CN114380549A - 一种环保型高透水性混凝土 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种环保型高透水性混凝土及其生产工艺。本申请的环保型高透水混凝土，主要由如下重量份数的原料制成：水泥350‑480份、石料1350‑1500份、硅灰20‑50份、粉煤灰5‑10份、粘胶纤维2‑5份、玻璃纤维4‑7份、纳米碳酸钙1‑3份、减水剂8‑12份、水150‑180份、增强剂15‑22份；增强剂为烷基二硫代磷酸锌、β‑环糊精中的至少一种与聚丙二醇烷基醚按质量比(3‑7):(10‑15)组成。本申请的环保型高透水性混凝土可用于建筑、道路、装饰装修施工，其具有高透水率、强度高的优点。

Description

一种环保型高透水性混凝土

技术领域

本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种环保型高透水性混凝土及其生产工艺。

背景技术

透水混凝土是由凝胶材料、粗骨料、水、外加剂按照一定比例配制而成的具有连通孔隙的多孔混凝土，具有透气、透水、净化水体、吸音降噪、改善地表土壤的生态环境以及缓解城市热岛效应的优点。

由于透水混凝土是骨架空隙结构，其内部的粗骨料比较多，内部缝隙的填补能力不强，空隙率较大，使得水泥与骨料界面的粘结强度较低，形成混凝土的应力薄弱处，容易受到破坏，导致强度不高。如果增加水泥的用量，虽然透水混凝土的强度得以提高，但是其透水性能下降，因此如何平衡透水混凝土透水性能和强度是急需要解决的问题。

申请公布号为CN107673699A的中国专利申请公开了一种高强高透水率混凝土及其制备方法，其是以碎石和砖骨料混合作为粗骨料，以硅灰、木质磺酸钾和硅酸钠混合作为增强剂，再加入水泥、乳化剂和水制得，具有较好的透水性能。

针对上述的高透水混凝土，发明人认为其透水性能虽然较佳，但是力学性能较差。

发明内容

为了提高透水混凝土的力学性能，本申请提供一种环保型高透水性混凝土及其生产工艺。

第一方面，本申请提供一种环保型高透水性混凝土，采用如下的技术方案：

一种环保型高透水性混凝土，主要由如下重量份数的原料制成：水泥350-480份、石料1350- 1500份、硅灰20-50份、粉煤灰5-10份、粘胶纤维2-5份、玻璃纤维4-7份、纳米碳酸钙1- 3份、减水剂8-12份、水150-180份、增强剂15-22份；增强剂为烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精中的至少一种与聚丙二醇烷基醚按质量比(3-7):(10-15)组成。

通过采用上述技术方案，将水泥、石料、水混合形成凝胶体系，硅灰、粉煤灰以及纳米碳酸钙能够填充在石料形成的缝隙之中，增强石料、水泥之间界面层的结合程度，在保证形成透水孔隙结构的同时增强孔隙结构的强度。并且，粘胶纤维和玻璃纤维在凝胶体系中均匀分散，起到增韧、锚固作用，粘胶纤维的优良吸水性还能够增强混凝土的透水性能，并在后续的自然降解中在混凝土内形成毛细结构。另外，增强剂中的烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精、聚丙二醇烷基醚分散在凝胶体系内，形成包裹石料的包覆层，提高水泥浆料与石料之间的结合力，改善凝胶体系内的微隙结构，使得混凝土的强度和透水性能都得以提升。

优选的，环保型高透水性混凝土主要由如下重量份数的原料制成：水泥380-420份、石料1400-1500份、硅灰30-40份、粉煤灰7-9份、粘胶纤维3.5-4份、玻璃纤维5-6份、纳米碳酸钙1.5-2份、减水剂9-11份、水160-170份、增强剂17-19份；增强剂为烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精中的至少一种与聚丙二醇烷基醚按质量比(3-7):(10-15)组成。

通过采用上述技术方案，优化各组分之间的配比，使得混凝土的内部摩擦力和空隙率达到较为平衡的状态，透视性能和力学性能均衡适中。

优选的，增强剂由烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精、聚丙二醇烷基醚按质量比(1-2):(2- 5):(10-15)组成。

