CN113651572A - 一种透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透水混凝土及其制备方法，涉及混凝土技术领域，透水混凝土包括：10～20重量份的水泥；0.2～1重量份的膨胀剂；0.1～0.5重量份的聚丙烯酸盐；60～80重量份的粗骨料；1～5重量份的有机乳液；1～5重量份的三维织物；0.2～1重量份的高效减水剂，该透水混凝土制备方法简单，施工方便；本发明解决了现有技术中的透水混凝土存在抗冻抗裂性能较差的问题，实现了提高透水混凝土的抗冻性能、抗压强度和抗折强度的技术效果。

Description

一种透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种透水混凝土及其制备方法。
背景技术
透水混凝土，又称多孔混凝土，是一种无砂混凝土，具有透气、透水和重量轻的特点，逐渐被用于道路建设。但目前的透水混凝土存在抗冻抗裂性能较差，容易产生裂缝现象，导致透水混凝土强度降低，从而导致使用寿命短的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于：提供一种透水混凝土及其制备方法，旨在解决现有技术中的透水混凝土存在抗冻抗裂性能较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种透水混凝土，包括：
10～20重量份的水泥；
0.2～1重量份的膨胀剂；
0.1～0.5重量份的聚丙烯酸盐；
60～80重量份的粗骨料；
1～5重量份的有机乳液；
1～5重量份的三维织物；
0.2～1重量份的高效减水剂。
进一步地，上述透水混凝土中，透水混凝土包括：
15重量份的水泥、0.2重量份的膨胀剂、0.1重量份的聚丙烯酸盐、80重量份的粗骨料、2重量份的有机乳液、2重量份的三维织物和0.2重量份的高效减水剂。
可选地，上述透水混凝土中，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
可选地，上述透水混凝土中，所述聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙和聚丙烯酸镁中的至少一种。
可选地，上述透水混凝土中，所述粗骨料为粒径5～15mm的石子；所述粗骨料的含泥量低于1％。
可选地，上述透水混凝土中，所述有机乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、丁苯乳液和纯丙乳液中的至少一种；所述有机乳液的浓度为 40％～50％。
可选地，上述透水混凝土中，所述三维织物由玻璃纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维中的至少一种编织而成。
可选地，上述透水混凝土中，所述三维织物的厚度为8.0mm、面密度为 1120g/m3、经向的剪切强度为1.3MPa、纬向的剪切强度为2.3MPa、经向的剪切模量为5.4MPa、纬向的剪切模量为8.5MPa、经向的弯曲刚度为3.3N*m2，纬向的弯曲刚度为8.1N*m2。
可选地，上述透水混凝土中，所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂，所述高效减水剂为减水率25％以上的聚羧酸高效减水剂。
第二方面，本发明提供了一种如上述的透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、膨胀剂和聚丙烯酸盐，以粉末形式混合并搅拌，获得第一混合物；
在所述第一混合物中加入水和有机乳液，并搅拌，获得第二混合物；
在所述第二混合物中加入粗骨料，并搅拌，获得第三混合物；
在所述第三混合物中加入高效减水剂，获得拌合物；
将所述拌合物倒入固定有三维织物的模具中，压振5～10秒，进行养护和脱模，制得透水混凝土。
本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：
