CN108455900A - 透水混凝土及其制备工艺、铺装工艺 - Google Patents

透水混凝土及其制备工艺、铺装工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种透水混凝土及其制备工艺、铺装工艺，其技术方案要点是包括基层和设置在基层上方的面层保护层，所述基层包括如下重量份数的组分，水140~160份、水泥360~390份、粉煤灰20~30份、碎石1600~1900份、白土5~10份、聚丙烯腈基碳纤维1~2份、高岭土1~2份、透水混凝土专用外加剂6~12份。透水混凝土包括基层和面层保护层，其中基层具有良好的结构强度，面层保护层的设置一方面能够增强材料的耐磨性能，另一方面能够阻隔部分杂质进入到基层内，减少基层的孔隙堵塞造成清理困难现象。基层中加入的粉煤灰能够增强基层的结构强度；白土的加入一方面能够分解部分物质且增强基层的强度；聚丙烯腈基碳纤维同样能够增强基层的结构强度。

Description

透水混凝土及其制备工艺、铺装工艺
技术领域
本发明涉及混凝土领域，特别涉及一种透水混凝土及其制备工艺、铺装工艺。
背景技术
随着城市化推进，大面积的不透水性材料被应用于城市的建设，对生活环境造成严重危害，如热岛效应、城市内涝、地下水资源短缺、地面沉降和地表径流污染等。
透水混凝土是一种生态型环保混凝土，能有效地缓减传统不透水性铺装对环境造成的不良影响。透水混凝土属于骨架孔隙结构，依靠骨料彼此的内摩擦阻力和胶凝材料的粘结力形成一定的强度，由于没有细集料填充粗集料之间的孔隙，从而形成较多的孔隙，具有良好的透水性。
但是由于透水混凝土是孔隙的结构，所以透水混凝土的结构强度比较低，只能够用于轻型荷载路面，使用局限性大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种透水混凝土该透水混凝土具有较大的强度，适用范围广的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种透水混凝土，包括基层和设置在基层上方的面层保护层，所述基层包括如下重量份数的组分，水140～160份、水泥360～390份、粉煤灰20～30份、碎石1600～1900份、白土5～10份、聚丙烯腈基碳纤维1～2份、高岭土1～2份、透水混凝土专用外加剂6～12份。
通过上述技术方案，透水混凝土的基层能够起到支撑的作用效果，面层保护层的设置能够一定程度上减少基层的堵塞现象；增强混凝土长时间使用后的透水性能；粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，用于混凝土中能够提高粉煤灰的利用率，减少粉煤灰的浪费；且混凝土中掺加的粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水泥用量；改善了混凝拌和物的和易性；增强混凝土的可泵性；减少了混凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土的抗渗性能。白土为灰白色粉末颗粒，具有较大的比表面积和孔容，特殊的吸附能力和离子交还性能，有较强的脱色性能和活性，且脱色后稳定性能好，能够吸吸附不饱和烃、硫化物、胶质及沥青质等不稳定物质，用于透水混凝土中使用能够吸收掉这部分的有害物质；加入的聚丙烯腈基碳纤维能够增强透水混凝土的结构强度；高岭土的加入能够增强透水混凝土的塑性和沾粘性，增强透水混凝土的强度。
本发明进一步设置为：所述透水混凝土专用外加剂包括如下重量份数的组分：硫铝酸钙1～1.5份、胶结剂1～2份、活性矾土1～1.5份、减水剂2～3份、水溶胶05～1份、保坍剂0.5～1份、保水剂0.5～1份、消泡剂0.5～1份。
通过上述技术方案，硫铝酸钙可以起到膨胀剂的作用效果；胶结剂能够增强透水混凝土间的胶黏性能；活性矾土力度均匀，表面光滑，机械强度大，吸湿性强，吸水后不胀不裂保持原状。
本发明进一步设置为：所述胶结剂包括聚酰胺树脂、无水乙醇、硅烷偶联剂、酚类促进剂和2,4-二叔丁基苯酚。
通过上述技术方案，上述组分制成的胶结剂能够具有较广的使用范围。
本发明进一步设置为：所述减水剂选择β-环糊精类聚羧酸减水剂或减缩型聚羧酸减水剂。
通过上述技术方案，β-环糊精类聚羧酸减水剂中含有羧基、磺酸基、聚氧乙烯基和β-环糊精，用于新拌混凝土使用时无泌水、离析现象，且混凝土的抗压强度增长比较快。
本发明进一步设置为：所述保坍剂选择选择聚羧酸系保坍剂。