通过采用上述技术方案，调整增强剂中各组分之间的配比，降低石料、水泥浆料之间的不正常接触和包覆，提高相邻石料组分之间的接触点面积，减少内应力集中的现象，进一步提升混凝土的强度。

优选的，β-环糊精由羧甲基-β-环糊精、磺丁基-β-环糊精按质量比(2-5):(1-3)组成。

通过采用上述技术方案，羧甲基-β-环糊精、磺丁基-β-环糊精含有更过的极性基团，提升水泥浆料与石料之间的界面结合力，并且羧甲基-β-环糊精、磺丁基-β-环糊精分子为内腔疏水性,外表面为亲水性的分子结构，进一步提高石料组分和水泥浆料之间的粘结力。

优选的，水泥与增强剂的质量比为(17-25):1。

通过采用上述技术方案，水泥和增强剂按上述比例进行复配时，混凝土的透水性能和强度更加均衡。

优选的，玻璃纤维经过3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷改性处理。

通过采用上述技术方案，玻璃纤维经过3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷改性处理后，其湿态性能得到提升，并且提高玻璃纤维与其他原料之间的结合力，进一步提升了混凝土的机械性能。

优选的，原料中还包括(1.2-3.5)重量份数的N-(β氨乙基)-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷。

通过采用上述技术方案，N-(β氨乙基)-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷进一步提高了凝胶体系中各组分之间的粘结能力，提升混凝土的强度。

优选的，原料中还包括(0.3-0.8)重量份数的二甲基硅油。

通过采用上述技术方案，二甲基硅油均匀分散在凝胶体系内，降低石料与水泥浆料之间的界面张力，提高凝胶体系的流动性和分散性，改善混凝土的微隙结构，混凝土的各向同性好。

第二方面，本申请提供一种环保型高透水性混凝土的生产工艺，采用如下的技术方案：

一种环保型高透水性混凝土的生产工艺，包括如下步骤：

S1：将水泥、硅灰、粉煤灰、粘胶纤维、玻璃纤维、纳米碳酸钙混合均匀制得混合料；

S2：将水、减水剂、增强剂加入到步骤S1中的混合料内混合均匀制得料浆；

S3：将石料加入到步骤S2中的料浆内混合均匀即得。

通过采用上述技术方案，先将水泥、硅灰、粉煤灰、粘胶纤维、玻璃纤维、纳米碳酸钙混合均匀，保证粉煤灰、硅灰中活性颗粒活性，再将水、减水剂、增强剂与之混合，使各原料形成较佳流变性的凝胶体系，然后再将石料加入混合，对石料进行充分的包覆，形成均一、稳定的混凝土料浆。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用增强剂、粉煤灰、硅灰、粘胶纤维、玻璃纤维等协同配合，大大增强了混凝土的透水性能和机械性能，透水系数达到1.13mm/s，抗压强度达到36.3MPa。

2、本申请中优选采用羧甲基-β-环糊精、磺丁基-β-环糊精以及改性玻璃纤维，进一步提高了混凝土的强度和透水性能，其透水系数达到1.46mm/s，抗压强度达到39.6MPa。

3、本申请中采用N-(β氨乙基)-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷和二甲基硅油进一步改善凝胶体系内的界面结合作用，改善混凝土的微隙结构，将混凝土的透水系数提升至1.62，抗压强度增加至41.5MPa。

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。

本申请的环保型高透水性混凝土，主要由如下重量份数的原料制成：水泥350-480份、石料1350-1500份、硅灰20-50份、粉煤灰5-10份、粘胶纤维2-5份、玻璃纤维4-7份、纳米碳酸钙1-3份、减水剂8-12份、水150-180份、增强剂15-22份；增强剂为烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精中的至少一种与聚丙二醇烷基醚按质量比(3-7):(10-15)组成。

优选的，水泥为普通硅酸盐水泥，标号42.5R。优选的，石料为5-20cm连续级配，压碎值小于13％，针片状颗粒含量小于25％。

优选的，粉煤灰为一级粉煤灰，需水量小于93％，三氧化硅含量小于5％。

优选的，硅灰的型号为SY-90，二氧化硅含量90％，水分含量0.7-2％。

优选的，粘胶纤维的平均长度为25mm，规格为300D。

优选的，玻璃纤维的断裂伸长率为0.45％，平均长度为20mm。

优选的，纳米碳酸钙的平均粒径为6.5μm。

优选的，减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量20-25％，减水率30-40％。

优选的，当增强剂为烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精两者共同与聚丙二醇烷基醚进行复配时，增强剂为烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精两者的质量之和与聚丙二醇烷基醚按质量比(3-7):(10-15)组成。