本发明提出的一种透水混凝土及其制备方法，通过聚丙烯酸盐和膨胀剂的协同作用，减少透水混凝土的干燥收缩和化学收缩，有效提高透水混凝土的抗裂性能，避免后期开裂；并通过有机乳液使透水混凝土内部形成膜，增加透水混凝土的韧性和防水性能，有效提高透水混凝土的抗冻性能；还通过三维织物增强透水混凝土的整体性和韧性，大幅提高透水混凝土的抗压强度和抗折强度，防止透水混凝土在外部负载下产生脆性开裂，延长了透水混凝土的使用寿命，且成本较低。该透水混凝土的制备方法简单，施工方便，便于大规模推广应用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动的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。
需要说明，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者***中还存在另外的相同要素。
另外，在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
随着经济社会的发展和城市化进程的加快，水泥路面越来越多，这些不透水材料覆盖的道路给城市的生态环境带来了极大的负面影响，不仅造成了城市“热岛效应”，温度越来越高，还使地下水位下降，引发地面下沉，以及雨水排放不畅通造成内涝等，从而造成巨大的经济损失。
对现有技术的分析发现，透水混凝土又称多孔混凝土，无砂混凝土，透水地坪，是由骨料、水泥、水和增强剂拌制而成的一种多孔混凝土，具有透气、透水和重量轻的特点。然而现阶段市场上的透水混凝土存在寿命短暂的问题，一般情况下使用寿命不超过5年便要重新铺装，究其原因是透水混凝土抗裂性能较差。透水混凝土在外部环境下容易发生开裂现象，造成强度下降；北方地区还要经过冬天的严寒气候，冻融也容易产生混凝土裂缝，造成强度和质量损失，最后导致透水混凝土的使用寿命下降。
目前，也有一些增强抗冻抗裂性能的透水混凝土配方或方法，但这些配方或方法又存在工艺过程繁琐、成本较高或过于依赖结构设计的问题，在一定程度上具有局限性，并不贴近实用。比如，一些方法通过添加聚乙烯醇纤维、铝粉和乙醇，进行搅拌、过滤得到固体再烘干，获得聚乙烯醇纤维与铝粉的混合物，再与水泥混合，这种方式工艺繁琐，并且其中涉及的材料聚乙烯醇纤维和铝粉的成本较高。又比如，一些依赖蜂巢生态地面结构来搅拌混凝土，这种方式就过于依赖结构设计，给混凝土的制备造成局限性。
鉴于现有技术中的透水混凝土存在抗冻抗裂性能较差的技术问题，本发明提供了一种透水混凝土及其制备方法，所述透水混凝土包括：
10～20重量份的水泥；0.2～1重量份的膨胀剂；0.1～0.5重量份的聚丙烯酸盐；60～80重量份的粗骨料；1～5重量份的有机乳液；1～5重量份的三维织物； 0.2～1重量份的高效减水剂。
进一步地，上述组分中，水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂，呈白色粉末；聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙和聚丙烯酸镁中的至少一种；粗骨料为粒径5～15mm的石子，粗骨料的含泥量低于1％；有机乳液为丙烯酸乳液(604乳液)、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(VAE乳液)、丁苯乳液和纯丙乳液(PA乳液)中的至少一种，有机乳液的浓度为40％～50％；三维织物由玻璃纤维、聚丙烯纤维(PP纤维) 和玄武岩纤维中的至少一种编织而成，其中，三维织物的厚度为8.0mm、面密度为1120g/m3、经向的剪切强度为1.3MPa、纬向的剪切强度为2.3MPa、经向的剪切模量为5.4MPa、纬向的剪切模量为8.5MPa、经向的弯曲刚度为 3.3N*m2，纬向的弯曲刚度为8.1N*m2；高效减水剂为减水率25％以上的聚羧酸高效减水剂。
上述透水混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤S1：将水泥、膨胀剂和聚丙烯酸盐，以粉末形式混合并搅拌，获得第一混合物；
步骤S2：在所述第一混合物中加入水和有机乳液，并搅拌，获得第二混合物；
步骤S3：在所述第二混合物中加入粗骨料，并搅拌，获得第三混合物；
步骤S4：在所述第三混合物中加入高效减水剂，获得拌合物；
步骤S5：将所述拌合物倒入固定有三维织物的模具中，压振5～10秒，进行养护和脱模，制得透水混凝土。
具体的，搅拌时间可以根据实际情况而定，步骤S5压振可以采用平板振捣器压振，压振时间也可以根据实际情况而定。
