CN117088656B - 一种海绵城市用透水混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种海绵城市用透水混凝土及其制备方法。一种海绵城市用透水混凝土，按照质量份数，包括以下原料：120‑130份水、400‑440份水泥、1300‑1600份粗骨料、5‑12份氯丁胶乳、3‑8份聚丙烯酰胺、0.1‑5份减水剂；粗骨料至少包括珊瑚石粉和陶粒，粗骨料还包括碎石、破碎砾石中的一种或多种；其制备方法为：将水泥、粗骨料混合搅拌至均匀，然后再加入水搅拌混合，然后再加入氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、减水剂混合至均匀，得到透水混凝土。本申请具有提高透水混凝土的强度的优点。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种海绵城市用透水混凝土及其制备方法。
背景技术
根据新一代城市雨洪管理概念，海绵城市旨在通过自身建筑性质及特点，在一定程度上人工干预自然生态，消纳并回用大部分雨水，在大规模开发建设的同时保护原有生态环境，使城市具有弹性应对环境变化及降雨带来的自然灾害的能力。
作为一种新型路面铺装材料，透水混凝土具有高渗透性，为满足荷载要求多用于广场、园路、停车场等场所，以分担市政排水管网压力，有效解决路面积水、城市内涝等现实问题。此外，透水混凝土路面还可缓解城市大面积不透水下垫面带来的地下水位下降、热岛效应等问题，对修复城市水生态、维护原有生态***平衡效果显著。
透水混凝土是一种具有一定孔隙比的混合型混凝土材料，主要由水泥、同粒径或间断级配骨料和水按一定配合比构成，与普通混凝土相比，其透气性、透水性更强并且质量较轻，但强度偏弱。因此，还有待改善。
发明内容
为了提高透水混凝土的强度，本申请提供一种海绵城市用透水混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种海绵城市用透水混凝土，采用如下的技术方案：
一种海绵城市用透水混凝土，按照质量份数，包括以下原料：120-130份水、400-440份水泥、1300-1600份粗骨料、5-12份氯丁胶乳、3-8份聚丙烯酰胺、0.1-5份减水剂；
粗骨料至少包括珊瑚石粉和陶粒，粗骨料还包括碎石、破碎砾石中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，在氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、珊瑚石粉的共同配合下，水泥浆料与其余粗骨料之间形成一层具有良好粘结力的膜，蔓延到砂浆的空隙中，减少了体系内大孔隙的数量及体积，将大孔隙分隔成一个又一个中小孔，保证了透水混凝土的透水性。而由于膜的存在，使得孔隙之间有了类似于“支撑柱”、“连接网”的支撑，从而提高了透水混凝土的强度。
氯丁胶乳、聚丙烯酰胺可以进一步促进珊瑚石粉与水泥浆料中的物质反应，提高膜与水泥浆料的化学胶着力，有利于提高膜、水泥浆料与粗骨料之间的连接强度，水泥浆料更充分地包裹粗骨料表面，提高透水混凝土整体的性能。水化反应与成膜同时进行，水泥浆和膜在反应过程中相互交织、连成一体，增强膜的强度，以进一步提高对孔隙的支撑、分隔效果。
同时，进一步选择陶粒为透水混凝土的粗骨料。虽然透水混凝土内部的孔隙可能会因为膜的填充、连接而减少，但是中小孔数量有效增多；并且水顺着中小孔流动至陶粒处时，陶粒也可以起到良好透水效果，使水顺利在透水混凝土中流进流出。从多方面保证了透水混凝土的透水效果，也提高了透水混凝土的强度。
优选的，按照质量百分比，所述珊瑚石粉占粗骨料的8-15％，陶粒占粗骨料的10-30％，碎石/破碎砾石补充余量至100％。
陶粒、珊瑚石粉的用量若过多，容易在拌合时吸收一部分的拌合水，降低实际有效的水胶比，从而对水化反应产生影响。通过采用上述技术方案，进一步限定粗骨料的种类及比例，使透水混凝土的透水效果、抗压强度维持在一个较高的水平。
优选的，所述氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、珊瑚石粉的质量比为(8-10)：(4.5-6.5)：(150-180)。
通过采用上述技术方案，进一步限定氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、珊瑚石粉三者之间的比例，有利于提高所形成膜的强度，进一步提高分隔大孔隙、填充缝隙的稳定性。
优选的，所述珊瑚石粉的平均粒径为6-12mm。
通过采用上述技术方案，进一步限定珊瑚石粉的粒径，在该粒径下的珊瑚石粉可以更加均匀分散在体系内，与氯丁胶乳、聚丙烯酰胺起到良好配合效果。