本申请的环保型高透水性混凝土生产工艺中，步骤S1中将水泥、硅灰、粉煤灰、粘胶纤维、玻璃纤维、纳米碳酸钙混合均匀是以600-800rpm的转速搅拌15-30min。进一步优选的，步骤S1中将水泥、硅灰、粉煤灰、粘胶纤维、玻璃纤维、纳米碳酸钙混合均匀是以 750rpm的转速搅拌20min。

步骤S2将水、减水剂、增强剂加入到步骤S1中的混合料内混合均匀是以800-1000rpm的转速搅拌2-6min。进一步优选的，步骤S2将水、减水剂、增强剂加入到步骤S1 中的混合料内混合均匀是以900rpm的转速搅拌3min。

本申请实施例及对比例主要原料信息如表1所示。

表1本申请实施例及对比例主要原料信息

实施例

实施例1

本实施例的环保型高透水性混凝土，由如下重量的原料制成：水泥350kg、石料1350kg、硅灰20kg、粉煤灰5kg、粘胶纤维2kg、玻璃纤维4kg、纳米碳酸钙1kg、减水剂8kg、水150kg、增强剂15kg。增强剂由烷基二硫代磷酸锌、聚丙二醇烷基醚按质量比3:10组成。

其中，水泥为普通硅酸盐水泥，标号42.5R，生产厂家为湖南鑫鼎力新材料科技有限公司。石料为5-20cm连续级配，压碎值小于13％，针片状颗粒含量小于25％，生产厂家为廊坊松兴新型建材有限公司。硅灰的型号为SY-90，二氧化硅含量90％，水分含量0.7-2％，生产厂家为甘肃三远硅材料有限公司。粉煤灰为一级粉煤灰，需水量小于93％，三氧化硅含量小于5％，生产厂家为石家庄驰霖矿产品有限公司。粘胶纤维的平均长度为25mm，规格为300D，生产厂家为新乡白鹭化纤集团有限公司。玻璃纤维的断裂伸长率为0.45％，平均长度为20mm，生产厂家为山东恒泰新材料科技有限公司。纳米碳酸钙的平均粒径为6.5μm，生产厂家为东莞市强宇新材料有限公司。减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量20-25％，减水率30-40％，生产厂家为重庆凝达科技有限公司。聚丙二醇烷基醚的纯度为99％，生产厂家为武汉卡米克科技有限公司。烷基二硫代磷酸锌的生产厂家为山东滨州智源生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的生产工艺，包括如下步骤：

S1：将水泥、硅灰、粉煤灰、粘胶纤维、玻璃纤维、纳米碳酸钙以750rpm的转速搅拌20min 混合均匀制得混合料；

S2：将水、减水剂、增强剂加入到步骤S1中的混合料内以900rpm的转速搅拌3min混合均匀制得浆料；

S3：将石料加入到步骤S2中的料浆内混合均匀即得。

实施例2-5

实施例2-5的环保型高透水性混凝土，由如下的原料制成：水泥、石料、硅灰、粉煤灰、粘胶纤维、玻璃纤维、纳米碳酸钙、减水剂、水、增强剂。增强剂由烷基二硫代磷酸锌、聚丙二醇烷基醚按质量比3:10组成。

实施例2-5中各原料的加入量如表2所示。

表2实施例2-5的各原料的加入量

实施例2-5的环保型高透水性混凝土的生产工艺与实施例1相同。

实施例6

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例3的不同之处在于：原料中增强剂由β-环糊精、聚丙二醇烷基醚按质量比3:10组成，其余的与实施例3相同。

其中，β-环糊精为羟丙基β-环糊精，生产厂家为山东滨州智源生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例3相同。

实施例7

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例3的不同之处在于：原料中增强剂由β-环糊精、聚丙二醇烷基醚按质量比5:12组成，其余的与实施例3相同。

其中，β-环糊精为羟丙基β-环糊精，生产厂家为山东滨州智源生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例3相同。