通过上述技术方案，聚羧酸系保坍剂可提高混凝土拌合物的粘聚性，提高混凝土拌合物的抗离析、抗泌水性能，且使混凝土拌合物获得较好的坍落度。聚羧酸系保坍剂与聚羧酸减水剂一同配合作用，可有效克服混凝土拌合物出现的“抓底”、“板结”等现象。
本发明进一步设置为：所述保水剂选择聚丙烯酰胺、甲基纤维素或吸水树脂中的一种。
通过上述技术方案，保水剂中的聚丙烯酰胺能够增加组分间的相融合性；甲基纤维素能够增强材料的保水性能，也能够增强混凝土材料的强度。
本发明进一步设置为：所述消泡剂选择自乳化型聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
通过上述技术方案，自乳化型聚醚改性聚硅氧烷消泡剂将聚醚消泡剂和有机硅消泡剂二者的优点结合起来的高效消泡剂，具有表面张力低、消泡迅速、抑泡时间长、成本低、用量少、应用面广的特点。
本发明进一步设置为：所述面层保护层包括有改性粉煤灰5～10份、粉煤灰陶粒1～2份、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物1～1.2份、荷叶疏水剂1～2份、乙丙橡胶5～10份、玻璃粉5～10份、EVA2～4份、碳纳米管1～2份。
通过上述技术方案，改性粉煤灰、粉煤灰陶粒的加入能够增强材料间的胶黏性能，乙丙橡胶能够增强面层的耐磨性能，碳纳米管的加入能够增强面层的耐磨性和透水性能；双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物配合乙丙橡胶能够增强组分间的交联性能。
本发明的又一发明目的在于提供一种透水混凝土的制备工艺，包括如下的制备步骤：S1：基层的制备工艺：
将10～20份水倒入搅拌机，将搅拌机润湿；
碎石、聚丙烯腈基碳纤维倒入搅拌机，均匀混合；
将剩余的水加入，搅拌均匀；
将水泥、粉煤灰、白土、高岭土和透水混凝土专用外加剂加入搅拌机，并向搅拌机中加入干冰，搅拌均匀；
S2：面层的制备工艺：
将改性粉煤灰、粉煤灰陶粒、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、荷叶疏水剂、乙丙橡胶、玻璃粉、EVA和碳纳米管依次加入水中搅拌均匀。
通过上述技术方案，加入的干冰颗粒能够起到分散的作用使得各组分间分散均匀，同时干冰在搅拌机搅拌的过程中升华形成二氧化碳气体，增强混凝土的流动性和拌和性，且干冰颗粒升华的过程吸热能够降低水泥的水化热，形成的混凝土的性能稳定，同时干冰的存在能够在混凝土间形成气孔，增强透水混凝土的透水性能。
本发明的又一发明目的在于提供一种透水混凝土的铺装工艺：包括如下的铺装过程：步骤1：将制备好的基层输送至铺装工地；
步骤2：摊铺前完成立模制作；摊铺前的施工面、立模等和混凝土路面接触的地方完成浇水润湿；摊铺系数是1.1～1.25；采用施工机械找平、压实、抹平；
步骤3：在基层半干的条件下将面层保护层均匀铺装于基层表面。
通过上述技术方案，通过上述过程能够完成透水混凝土的铺装。
综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：
1、本申请文件中的透水混凝土包括基层和面层保护层，其中基层具有良好的结构强度，面层保护层的设置一方面能够增强材料的耐磨性能，另一方面能够阻隔部分杂质进入到基层内，减少基层的孔隙堵塞造成清理困难现象；
2、基层中加入的粉煤灰能够增强基层的结构强度；白土的加入一方面能够分解部分物质且增强基层的强度；聚丙烯腈基碳纤维同样能够增强基层的结构强度；
3、聚羧酸系保坍剂配合聚羧酸减水剂一同作用，能有效克服混凝土拌合物出现的“抓底”、“板结”的现象；
4、混凝土制备时加入的干冰颗粒的加入一方面吸收水泥的水化热，另一方面干冰颗粒能够促进混凝土各组分间分散均匀；
5、面层保护层中荷叶疏水剂的加入能够改善面层保护层和基层的透水性能，且能减少面层保护层和基层的堵塞。
附图说明
图1为实施例1的整体结构图。
附图标记：1、基层；2、面层保护层。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种透水混凝土，如图1所示，包括基层1和设置在基层1上方的面层保护层2。
基层1包括水、水泥、粉煤灰、碎石、白土、聚丙烯腈基碳纤维、高岭土、透水混凝土专用外加剂。
透水混凝土专用外加剂包括如下重量份数的组分：硫铝酸钙、胶结剂、活性矾土、减水剂、水溶胶、保坍剂、保水剂、消泡剂；
胶结剂包括聚酰胺树脂、无水乙醇、硅烷偶联剂、酚类促进剂和2,4-二叔丁基苯酚；
减水剂选择β-环糊精类聚羧酸减水剂或减缩型聚羧酸减水剂。
