CN117285302A - 抗冻融透水混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及路面材料领域，具体公开了一种抗冻融透水混凝土及其制备方法。该抗冻融透水混凝土包括改性粗骨料1400～1600份，水泥400～450份，水110～150份，减水剂1～3份，矿物掺合料20～40份，稳固组分18～24份，所述稳固组分包括复合纤维、表面改性剂和疏水改性剂。本申请的抗冻融透水混凝土可用于透水路面，其具有抗冻融性能优异的优点。
Description
技术领域
本申请涉及路面材料领域，更具体地说，它涉及一种抗冻融透水混凝土及其制备方法。
背景技术
目前城市中大多数都以沥青混凝土路面为主，因为普通混凝土的不透水性，当有暴雨时，大量的雨水无法及时排出造成城市内涝。透水混凝土代替普通混凝土作为路面材料可有效改善城镇内涝、缓解热岛效应以及有效利用雨水资源对地下水资源进行补充。
透水混凝土由粗骨料、胶凝材料、外加剂和掺合料按比例配制而成,与传统混凝土不同的是,以单一级配粗骨料为主体,很少或不使用沙石等细骨料,使其保持较好的透水能力，其内部疏松多孔,孔隙率较高,这些半联通或联通的孔隙能让雨水渗人地下。
然而透水混凝土受冻融破坏的范围和程度较普通混凝土会更大，进而导致其抗压强度偏低，从而限制了透水混凝土的使用发展。
发明内容
为了提高透水混凝土的抗冻融能力，减少冻融对透水混凝土抗压强度的不良影响，本申请提供一种抗冻融透水混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种抗冻融透水混凝土，采用如下的技术方案：
一种抗冻融透水混凝土，包括改性粗骨料1400～1600份，水泥400～450份，水110～150份，减水剂1～3份，矿物掺合料20～40份，稳固组分18～24份，所述稳固组分包括复合纤维、表面改性剂和疏水改性剂。
通过采用上述技术方案，复合纤维先通过疏水改性剂和表面改性剂进行疏水改性以及表面改性，然后通过水泥实现疏水改性后复合纤维与改性粗骨料的结合，利用该透水混凝土铺成的路面受冻融影响时，疏水改性以及表面改性后的复合纤维通过水泥使得改性粗骨料之间结合强度增强而不易发生表面改性粗骨料脱落以及裂缝产生，同时因为复合纤维的疏水改性使得水分从复合纤维处无法长时间停留而及时排走，减少滞留在透水路面中的水分，从而使得透水路面受冻融影响进一步降低。
优选的，所述复合纤维包括聚丙烯纤维、玄武岩纤维、椰壳纤维和棉纤维。
通过采用上述技术方案，以聚丙烯纤维作为主体，玄武岩纤维负载于其上可有效提高复合纤维的抗压强度，提高复合纤维结构稳定性，并且以椰壳纤维和棉纤维提高复合纤维的表面粗糙度，使得复合纤维与改性粗骨料粘接强度进一步增强，使得改性粗骨料之间通过复合纤维结合强度进一步提升，降低冻融对透水路面的损伤。
优选的，所述复合纤维由以下步骤制得：将聚丙烯母粒通过熔融纺丝制得聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维从粘接树脂中穿过，然后与玄武岩纤维粘接，再从粘接树脂中穿过，然后与椰壳纤维粘接，然后再次从粘接树脂中穿过，再与棉纤维粘接，60℃烘干12h后制得复合纤维。
通过采用上述技术方案，在复合纤维制备过程中，熔融纺丝后的聚丙烯纤维经粘接树脂把玄武岩纤维粘接于其上，有效提高聚丙烯纤维的抗折强度，后续过程中通过粘接树脂将椰壳纤维和棉纤维依次粘接于聚丙烯纤维上，通过玄武岩纤维使得聚丙烯纤维表面更容易负载椰壳纤维和棉纤维，并且在玄武岩纤维、椰壳纤维和棉纤维三者的作用下，聚丙烯纤维表面粗糙度得以提升，从而使得复合纤维对改性粗骨料的粘接强度进一步提升，使得透水混凝土的抗冻融性能进一步提升。
优选的，所述疏水改性剂包括聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯，所述聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯二者重量之比为1:2。
通过采用上述技术方案，将聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯和水溶性聚酯溶于水中后，以聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯作为成膜物质，在复合纤维表面的玄武岩纤维、椰壳纤维和棉纤维上形成疏水性的薄膜，从而使得水分更难粘附于复合纤维上，减少透水混凝土内残存的水分，进而提高透水路面的抗冻稳定性。
优选的，所述表面改性剂为水溶性聚酯。
通过采用上述技术方案，以聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯作为粘接物质将水溶性聚酯形成的结晶固化在复合纤维表面的玄武岩纤维、椰壳纤维和棉纤维上，提高复合纤维疏水性的同时通过聚酯结晶提高其表面粗糙度，从而提高复合纤维对改性粗骨料的粘接强度，进而提高透水路面的抗冻融稳定性。
优选的，所述稳固组分由以下步骤制得：将聚乙烯醇、甘油聚丙烯酸酯和水溶性聚酯经水溶解以后，将复合纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
通过采用上述技术方案，先将聚乙烯醇、甘油聚丙烯酸酯和水溶性聚酯经水溶解制得混合溶液，复合纤维浸泡其中后混合溶液粘附于其上，将复合纤维从混合溶液中取出后，聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯作为成膜物质在复合纤维生成疏水膜的同时将水溶性聚酯结晶粘接于复合纤维上，从而使得复合纤维的疏水性和粗糙性均得以提升，有利于将改性粗骨料进行粘接固定。
优选的，所述改性粗骨料由以下步骤制得：将粗骨料与聚四氟乙烯粉末以及有机硅溶胶搅拌混合，同时80℃烘干6h制得改性粗骨料。
通过采用上述技术方案，将聚四氟乙烯粉末通过有机硅溶胶粘接固化于粗骨料上，利用聚四氟乙烯和有机硅溶胶固化物提高改性粗骨料疏水性的同时提高其表面粘附点，使得稳固组分与改性粗骨料粘接强度进一步提升，进而提高透水路面的抗冻融性能。