这种透水混凝土中，通过聚丙烯酸盐和膨胀剂的协同作用，减少透水混凝土的干燥收缩和化学收缩，有效提高透水混凝土的抗裂性能，避免后期开裂；并通过有机乳液使透水混凝土内部形成膜，增加透水混凝土的韧性和防水性能，有效提高透水混凝土的抗冻性能；还通过三维织物增强透水混凝土的整体性和韧性，大幅提高透水混凝土的抗压强度和抗折强度，防止透水混凝土在外部负载下产生脆性开裂，延长了透水混凝土的使用寿命，且成本较低。该透水混凝土的制备方法简单，施工方便，便于大规模推广应用。
下面通过几个实施例和对比例将透水混凝土中各组分以及其重量份数的变化所带来的效果进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种透水混凝土，包括：15重量份的水泥、0.2重量份的膨胀剂、0.1重量份的聚丙烯酸钠、80重量份的粗骨料、2重量份的有机乳液、 2重量份的三维织物和0.2重量份的高效减水剂。
具体的，将15重量份的水泥、0.2重量份的膨胀剂和0.1重量份的聚丙烯酸钠，以粉末形式混合并搅拌30秒，获得第一混合物；在该第一混合物中加入4重量份的水和2重量份的有机乳液，即有机乳液的浓度为50％，并搅拌 30秒，获得第二混合物；在该第二混合物中加入80重量份的粗骨料，并搅拌 30秒，获得第三混合物；在该第三混合物中加入0.2重量份的高效减水剂，调节混合物的工作性能，获得拌合物；将获得的拌合物倒入固定有2重量份的三维织物的模具中，并用平板振捣器压振5～10秒，然后进行养护、脱模，制得本实施例的透水混凝土。
实施例2
本实施例提供了一种透水混凝土，包括：10重量份的水泥、0.6重量份的膨胀剂、0.3重量份的聚丙烯酸钠、70重量份的粗骨料、1重量份的有机乳液、 5重量份的三维织物、0.6重量份的高效减水剂。
具体的，将10重量份的水泥、0.6重量份的膨胀剂和0.3重量份的聚丙烯酸钠粉末混合，并搅拌30秒，获得第一混合物；在该第一混合物中加入2.5 重量份的水和1重量份的有机乳液，即有机乳液的浓度为40％，并搅拌30秒，获得第二混合物；在该第二混合物中加入70重量份的粗骨料，并搅拌30秒，获得第三混合物；在该第三混合物中加入0.6重量份的高效减水剂，调节混合物的工作性能，获得拌合物；将获得的拌合物倒入固定有5重量份的三维织物的模具中，并用平板振捣器压振5～10秒，然后进行养护、脱模，制得本实施例的透水混凝土。
实施例3
本实施例提供了一种透水混凝土，包括：20重量份的水泥、1重量份的膨胀剂、0.5重量份的聚丙烯酸钠、60重量份的粗骨料、5重量份的有机乳液、 1重量份的三维织物、1重量份的高效减水剂。
具体的，将20重量份的水泥、1重量份的膨胀剂和0.5重量份的聚丙烯酸钠，以粉末形式混合，并搅拌30秒，获得第一混合物；在该第一混合物中加入10重量份的水和5重量份的有机乳液，即有机乳液的浓度为50％，并搅拌30秒，获得第二混合物；在该第二混合物中加入60重量份的粗骨料，并搅拌30秒，获得第三混合物；在该第三混合物中加入1重量份的高效减水剂，调节混合物的工作性能，获得拌合物；将获得的拌合物倒入固定有1重量份的三维织物的模具中，并用平板振捣器压振5～10秒，然后进行养护、脱模，制得本实施例的透水混凝土。
对比例1
本对比例提供了一种透水混凝土，包括：15重量份的水泥、0重量份的膨胀剂、0.1重量份的聚丙烯酸钠、80重量份的粗骨料、2重量份的有机乳液、 2重量份的三维织物和0.2重量份的高效减水剂。
具体的，将15重量份的水泥和0.1重量份的聚丙烯酸钠，以粉末形式混合，并搅拌30秒，获得第一混合物；在该第一混合物中加入4重量份的水和 2重量份的有机乳液，即有机乳液的浓度为50％，并搅拌30秒，获得第二混合物；在该第二混合物中加入80重量份的粗骨料，并搅拌30秒，获得第三混合物；在该第三混合物中加入0.2重量份的高效减水剂，调节混合物的工作性能，获得拌合物；将获得的拌合物倒入固定有2重量份的三维织物的模具中，并用平板振捣器压振5～10秒，然后进行养护、脱模，制得本对比例的透水混凝土。
对比例2
本对比例提供了一种透水混凝土，包括：15重量份的水泥、0.2重量份的膨胀剂、0重量份的聚丙烯酸钠、80重量份的粗骨料、2重量份的有机乳液、 2重量份的三维织物和0.2重量份的高效减水剂。