优选的，所述陶粒的规格为10-20mm，碎石/破碎砾石的平均粒径为15-25mm。
通过采用上述技术方案，进一步细化粗骨料中各原料的规格或平均粒径，使级配更加丰富，有利于提高透水混凝土的性能。
第二方面，本申请提供一种海绵城市用透水混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种海绵城市用透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、粗骨料混合搅拌至均匀，然后再加入水搅拌混合，然后再加入氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、减水剂混合至均匀，得到透水混凝土。
通过采用上述技术方案，先将水泥、粗骨料拌合，使水泥初步分散在粗骨料表面，然后再与水、氯丁胶乳、聚丙烯酰胺混合，形成特殊的膜以改善体系内部的孔结构，从而赋予透水混凝土良好透水性能及较高的抗压强度。
优选的，当所述粗骨料包括珊瑚石粉时，先对珊瑚石粉进行润湿处理，然后再与水泥等原料混合；
润湿处理包括以下步骤：将珊瑚石粉与水混合，搅拌均匀，静置10-30min；
过滤，将水滤去，得到进行润湿处理的珊瑚石粉；
珊瑚石粉与水的质量比为1：(0.2-0.5)，以珊瑚石粉为基准。
对珊瑚石粉进行润湿处理可以缓解珊瑚石粉在拌合时吸收拌合水的情况发生，降低拌合时对实际水胶比的影响。并且，润湿处理的珊瑚石粉依旧具有表面粗糙的结构，可以增加与其他骨料之间的咬合摩擦力，有利于提高所形成特殊膜与其他骨料之间的连接强度。
优选的，进行润湿处理的所述珊瑚石粉与未进行润湿处理的珊瑚石粉质量比为1：(2-3)。
通过采用上述技术方案，进一步限定进行润湿处理珊瑚石粉与未进行润湿处理的珊瑚石粉之间的比例，可以减少水化反应前期珊瑚石粉所吸收的拌合水的量。在该限定下，所能吸收拌合水的量属于可预期、可接受的范围内。并且，这部分拌合水可以在后期养护时缓慢释放，延长胶凝材料的水化反应时间，提高水泥浆料与粗骨料之间的黏结强度，从而有利于提高透水混凝土整体的强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、在氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、珊瑚石粉的共同配合下，水泥浆料与其余粗骨料之间形成一层具有良好粘结力的膜，蔓延到砂浆的空隙中，减少了体系内大孔隙的数量及体积，将大孔隙分隔成中小孔，保证了透水混凝土的透水性的同时提高了透水混凝土的强度。
2、氯丁胶乳、聚丙烯酰胺进一步促进珊瑚石粉与水泥浆料中的物质反应，提高膜与水泥浆料的化学胶着力、连接强度，水泥浆料更充分地包裹粗骨料表面，提高透水混凝土整体的性能。
3、进一步限定进行润湿处理珊瑚石粉与未进行润湿处理的珊瑚石粉之间的比例，减少水化反应前期珊瑚石粉所吸收的拌合水的量。并且，被珊瑚吸收的拌合水可以在后期养护时缓慢释放，延长胶凝材料的水化反应时间，提高水泥浆料与粗骨料之间的黏结强度，从而有利于提高透水混凝土整体的强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下实施例及对比例中所用的原料均为市售产品。
具体的，本申请实施例、对比例中所使用到的部分原料的来源或规格如下所示：
氯丁胶乳-CAS No.：603148-36-3；
聚丙烯酰胺-CAS No.：9003-05-8；
丁苯橡胶-CAS No.：9003-55-8；
聚乙烯亚胺-CAS No.：25987-06-8。
实施例
实施例1
一种海绵城市用透水混凝土，包括水、硅酸盐水泥、粗骨料、氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、减水剂。
粗骨料为珊瑚石粉、陶粒、碎石，珊瑚石粉占粗骨料的11.8％，陶粒占粗骨料的20％，碎石占粗骨料的68.2％。
珊瑚石粉平均粒径为10mm，陶粒规格为10-20mm，碎石的平均粒径为20mm。
减水剂为聚羧酸系减水剂。
各原料具体用量详见表1。
本申请实施例还公开一种海绵城市用透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)：将水泥、珊瑚石粉、陶粒、碎石共同混合，搅拌至均匀。
步骤2)：继续往步骤2)的物料中加入水进行搅拌，搅拌至均匀。
步骤3)：继续往步骤3)的物料中加入氯丁胶乳、聚丙烯酰胺搅拌，然后再加入减水剂搅拌，混合至均匀，浇筑、养护成型后得到透水混凝土。
实施例2
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，各原料的用量不同，具体详见表1。
