CN111039602A - 一种新型透水材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种透水材料。本发明所提供的透水材料，包括骨料和包覆所述骨料的粘结剂，其中，粘结剂包括第一无机粘结剂、第二无机粘结剂、第一添加剂和第二添加剂；第一添加剂为硅酸盐和/或磷酸盐；第二添加剂为亲水性固体颗粒物。本发明所提供的透水材料，在固化前流动性良好，可以直接用来进行透水地面的铺设，并且其铺设效率高并且用作路面时可初步过滤雨水，由其所形成的面层能够对固体颗粒物有较明显的过滤作用。

Description

一种新型透水材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种透水材料。
背景技术
在公园、广场甚至道路等地方的人行道或车行道上，出于防滑等目的，通常需要使路面能即时透水，同时路面也需要具备一定的抗压能力，使得车辆经过时不会损毁路面，尤其在广场等宽阔地方，对路面的整体平整度还有较高要求。针对这种透水地面，通常施工中都是铺装透水砖或者透水混凝土。透水砖都是从工厂大批量生产后运输到现场并人工铺装。这样的道路铺装施工方法，人工铺装速度慢，效率比较低下，而且多块透水砖之间的拼接铺装也难以保证路面的平整度，而路面的平整度不高必然影响路面强度，因而车辆难以通行，否则容易造成砖块的移动，加剧路面的不平整。当然也有其它道路铺装施工方法，比如通过精确的测绘等方式以平整路面，或多层多次的铺装透水层并进行打磨等复杂施工工序，最后铺装透水砖，但这相应地必然耗费较多的人力物力，造成施工成本高昂。透水混凝土则存在面层不耐刮碰，抗冻融性能差，且面层颜色褪色快等缺点。
现有的透水道路通常采用透水混凝土道路或者透水砖铺设道路。其中，透水混凝土道路在铺装时，均需要先夯实素土，然后铺设碎石透水层，上层铺设透水混凝土层，然后使用压路机进行碾压找平，带有颜色面层需要使用色浆掺入有机粘结剂喷涂到混凝土表面或者将透水混凝土层掺入颜料使其带有颜色，此时为突出颜色鲜艳面层粘接水泥大多选用白水泥。而透水砖铺设方案，除了透水混凝土的碎石层和透水混凝土层还需要找平层才可以铺设透水砖，透水砖一般用于人行道及停车场等场合。
但是，以上两种道路的铺设方式均较复杂，且透水混凝土道路的表面颗粒较大，无法对雨水进行初步过滤，且大孔隙容易堵塞，影响透水性能。面层施工需要大型设备支持，能源耗费严重且耗时较长，为防止面层褪色需要经常进行维护，喷涂保护层。而透水砖方案虽然可以起到净化雨水的作用，且具有不易堵塞等优点。但涉及垫层铺装及砖体切割，施工较为繁琐。
所以，如何开发一种新型的透水材料用于透水型道路的铺设是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中透水型道路存在的透水性能不稳定或施工繁琐的缺陷，开发一种新型透水型道路的铺设材料，进而提供一种新型的透水材料。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种透水材料，包括骨料和包覆所述骨料的粘结剂，
所述粘结剂包括第一无机粘结剂、第二无机粘结剂、第一添加剂和第二添加剂；
所述第一添加剂为硅酸盐和/或磷酸盐；
所述第二添加剂为亲水性固体颗粒物。
所述第一无机粘结剂占所述骨料重量的1～3％；
所述第二无机粘接剂占所述骨料重量的5～35％。
所述亲水性固体颗粒物为多巴胺、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、氧化石墨烯、人造陶粒、氧化铝中的一种或多种；和/或，
所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝、硅酸钡中的一种或多种；和/或，
所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸铝、磷酸钡中的一种或多种。
所述骨料的粒径为20～140目。
所述亲水性固体颗粒物的粒径为微米级或纳米级。
所述第二添加剂的添加量为骨料重量的3～15％。
所述第一添加剂的添加量为骨料重量的1～5％。
还包括醋酸乙烯－乙烯共聚乳液和/或丙烯酸乳液。
所述醋酸乙烯－乙烯共聚乳液的重量为所述骨料重量的1～8％；和/或，
所述丙烯酸乳液的重量为所述骨料重量的1～5％。
所述第一无机粘接剂和/或所述第二无机粘接剂为水泥。
还包括增强剂，所述增强剂的添加量为所述骨料重量的0.03～0.1％，优选的增强剂为羟丙基甲基纤维素。
