CN110330293A - 一种透水混凝土及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土加工的技术领域，具体涉及一种透水混凝土及其加工工艺，其包括如下重量份的原料组分：胶凝材料200‑350份、粗骨料800‑1200份、粉煤灰漂珠10‑25份、外加剂0.2‑1份和水90‑130份，所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液3‑15份，葡萄糖1.5‑3.5份，酪蛋白2‑5份和水3‑6份；本发明加工得到的透水混凝土，透水性能优良，承载性能好，28d抗压强度可达48.0 MPa，25次冻融循环后抗压强度损失率最低为12.0%，25次冻融循环后质量损失率最低为2.5%。

Description

一种透水混凝土及其加工工艺
技术领域
本发明涉及混凝土加工的技术领域，具体涉及一种透水混凝土及其加工工艺。
背景技术
透水混凝土又称多孔混凝土、无砂混凝土、透水地坪，通常是由骨料、水泥、增强剂和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土。透水混凝土的原料组分中不含细骨料，其由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，具有透气、透水和重量轻的特点。透水混凝土能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等等的一些城市环境问题；能有效的消除地面上的油类化合物等对环境造成的污染危害；同时，透水混凝土还是保护地下水、维护生态平衡、能缓解城市热岛效应的优良的铺装材料。综上，透水混凝土是一种有利于人类生存环境的良性发展及城市雨水管理与水污染防治等工作的绿色产品，具有特殊的重要意义。
由于透水混凝土中不添加细骨料，由粗骨料表面包裹水泥浆而形成多孔结构，以满足其透水性能，因此，透水混凝土的流动性能和拌和性能较差，导致其拌和过程中搅拌电机吃力，磨损和能耗较大；拌和后装料时因流动性差而难以自动流入罐车内，导致装卸过程需要借助外力，进一步增大了能耗；新拌混凝土装入罐车后，在运输过程中在颠簸、振动或混凝土自身重力下较易出现浆体下沉，堵塞孔隙。
为了解决透水混凝土的上述问题，CN 201810821525.X的中国专利申请公开了一种透水混凝土专用外加剂，各组分按质量百分数计为：减水剂10％～12％、保坍剂8％～10％、缓凝剂3.5％～4.5％、纤维素醚0.05％～0.1％、粘度改良剂0.8％～1.3％、亲水树脂0.5％～1.0％、表面活性剂0.01％～0.05％、胶粉4％～4.5％、余量为水；该申请通过添加减水剂和缓凝剂，可以相对提高混凝土的和易性和装卸易操作性；通过添加均具有增加粘度作用的纤维素醚、粘度改良剂和胶粉，相对提高了混凝土胶浆与骨料之间的粘结性，从而可以延缓浆体的流动速度，降低了运输过程中的堵塞孔隙现象的危害。
但是，上述专利申请中，添加的聚羧酸系减水剂虽然可以对胶凝材料起到润滑作用，赋予混凝土拌和物一定的和易性而便于拌和和装卸操作，但是聚羧酸系减水剂中的羧酸根离子与水泥中的钙离子作用形成络合物，抑制了氢氧化钙结晶的形成，从而抑制了水泥水化，并且不易自发性的将钙离子释放。目前在添加有聚羧酸系减水剂的透水混凝土中约有15％-25％的水泥水化反应不充分，从而不能充分发挥水泥的粘接性能和强度，使透水混凝土在施工后常出现粗骨料之间的粘结力较小而出现开裂问题，影响透水混凝土的承载力。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种透水混凝土，具有和易性能好及抗压强度高的优点。
本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：
一种透水混凝土，其包括如下重量份的原料组分：胶凝材料200-350份、粗骨料800-1200份、粉煤灰漂珠10-25份、外加剂0.2-1份和水90-130份，所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液3-15份，葡萄糖1.5-3.5份，酪蛋白2-5份和水3-6份。