珊瑚石粉平均粒径为12mm，碎石的平均粒径为20mm。
实施例3
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，各原料的用量不同，具体详见表1。
珊瑚石粉平均粒径为6mm，碎石的平均粒径为25mm。
实施例4
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，珊瑚石粉占粗骨料的8％，陶粒占粗骨料的30％，碎石占粗骨料的62％。即珊瑚石粉的使用量为112kg，陶粒的使用量为420kg，碎石的使用量为868kg。
实施例5
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，珊瑚石粉占粗骨料的15％，陶粒占粗骨料的10％，碎石占粗骨料的75％。即珊瑚石粉的使用量为210kg，陶粒的使用量为140kg，碎石的使用量为1050kg。
实施例6
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，珊瑚石粉占粗骨料的35％，陶粒占粗骨料的5％，碎石占粗骨料的60％。即珊瑚石粉的使用量为490kg，陶粒的使用量为70kg，碎石的使用量为840kg。
表1
实施例7
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、珊瑚石粉的质量比为8：4.5：165，即氯丁胶乳的使用量为8kg，聚丙烯酰胺的使用量为4.5kg，珊瑚石粉的使用量为165kg。
实施例8
一种海绵城市用透水混凝土的制备方法，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤：
步骤1)：润湿处理珊瑚石粉：
步骤1a)：将珊瑚石粉平均分为3份，取其中一份进行润湿处理。
步骤1b)：按照进行润湿处理的珊瑚石粉的质量的0.3倍称量水，然后将水与珊瑚石粉投入到搅拌桶内，搅拌均匀。然后静置15min，待珊瑚石粉吸收水。
此处的水为附加水，与后续步骤2)中的水无关。
步骤1c)：进行过滤，固液分离，得到的固体即为进行润湿处理的珊瑚石粉。
步骤2)：将水泥、润湿处理珊瑚石粉、未进行润湿处理的珊瑚石粉、陶粒、碎石共同混合，搅拌至均匀。
步骤3)：继续往步骤2)的物料中加入水进行搅拌，搅拌至均匀。
步骤4)：继续往步骤3)的物料中加入氯丁胶乳、聚丙烯酰胺搅拌，然后再加入减水剂搅拌，混合至均匀，浇筑、养护成型后得到透水混凝土。
实施例9
一种海绵城市用透水混凝土的制备方法，与实施例8的不同之处在于，步骤1b)中按照进行润湿处理的珊瑚石粉的质量的0.2倍称量水，浸泡30min。
实施例10
一种海绵城市用透水混凝土的制备方法，与实施例8的不同之处在于，
步骤1a)中将珊瑚石粉平均分为4份，取其中一份进行润湿处理。
步骤1b)中按照进行润湿处理的珊瑚石粉的质量的0.5倍称量水，浸泡10min。
实施例11
一种海绵城市用透水混凝土的制备方法，与实施例8的不同之处在于，步骤1a)中，省略均分珊瑚石粉的操作，对所有珊瑚石粉进行润湿处理。
步骤2)中将水泥、润湿处理珊瑚石粉、陶粒、碎石共同混合。
实施例12
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例8的不同之处在于，珊瑚石粉平均粒径为20mm。
对比例
对比例1
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，将氯丁胶乳替换为丁苯橡胶，即氯丁胶乳的使用量为0kg，丁苯橡胶的使用量为10kg。
对比例2
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，将聚丙烯酰胺替换为聚乙烯亚胺，即聚丙烯酰胺的使用量为0kg，聚乙烯亚胺的使用量为6.5kg，
对比例3
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，将珊瑚石粉替代为碎石，即珊瑚石粉的使用量为0kg，碎石的使用量为1120kg。
对比例4
一种海绵城市用透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，氯丁胶乳的使用量为3kg，聚丙烯酰胺的使用量为13.5kg。
性能检测试验
1、抗压强度：按照GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对实施例1-12、对比例1-4的混凝土样品进行抗压强度检测，记录28天抗压强度。
