CN108821678A - 一种透水水泥混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透水水泥混凝土，原料包括以下重量份的组分：粗骨料1400‑1500份，细骨料120‑160份，水泥240‑320份，增强料45‑66份，减水剂8‑12份，水55‑80份。其中，所述细骨料由质量比为5：2：3的粒径0.075‑0.15mm、0.15‑0.3mm和0.3‑0.6mm的细砂组成。本发明还提供上述透水水泥混凝土的制备方法及其应用。本发明所述的透水水泥混凝土兼具了优良的强度和透水性能，解决了透水混凝土抗压强度与透水系数相互制约的问题，为透水混凝土道路的发展奠定了基础。

Description

一种透水水泥混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种透水水泥混凝土及其制备方法。

背景技术

透水混凝土(Pervious Concrete或Porous Asphalt)也被称作多孔混凝土、开放孔隙混凝土或过滤混凝土，是指具有内部连通孔隙微观结构的一种混凝土，是一种具有高渗水功能的工程材料。随着全球城市化进程尤其是我国城镇化建设的发展，如何保障城市区域降雨期间的排水通畅、保护区域水资源和地下水位越来越受到关注。透水混凝土可在降雨过程中将雨水原地渗透至土壤中，从而产生净化水体和保护区域水资源的效果。因而，其应用越来越广泛。

依据混凝土中集料粘结用材料的不同，透水混凝土可分为透水沥青混凝土和透水水泥混凝土。

和普通混凝土相比，透水混凝土能够使雨水透过路面从而补充地下水的功能，从而具有以下几个优点：

(1)保护地下水资源

透水混凝土地面的特点就是其上的降水可以通过本身与地面下垫层相通的渗水路径渗入下部土壤，因而对于地下水资源保护起到积极的作用。

(2)改善城市热环境

水是气温稳定的首要因素。城市中的河流、水池、雨水蒸汽、城市排水及土壤和植物中的水分都将影响城市的温、湿度。这是因为水的比热大，升温不易，降温也不易。所以水在蒸发时将吸收大量的热量。水体对改善城市的温、湿度及形成局部的地方风都有明显的作用。雨过天晴以后，透水混凝土地面由于自身一系列与外部空气及下部透水垫层相连通的多孔构造，能够使透水性地面下垫层土壤中丰富的毛细水通过自然蒸发和太阳辐射作用下的蒸腾作用气化进入空中，使地表的温度降低，从而有效地缓解了“热岛现象”。

(3)改善城市地表土壤生态环境

不透水地面只能依靠表面汇水***及城市排水管网排除地表降雨，在暴雨时这种地面径流急剧增高，很快出现峰值，流量急升急降。这种情况不仅加重城市排水***的压力，而且是很多城市夏季产生城区内涝的重要因素。而透水混凝土地面由于自身良好的透水性能，能有效地缓解城市排水***的泄洪压力，径流曲线平缓，其峰值较低，并且流量也是缓升缓降，这对于城市防洪无疑是有利的。因此，透水混凝土地面不失为城市广场防涝的积极措施。另外放置在水中的透水性混凝土为水生动植物提供了良好的生存空间，可以达到净化污水的作用。

(4)水体净化和改善地表径流

透水性铺装兼有良好的渗水性及保湿性。它既兼顾了人类活动对于硬化地面的使用要求，又能通过自身性能接近天然草坪和土壤地面的生态优势，减轻城市硬化地面对大自然的破坏程度。透水性地面铺装以下的动植物及微生物的生存空间得到有效的保护，体现了自然生物环境的可持续发展的要求。因此，透水混凝土很好地体现了“与环境共生”的可持续发展理念。

目前。我国对透水水泥混凝土的研究和应用还处在起步阶段。

透水水泥混凝土为半脆性材料，强度等级一般只能达到C15、C20。因为含有较大尺寸的孔隙，在荷载的作用下，由于孔隙尖端的应力集中，易于产生裂纹的扩展和破坏，从而导致路面开裂。因此，目前透水水泥混凝土主要应用在造停车场、人行道和低交通负荷要求的行车路面(如公园、小区或停车库至主干道的道路)，很难将其应用到城市主干道、高速公路、桥梁等交通重负荷的工程上。

另外，现有技术中的透水水泥混凝土的透水系数小于1mm/s，透水效率仍有待提高。但是，透水水泥混凝土抗压强度与透水系数相互制约，很难同时具备高强度和高透水性，从而限制了透水水泥混凝土的应用前景。