还包括促凝剂，所述促凝剂的加入量为所述骨料重量的0.5～2％，优选的促凝剂为氯盐(如氯化钠、氯化钙)、硝酸盐(如硝酸钠、硝酸钙)、亚硝酸盐(如亚硝酸钠、亚硝酸钙)、碳酸盐(如碳酸钠、碳酸氢钠)中的至少一种。
所述骨料为硬质颗粒物。
所述硬质颗粒物为硅砂、人造石英砂、覆膜砂、再生砂、尾矿渣、陶粒中的一种或多种。
所述硅砂为彩色硅砂和/或所述人造石英砂为彩色人造石英砂。
一种所述的透水材料的制备方法，包括将粘结剂与骨料混合。
所述混合为先将骨料与第一添加剂、第二添加剂和第一粘结剂混合；
继续加入第二无机粘结剂，混合。
所述混合为先将骨料与第一添加剂和第一粘结剂混合；
再加入第二无机粘结剂和第二添加剂，混合。
还包括用适量水润湿所述骨料的步骤。
本发明中所述的覆膜砂可选用中国专利文献CN103028694A、CN104889313A、CN104588569A、CN1274626A和CN1274625A中所述的覆膜砂。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
1.本发明所提供的透水材料，包括骨料和包覆所述骨料的粘结剂，其中，粘结剂包括第一无机粘结剂、第二无机粘结剂、第一添加剂和第二添加剂；第一添加剂为硅酸盐和/或磷酸盐；第二添加剂为亲水性固体颗粒物。本发明所提供的透水材料，在固化前流动性良好，可以直接用来进行透水地面的铺设，并且其铺设效率高。现有技术中，透水型现制路面多为采用大颗粒的透水混凝土铺设，此种路面需要压路机才能铺设平整，而将本发明提供的透水型材料作为面层材料，其中骨料的流动性好，易压实铺平，获得较好的平整度。本发明提供的透水型材料进行现制透水道路的铺设时，无需铺设找平层，相对于现有技术中的透水砖铺装，施工效率高成本低。另外，现有技术现场铺装基本采用透水混凝土解决方案，面层骨料粒径约为3-10mm，虽然保证了透水速度，但由于面层孔隙较大，不仅无法对雨水进行初步的过滤及净化，且容易进入灰尘及颗粒杂质，堵塞孔隙，影响透水性能。而本发明所提供的透水材料铺设于道路用作路面时可初步过滤雨水，由其所形成的面层能够对固体颗粒物有较明显的过滤作用。
2.本发明所提供的透水材料，通过优选骨料粒径以及粘结剂，能够使得所得透水材料具有良好的流动性同时还进一步提高透水性能，将本发明提供的透水材料进行现制透水地面的铺设，能够同时保证现浇道路的强度和韧性。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，20目的覆膜砂100g、硅酸钠化合物3g、包覆硅砂的水泥2g、炭黑0.06g、丙烯酸乳液2g、水泥20g、羟丙基甲基纤维素0.1g、微米级的多巴胺5g。
本实施例还提供一种透水材料的制备方法，具体如下：
将20目的覆膜砂100g、硅酸钠化合物3g、包覆硅砂的水泥2g(第一无机粘结剂)、炭黑0.06g、丙烯酸乳液2g、微米级的多巴胺5g与适量水混合，得到第一混合物；
将第一混合物和水泥20g(第二无机粘结剂)、羟丙基甲基纤维素0.1g混合。
实施例2
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，100目的石英砂13Kg、硅酸钠130g、丙烯酸乳液130g、水泥4.94kg、羟丙基甲基纤维素0.78g、微米级的碳酸钙117g，本实施例所提供的透水材料，具体制备方法为将石英砂用水润湿后，加入其余物料，并加入适量水与减水剂，得到透水材料。
实施例3
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，140目的石英砂15Kg、硅酸钠75g、包覆硅砂的水泥(第一粘结剂)15g、丙烯酸乳液75g、水泥(第二粘结剂)525g、羟丙基甲基纤维素1.35g、氢氧化镁160g。
本实施例还提供了一种新型透水材料的制备方法，具体如下：
将140目的石英砂15Kg用水润湿、与硅酸钠75g、包覆硅砂的水泥(第一粘结剂)15g、丙烯酸乳液75g、羟丙基甲基纤维素1.35g混合，再加入水泥(第二粘结剂)525g、氢氧化镁160g以及适量的水，混合。
实施例4
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，20目的覆膜砂100g，硅酸钠化合物3g、包覆硅砂的水泥2g、炭黑0.06g、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液2g、水泥20g、羟丙基甲基纤维素0.1g、微米级氢氧化镁8g。
