CN117362074A - 公路施工用透水混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及透水混凝土制备技术领域，尤其是公路施工用透水混凝土及其制备方法。该公路施工用透水混凝土，按质量份数计，包含如下组分：1～1.2份水泥，0.1～0.5份高炉矿渣，0.1～0.4份粉煤灰，0～0.05份硅灰，3.6～5.2份骨料，0.01‑0.02份发泡剂，0.01‑0.02份速凝剂，玄武岩纤维0.01‑0.13份，胶结增强剂0.3‑0.5份，以及0.5～0.6份水。本技术方案所制备得到的透水混凝土具备透水性能好，且强度高、力学性能好、抗冻的透水混凝土，能满足更大范围推广使用透水混凝土。
Description
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种公路施工用透水混凝土及其制备方法。
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"。城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的"弹性"，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用，实现雨水在城市中自由迁移。透水混凝土是海绵城市建设的产物之一。
透水混凝土是一项非常有意义的技术，是改善城市生态环境，加强城市地下水资源很好的一个选择，但目前我国透水混凝土技术尚未成熟，在应用上有所限制，还需要各种问题才能看到全面的实施。(1)孔隙堵塞问题，几乎所有道路都难免大量的灰尘与杂物，而透水混凝土的透水原理是其拥有25％左右的孔隙，雨水通过孔隙渗入地下，如果灰尘、杂物将孔隙堵塞就会降低其透水效率，虽然尝试过各种方法试图解决这难题，比如铺筑较大的孔隙，但仍然没有明显改善这种情况，因为要阻止灰尘、树叶、树屑、垃圾等落入道路本身又是一个难题，目前比较有效的方法是定期清洗面层的孔隙。(2)冻融问题，因为透水混凝土拥有许多相连通的孔隙，在严寒天气时，雨水流入孔隙并结成冰，将可能造成最有害的退化现象。(3)承载力问题，如果要让道路拥有更高的承载力，一般需要在混凝土结构里添加钢筋，但是透水混凝土并不能这样做，因为铺装透水混凝土所需的添加剂会造成钢筋腐蚀，因此透水混凝土目前无法提供重型车辆频繁的使用。
因此相比传统的水泥混凝土，透水混凝土仍然存在成本较高、可应用范围较小、耐久性较短。因此如何制备透水性能好，且强度高、力学性能好、抗冻的平价透水混凝土，对更大范围地推广透水混凝土使用很有必要。
发明内容
针对现有透水混凝土使用性能所存在的不足，本发明主要目的在于提供一种公路施工用透水混凝土及其制备方法。
本发明提供的公路施工用透水混凝土，按质量份数计，包含如下组分：1～1.2份水泥，0.1～0.5份高炉矿渣，0.1～0.4份粉煤灰，0～0.05份硅灰，3.6～5.2份骨料，0.01-0.02份发泡剂，0.01-0.02份速凝剂，玄武岩纤维0.01-0.13份，胶结增强剂0.3-0.5份，以及0.5～0.6份水。
更进一步地，所述发泡剂包括十二烷基苯磺酸钠10-20份、亚甲基二萘磺酸钠10-15份、脂肪醇聚氧乙烯醚10-20份、三萜皂苷10-15份、羟丙基甲基纤维素10-15份、氯化钙20-24份，水5-10份。
更进一步地，所述发泡剂包括十二烷基苯磺酸钠20份、亚甲基二萘磺酸钠10份、脂肪醇聚氧乙烯醚20份、三萜皂苷10份、羟丙基甲基纤维素15份、氯化钙20份，水5份。
更进一步地，速凝剂按照重量份数由硫酸铝42-53份、二乙醇胺2-3份、膨润土4-10份和43份水组成。
更进一步地，所述发泡剂的制备方法如下：
(1)十二烷基苯磺酸钠10-20份、亚甲基二萘磺酸钠10-15份、脂肪醇聚氧乙烯醚10-20份和水按重量份比例混合后，得到混合物1；