通过采用上述技术方案，粉煤灰漂珠化学成分以二氧化硅和三氧化二铝为主，是一种粉煤灰空心球，呈灰白色，壁薄中空，重量很轻，容重为720kg/m3(重质)，418.8kg/m3(轻质)，粒径约0.1毫米，表面封闭而光滑，具有热导率小、高强度、耐磨、耐高温、保温绝缘、阻燃等特性；通过外加剂将粉煤灰漂珠均匀分散在透水混凝土的网状拌和物中，和胶凝材料一起，起到填充骨架的作用；同时粉煤灰漂珠自身的热导性能使其可以降低混凝土内部的温变，提高混凝土的抗开裂能力。外加剂中葡萄糖的加入，可以增大外加剂对混凝土拌和物的润滑作用，提高透水混凝土的黏度及和易性。酪蛋白，又称干酪素，它可以与不同类型胶凝材料中的钙离子结合形成可溶性复合物，提高透水混凝土的易和性；酪蛋白吸收水分后会迅速膨胀，而酪蛋白自身的分子之间不结合，因此酪蛋白在膨胀过程中可携带不同类型胶凝材料中的钙离子充分在拌和物内扩散。聚羧酸母液则使胶凝颗粒带上负电荷，从而使胶凝颗粒之间产生静电排斥作用并使胶凝颗粒分散，抑制胶凝颗粒的凝聚，增大胶凝颗粒与水的接触面积；膨胀的酪蛋白携带着钙离子充分分散在拌和物内，当将拌和物施工平铺后，拌和物与空气的接触面积大大增加，一部分胶凝颗粒中的水泥水化后，充分分散的钙离子在酪蛋白的携带下发生“连锁反应”，促使透水混凝土内的水泥充分水化，提高了透水混凝土的抗压强度。
作为优选，其包括如下重量份的原料组分：胶凝材料250-300份、粗骨料900-1100份、粉煤灰漂珠15-20份、外加剂0.4-0.8份和水100-120份，所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液5-12份，葡萄糖2-3份，酪蛋白3-4份和水4-5份。
作为优选，所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液5-20份，葡萄糖1-3份，酪蛋白3-5份，羧甲基壳聚糖2.5-5份和水2-8份。
通过采用上述技术方案，向外加剂中加入了羧甲基壳聚糖，其内含有-NH2、-OH等与水亲和力强的极性基团，配合聚羧酸系母液中的-COOH极性基团，通过吸附、分散、润滑等表面活性作用，对胶凝颗粒提供进一步的分散，从而提高胶凝颗粒对混凝土骨架的黏连强度，提高混凝土的承载力；通过减少胶凝颗粒间的摩擦阻力，降低了胶凝颗粒与水界面的自由能，从而进一步的增加了新拌混凝土的和易性。
作为优选，所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-15份，葡萄糖1.5-2.5份，酪蛋白3.5-4.5份，羧甲基壳聚糖3-4.5份和水3-6份。
作为优选，所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-20份，葡萄糖1-3份，酪蛋白2-5份，土耳其红油2-5份和水8-15份。
通过采用上述技术方案，向外加剂中加入了土耳其红油，土耳其红油为黄色或棕色稠厚油状透明液体，具有优良的扩散性和润湿性，可以在混凝土拌和物中引入适当均匀且细小的气泡。由于水泥水化过程中会产生较多空隙，细小且均匀气泡的引入提高了对水泥的减水分散作用，减少了水泥浆的自由水含量，使水泥水化后的平均孔径降低，甚至可以使硬化后的水泥内部形成闭孔，从而进一步提高了透水混凝土的强度。
作为优选，所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液12-18份，葡萄糖1.5-2.5份，酪蛋白3-4份，土耳其红油3-4.5份和水10-13份。
作为优选，所述水来自清洗混凝土罐车的回收水和/或从砂石分离机中筛分得到的回收水，所述水的固含量为6-8％。
通过采用上述技术方案，在混凝土运输完后，罐车中会残留一部分黏连在内壁上的混凝土，该部分需要用水冲洗下来，从而保证不对下批次混凝土的运输造成影响。清洗的固液混合物若直接排放会造成环境污染，而且每个月会造成大量的水资源浪费。申请人将这部分的固液混合物经过砂石分离筛分后，大块石子筛出回收继续利用，胶凝材料随水一起回收后，经过二次沉降处理，选取固含量为6-8％的上层清液用作混凝土加工的原料水，不仅不会影响透水混凝土的性能，而且降低了加工生产成本，每个月可以节约100万元左右的水资源。
作为优选，所述胶凝材料包括水泥和粉煤灰，所述粉煤灰的重量占胶凝材料总重量的22-30％。
通过采用上述技术方案，粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害，将粉煤灰作为混凝土的掺合料，即节能又环保，并且不影响透水混凝土的强度。
作为优选，所述粗骨料为粒径为10-20mm的石子，压碎值为7.0％，含泥量不大于0.6％。
通过采用上述技术方案，控制石子的粒径及含泥量不大于0.6％，可以在同等重量的石子情况下，相对提高石子的硬度和强度，从而相对提高混凝土的抗压强度。
本发明的第二个目的是提供一种上述透水混凝土的加工工艺，其通过如下加工工艺得到：