(1)β-环糊精类聚羧酸减水剂的合成方法为：将TPEG(111.3g，46.4mmol)和MA-β-CD(19.2g，14.5mmol)置于四口圆底烧瓶(500ml)中，加入蒸馏水(160ml)，并将烧瓶置于水浴中，升温至60℃，搅拌下得到透明溶液；然后加入过氧化氢(质量分数30％)溶液(1.5g)。将L-抗坏血酸(0.25g，1.42mmol)和3-巯基丙酸(0.5g,4.71mmol)溶于蒸馏水(45ml)得到引发剂溶液。单体溶液通过丙烯酸(11g，152.6mmol)和甲基丙烯磺酸钠(2.0g，12.6mmol)溶于蒸馏水(30ml)获得。同时，将单体溶液和引发剂溶液滴加至反应瓶，分别用时3.0h和3.5h,然后继续反应1h。待反应完成后，冷却至室温，选用氢氧化钠溶液(质量分数30％)调节反应液的pH为6.8。获得的聚合物溶液为浅黄色透明溶液，制得β-环糊精类聚羧酸减水剂。
(2)减缩型聚羧酸减水剂的合成方法为：向装有温度计、搅拌装置、球型冷凝管的四口烧瓶加入顺酐、一缩二乙二醇单丁醚(或同时加入叔丁醇)和催化剂，加热，保温反应5h，然后降温并向四口烧瓶中加入称量好的TPEG、适量水和链转移剂，搅拌5min，开始滴加引发剂溶液，并在2h内加完，继续保温反应1h后降温，然后用30％的液碱中和至pH为6-7，制得减缩型聚羧酸减水剂。
保坍剂选择选择聚羧酸系保坍剂；
保水剂选择聚丙烯酰胺、甲基纤维素或吸水树脂中的一种；
消泡剂选择自乳化型聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
自乳化型聚醚改性聚硅氧烷消泡剂包括如下的制备步骤：
步骤1：将5～10份的疏水二氧化硅与100份的二甲基硅油在150～180℃连续搅拌4～6小时，保温1h，制得聚醚改性聚硅氧烷硅膏；
步骤2：将两种不同HLB值的聚醚改性聚硅氧烷硅膏溶解于水中，在50～60℃充分搅拌1h，加入硅膏、十六醇、增稠剂，搅拌2小时，40℃保温1h，出料。
面层保护层2包括改性粉煤灰、粉煤灰陶粒、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、荷叶疏水剂、乙丙橡胶、玻璃粉、EVA、碳纳米管。
实施例1～8的混凝土组分按照表1配比。
表1基层各组分配比
表2实施例1～8的混凝土专用外加剂的配比
组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
硫铝酸钙 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.4 1.3
胶结剂 1 2 1 2 1 2 1 2
活性矾土 1 1.1 1.1 1.3 1.3 1.5 1.5 1.5
减水剂 3 3 2 2 1 1 2 2
水溶胶 0.5 0.5 0.5 1 1 1 0.5 0.5
保坍剂 0.5 0.5 0.5 1 1 1 0.5 0.5
保水剂 1 1 0.5 0.5 1 1 0.5 0.5
消泡剂 0.5 0.5 1 1 0.5 0.5 1 1
表3面层保护层各组分的配比
实施例9
一种透水混凝土的制备工艺，包括如下的制备步骤：
S1：基层1的制备工艺：
将10～20份水倒入搅拌机，将搅拌机润湿；
碎石、聚丙烯腈基碳纤维倒入搅拌机，均匀混合；
将剩余的水加入，搅拌均匀；
将水泥、粉煤灰、白土、高岭土和透水混凝土专用外加剂加入搅拌机，并向搅拌机中加入干冰，搅拌均匀；
S2：面层保护层2的制备工艺：
将改性粉煤灰、粉煤灰陶粒、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、荷叶疏水剂、乙丙橡胶、玻璃粉、EVA和碳纳米管依次加入水中搅拌均匀。
实施例10
一种透水混凝土的铺装工艺，包括如下的铺装过程：
步骤1：将制备好的基层1输送至铺装工地；
步骤2：摊铺前完成立模制作；摊铺前的施工面、立模等和混凝土路面接触的地方完成浇水润湿；摊铺系数是1.1～1.25；采用施工机械找平、压实、抹平；
步骤3：在基层1半干的条件下将面层保护层2均匀铺装于基层1表面。
试验检测
1、根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试混凝土的力学性能；
2、根据GB/T 50080-2002《普通混凝土拌和物性能实验方法标准》测试混凝土的力学性能。
表4实施例1～8的实验检测结果
由上表可知，实施例1～8中的混凝土的强度。耐磨性能均比较优良，且透水性能好。