(2)将混合物1放置在40-50℃水浴中加热，搅拌，搅拌转速为500rpm，搅拌时间为10min；
(3)搅拌过程中加入三萜皂苷10-15份、羟丙基甲基纤维素10-15份、氯化钙20-24份，水5-10份，再搅拌10-30min，得到混合物2；
(4)将混合物2冷却至室温即可。
更进一步地，所述骨料为石子，60-70％份量粒径为4-7mm，30-40％份量粒径为10-16mm。
更进一步地，所述胶结增强剂由二甘醇、糖稀、丙三醇组成。
本发明还提供了一种公路施工用透水混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例将水泥、高炉矿渣，粉煤灰，硅灰，骨料，玄武岩纤维、水搅拌成净浆；与此同时按所配置比例将发泡剂制出泡沫；
(2)将泡沫与已制备好的净浆混合搅拌均匀，得到泡沫型浆料；
(3)铺设公路施工前20分钟内将胶结增强剂、速凝剂与泡沫型浆料混合，再用于浇筑到模具中或现场浇筑施工。本步骤一定要保证速凝剂的使用时间控制在施工前20分钟内。
更进一步地，按质量分数计算，所述胶结增强剂由30％二甘醇、30％糖稀、40％丙三醇组成。
更进一步地，所述水泥选自P·O42.5R级水泥和P·O52.5R级水泥。
本发明有益效果在于：
1.本发明所公开的透水混凝土中使用了发泡剂与速凝剂的组合，发泡剂产出的气泡在混凝土中起到了滚珠的作用，使混凝土的和易性得到极大的改善和提高，均匀分布的微小气泡可以缓解结冰产生的膨胀应力和渗透压力，提高抗冻性能。再加上后期水分的散失，泡孔的开孔率进一步变大，在施工前20分钟内用上速凝剂，可保证透水混凝土干燥后微小气泡的稳定性。并且本发明所使用的发泡剂具有表面活性剂的起泡原理，产生水膜型泡沫，然后与水泥浆搅拌混合，形成泡沫混凝土料浆。并且含有挥发性溶剂，其在水泥水化热产生升温的作用下，溶剂挥发穿透水膜型泡沫与水泥浆形成的泡壁，使得泡壁含有大量微小孔，进一步形成了开孔型泡沫混凝土的开孔结构，增加了透水混凝土的透水性。
2.由于胶结材料分散不均匀，会存在过量的胶凝材料密实凝结在混凝土的底部，使得混凝土底部密实程度过高导致混凝土整体透水性差或者根本不透水，因此本技术方案中施工20分钟前将混凝土中加入速凝剂促进混凝土的干燥固型，有助于解决凝胶材料主要凝结于底部的缺陷，进而增加了透水混凝土力学性能。
3.本技术方案通过发泡剂和速凝剂的组合有效提升了混凝土的透水性，进而使用玄武岩纤维和胶结增强剂的组合，可有效提升混凝土的抗压强度及抗折强度。
具体实施方式
以下结合对比例和实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1：发泡剂的制备方法如下：
(1)十二烷基苯磺酸钠15份、亚甲基二萘磺酸钠10份、脂肪醇聚氧乙烯醚10份和水10份混合后，得到混合物1；
(2)将混合物1放置在45℃水浴中加热，搅拌，搅拌转速为500rpm，搅拌时间为10min；
(3)搅拌过程中加入三萜皂苷10份、羟丙基甲基纤维素10份、氯化钙20份，水5份，再搅拌10min，得到混合物2；
(4)将混合物2冷却至室温即可备用。
制备例2：速凝剂的制备方法如下：
取硫酸铝42-53份、二乙醇胺2-3份、膨润土4-10份和43份水。先将水和硫酸铝混合，搅拌0.5小时后，加入膨润土，再次搅拌0.5小时后，将二乙醇胺时加入，搅拌2.5小时，随后调整溶液ph值在2以上，再搅拌20分钟出料备用。
实施例1
透水混凝土的制备：
(1)按比例取水泥1份、高炉矿渣0.4份，粉煤灰0.3份，硅灰0.03份，石子4份(60％粒径为4-7mm，40％粒径为10-16mm)，玄武岩纤维0.04份、水搅拌成净浆；与此同时按制备好的发泡剂发泡处理成泡沫；
(2)将泡沫与已制备好的净浆混合搅拌均匀，得到泡沫型浆料；
(3)铺设公路施工前20分钟内将胶结增强剂(30％二甘醇、30％糖稀、40％丙三醇)、速凝剂与泡沫型浆料混合；