第二方面，本申请提供一种抗冻融透水混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种抗冻融透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：将改性粗骨料、水泥、矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入稳固组分、水和减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
通过采用上述技术方案，将各原料按顺序进行拌和即可制得透水混凝土，操作简单方便。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请复合纤维进行疏水改性和表面改性，复合纤维表面的粗糙处理使得复合纤维与改性粗骨料粘接强度增加，同时复合纤维因为疏水处理使得水分难以在透水路面内停留而排走，通过减少透水路面内停留的水分，进而减少冻融对透水路面的损伤。
2、本申请中优选采用水溶性聚酯和聚乙烯醇以及甘油聚丙烯酸酯，三者均为水溶性物质，复合纤维经三者改性之后一方面生成相应的防水膜另一方面通过水溶性聚酯结晶使得复合纤维表面粗糙度提升，有利于复合纤维将改性粗骨料粘接。
3、本申请中优选采用表面改性后的粗骨料，提高防水性能的同时提高与复合纤维的粘接强度，使得透水路面不易受冻融损伤。
具体实施方式
本申请中粗骨料为花岗岩且粒径为4.75-9.75mm；水泥为42.5R普通硅酸盐水泥；矿物掺合料为S95级粒化高炉矿渣粉；减水剂为聚羧酸高效减水剂；水为自来水；聚丙烯母粒采购自东莞市众晖塑料助剂有限公司；玄武岩纤维为绒状纤维；椰壳纤维长度为1cm；棉纤维采购自河北科旭建材有限公司；聚乙烯醇为聚乙烯醇2699颗粒；甘油聚丙烯酸酯采购自市售；水溶性聚酯为白色颗粒牌号为PT-102；聚四氟乙烯粉末为500目；有机硅溶胶为30％含量硅溶胶。
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1-复合纤维制备例
本制备例公开一种复合纤维，其由以下步骤制得：将聚丙烯母粒80℃真空干燥12h，通过熔融纺丝制得聚丙烯纤维，纺丝温度185℃，螺杆直径20mm，螺杆转速50r/min；将聚丙烯纤维从粘接树脂中穿过将粘接树脂粘附于其上，然后与玄武岩纤维粘接使得玄武岩纤维粘接于其上，60℃烘干1h，再从粘接树脂中穿过将粘接树脂粘附于其上，然后与椰壳纤维粘接使得椰壳纤维粘接于其上，60℃烘干1h，然后再次从粘接树脂中穿过将粘接树脂粘附于其上，再与棉纤维粘接使得棉纤维粘接于其上，60℃烘干12h后制得复合纤维。
制备例2-稳固组分制备例
本制备例公开一种稳固组分，其由以下步骤制得：将2kg聚乙烯醇、4kg水溶性聚酯溶于8kg水中水温95℃，待水温降低至45℃后加入4kg甘油聚丙烯酸酯搅拌溶解，将8kg复合纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
制备例3-稳固组分制备例
本制备例公开一种稳固组分，其由以下步骤制得：将2kg聚乙烯醇、4kg水溶性聚酯溶于8kg水中水温95℃，待水温降低至45℃后加入4kg甘油聚丙烯酸酯搅拌溶解，将11kg复合纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
制备例4-稳固组分制备例
本制备例公开一种稳固组分，其由以下步骤制得：将2kg聚乙烯醇、4kg水溶性聚酯溶于8kg水中水温95℃，待水温降低至45℃后加入4kg甘油聚丙烯酸酯搅拌溶解，将14kg复合纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
制备例5-稳固组分制备例
本制备例公开一种稳固组分，其由以下步骤制得：将2kg聚乙烯醇溶于8kg水中水温95℃，待水温降低至45℃后加入4kg甘油聚丙烯酸酯搅拌溶解，将11kg复合纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
制备例6-稳固组分制备例
本制备例公开一种稳固组分，其由以下步骤制得：将4kg水溶性聚酯溶于8kg水中水温95℃，待水温降低至45℃后，将11kg复合纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
制备例7-稳固组分制备例
本制备例公开一种稳固组分，其由以下步骤制得：将2kg聚乙烯醇、4kg水溶性聚酯溶于8kg水中水温95℃，待水温降低至45℃后，将11kg复合纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
制备例8-稳固组分制备例
本制备例公开一种稳固组分，其由以下步骤制得：将4kg水溶性聚酯溶于8kg水中水温95℃，待水温降低至45℃后加入4kg甘油聚丙烯酸酯搅拌溶解，将11kg复合纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
制备例9-稳固组分制备例
本制备例公开一种稳固组分，其由以下步骤制得：将2kg聚乙烯醇、4kg水溶性聚酯溶于8kg水中水温95℃，待水温降低至45℃后加入4kg甘油聚丙烯酸酯搅拌溶解，将8kg聚丙烯纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
制备例10-改性粗骨料制备例
本制备例公开一种改性粗骨料，其由以下步骤制得：将100kg粗骨料与4kg聚四氟乙烯粉末以及10kg有机硅溶胶搅拌混合，同时80℃烘干6h制得改性粗骨料。
实施例
实施例1
本实施例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1400kg制备例10制得的改性粗骨料、400kg水泥、20kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入18kg制备例2制得的稳固组分、110kg水和1kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
实施例2