按上述重量份加入胶凝材料、粗骨料和水量总重50％的水，搅拌混合均匀，得到混合料A；按上述重量份加入外加剂和粉煤灰漂珠，搅拌混合均匀，得到混合料B；向混合料A中加入混合料B和余量的水，搅拌混合均匀，得到透水混凝土。
通过采用上述技术方案，先将胶凝材料、粗骨料和一半的水量混合形成初步的拌和物；将外加剂与粉煤灰漂珠混合搅拌，目的是保证外加剂先均匀分散包裹在粉煤灰漂珠的表面，使粉煤灰漂珠可以在外加剂的润湿作用下，充分分散在拌和物内，避免粉煤灰漂珠因自身质轻而多数存浮于拌和物表面；最后将经过外加剂润湿后的粉煤灰漂珠在外加剂的携带下，加入初步的拌和物中分散均匀，得到流动性好，和易性高，后期承载力高的透水混凝土。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
本发明的透水混凝土，透水系数达到0.6mm/s；25次冻融循环后抗压强度损失率最低为12.0％，25次冻融循环后质量损失率最低为2.5％；外加剂的加入，使混凝土后期的抗压强度最高达到48.0MPa，对混凝土后期的强度具有显著的增强作用；并且提高了透水混凝土的和易性和流动性，尤其是酪蛋白的加入，对本发明透水混凝土的抗压强度和和易性存在较大的正向促进作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。
本发明中水泥选用PC 32.5普通硅酸盐水泥；粗骨料为粒径为10-20mm的石子，压碎值为7.0％，含泥量不大于0.6％；粉煤灰为一级风选粉煤灰；酪蛋白选自河北鸿韬生物工程有限公司；聚羧酸母液选自ZY-HL700标准高效高性能混凝土添加剂聚羧酸减水剂母液外加剂；土耳其红油选自济南同科商贸有限公司。
实施例1
按照表1的重量份，将胶凝材料、粗骨料和一半的水混合在一起，搅拌30s，混合均匀得到混合料A；按表1的重量份在外加剂搅拌罐中打入外加剂，投入粉煤灰漂珠，搅拌40s，混合均匀，得到混合料B；向混合料A中打入混合料B和剩余的一半水，搅拌60s，混合均匀，得到透水混凝土。其中，水来自清洗混凝土罐车的回收水，固含量为6％；外加剂的组成及含量具体见表2所示。
实施例2
按照表1的重量份，将胶凝材料、粗骨料和一半的水混合在一起，搅拌30s，混合均匀得到混合料A；按表1的重量份在外加剂搅拌罐中打入外加剂，投入粉煤灰漂珠，搅拌40s，混合均匀，得到混合料B；向混合料A中打入混合料B和剩余的一半水，搅拌60s，混合均匀，得到透水混凝土。其中，水包括2/3来自清洗混凝土罐车的回收水和1/3从砂石分离机中筛分得到的回收水，两种来源的水混合在一起后经过二级沉降，混合均匀后，选取上层固含量为7％的清液，即为本实施例2中的水；外加剂的组成及含量具体见表2所示。
实施例3
按照表1的重量份，将胶凝材料、粗骨料和一半的水混合在一起，搅拌30s，混合均匀得到混合料A；按表1的重量份在外加剂搅拌罐中打入外加剂，投入粉煤灰漂珠，搅拌40s，混合均匀，得到混合料B；向混合料A中打入混合料B和剩余的一半水，搅拌60s，混合均匀，得到透水混凝土。其中，水是从砂石分离机中筛分得到的回收水，固含量为8％；外加剂的组成及含量具体见表2所示。
实施例4
实施例4的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别在于各原料的含量按照表1所示添加，外加剂的组成及含量具体见表2所示。
实施例5
实施例5的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别在于各原料的含量按照表1所示添加，外加剂的组成及含量具体见表2所示。
实施例6
实施例6的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别在于各原料的含量按照表1所示添加，外加剂的组成及含量具体见表2所示。
实施例7
实施例7的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别在于各原料的含量按照表1所示添加，外加剂的组成及含量具体见表2所示。
表1实施例1-7的透水混凝土的原料含量(单位kg)
水泥 粉煤灰 粗骨料 粉煤灰漂珠 外加剂 水
实施例1 156 44 800 10 0.2 90
实施例2 156 44 800 10 0.2 90
实施例3 156 44 800 10 0.2 90
实施例4 190 60 1000 15 0.4 112
实施例5 212.8 67.2 900 17.8 0.6 100
实施例6 222 78 1100 20 0.8 120
实施例7 245 105 1200 25 1 130
表2实施例1-7的外加剂的原料含量(单位kg)
聚羧酸母液 葡萄糖 酪蛋白 水