(4)将所述混合物料装入尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体试模(混合物料的厚度为70mm)中，进行压力成型，使成型后体积为成型前体积的90％，得到透水混凝土。
实施例2
透水混凝土的制备：
(1)按比例取水泥1.2份、高炉矿渣0.1份，粉煤灰0.1份，硅灰0.02份，石子3.6份(60％粒径为4-7mm，40％粒径为10-16mm)，玄武岩纤维0.08份、水搅拌成净浆；与此同时按制备好的发泡剂发泡处理成泡沫；
(2)将泡沫与已制备好的净浆混合搅拌均匀，得到泡沫型浆料；
(3)铺设公路施工前20分钟内将胶结增强剂(30％二甘醇、30％糖稀、40％丙三醇)、速凝剂与泡沫型浆料混合；
(4)将所述混合物料装入尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体试模(混合物料的厚度为70mm)中，进行压力成型，使成型后体积为成型前体积的90％，得到透水混凝土。
将实施例1～2制备得到的透水混凝土在20±2℃，湿度大于95％的条件下养护至规定龄期。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》检测养护后透水混凝土的抗压、抗折强度；根据CJJ/T135-2009检测养护后透水混凝土的孔隙率；按照DB11/T775-2020检测养护后透水混凝土的透水系数；按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》检测透水混凝土的抗冻性进行，其结果列于表1中。
表1实施例1-2所制备透水混凝土性能检测指标
对比实施例1
透水混凝土的制备，本实施例与实施例1主要区别在于不使用发泡剂，步骤如下：
(1)按比例取水泥1份、高炉矿渣0.4份，粉煤灰0.3份，硅灰0.03份，石子4份(60％粒径为4-7mm，40％粒径为10-16mm)，玄武岩纤维0.04份、水搅拌成净浆；
(2)铺设公路施工前20分钟内将胶结增强剂(30％二甘醇、30％糖稀、40％丙三醇)、速凝剂与泡沫型浆料混合；
(4)将所述混合物料装入尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体试模(混合物料的厚度为70mm)中，进行压力成型，使成型后体积为成型前体积的90％，得到透水混凝土。
对比实施例2
透水混凝土的制备,本实施例与实施例1主要区别在于不使用速凝剂；
(1)按比例取水泥1份、高炉矿渣0.4份，粉煤灰0.3份，硅灰0.03份，石子4份(60％粒径为4-7mm，40％粒径为10-16mm)，玄武岩纤维0.04份、水搅拌成净浆；与此同时按制备好的发泡剂发泡处理成泡沫；
(2)将泡沫与已制备好的净浆混合搅拌均匀，得到泡沫型浆料；
(4)将所得浆料装入尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体试模(混合物料的厚度为70mm)中，进行压力成型，使成型后体积为成型前体积的90％，得到透水混凝土。
对比实施例3
透水混凝土的制备,本实施例与实施例1主要区别在于步骤(3)，铺设公路施工前30-50分钟内将胶结增强剂(30％二甘醇、30％糖稀、40％丙三醇)、速凝剂与泡沫型浆料混合。
对比实施例4
透水混凝土的制备，本实施例与实施例1主要区别在于本实施例中发泡剂使用一般的氯氧镁水泥发泡剂。
对比实施例5
透水混凝土的制备，本实施例与实施例1主要区别在于未使用胶结增强剂。
对比实施例6
透水混凝土的制备，本实施例与实施例1主要区别在于，未添加玄武岩纤维。
同样将对比实施例1～6制备得到的透水混凝土在20±2℃，湿度大于95％的条件下养护至规定龄期。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》检测养护后透水混凝土的抗压、抗折强度；根据CJJ/T135-2009检测养护后透水混凝土的孔隙率；按照DB11/T775-2020检测养护后透水混凝土的透水系数；按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》检测透水混凝土的抗冻性进行，其结果列于表2中。