实施例8

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例6的不同之处在于：原料中增强剂由β-环糊精、聚丙二醇烷基醚按质量比7:15组成，其余的与实施例6相同。

其中，β-环糊精为羟丙基β-环糊精，生产厂家为山东滨州智源生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例6相同。

实施例9

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例7的不同之处在于：原料中增强剂由烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精、聚丙二醇烷基醚按质量比1:2:10组成，其余的与实施例7相同。

其中，β-环糊精为羟丙基β-环糊精，生产厂家为山东滨州智源生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例7相同。

实施例10

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例7的不同之处在于：原料中增强剂由烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精、聚丙二醇烷基醚按质量比1.5:3.5:12组成，其余的与实施例7相同。

其中，β-环糊精为羟丙基β-环糊精，生产厂家为山东滨州智源生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例7相同。

实施例11

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例7的不同之处在于：原料中增强剂由烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精、聚丙二醇烷基醚按质量比2:5:15组成，其余的与实施例7相同。

其中，β-环糊精为羟丙基β-环糊精，生产厂家为山东滨州智源生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例7相同。

实施例12

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例10的不同之处在于：原料中β-环糊精由羧甲基- β-环糊精、磺丁基-β-环糊精按质量比2:1组成，其余的与实施例10相同。

其中，羧甲基-β-环糊精的生产厂家为河南瑞仁生物工程有限公司。磺丁基-β-环糊的生产厂家为淄博千汇生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例10相同。

实施例13

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例10的不同之处在于：原料中β-环糊精由羧甲基- β-环糊精、磺丁基-β-环糊精按质量比3.5:2组成，其余的与实施例10相同。

其中，羧甲基-β-环糊精的生产厂家为河南瑞仁生物工程有限公司。磺丁基-β-环糊的生产厂家为淄博千汇生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例10相同。

实施例14

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例10的不同之处在于：原料中β-环糊精由羧甲基- β-环糊精、磺丁基-β-环糊精按质量比5:3组成，其余的与实施例10相同。

其中，羧甲基-β-环糊精的生产厂家为河南瑞仁生物工程有限公司。磺丁基-β-环糊的生产厂家为淄博千汇生物科技有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例10相同。

实施例15

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例13的不同之处在于：原料中的玻璃纤维经过3- 甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷改性处理，其余的与实施例13相同。

本实施例的玻璃纤维改性处理方法包括如下步骤：

1)将3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷溶于无水乙醇溶液中制成改性液；

2)将玻璃纤维浸泡至改性液中改性处理30min取出干燥后即得。

其中，改性液中3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的质量分数为10％。3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的生产厂家为重庆元源享科技发展有限公司。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例13相同。

实施例16

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例15的不同之处在于：原料中还包括2.5kg的N- (β氨乙基)-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷，其余的与实施例15相同。

其中，N-(β氨乙基)-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷的型号为KH-602，生产厂家为杭州杰西卡化工有限公司。

本实施例的玻璃纤维改性处理方法与实施例15中相同。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例15相同。

实施例17

本实施例的环保型高透水性混凝土与实施例16的不同之处在于：原料中还包括0.6kg的二甲基硅油，其余的与实施例16相同。

其中，二甲基硅油的规格为工业级，生产厂家为济南汇锦川商贸有限公司。

本实施例的玻璃纤维改性处理方法与实施例16中相同。

本实施例的环保型高透水性混凝土的制造工艺与实施例16相同。

对比例

对比例1

本对比例的环保型高透水性混凝土，由如下重量的原料制成：水泥350kg、石料1350kg、硅灰20kg、粉煤灰5kg、粘胶纤维2kg、玻璃纤维4kg、纳米碳酸钙1kg、减水剂8kg、水150kg、增强剂15kg。增强剂为β-环糊精。

本对比例的环保型高透水性混凝土的生产工艺，包括如下步骤：

S1：将水泥、硅灰、粉煤灰、粘胶纤维、玻璃纤维、纳米碳酸钙以750rpm的转速搅拌20min 混合均匀制得混合料；

S2：将水、减水剂、增强剂加入到步骤S1中的混合料内以900rpm的转速搅拌3min混合均匀制得浆料；

S3：将石料加入到步骤S2中的料浆内混合均匀即得。

对比例2

本对比例的环保型高透水性混凝土，由如下重量的原料制成：水泥350kg、石料1350kg、硅灰20kg、粉煤灰5kg、粘胶纤维2kg、玻璃纤维4kg、纳米碳酸钙1kg、减水剂8kg、水150kg、增强剂15kg。增强剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物。