本发明所提供的透水材料，其制备方法为：将20目的覆膜砂100g、硅酸钠化合物3g、包覆硅砂的水泥2g(第一无机粘结剂)、炭黑0.06g、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液2g、微米级氢氧化镁8g与适量水混合，得到第一混合物；
将第一混合物和水泥20g(第二无机粘结剂)、羟丙基甲基纤维素0.1g混合。
实施例5
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，100目的石英砂13Kg、硅酸钠130g、丙烯酸乳液130g、水泥4.94kg、羟丙基甲基纤维素0.78g、纳米级氢氧化铝39g。本实施例所提供的透水材料，具体制备方法为将石英砂用水润湿后，加入其余物料，并加入适量水与减水剂，得到透水材料。
实施例6
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，60目彩色硅砂15Kg，硅酸钠75g、包覆硅砂的水泥(第一粘结剂)15g、丙烯酸乳液75g、水泥(第二粘结剂)3kg、羟丙基甲基纤维素60g、微米级亲水性二氧化硅225g。
实施例7
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，80目的覆膜砂100g，硅酸钠化合物3g、包覆硅砂的水泥2g、炭黑0.06g、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液2g、水泥20g、羟丙基甲基纤维素0.1g、微米级氧化石墨烯8g。
本发明所提供的透水材料，其制备方法为：将20目的覆膜砂100g、硅酸钠化合物3g、包覆硅砂的水泥2g(第一无机粘结剂)、炭黑0.06g、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液2g、微米级氧化石墨烯8g与适量水混合，得到第一混合物；
将第一混合物和水泥20g(第二无机粘结剂)、羟丙基甲基纤维素0.1g混合。
实施例8
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，100目的石英砂13Kg，硅酸钠130g、丙烯酸乳液130g、水泥4.94kg、羟丙基甲基纤维素0.78g、纳米级人造陶粒39g。
本发明还提供了一种透水材料的制备方法，具体为：
将石英砂用水润湿后，加入其余物料，并加入适量水与减水剂，得到透水材料。
实施例9
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，染成黑色的20目石英砂15Kg，硅酸钠75g、包覆硅砂的水泥(第一粘结剂)15g、丙烯酸乳液75g、水泥(第二粘结剂)525g、羟丙基甲基纤维素1.35g、纳米级人造陶粒225g。
实施例10
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，80目的覆膜砂100g，硅酸钠化合物3g、包覆硅砂的水泥2g、炭黑0.06g、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液2g、水泥20g、羟丙基甲基纤维素0.1g、微米级氧化铝8g。
本发明所提供的透水材料，其制备方法为：将80目的覆膜砂100g、硅酸钠化合物3g、包覆硅砂的水泥2g(第一无机粘结剂)、炭黑0.06g、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液2g、微米级氧化铝8g与适量水混合，得到第一混合物；
将第一混合物和水泥20g(第二无机粘结剂)、羟丙基甲基纤维素0.1g混合。
实施例11
本实施例提供了一种透水材料，其组成包括，60目的尾矿渣15Kg，硅酸钠75g、包覆硅砂的水泥(第一粘结剂)15g、丙烯酸乳液75g、水泥(第二粘结剂)525g、羟丙基甲基纤维素1.35g、微米级多巴胺和氧化石墨烯的混合物225g。
实验例
抗压强度测试：
取125g各实施例和对比例提供的面层铺装材料，利用模具制成直径50mm，高度40mm的圆柱状待测样品。自然养护24h后脱模，浇水养护14d后进行强度测试。将待测样品放入伺服压力试验机，应力控制速度为0.4～0.6Mpa/s，进行强度测量。检测结果取同一批次5个样品的平均值。
抗压强度按照下列公式进行计算：
Figure BDA0001827109880000091
式中：
Rc——抗压强度，单位为兆帕(MPa)；
