CN113698149A - 一种环境友好型透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境友好型透水混凝土及其制备方法，透水混凝土包括如下质量份数的组分：骨料1646份；减水剂1.670‑2.143份；胶凝材料334‑545份；所述透水混凝土的目标空隙率为15％‑25％，水灰比为0.25‑0.3。根据本发明的透水混凝土骨料间粘结性能高，比传统再生骨料透水水泥混凝土的抗压强度明显提升，具有较好柔韧性，弯拉强度好。

Description

一种环境友好型透水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于透水混凝土领域，特别涉及一种环境友好型透水混凝土及其制备方法。

背景技术

透水混凝土的原材料主要有再生骨料、天然骨料、水泥基材、外加剂、掺合料等，其中水泥基材、外加剂、掺合料的体积应小于骨料间空隙的体积，如此混凝土才能有联通空隙达到透水的效果，透水混凝土的空隙率一般为15％-25％。再生骨料透水混凝土不仅能利用废旧混凝土制备的再生骨料，减少城市建筑垃圾的危害，而且可以实现良好的排水功能，降低城市内涝发生的风险，是一种环境友好型的透水混凝土，具有较大的生态效益和社会效益。研究发现，透水混凝土内部的空隙不仅仅是水分的通道，还具有清洁水质、吸声降噪、缓解热岛效应等功能。透水混凝土的运用可以提高行车安全性。路面积水会增加车辆行驶的危险系数，车辆行驶在积水的路面容易发生“漂滑”，路面的积水也会发生“飞溅”，阻挡后车视线，极易发生安全事故，透水路面的铺装可以消除路面积水，有利于居民的出行，减少交通事故，保障居民交通出行安全。透水混凝土运用在透水路面的铺装中，有以下重要意义：

(1)减少城市内涝和实现地下水补给循环的重要途径

近年来，我国多个大中城市频繁遭遇内涝灾害袭击，造成了惨重的人员伤亡和财产损失。此外，由于城域绿化覆盖率降低，大气降水无法及时、有效的渗透入土壤中补充地下水，地下水资源采补平衡遭到严重破坏。因此，城市道路、停车场、人行道及住宅区和园区道路的透水铺装，对于消除城市内涝和实现地下水循环利用是非常重要的途径。

(2)缓解城市热岛效应预防城市病的有效举措

城市建设高速发展一个明显的负效应，是越来越明显的城市热岛效应。将再生骨料透水混凝土应用于透水路面的铺装，可以增强地表的透气性，有利于缓解热岛效应，增加城市居住的舒适度。

(3)促进资源合理利用实现变废为宝的可持续发展需求

随着国家基础设施建设的飞速发展，建筑垃圾和固体废弃物也越来越多，如何合理高效利用这些废旧混凝土是建筑行业亟需解决的问题。将再生骨料运用在透水混凝土中，回收利用了建筑垃圾和固体废弃物，促进了资源合理利用，实现了变废为宝，具有低成本和绿色环保的优势，符合资源的可持续发展需求。

CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》要求道路面层的透水混凝土最低强度等级为C20，弯拉强度≥2.5MPa，透水系数≥0.5mm，联通孔隙率≥10％。由于透水混凝土中具有大量空隙，其力学性能(抗压性能、抗弯拉性能)较普通混凝土会有大幅降低。对于透水混凝土而言，其中掺入了部分再生骨料，再生骨料的基本性能比天然骨料差，其抗压碎值偏高、针片状含量偏大。现阶段，再生骨料透水混凝土的抗压强度、弯拉强度往往比较低，抗压强度可能只能达到十几兆帕，很难达到标准要求。

本发明针对现阶段再生骨料透水水泥混凝土抗压强度、抗弯拉强度较低的问题，提出一种环境友好型透水混凝土及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种环境友好型透水混凝土及其制备方法，根据本发明的再生骨料透水混凝土骨料间粘结性能高，比传统再生骨料透水混凝土的抗压强度明显提升，具有较好柔韧性，弯拉强度较好。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种环境友好型透水混凝土，所述透水混凝土包括如下质量份数的组分：