选择实施例4作为对比例的参照实施例。
对比例1
对比例1与实施例4的区别在于对比例1的基层(1)组分中不含有白土，其他均与实施例4保持一致。
对比例2
对比例2与实施例4的区别在于对比例2基层(1)组分中不含有聚丙烯腈基碳纤维，其他均与实施例4保持一致。
对比例3
对比例3与实施例4的区别在于对比例3基层(1)组分中同时不含有白土和聚丙烯腈基碳纤维，其他均与实施例4保持一致。
按照实施例1～8的组分制成的混凝土进行检测方法对对比例1～3进行检测，检测结果记录在表5。
表5对比例1～3的实验检测结果
检测项目 对比例1 对比例2 对比例3 实施例4
28d抗压强度/Mpa 35.4 34.5 32.1 39.0
坍落扩展度/mm 550 550 550 585
耐磨性kg/m2 1.0 1.1 1.05 0.9
透水性mm/s 3 3 3 2.5
分析对比例1与实施例4的实验检测结果，组分中不含有白土时混凝土的各项性能均受到了影响，所以白土的存在能够增强混凝土的性能；分析对比例2与实施例4的实验检测结果，在组分中不含有聚丙烯腈基碳纤维时，混凝土的各项性能均受到了影响，所以聚丙烯腈基碳纤维的存在能够增强混凝土的性能；而当对比例3中同时不含有白土和聚丙烯腈基碳纤维时，混凝土的性能明显的降低，则说明白土和聚丙烯腈基碳纤维配合使用时能够对混凝土的性能产生影响。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种透水混凝土，其特征是：包括基层(1)和设置在基层(1)上方的面层保护层(2)，所述基层(1)包括如下重量份数的组分，水140~160份、水泥360~390份、粉煤灰20~30份、碎石1600~1900份、白土5~10份、聚丙烯腈基碳纤维1~2份、高岭土1~2份、透水混凝土专用外加剂6~12份。
2.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征是：所述透水混凝土专用外加剂包括如下重量份数的组分：硫铝酸钙1~1.5份、胶结剂1~2份、活性矾土1~1.5份、减水剂2~3份、水溶胶0.5~1份、保坍剂0.5~1份、保水剂0.5~1份、消泡剂0.5~1份。
3.根据权利要求2所述的透水混凝土，其特征是：所述胶结剂包括聚酰胺树脂、无水乙醇、硅烷偶联剂、酚类促进剂和2,4-二叔丁基苯酚。
4.根据权利要求2所述的透水混凝土，其特征是：所述减水剂选择β-环糊精类聚羧酸减水剂或减缩型聚羧酸减水剂。
5.根据权利要求2所述的透水混凝土，其特征是：所述保坍剂选择选择聚羧酸系保坍剂。
6.根据权利要求2所述的透水混凝土，其特征是：所述保水剂选择聚丙烯酰胺、甲基纤维素或吸水树脂中的一种。
7.根据权利要求2所述的透水混凝土，其特征是：所述消泡剂选择自乳化型聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
8.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征是：所述面层保护层(2)包括有改性粉煤灰5~10份、粉煤灰陶粒1~2份、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物1~1.2份、荷叶疏水剂1~2份、乙丙橡胶5~10份、玻璃粉5~10份、EVA2~4份、碳纳米管1~2份。
9.一种透水混凝土的制备工艺，其特征是：包括如下的制备步骤：S1：基层(1)的制备工艺：
将10~20份水倒入搅拌机，将搅拌机润湿；
碎石、聚丙烯腈基碳纤维倒入搅拌机，均匀混合；
将剩余的水加入，搅拌均匀；
将水泥、粉煤灰、白土、高岭土和透水混凝土专用外加剂加入搅拌机，并向搅拌机中加入干冰，搅拌均匀；
S2：面层保护层(2)的制备工艺：
将改性粉煤灰、粉煤灰陶粒、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、荷叶疏水剂、乙丙橡胶、玻璃粉、EVA和碳纳米管依次加入水中搅拌均匀。
10.一种透水混凝土的铺装工艺，其特征是：包括如下的铺装过程：
步骤1：将制备好的基层(1)输送至铺装工地；
步骤2：摊铺前完成立模制作；摊铺前的施工面、立模等和混凝土路面接触的地方完成浇水润湿；摊铺系数是1.1～1.25；采用施工机械找平、压实、抹平；
步骤3：在基层(1)半干的条件下将面层保护层(2)均匀铺装于基层(1)表面。
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