为了拓宽应用前景，改善城市的环境和维护生态平衡，有必要研究和开发出强度高、透水性能好的透水水泥混凝土。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种新的透水水泥混凝土。所述透水水泥混凝土强度大，抗压强度大于30MPa；同时其透水性能好，透水系数大于10mm/s。因此，本发明所述的透水水泥混凝土兼具了优良的强度和透水性能，解决了透水混凝土抗压强度与透水系数相互制约的问题，为透水混凝土道路的发展奠定了基础。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种透水水泥混凝土，原料包括以下重量份的组分：

粗骨料1400-1500份，细骨料120-160份，水泥240-320份，增强料45-66份，减水剂8-12份，水55-80份。

优选的，透水水泥混凝土，原料包括以下重量份的组分：

粗骨料1450-1500份，细骨料120-150份，水泥240-300份，增强料50-62份，减水剂9-11份，水60-75份。

优选的，所述细骨料由质量比为5：2：3的粒径0.075-0.15mm、0.15-0.3mm和0.3-0.6mm的细砂组成。

优选的，所述水泥与细骨料的质量比为2:1。

优选的，所述粗骨料为压碎值≤5的石子，更优选为粒径10-16mm的单粒级石子。

优选的，所述水泥为52.5级及以上级的硅酸盐水泥或早强型硅酸盐水泥。

优选的，所述增强料活性指数≥110％，选自SF88、SF90、SF92中的一种。

优选的，所述减水剂的减水率≥20％，更优选为聚羧酸减水剂。

本发明还有一个目的在于提供上述透水水泥混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)按照配比准备各组分；

2)在搅拌机中先加入全部的粗骨料和细骨料，以及一半的水，搅拌30s；

3)加入全部的水泥和增强料，搅拌30s；

4)将减水剂溶于剩余的水中，然后缓慢加入搅拌机中，搅拌5-7min，直至混凝土表面有较明显的金属光泽时停止搅拌，即得。

本发明还有一个目的在于提供一种预制透水水泥混凝土，所述预制透水水泥混凝土的原料同本发明所述的透水水泥混凝土，通过如下方法制备得到：

1)按照配比准备各组分；

2)在搅拌机中先加入全部的粗骨料和细骨料，以及一半的水，搅拌30s；

3)加入全部的水泥和增强料，搅拌30s；

4)将减水剂溶于剩余的水中，然后缓慢加入搅拌机中，搅拌5-7min，直至混凝土表面有较明显的金属光泽时停止搅拌；

5)将搅拌好的混凝土分三层填入模具中，每层先用插捣棒插捣25次，然后再用平板振动器振动10s～15s；

6)脱模，将成型后的混凝土块用塑料薄膜密封后放入标准养护室进行养护。

本发明的第三个目的在于提供上述透水水泥混凝土、所述预制透水水泥混凝土、或按照所述制备方法得到的透水水泥混凝土在道路和/或路面施工中的应用。

优选的，所述道路包括高速公路、城市主干道、停车场、人行道、公园道路、小区道路或停车库至主干道的道路。

本说明书中所述的“重量份”，是指各组分之间的相对质量配比关系，而不是实际的质量单位。根据实际情况，1重量份可以是1kg、10kg、100g等任意重量。

现有技术中，一般认为透水混凝土应该不用或尽量少用细骨料，从而使混凝土形成内部连通孔隙的微观结构(韩建国.透水混凝土的性能和应用现状综述[J].混凝土世界.2014,10:46-52)。但是本发明通过掺入组成配置合理的细骨料，不仅改善了粗骨料的表面形态，从而使粘结性能达到最优，显著提高透水混凝土的抗压强度。

另外，大掺量减水剂和增强料改善了浆体的流动性能，使浆体分布更均匀，改善了透水水泥混凝土的微观结构；在保证透水性能的基础上，提高透水混凝土强度。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分原料购买情况如下：

水泥：PⅡ52.5硅酸盐水泥，江南-小野田水泥有限公司生产；

增强料：SF92型，上海胜阔建筑材料有限公司生产；

减水剂：PCA-Ⅰ聚羧酸高性能减水剂，江苏博特新材料有限公司生产。

如果没有特殊说明，下述实施例和对比例中采用的粗骨料为粒径10-16mm单粒级石子，压碎值≤5；细骨料为质量比为5:2:3的粒径0.075-0.15mm、粒径0.15-0.3mm和粒径0.3-0.6mm。