具体的，将15重量份的水泥和0.2重量份的膨胀剂，以粉末形式混合，并搅拌30秒，获得第一混合物；在该第一混合物中加入4重量份的水和2重量份的有机乳液，即有机乳液的浓度为50％，并搅拌30秒，获得第二混合物；在该第二混合物中加入80重量份的粗骨料，并搅拌30秒，获得第三混合物；在该第三混合物中加入0.2重量份的高效减水剂，调节混合物的工作性能，获得拌合物；将获得的拌合物倒入固定有2重量份的三维织物的模具中，并用平板振捣器压振5～10秒，然后进行养护、脱模，制得本对比例的透水混凝土。
对比例3
本对比例提供了一种透水混凝土，包括：15重量份的水泥、0.2重量份的膨胀剂、0.1重量份的聚丙烯酸钠、80重量份的粗骨料、0重量份的有机乳液、 2重量份的三维织物和0.2重量份的高效减水剂。
具体的，将15重量份的水泥、0.2重量份的膨胀剂和0.1重量份的聚丙烯酸钠，以粉末形式混合并搅拌30秒，获得第一混合物；在该第一混合物中加入4重量份的水，并搅拌30秒，获得第二混合物；在该第二混合物中加入80 重量份的粗骨料，并搅拌30秒，获得第三混合物；在该第三混合物中加入0.2 重量份的高效减水剂，调节混合物的工作性能，获得拌合物；将获得的拌合物倒入固定有2重量份的三维织物的模具中，并用平板振捣器压振5～10秒，然后进行养护、脱模，制得本实施例的透水混凝土。
对比例4
本对比例提供了一种透水混凝土，包括：15重量份的水泥、0.2重量份的膨胀剂、0.1重量份的聚丙烯酸钠、80重量份的粗骨料、2重量份的有机乳液、 0重量份的三维织物和0.2重量份的高效减水剂。
具体的，将15重量份的水泥、0.2重量份的膨胀剂和0.1重量份的聚丙烯酸钠，以粉末形式混合并搅拌30秒，获得第一混合物；在该第一混合物中加入4重量份的水和2重量份的有机乳液，即有机乳液的浓度为50％，并搅拌 30秒，获得第二混合物；在该第二混合物中加入80重量份的粗骨料，并搅拌 30秒，获得第三混合物；在该第三混合物中加入0.2重量份的高效减水剂，调节混合物的工作性能，获得拌合物；将获得的拌合物倒入模具中，该模具中无三维织物，并用平板振捣器压振5～10秒，然后进行养护、脱模，制得本实施例的透水混凝土。
对上述三个实施例制得的透水混凝土和四个对比例制得的透水混凝土分别进行抗压测试、抗折测试和50次冻融循环测试，得到如表1所示的测试结果：
表1
Figure RE-GDA0003287813250000081
根据上表1，实施例1至3的透水混凝土的测试对比发现，实施例1至3 的50冻融循环测试的抗压强度损失均不超过5％，说明这三个实施例均可以实现提高透水混凝土的抗冻抗裂性能；其中，实施例1的透水混凝土抗压强度和抗折强度最高，说明实施例1为本发明的优选实施例。
对比例1为未加入膨胀剂的透水混凝土，对比例2为未加入聚丙烯酸盐的透水混凝土，对比例3为未加入有机乳液的透水混凝土，对比例4为未加入三维织物的透水混凝土。将优选实施例1与对比例1至4分别进行对比发现：
1.未加入膨胀剂的对比例1和未加入聚丙烯酸盐的对比例2，制得的透水混凝土的50冻融循环测试的抗压强度损失分别为28％和24％，相比实施例1 不超过5％的损失，对比例1和2制得的透水混凝土增加了损失，并且，抗压和抗折性能相对有减弱。这是因为，聚丙烯酸盐和膨胀剂的加入具有协同作用：聚丙烯酸盐可以通过约束透水混凝土中的自由水，在混凝土内部起到自养护的作用，减少混凝土干燥收缩；膨胀剂可以通过补偿收缩的方式减少混凝土的化学收缩，从而减少因混凝土收缩而产生的裂缝。由此可见，聚丙烯酸盐和膨胀剂对透水混凝土的抗裂性能具有协同作用：化学收缩和干燥收缩共同存在于混凝土的生命周期中，通过干燥收缩和化学收缩同时作用，可以有效减少混凝土的收缩；反之如果缺少一方，则混凝土抗裂性能不能得到有效的提高，造成后期开裂，影响使用寿命。
2.未加入有机乳液的对比例3，制得的透水混凝土的50冻融循环测试的抗压强度损失为50.5％，相比实施例1不超过5％的损失，对比例3制得的透水混凝土增加了较多损失，并且，抗压和抗折性能均有明显减弱。这是因为，有机乳液的加入可以通过在混凝土内部形成膜，增加混凝土的韧性和防水性能，有效的阻止了水分子的进入，特别是在严寒天气下，可以大大增加透水混凝土的抗冻性能，使透水混凝土的使用寿命有效得到有效提高。由此可见，有机乳液的加入确实可以明显提高透水混凝土的抗冻性能，并且，还可以提高抗压和抗折性能；反之如果不加入有机乳液，则混凝土抗冻性能不能得到有效的提高，仍然会影响使用寿命。