实施例1 3 1.5 2 3
实施例2 3 1.5 2 3
实施例3 3 1.5 2 3
实施例4 5 2 3 4
实施例5 8.5 2.5 3.5 4.5
实施例6 12 3 4 5
实施例7 15 3.5 5 6
实施例8
实施例8的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表3所示。
实施例9
实施例9的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表3所示。
实施例10
实施例10的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表3所示。
实施例11
实施例11的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表3所示。
实施例12
实施例12的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表3所示。
表3实施例8-12的外加剂的原料含量(单位kg)
聚羧酸母液 葡萄糖 酪蛋白 羧甲基壳聚糖 水
实施例8 5 1 3 2.5 2
实施例9 10 1.5 3.5 3 3
实施例10 15 2 4 3.5 5
实施例11 13 2.5 4.5 4.5 6
实施例12 20 3 5 5 8
实施例13
实施例13的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表4所示。
实施例14
实施例14的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表4所示。
实施例15
实施例15的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表4所示。
实施例16
实施例16的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表4所示。
实施例17
实施例17的透水混凝土与实施例2的加工工艺相同，区别仅在于外加剂的组成及含量不同，具体见表4所示。
表4实施例13-17的外加剂的原料含量(单位kg)
聚羧酸母液 葡萄糖 酪蛋白 土耳其红油 水
实施例13 10 1 2 2 8
实施例14 12 1.5 3 3 10
实施例15 14 2 3.6 3.8 12
实施例16 18 2.5 4 4.5 13
实施例17 20 3 5 5 15
对比例1
对比例1的透水混凝土，采用与实施例2完全相同的加工工艺，原料如下：水泥200kg，粗骨料800kg，粉煤灰漂珠10kg，外加剂0.2kg和水90kg；外加剂的组成与实施例2中相同。
对比例2
对比例2的透水混凝土，采用与实施例2完全相同的加工工艺，原料如下：水泥156kg，粉煤灰44kg，粗骨料800kg，外加剂0.2kg和水90kg；外加剂的组成与实施例2中相同。
对比例3
对比例3的透水混凝土，与实施例2的区别仅在于外加剂的组成和含量不同，具体为：聚羧酸母液3kg，葡萄糖1.5kg和水3kg。
对比例4
对比例3的透水混凝土，与实施例2的区别在于加工工艺不同，具体为：按照实施例2中的重量份，将胶凝材料、粗骨料、粉煤灰漂珠和一半的水混合在一起，搅拌30s，混合均匀得到混合料A；按实施例2的重量份向混合料A中打入外加剂和剩余的一半水，搅拌60s，混合均匀，得到透水混凝土。其中，水来自清洗混凝土罐车的回收水，固含量为6％；外加剂的组成及含量与实施例2中相同。
对照组
对照组的透水混凝土，与实施例2的区别在于，无外加剂的加入，各原料的添加量缩小100倍，仅作为对照，不用于批量生产，其余均与实施例2相同。
采用CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》，对实施例1-17、对比例1-3和对照组的透水混凝土进行性能测定，检测结果见表5所示；其中，施工允许最长时间是指从搅拌机出料至浇筑完毕的允许最长时间。
表5实施例1-17、对比例1-3和对照组的混凝土的透水性能检测结果
由表5的检测结果可知，本发明的透水混凝土透水性能良好，均符合《透水水泥混凝土路面技术规程》中0.5mm/s的透水系数要求，且均优于对照组混凝土的性能。通过对实施例1-7，实施例8-12和实施例13-17进行横向对比，表明本发明的外加剂中，羧甲基壳聚糖和土耳其红油的加入，对透水混凝土的透水性能和施工性能的提高均有所帮助。由对比例1的检测结果表明，粉煤灰的加入对混凝土的和易性存在一定的正相关影响。由对比例2的检测结果表明，粉煤灰漂珠对混凝土的透水性能和施工性能影响较小。由对比例3的检测结果表明，酪蛋白对本发明混凝土的和易性和透水性均具有较大的正向促进作用。