实施例1一种透水水泥混凝土

本实施例所述透水水泥混凝土的原料组成，见表1所示；通过如下方法制备：

1)按配比准备好各组分；

2)在搅拌机中先加入全部的粗骨料和细骨料，以及一半的水，搅拌30s；

3)加入全部的水泥和增强料，搅拌30s；

4)将减水剂溶于剩余的水中，然后缓慢加入搅拌机中，搅拌5-7min，直至混凝土表面有较明显的金属光泽时停止搅拌，即得。

为了测定本实施例的透水水泥混凝土的性能，接着按照如下步骤制备得到预制透水水泥混凝土：

5)将搅拌好的混凝土分三层填入100mm×100mm×100mm的试模中，每层先用插捣棒插捣25次，然后再用平板振动器振动10s～15s；

6)脱模，将成型后的混凝土块用塑料薄膜密封后放入标准养护室进行养护。

实施例2一种透水水泥混凝土

本实施例所述透水水泥混凝土的原料组成，见表1所示；按照与实施例1相同的方法和步骤得到预制透水水泥混凝土。

实施例3一种透水水泥混凝土

本实施例所述透水水泥混凝土的原料组成，见表1所示；按照与实施例1相同的方法和步骤得到预制透水水泥混凝土。

实施例4一种透水水泥混凝土

本实施例所述透水水泥混凝土的原料组成，见表1所示；按照与实施例1相同的方法和步骤得到预制透水水泥混凝土。

实施例5一种透水水泥混凝土

本实施例所述透水水泥混凝土的原料组成，见表1所示；按照与实施例1相同的方法和步骤得到预制透水水泥混凝土。

测试例1实施例1-5的透水水泥混凝土的性能测定

实施例1-5制备的预制透水水泥混凝土标准养护满28天后，按GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测透水混凝土的抗压强度及CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》检测透水混凝土的透水系数，结果见表1。

表1实施例1-5的原料组成及性能(1重量份＝1kg)

测试结果表明：五种配合比配制出的透水混凝土28d强度均超过30MPa，透水系数均大于10mm/s；其中以实施例4为本发明的强度最优的实施方案，以实施例5为本发明的透水最优的实施方案；但是实施例1～3的综合性能较好。

将上述性能测定结果和各个实施例的原料组成结合起来比较，可以发现，如果提高本发明的透水混凝土增强料的掺量(实施例1-3之间的比较)，透水水泥混凝土抗压强度明显提升，而透水系数基本保持不变，仍然保持在10mm/s。这是因为增大增强料掺量可改善浆体的流动性能，使浆体分布更均匀，透水混凝土结构得到改善，从而在保证透水性能的基础上，提高透水混凝土强度。另外，如果提高水泥和细集料的掺量(实施例4)，透水水泥混凝土的抗压强度大幅增加，透水系数有所降低。而降低水泥和细集料的掺量(实施例5)，透水水泥混凝土的透水系数虽然明显提高，但是抗压强度却显著下降。因此，细骨料的合理配置与掺入，可以改善粗骨料的表面形态，粘结性能可达到最优，可显著提高透水混凝土的抗压强度，改善透水混凝土的综合性能。

因此，根据应用场景和要求的不同，可以在所附的权利要求书中要求保护的范围内灵活选择合适的透水水泥混凝土的配方。

对比例1一种透水水泥混凝土

一种透水水泥混凝土，该透水混凝土用细骨料为质量比为5:2:3的粒径0.3-0.6mm、粒径0.6-1.18mm和粒径1.18-2.36mm。其他组分及配合比和实施例2相同，按照与实施例2相同的方法和步骤得到预制透水水泥混凝土。

对比例2一种透水水泥混凝土

一种透水水泥混凝土，该透水混凝土用细骨料为质量比为5:2:3的粒径0.15-0.3mm、粒径0.6-1.18mm和粒径2.36-4.75mm。其他组分及配合比和实施例2相同，按照与实施例1相同的方法和步骤得到预制透水水泥混凝土。

对比例3一种透水水泥混凝土

一种透水水泥混凝土，该透水混凝土用细骨料为质量比为1:3:6的粒径0.075-0.15mm、粒径0.15-0.3mm和粒径0.3-0.6mm。其他组分及配合比和实施例2相同，按照与实施例1相同的方法和步骤得到预制透水水泥混凝土。