本实施例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg制备例10制得的改性粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入21kg制备例3制得的稳固组分、130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
实施例3
本实施例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1600kg制备例10制得的改性粗骨料、450kg水泥、40kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入24kg制备例4制得的稳固组分、150kg水和3kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
实施例4
本实施例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg制备例10制得的改性粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入21kg制备例7制得的稳固组分、130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
实施例5
本实施例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg制备例10制得的改性粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入21kg制备例8制得的稳固组分、130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
对比例
对比例1
本对比例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg制备例10制得的改性粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入21kg制备例5制得的稳固组分、130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
对比例2
本对比例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg制备例10制得的改性粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入21kg制备例6制得的稳固组分、130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
对比例3
本对比例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg制备例10制得的改性粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入21kg制备例1制得的复合纤维、130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
对比例4
本对比例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg制备例10制得的改性粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入21kg制备例9制得的稳固组分、130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
对比例5
本对比例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg制备例10制得的改性粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
对比例6
本对比例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入21kg制备例3制得的稳固组分、130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
对比例7
本对比例公开一种透水混凝土，其由以下步骤制得：
将1500kg粗骨料、425kg水泥、30kg矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入130kg水和2kg减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
性能检测试验
对实施例2、对比例5、对比例6和对比例7制得的透水混凝土进行透水系数检测，具体检测数据见表1。
透水系数检测方法：参照GB/T25993-2010《透水路面砖和透水路面板》附录C公开的透水系数测试方法进行测试，并计算15℃水温时的透水系数。
对实施例2、对比例5、对比例6和对比例7制得的透水混凝土进行28d抗压强度和28d抗折强度检测，具体检测数据见表1。
28d抗压强度检测方法：GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》5抗压强度试验。
28d抗折强度检测方法：GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》10抗折强度试验。
表1性能检测数据表
通过表1数据可知，加入稳固组分以后，因稳固组分由复合纤维表面粗糙改性和疏水改性而来，因此所制得的透水混凝土透水系数受影响而下降的幅度不大，但28d抗压强度和28d抗折强度则得到明显提升。
对实施例1-5和对比例1-7制得的透水混凝土进行抗冻融性能测试，具体检测数据见表2。
抗冻融检测方法：GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》4冻融试验4.2快冻法。以质量损失率不超过5％时的最大冻融循环次数来确定。