骨料1646份；

减水剂1.670-2.143份；

胶凝材料334-545份；

所述透水混凝土的目标空隙率为15％-25％，水灰比为0.25-0.3。

进一步地，所述骨料包括天然骨料和再生骨料中的一种或几种，所述再生骨料占骨料质量份数的0-30％，该天然骨料和再生骨料的粒径均为10-20mm。

进一步地，所述再生骨料为建筑垃圾经过分拣、破碎、筛分后的固体混合物。

进一步地，所述胶凝材料为水泥，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。

进一步地，所述胶凝材料为P.O42.5普通硅酸盐水泥、胶粉、PVA、HPMC。

进一步地，在所述胶凝材料中，所述水泥占胶凝材料质量份数的90％-94.5％，胶粉占胶凝材料质量份数的4％-6％，PVA占胶凝材料质量份数的1％-3％，HPMC占胶凝材料质量份数的0.5％-1％。

进一步地，所述胶粉为醋酸乙烯/乙烯共聚胶粉，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

进一步地，还包括一种环境友好型透水混凝土的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)拌和：先将胶凝材料在干粉搅拌机搅拌120s，使胶凝材料混合均匀；再将骨料在普通水泥混凝土拌和机中拌和10s，使骨料分散均匀，加入质量为50％总用水量的水至普通水泥混凝土拌和机中拌和30s，使水均匀撒布在骨料上；最后将减水剂及拌和均匀的胶凝材料加入到普通水泥混凝土拌和机中拌和50s，加入剩余50％的水拌和60s，最终得到透水混凝土混合物；

(2)成型：所述成型采用插捣成型方式：将步骤(1)中得到的透水混凝土混合物分两层装入模具中，每层插捣次数为30次，插捣完成后在模具中静置24h，得到透水混凝土成型试件，透水混凝土试件表面需用保鲜膜封盖住，减少混凝土中的水分散失；

(3)养护：将在步骤(2)中得到透水混凝土成型试件拆模，放入20±2℃水中养护7天或者28天，得到透水混凝土。

进一步地，所述用水总量包括基础用水量和额外用水量，所述额外用水量的计算公式为：

m_add＝m_R(W_R-W₀) (1)

其中：m_add为透水混凝土中的额外用水量(kg)，m_R为透水混凝土中再生骨料的质量(kg)，W_R为再生骨料的24h吸水率(％)，W₀为天然骨料的24h吸水率(％)。

综上所述，由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过将建筑垃圾经过分拣、破碎、筛分后作为再生骨料应用于透水路面中，减少了城市建筑垃圾的危害，避免了自然资源的浪费；

2、通过在本发明的透水混凝土中添加胶粉、PVA(聚乙烯醇)、HPMC(羟丙基甲基纤维素)等增强剂极大的改善了本发明再生骨料透水混凝土的力学性能，其中，胶粉采用醋酸乙烯/乙烯共聚胶粉，能有效提高透水混凝土混合物的粘结性能，进而提高透水混凝土的力学性能；PVA有利于改善水泥砂浆的柔韧性、保水性，并提高砂浆粘结性；HPMC与PVA配合使用，能够有效提高透水混凝土混合物间的粘结强度，提水泥混凝土混合物的分散均匀性，进而增强再生骨料透水水泥混凝土的抗压强度、弯拉强度；

3、通过本发明得到的掺杂了再生骨料的透水混凝土，通过胶凝材料相互间的协同作用，使得本发明的透水混凝土的28天抗压强度增涨幅度为27.5％-43.1％，28天抗弯拉强度增涨幅度为20.1％-37.5％，同时对透水混凝土的透水性基本无影响，达到CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》对道路面层透水混凝土的要求。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本发明主要涉及两种骨料，分别为天然骨料和再生骨料，该天然骨料和再生骨料的粒径为10-20mm，在本发明中，再生骨料为建筑垃圾经过分拣、破碎、筛分后的固体混合物，该再生骨料性能满足表观密度大于2.450t/m³，压碎值小于26％，针片状颗粒小于19％，吸水率小于6％时，均能应用在本发明的环境友好型透水混凝土中，作为优选地，以下实施例中所采用的天然骨料和再生骨料的基本指标信息如表1、表2所示。