表2对比实施例1-6所制备透水混凝土性能检测指标
根据表1和表格中的数据可知，实施例1和实施例2所制备的透水混凝土具有较高的抗压强度和抗折强度，同时具有较好的抗冻性。由实施例1和对比实施例1可看出，当不是发泡剂时，透水性能显著降低。由实施例1和对比实施例2可看出，当不使用速凝剂，对透水性能和抗冻融性能有明显影响。由实施例1和对比实施例3-6可看出，速凝剂使用时间、发泡剂种类、增强剂、玄武岩纤维的使用与否对所制备得到的透水混凝土性能有显著影响。综合说明本技术方案所制备得到的透水混凝土具备透水性能好，且强度高、力学性能好、抗冻的透水混凝土，满足更大范围推广使用透水混凝土。
Claims (10)
1.公路施工用透水混凝土，其特征在于，按质量份数计，包含如下组分：1～1.2份水泥，0.1～0.5份高炉矿渣，0.1～0.4份粉煤灰，0～0.05份硅灰，3.6～5.2份骨料，0.01-0.02份发泡剂，0.01-0.02份速凝剂，玄武岩纤维0.01-0.13份，胶结增强剂0.3-0.5份，以及0.5～0.6份水。
2.根据权利要求1所述公路施工用透水混凝土，其特征在于，按质量份数计，所述发泡剂包括十二烷基苯磺酸钠10-20份、亚甲基二萘磺酸钠10-15份、脂肪醇聚氧乙烯醚10-20份、三萜皂苷10-15份、羟丙基甲基纤维素10-15份、氯化钙20-24份，水5-10份。
3.根据权利要求1所述公路施工用透水混凝土，其特征在于，按质量份数计，所述发泡剂包括十二烷基苯磺酸钠20份、亚甲基二萘磺酸钠10份、脂肪醇聚氧乙烯醚20份、三萜皂苷10份、羟丙基甲基纤维素15份、氯化钙20份，水5份。
4.根据权利要求2所述公路施工用透水混凝土，其特征在于，所述发泡剂的制备方法如下：
(1)十二烷基苯磺酸钠10-20份、亚甲基二萘磺酸钠10-15份、脂肪醇聚氧乙烯醚10-20份和水按重量份比例混合后，得到混合物1；
(2)将混合物1放置在40-50℃水浴中加热，搅拌，搅拌转速为500rpm，搅拌时间为10min；
(3)搅拌过程中加入三萜皂苷10-15份、羟丙基甲基纤维素10-15份、氯化钙20-24份，水5-10份，再搅拌10-30min，得到混合物2；
(4)将混合物2冷却至室温即可。
5.根据权利要求1所述公路施工用透水混凝土，其特征在于，速凝剂按照重量份数由硫酸铝42-53份、二乙醇胺2-3份、膨润土4-10份和43份水组成。
6.根据权利要求1所述公路施工用透水混凝土，其特征在于，所述骨料为石子，60-70%份量粒径为4-7mm，30-40%份量粒径为10-16mm。
7.根据权利要求1所述公路施工用透水混凝土，其特征在于，所述胶结增强剂由二甘醇、糖稀、丙三醇组成。
8.一种权利要求1-7任一项公路施工用透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按比例将水泥、高炉矿渣，粉煤灰，硅灰，骨料，玄武岩纤维、水搅拌成净浆；与此同时按所配置比例将发泡剂制出泡沫；
（2）将泡沫与已制备好的净浆混合搅拌均匀，得到泡沫型浆料；
（3）铺设公路施工前20分钟内将胶结增强剂、速凝剂与泡沫型浆料混合，再用于浇筑到模具中或现场浇筑施工。
9.根据权利要求7所述公路施工用透水混凝土的制备方法，其特征在于，按质量分数计算，所述胶结增强剂由30%二甘醇、30%糖稀、40%丙三醇组成。
10.根据权利要求7所述公路施工用透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述水泥选自P·O42.5R级水泥和P·O52.5R级水泥。
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