对比例4一种透水水泥混凝土

一种透水水泥混凝土，该透水混凝土用细骨料为质量比为8:1:1的粒径0.075-0.15mm、粒径0.15-0.3mm和粒径0.3-0.6mm。其他组分及配合比和实施例2相同，按照与实施例1相同的方法和步骤得到预制透水水泥混凝土。

测试例2对比例1-4的透水水泥混凝土的性能测定

对比例1-4制备的预制透水水泥混凝土标准养护满28天后，按GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测透水混凝土的抗压强度及CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》检测透水混凝土的透水系数，结果见表2。

表2对比例1-4的透水水泥混凝土抗压强度及透水系数测试结果

	28天抗压强度(MPa)	透水系数(mm/s)
			对比例1	31.8	8.7
对比例2	26.2	7.5
			对比例3	29.1	9.4
对比例4	27.6	11.7

表2的测定结果示出，对比例1-4的透水水泥混凝土的抗压强度和透水系数均明显不及本发明的透水水泥混凝土。与本发明的透水水泥混凝土比较，对比例1-4水泥混凝土的原料组成中仅细骨料的组成和级配不同；因此，本发明的特定组成和级配的细骨料，是保证本发明的透水水泥混凝土优良性能的关键。

总之，本发明提供了一种强度高、透水性能好的透水水泥混凝土，基于其优良的性能，拓宽了透水水泥混凝土的应用范围，从而为城市环保、生态和可持续发展做出贡献。

Claims (10)

1.一种透水水泥混凝土，原料包括以下重量份的组分：

粗骨料1400-1500份，细骨料120-160份，水泥240-320份，增强料45-66份，减水剂8-12份，水55-80份。

2.根据权利要求1所述的透水水泥混凝土，其特征在于，所述透水水泥混凝土，原料包括以下重量份的组分：

粗骨料1450-1500份，细骨料120-150份，水泥240-300份，增强料50-62份，减水剂9-11份，水60-75份。

3.根据权利要求1或2所述的透水水泥混凝土，其特征在于，所述细骨料由质量比为5：2：3的粒径0.075-0.15mm、0.15-0.3mm和0.3-0.6mm的细砂组成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的透水水泥混凝土，其特征在于，所述水泥与细骨料的质量比为2:1。

5.根据权利要求1或2所述的透水水泥混凝土，其特征在于，所述粗骨料为压碎值≤5的石子，更优选为粒径10-16mm的单粒级石子；

优选的，所述水泥为52.5级及以上级的硅酸盐水泥或早强型硅酸盐水泥。

6.根据权利要求1或2所述的透水水泥混凝土，其特征在于，所述增强料活性指数≥110％，选自SF88、SF90、SF92中的一种；

优选的，所述减水剂的减水率≥20％，更优选为聚羧酸减水剂。

7.权利要求1至6中任一项所述的透水水泥混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)按照配比准备各组分；

2)在搅拌机中先加入全部的粗骨料和细骨料，以及一半的水，搅拌30s；

3)加入全部的水泥和增强料，搅拌30s；

4)将减水剂溶于剩余的水中，然后缓慢加入搅拌机中，搅拌5-7min，直至混凝土表面有较明显的金属光泽时停止搅拌，即得。

8.一种预制透水水泥混凝土，所述预制透水水泥混凝土的原料同权利要求1至6中任一项所述的透水水泥混凝土，通过如下方法制备得到：

1)按照配比准备各组分；

2)在搅拌机中先加入全部的粗骨料和细骨料，以及一半的水，搅拌30s；

3)加入全部的水泥和增强料，搅拌30s；

4)将减水剂溶于剩余的水中，然后缓慢加入搅拌机中，搅拌5-7min，直至混凝土表面有较明显的金属光泽时停止搅拌；

5)将搅拌好的混凝土分三层填入模具中，每层先用插捣棒插捣25次，然后再用平板振动器振动10s～15s；

6)脱模，将成型后的混凝土块用塑料薄膜密封后放入标准养护室进行养护。

9.权利要求1至6中任一项所述的透水水泥混凝土、权利要求8所述的预制透水水泥混凝土、或按照权利要求7所述制备方法得到的透水水泥混凝土在道路和/或路面施工中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述道路包括高速公路、城市主干道、停车场、人行道、公园道路、小区道路或停车库至主干道的道路。