表2抗冻融检测数据表
结合实施例1-3并结合表2可以看出，通过调整各原料用量，可以有效对透水混凝土的抗冻融性能进行改变，选择合适的原料配比则可以有效提升透水混凝土的抗冻融性能。
结合实施例2、实施例4和实施例5并结合表2可以看出，对复合纤维进行疏水改性时，通过聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯二者混合使用，降温过程中聚乙烯醇开始向凝胶化转变，此时甘油聚丙烯酸酯假如则进一步使得相应的溶液的成膜性能和粘接性能提升，从而提高对水溶性聚酯晶体的粘接性能以及提升复合纤维的防水性能，有利于提高透水路面的抗冻融性能。
结合实施例2、对比例5、对比例6和对比例7并结合表2可以看出，使用聚四氟乙烯粉末和有机硅溶胶对粗骨料表面进行改性处理，一方面提高粗骨料的防水性，使得渗透进入透水路面内的水不易停留而继续向下渗透，并且通过表面疏水及粗糙改性后的复合纤维与改性后粗骨料粘接，有效提高透水路面的稳定性，当透水路面受冻融影响时，复合纤维经表面粗糙改性后和改性粗骨料表面的聚四氟乙烯粉末紧密结合，从而以复合纤维为桥梁提高改性粗骨料之间的结合强度，进而提高其抗冻融性能。
结合实施例2、对比例1、对比例2、对比例3和对比例5并结合表2可以看出，在增加复合纤维的基础上，通过加入水溶性聚酯结晶，从而对复合纤维表面进行粗糙改性，使得复合纤维与改性粗骨料的结合强度提升，而在此基础上，作为成膜物质和粘接物质的聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯使得复合纤维的疏水性提升以及提升水溶性聚酯结晶的粘接强度，从而使得改性后的复合纤维与改性粗骨料结合强度进一步提升，有效提升透水混凝土的抗冻融性能。
结合实施例2、对比例4和对比例5并结合表2可以看出，在聚丙烯纤维表面依次负载玄武岩纤维、椰壳纤维和棉纤维，从而有利于将聚乙烯醇、甘油聚丙烯酸酯和水溶性聚酯负载于其上，有效提升稳固组分的性能，进而提升透水混凝土的抗冻融性能。
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)
1.一种抗冻融透水混凝土，其特征在于，包括改性粗骨料1400～1600份，水泥400～450份，水110～150份，减水剂1～3份，矿物掺合料20～40份，稳固组分18～24份，所述稳固组分包括复合纤维、表面改性剂和疏水改性剂。
2.根据权利要求1所述的抗冻融透水混凝土，其特征在于，所述复合纤维包括聚丙烯纤维、玄武岩纤维、椰壳纤维和棉纤维。
3.根据权利要求2所述的抗冻融透水混凝土，其特征在于，所述复合纤维由以下步骤制得：将聚丙烯母粒通过熔融纺丝制得聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维从粘接树脂中穿过，然后与玄武岩纤维粘接，再从粘接树脂中穿过，然后与椰壳纤维粘接，然后再次从粘接树脂中穿过，再与棉纤维粘接，60℃烘干12h后制得复合纤维。
4.根据权利要求2所述的抗冻融透水混凝土，其特征在于，所述疏水改性剂包括聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯，所述聚乙烯醇和甘油聚丙烯酸酯二者重量之比为1:2。
5.根据权利要求4所述的抗冻融透水混凝土，其特征在于，所述表面改性剂为水溶性聚酯。
6.根据权利要求5所述的抗冻融透水混凝土，其特征在于，所述稳固组分由以下步骤制得：将聚乙烯醇、甘油聚丙烯酸酯和水溶性聚酯经水溶解以后，将复合纤维浸泡于其中1h，取出后放置1h后，60℃烘干12h，剪裁至长度为17mm，制得稳固组分。
7.根据权利要求1所述的抗冻融透水混凝土，其特征在于，所述改性粗骨料由以下步骤制得：将粗骨料与聚四氟乙烯粉末以及有机硅溶胶搅拌混合，同时80℃烘干6h制得改性粗骨料。
8.权利要求1-7任意一项所述的抗冻融透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将改性粗骨料、水泥、矿物掺合料混合搅拌均匀，再加入稳固组分、水和减水剂搅拌混合均匀制得透水混凝土。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311342204.9A CN117285302B (zh) | 2023-10-17 | 抗冻融透水混凝土及其制备方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN117285302A true CN117285302A (zh) | 2023-12-26 |
| CN117285302B CN117285302B (zh) | 2024-05-17 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108329003A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-07-27 | 龚俊琼 | 有效抵御冻融破坏的透水混凝土 |
| CN113045251A (zh) * | 2021-03-20 | 2021-06-29 | 兴隆县城泰建材有限公司 | 一种抗冻融性再生混凝土及其制备方法 |
| CN113429178A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-09-24 | 崇德建材集团有限公司 | 抗冻融循环再生混凝土及其制备方法 |
| CN113880522A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-01-04 | 福建省闽宏建材实业有限公司 | 一种透水混凝土及其制备方法 |
| CN116675476A (zh) * | 2023-06-19 | 2023-09-01 | 四川佰汇混凝土工程有限公司 | 一种透水混凝土及其制备方法 |
Patent Citations (5)
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