.6份粉煤灰。
9.根据权利要求1-8任一所述的透水混凝土的增强剂，其特征在于：所述透水混凝土的增强剂的掺量占水泥总质量的2~3%。
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