表1 10-20mm天然骨料性能指标

表2 10-20mm再生骨料性能指标

本发明提供了在不同空隙率下的10-20mm单粒径骨料透水混凝土(未掺入再生骨料)的基准配合比，其中目标空隙率为15％-25％、水灰比为0.25-0.3，以表3中序号1提供的配合比为例，该10-20mm单粒径骨料透水混凝土(未掺入再生骨料)的制备方法为：先将配合比为545kg/m³的水泥在干粉搅拌机搅拌120s，使之混合均匀；再将配合比为1646kg/m³的天然骨料在普通水泥混凝土拌和机中拌和10s，使天然骨料分散均匀，加入配合比为68kg/m³的水至普通水泥混凝土拌和机中拌和30s，使水均匀撒布在天然骨料上；最后将配合比为2.143kg/m³聚羧酸高性能减水剂及拌和均匀的水泥加入到普通水泥混凝土拌和机中拌和50s，加入剩余配合比为68kg/m³的水拌和60s，最终得到目标空隙率为15％的透水混凝土混合物。表3中，序号2-9所提供的单粒径骨料透水混凝土均由序号1所示出的制备方法获得，具体配合比如表3所示：

表3不同空隙率下的10-20mm单粒径骨料透水混凝土基准配合比

作为优选地，本发明以表3中序号3提供的配合比为基准，对水泥(胶凝材料)和骨料掺杂比例进行了进一步研究，具体透水混凝土配合比如表4所示，表4中所示的配合比适用于再生骨料掺量为0-30％的透水混凝土，胶凝材料包括水泥、胶粉、PVA、HPMC中的一种或几种，其中，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，胶粉为醋酸乙烯/乙烯共聚胶粉，其中，额外用水量由以下公式计算得到：

m_add＝m_R(W_R-W₀) (1)

其中：m_add为透水混凝土中的额外用水量(kg)，m_R为透水混凝土中再生骨料的质量(kg)，W_R为再生骨料的24h吸水率(％)，W₀为天然骨料的24h吸水率(％)。

表4透水混凝土配合比

进一步地，本发明以表4提供的配合比为基准，提供了如表5所示的透水混凝土配合比实施例。

表5透水混凝土配合比实施例

实施例1

一种环境友好型透水混凝土及其制备方法，具体如下：

(1)拌和：先将配合比为489kg/m³的水泥在干粉搅拌机搅拌120s，使之混合均匀；再将配合比为1646kg/m³的天然骨料在普通水泥混凝土拌和机中拌和10s，使天然骨料分散均匀，加入配合比为73kg/m³的水至普通水泥拌和机中拌和30s，使水均匀撒布在天然骨料上；最后将配合比为2.033kg/m³聚羧酸高性能减水剂及拌和均匀的水泥加入到普通水泥混凝土拌和机中拌和50s，加入剩余配合比为73kg/m³的水拌和60s，最终得到透水混凝土混合物；

(2)成型：所述成型采用插捣成型方式：将步骤(1)中得到的透水混凝土混合物分两层装入模具中，每层插捣次数为30次，插捣完成后在模具中静置24h，得到透水混凝土成型试件，并在透水混凝土表面覆盖保鲜膜；

(3)养护：将在步骤(2)中得到透水混凝土成型试件拆模，放入20±2℃水中养护7天或者28天，得到透水混凝土。

本实施例为普通骨料透水混凝土，作为本发明实施例中的对比例。

实施例2

与实施例1的区别在于，再生骨料的掺量为20％，天然骨料为1317kg/m³、再生骨料为329kg/m³，额外用水量为9kg/m³。

实施例2得到的再生骨料透水混凝土。

实施例3

与实施例2的区别在于，在胶凝材料中，胶粉占胶凝材料质量的4％，PVA占胶凝材料质量的1％，HPMC占胶凝材料质量0.5％，水泥占胶凝材料质量的94.5％。

实施例3得到的再生骨料透水混凝土。

实施例4

与实施例2的区别在于，在胶凝材料中，胶粉占胶凝材料质量的5％，PVA占胶凝材料质量的2％，HPMC占胶凝材料质量0.75％，水泥占胶凝材料质量的92.25％。

实施例4得到的再生骨料透水混凝土。

实施例5

与实施例2的区别在于，在胶凝材料中，胶粉占胶凝材料质量的6％，PVA占胶凝材料质量的3％，HPMC占胶凝材料质量1％，水泥占胶凝材料质量的90％。

实施例5得到的再生骨料透水混凝土。

实施例6

与实施例2的区别在于，在胶凝材料中，胶粉占胶凝材料质量的4％，PVA占胶凝材料质量的2％，HPMC占胶凝材料质量1％，水泥占胶凝材料质量的93％。

实施例6得到的再生骨料透水混凝土。

实施例7

与实施例2的区别在于，在胶凝材料中，胶粉占胶凝材料质量的5％，PVA占胶凝材料质量的3％，HPMC占胶凝材料质量1％，水泥占胶凝材料质量的91％。

实施例7得到的再生骨料透水混凝土。

针对上述本发明提出的实施例1-7，对实施例所得透水混凝土的基本性能进行测试，其中抗压强度、抗弯拉强度测试根据国家标准GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》所述的方法进行测试；透水率测试根据标准CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》所述的方法测定，其具体实施效果如表6所示：