2、孔隙率：将实施例1-12、对比例1-4的混凝土制成150mm*150mm*150mm的混凝土试块，在室温下浸入水中24h，测定其饱水质量m1(g)。然后再放入60℃烘箱烘干，测定其干燥质量m2(g)，按照下列公示计算混凝土孔隙率P。
式中：V为试块体积，cm3。
3、透水系数：将实施例1-12、对比例1-4的混凝土制成150mm*150mm*150mm的混凝土试块，参照CJJ/T135-2009《透水混凝土路面技术规程》中的“附录A路面透水系数的测试方法”对混凝土试块进行检测，计算、记录透水系数。
上述试验1-3的检测数据详见表2。
表2
根据表2中实施例1与对比例1-3的检测数据对比可知，实施例1的透水混凝土在抗压强度优于对比例1-3的，氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、珊瑚石粉在体系共同配合所形成的特殊膜，从而提高透水混凝土的抗压强度。实施例1的孔隙率比对比例1-3的小，而透水系数却比对比例1-3的大，这是因为实施例1的透水混凝土中小孔、贯通孔隙较多，且孔洞整体分布均匀，所以在孔隙率整体下降、抗压强度提高的情况下，还能有较好的透水效果。破坏氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、珊瑚石粉的特殊组合后，所制得的透水混凝土失去了特殊膜的支撑及孔洞分隔，性能较差。再结合对比例4的检测数据对比可知，虽然对比例4的抗压强度、透水效果较对比例1-3的好，但是远不及实施例1的。说明还需要限定氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、珊瑚石粉三者在特定用量、比例下配合，才能得到透水效果、抗压强度都得到显著提升的透水混凝土。
根据表2中实施例1、4-5与实施例6的检测数据对比可知，实施例1、4-5的抗压强度、透水效果都较实施例6的好，说明进一步限定粗骨料中各原料的占比有利于使透水混凝土保持良好性能。对于实施例5孔隙率小但是透水系数提升不明显的现象，发明人猜测，这是由于珊瑚石粉的用量增大、陶粒的用量大幅度下降导致的。
根据表2中实施例1与实施例8-12的检测数据对比可知，对珊瑚石粉提前进行润湿处理有利于提高透水混凝土的抗压强度和透水效果。
根据表2中实施例8和实施例11的检测数据对比可知，提前进行润湿处理的石粉与未进行润湿处理的石粉之间的比例会对透水混凝土的性能带来影响，需要进一步限定两者之间比例。
根据表2中实施例8与实施例12的检测数据对比可知，在润湿处理珊瑚石粉的情况下，进一步限定珊瑚石粉的平均粒径在6-12mm的范围下所制得透水混凝土的强度和透水效果更佳。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种海绵城市用透水混凝土，其特征在于，按照质量份数，包括以下原料：120-130份水、400-440份水泥、1300-1600份粗骨料、5-12份氯丁胶乳、3-8份聚丙烯酰胺、0.1-5份减水剂；
粗骨料包括珊瑚石粉和陶粒，粗骨料还包括碎石、破碎砾石中的一种或多种；
按照质量百分比，所述珊瑚石粉占粗骨料的8-15%，陶粒占粗骨料的10-30%，碎石/破碎砾石补充余量至100%；
所述氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、珊瑚石粉的质量比为（8-10）：（4.5-6.5）：（150-180）。
2.根据权利要求1所述的海绵城市用透水混凝土，其特征在于：所述珊瑚石粉的平均粒径为6-12mm。
3.根据权利要求1或2所述的海绵城市用透水混凝土，其特征在于：所述陶粒的规格为10-20mm，碎石/破碎砾石的平均粒径为15-25mm。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的海绵城市用透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水泥、粗骨料混合搅拌至均匀，然后再加入水搅拌混合，然后再加入氯丁胶乳、聚丙烯酰胺、减水剂混合至均匀，得到透水混凝土。
5.根据权利要求4所述的海绵城市用透水混凝土的制备方法，其特征在于：当所述粗骨料包括珊瑚石粉时，先对珊瑚石粉进行润湿处理，然后再与水泥等原料混合；
润湿处理包括以下步骤：将珊瑚石粉与水混合，搅拌均匀，静置10-30min；
过滤，将水滤去，得到进行润湿处理的珊瑚石粉；
珊瑚石粉与水的质量比为1：（0.2-0.5），以珊瑚石粉为基准。
6.根据权利要求5所述的海绵城市用透水混凝土的制备方法，其特征在于：进行润湿处理的所述珊瑚石粉与未进行润湿处理的珊瑚石粉质量比为1：（2-3）。
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