采用CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中的方法，对实施例1-17、对比例1-3和对照组的混凝土分别进行抗冻性及抗压强度测试，检测结果详见表6所示。
表6实施例1-17、对比例1-3和对照组的混凝土的综合性能检测结果
由表6的检测结果证明，本发明的透水混凝土，抗冻性能优良，25次冻融循环后抗压强度损失率及质量损失率均符合规程中的要求，25次冻融循环后抗压强度损失率最低为12.0％，25次冻融循环后质量损失率最低为2.5％，远优于未添加外加剂的混凝土(对照组)，以及无粉煤灰漂珠(对比例2)和酪蛋白(对比例3)的混凝土。本发明中的透水混凝土28天的抗压强度最高可达48.0MPa，强度高；由对比例1-3的结果可知，粉煤灰漂珠对本发明混凝土的抗压强度有较大的影响；结合表5的检测结果表明，酪蛋白对本发明的透水混凝土的和易性能及抗压强度均具有较大的影响。由表5和表6的检测结果表明，本发明的加工工艺中，将粉煤灰漂珠预先分散在外加剂中，使粉煤灰漂珠可以在外加剂的携带上更加充分的分散在混凝土中，可以提高透水混凝土的透水性能、抗压强度以及施工性能。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，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，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种透水混凝土，其特征在于，其包括如下重量份的原料组分：胶凝材料200-350份、粗骨料800-1200份、粉煤灰漂珠10-25份、外加剂0.2-1份和水90-130份，所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液3-15份，葡萄糖1.5-3.5份，酪蛋白2-5份和水3-6份。
2.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，其包括如下重量份的原料组分：胶凝材料250-300份、粗骨料900-1100份、粉煤灰漂珠15-20份、外加剂0.4-0.8份和水100-120份，所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液5-12份，葡萄糖2-3份，酪蛋白3-4份和水4-5份。
3.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液5-20份，葡萄糖1-3份，酪蛋白3-5份，羧甲基壳聚糖2.5-5份和水2-8份。
4.根据权利要求3所述的透水混凝土，其特征在于：所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-15份，葡萄糖1.5-2.5份，酪蛋白3.5-4.5份，羧甲基壳聚糖3-4.5份和水3-6份。
5.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-20份，葡萄糖1-3份，酪蛋白2-5份，土耳其红油2-5份和水8-15份。
6.根据权利要求5所述的透水混凝土，其特征在于：所述外加剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液12-18份，葡萄糖1.5-2.5份，酪蛋白3-4份，土耳其红油3-4.5份和水10-13份。
7.根据权利要求1-6任一项所述的透水混凝土，其特征在于：所述水来自清洗混凝土罐车的回收水和/或从砂石分离机中筛分得到的回收水，所述水的固含量为6-8%。
8.根据权利要求1-6任一项所述的透水混凝土，其特征在于：所述胶凝材料包括水泥和粉煤灰，所述粉煤灰的重量占胶凝材料总重量的22-30%。
9.根据权利要求1-6任一项所述的透水混凝土，其特征在于：所述粗骨料为粒径为10-20mm的石子，压碎值为7.0%，含泥量不大于0.6%。
10.一种权利要求1-6任一项所述的透水混凝土的加工工艺，其特征在于，其通过如下加工工艺得到：
按上述重量份加入胶凝材料、粗骨料和水量总重50%的水，搅拌混合均匀，得到混合料A；按上述重量份加入外加剂和粉煤灰漂珠，搅拌混合均匀，得到混合料B；向混合料A中加入混合料B和余量的水，搅拌混合均匀，得到透水混凝土。
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