3.未加入三维织物的对比例4，制得的透水混凝土的50冻融循环测试的抗压强度损失为38.9％，相比实施例1不超过5％的损失，对比例4制得的透水混凝土增加了损失，并且，对比例4只有20.7MPa的抗压强度和4.1MPa 的抗折强度，相比实施例1的30.2MPa的抗压强度和7.2MPa的抗折强度，抗压和抗折性能均有极为明显的减弱。这是因为，三维织物的加入可以有效增强透水混凝土的整体性和韧性，抗压强度和抗折强度均可得到大幅提高，通过降低透水混凝土的脆性，有效的减少了混凝土在外部负载下产生的脆性开裂，延长了使用寿命。由此可见，三维织物的加入确实可以明显提高抗压和抗折性能；反之如果不加入三维织物，则混凝土的抗压和抗折性能不能得到有效的提高，仍然会影响使用寿命。
综上所述，本发明从透水混凝土材料着手，通过改善材料配方，提高透水混凝土的抗裂性能和耐久性能；通过三维织物结合透水混凝土，让透水混凝土更具有整体性和更高的抗压抗折强度；并且，本发明的组分成本较低，但制得的透水混凝土的效果较好，制备方法简单，且施工方便。
需要说明，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种透水混凝土，其特征在于，包括：
10～20重量份的水泥；
0.2～1重量份的膨胀剂；
0.1～0.5重量份的聚丙烯酸盐；
60～80重量份的粗骨料；
1～5重量份的有机乳液；
1～5重量份的三维织物；
0.2～1重量份的高效减水剂。
2.如权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，包括：
15重量份的水泥、0.2重量份的膨胀剂、0.1重量份的聚丙烯酸盐、80重量份的粗骨料、2重量份的有机乳液、2重量份的三维织物和0.2重量份的高效减水剂。
3.如权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
4.如权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙和聚丙烯酸镁中的至少一种。
5.如权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述粗骨料为粒径5～15mm的石子；所述粗骨料的含泥量低于1％。
6.如权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述有机乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、丁苯乳液和纯丙乳液中的至少一种；所述有机乳液的浓度为40％～50％。
7.如权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述三维织物由玻璃纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维中的至少一种编织而成。
8.如权利要求7所述的透水混凝土，其特征在于，所述三维织物的厚度为8.0mm、面密度为1120g/m3、经向的剪切强度为1.3MPa、纬向的剪切强度为2.3MPa、经向的剪切模量为5.4MPa、纬向的剪切模量为8.5MPa、经向的弯曲刚度为3.3N*m2，纬向的弯曲刚度为8.1N*m2。
9.如权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂，所述高效减水剂为减水率25％以上的聚羧酸高效减水剂。
10.一种如权利要求1至9任一项所述的透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水泥、膨胀剂和聚丙烯酸盐，以粉末形式混合并搅拌，获得第一混合物；
在所述第一混合物中加入水和有机乳液，并搅拌，获得第二混合物；
在所述第二混合物中加入粗骨料，并搅拌，获得第三混合物；
在所述第三混合物中加入高效减水剂，获得拌合物；
将所述拌合物倒入固定有三维织物的模具中，压振5～10秒，进行养护和脱模，制得透水混凝土。
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