表6透水混凝土配合比实施例基本性能

由表6可知，没有掺加增强剂(胶粉、PVA、HPMC)的透水混凝土的28天抗压强度为17.57MPa，28天弯拉强度为2.375MPa，透水系数为1.556mm/s，其无法达到CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》对道路面层透水混凝土的要求(最低强度等级为C20，弯拉强度≥2.5MPa)，意味该配方下的再生骨料透水混凝土无法在道路铺满工程中使用；在再生骨料透水混凝土中掺入增强剂(胶粉、PVA、HPMC)后，再生骨料透水混凝土的力学性能得到明显提升，但同时对透水混凝土的透水性基本无影响，透水系数变化不大。再生骨料透水混凝土中掺入增强剂，其28天抗压强度增涨幅度为27.5％-43.1％，28天弯拉强度增涨幅度为20.1％-37.5％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述解释的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (9)

1.一种环境友好型透水混凝土，其特征在于，所述透水混凝土包括如下质量份数的组分：

骨料 1646份；

减水剂 1.670-2.143份；

胶凝材料 334-545份；

所述透水混凝土的目标空隙率为15％-25％，水灰比为0.25-0.3。

2.如权利要求1所述的一种环境友好型透水混凝土，其特征在于，所述骨料包括天然骨料和再生骨料中的一种或几种，所述再生骨料占骨料质量份数的0-30％，该天然骨料和再生骨料的粒径均为10-20mm。

3.如权利要求2所述的一种环境友好型透水混凝土，其特征在于，所述再生骨料为建筑垃圾经过分拣、破碎、筛分后的固体混合物。

4.如权利要求3所述的一种环境友好型透水混凝土，其特征在于，所述胶凝材料为水泥，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。

5.如权利要求3所述的一种环境友好型透水混凝土，其特征在于，所述胶凝材料为P.O42.5普通硅酸盐水泥、胶粉、PVA、HPMC。

6.如权利要求5所述的一种环境友好型透水混凝土，其特征在于，在所述胶凝材料中，所述水泥占胶凝材料质量份数的90％-94.5％，胶粉占胶凝材料质量份数的4％-6％，PVA占胶凝材料质量份数的1％-3％，HPMC占胶凝材料质量份数的0.5％-1％。

7.如权利要求1所述的一种环境友好型透水混凝土，其特征在于，所述胶粉为醋酸乙烯/乙烯共聚胶粉，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂中的任一种。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的环境友好型透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)拌和：先将胶凝材料在干粉搅拌机搅拌120s，使胶凝材料混合均匀；再将骨料在普通水泥混凝土拌和机中拌和10s，使骨料分散均匀，加入质量为50％总用水量的水至普通水泥混凝土拌和机中拌和30s，使水均匀撒布在骨料上；最后将减水剂及拌和均匀的胶凝材料加入到普通水泥混凝土拌和机中拌和50s，加入剩余50％的水拌和60s，最终得到透水混凝土混合物；

(2)成型：所述成型采用插捣成型方式：将步骤(1)中得到的透水混凝土混合物分两层装入模具中，每层插捣次数为30次，插捣完成后在模具中静置24h，得到透水混凝土成型试件，透水混凝土试件表面需用保鲜膜封盖住，减少混凝土中的水分散失；

(3)养护：将在步骤(2)中得到透水混凝土成型试件拆模，放入20±2℃水中养护7天或者28天，得到透水混凝土。

9.如权利要求8所述的一种环境友好型透水混凝土的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述用水总量包括基础用水量和额外用水量，所述额外用水量的计算公式为：

m_add＝m_R(W_R-W₀) (1)

其中：m_add为透水混凝土中的额外用水量(kg)，m_R为透水混凝土中再生骨料的质量(kg)，W_R为再生骨料的24h吸水率(％)，W₀为天然骨料的24h吸水率(％)。