P——最大荷载，单位为牛顿(N)；
A——试样上垫压板面积或试样受压面积，单位为平方毫米(mm2)。
透水滤水性能测试：
首先进行测试样品的制备，铺设透水混凝土层，然后在表面铺设各实施例和对比例所提供的新型透水材料，形成面层，辊压使之密实平整，自然养护14d，养护期间时常浇水，得到面层厚度为8mm的试样。所述自然养护期间不得踩踏或浸水。养护结束后，切割成150*150*80mm的待测样品。待测样品的透水速率、滤水率和透水速率衰减率数的测定，均采用《砂基透水砖》JG/T376-2012标准中的测试方法。
表1测试结果
Figure BDA0001827109880000101
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (19)

1.一种透水材料，包括骨料和包覆所述骨料的粘结剂，其特征在于，
所述粘结剂包括第一无机粘结剂、第二无机粘结剂、第一添加剂和第二添加剂；
所述第一添加剂为硅酸盐和/或磷酸盐；
所述第二添加剂为亲水性固体颗粒物。
2.根据权利要求1所述的透水材料，其特征在于，
所述第一无机粘结剂占所述骨料重量的1～3％；
所述第二无机粘接剂占所述骨料重量的5～35％。
3.根据权利要求1或2所述的透水材料，其特征在于，所述亲水性固体颗粒物为多巴胺、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、氧化石墨烯、人造陶粒、氧化铝中的一种或多种；和/或，
所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝、硅酸钡中的一种或多种；和/或，
所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸铝、磷酸钡中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的透水材料，其特征在于，所述骨料的粒径为20～140目。
5.根据权利要求1-4任一项所述的透水材料，其特征在于，所述亲水性固体颗粒物的粒径为微米级或纳米级。
6.根据权利要求1-5任一项所述的透水材料，其特征在于，所述第二添加剂的添加量为骨料重量的3～15％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的透水材料，其特征在于，所述第一添加剂的添加量为骨料重量的1～5％。
8.根据权利要求1-7任一所述的透水材料，其特征在于，还包括醋酸乙烯－乙烯共聚乳液和/或丙烯酸乳液。
9.根据权利要求8所述的透水材料，其特征在于，所述醋酸乙烯－乙烯共聚乳液的重量为所述骨料重量的1～8％；和/或，
所述丙烯酸乳液的重量为所述骨料重量的1～5％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的透水材料，其特征在于，所述第一无机粘接剂和/或所述第二无机粘接剂为水泥。
11.根据权利要求1-10任一项所述的透水材料，其特征在于，还包括增强剂，所述增强剂的添加量为所述骨料重量的0.03～0.1％。
12.根据权利要求1-11任一项所述的透水材料，其特征在于，还包括促凝剂，所述促凝剂的加入量为所述骨料重量的0.5～2％。
13.根据权利要求1-12任一项所述的透水材料，其特征在于，所述骨料为硬质颗粒物。
14.根据权利要求13所述的透水材料，其特征在于，所述硬质颗粒物为硅砂、人造石英砂、覆膜砂、再生砂、尾矿渣、陶粒中的一种或多种。
15.根据权利要求13所述的透水材料，其特征在于，所述硅砂为彩色硅砂和/或所述人造石英砂为彩色人造石英砂。
16.一种如权利要求1-15任一项所述的透水材料的制备方法，其特征在于，包括将粘结剂与骨料混合。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述混合为先将骨料与第一添加剂、第二添加剂和第一粘结剂混合；
继续加入第二无机粘结剂，混合。
18.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述混合为先将骨料与第一添加剂和第一粘结剂混合；
再加入第二无机粘结剂和第二添加剂，混合。
19.根据权利要求16-19任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括用适量水润湿所述骨料的步骤。
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