本对比例的环保型高透水性混凝土的生产工艺，包括如下步骤：

S1：将水泥、硅灰、粉煤灰、粘胶纤维、玻璃纤维、纳米碳酸钙以750rpm的转速搅拌20min 混合均匀制得混合料；

S2：将水、减水剂、增强剂加入到步骤S1中的混合料内以900rpm的转速搅拌3min混合均匀制得浆料；

S3：将石料加入到步骤S2中的料浆内混合均匀即得。

性能检测试验

检测方法

取实施例1-17以及对比例1-2的环保型高透水性混凝土按国家标准GB/T 50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》以及行业标准JCT 2558-2020《透水混凝土》测定其透水性能和力学性能，测试结果如表3所示。

表3实施例1-17以及对比例1-2的环保型高透水性混凝土性能测试结果

序号	透水系数(mm/s)	抗压强度(MPa)
			实施例1	1.1	36.1
实施例2	1.02	36.0
			实施例3	1.13	36.3
实施例4	1.05	35.6
			实施例5	1.07	35.8
实施例6	1.25	37.1
			实施例7	1.28	37.5
实施例8	1.23	37.0
			实施例9	1.31	38.1
实施例10	1.38	38.5
			实施例11	1.35	38.3
实施例12	1.40	39.2
			实施例13	1.46	39.6
实施例14	1.42	39.3
			实施例15	1.50	40.1
实施例16	1.56	40.6
			实施例17	1.62	41.5
对比例1	0.72	28.1
			对比例2	0.83	30.8

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)

1.一种环保型高透水性混凝土，其特征在于，主要由如下重量份数的原料制成：水泥350-480份、石料1350-1500份、硅灰20-50份、粉煤灰5-10份、粘胶纤维2-5份、玻璃纤维4-7份、纳米碳酸钙1-3份、减水剂8-12份、水150-180份、增强剂15-22份；增强剂为烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精中的至少一种与聚丙二醇烷基醚按质量比(3-7):(10-15)组成。

2.根据权利要求1所述的环保型高透水性混凝土，其特征在于：主要由如下重量份数的原料制成：水泥380-420份、石料1400-1500份、硅灰30-40份、粉煤灰7-9份、粘胶纤维3.5-4份、玻璃纤维5-6份、纳米碳酸钙1.5-2份、减水剂9-11份、水160-170份、增强剂17-19份；增强剂为烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精中的至少一种与聚丙二醇烷基醚按质量比(3-7):(10-15)组成。

3.根据权利要求2所述的环保型高透水性混凝土，其特征在于：所述增强剂由烷基二硫代磷酸锌、β-环糊精、聚丙二醇烷基醚按质量比(1-2):(2-5):(10-15)组成。

4.根据权利要求3所述的环保型高透水性混凝土，其特征在于：所述β-环糊精由羧甲基-β-环糊精、磺丁基-β-环糊精按质量比(2-5):(1-3)组成。

5.根据权利要求4所述的环保型高透水性混凝土，其特征在于：所述水泥与增强剂的质量比为(17-25):1。

6.根据权利要求5所述的环保型高透水性混凝土，其特征在于：所述玻璃纤维经过3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷改性处理。

7.根据权利要求6所述的环保型高透水性混凝土，其特征在于：所述原料中还包括(1.2-3.5)重量份数的N-（β氨乙基）-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷。

8.根据权利要求7所述的环保型高透水性混凝土，其特征在于：所述原料中还包括(0.3-0.8)重量份数的二甲基硅油。

9.一种如权利要求1所述的环保型高透水性混凝土的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将水泥、硅灰、粉煤灰、粘胶纤维、玻璃纤维、纳米碳酸钙混合均匀制得混合料；

S2：将水、减水剂、增强剂加入到步骤S1中的混合料内混合均匀制得料浆；

S3：将石料加入到步骤S2中的料浆内混合均匀即得。