CN1651350A - 改进的高性能渗透性混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改进的高性能渗透性混凝土，它通过铺展和压实以下混合物制备而成，所述混合物包含：1500～1850kg/m3的骨料；320～400kg/m3的波特兰水泥；占水泥28％～35％的水(90～140kg/m3)，占水泥2％～5％的颜料(6～20kg/m3)；占水泥3％～10％的木炭粉(10～40kg/m3)；7％～15％的水泥(22～60kg/m3)用高炉矿渣颗粒代替，并且，所述混凝土的抗压强度为120～300kgf/cm2，渗透系数至少为2×10－2cm/sec(厘米/秒)。本发明的渗透性混凝土对环境友好并且具有极佳的强度和渗透性。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的高性能渗透性混凝土，更具体而言，涉及一种使用木炭粉和高炉矿渣颗粒的高性能渗透性混凝土，所述高炉矿渣取自钢铁厂的副产品，这种混凝土克服了传统渗透性混凝土的缺点，并获得了极佳的强度和渗透性，因而可被用于自行车道、人行道、停车场、广场等。
背景技术
路面大体上可分为不渗透性路面和渗透性路面。沥青路面和预拌混凝土路面是不渗透性路面的实例，雨水不能透过其而渗入地面，从而减小了雨水流入河中所需的时间，并增加了洪水泛滥的可能性。同样，这种不渗透性路面使地下水流失，并由于其表面积增大而引起环境问题，如所谓的热岛效应。
因此，渗透性路面得到了更为广泛的应用，特别是在人行道、自行车道、广场等场所。
一般而言，渗透性混凝土路面包含尺寸一般小于13mm的骨料来保持适宜的孔隙率和强度，从而使水可通过骨料之间的孔隙渗入地面，并滋育草木的生长。这种混凝土也通过使大雨或暴雨流入地下而防止河流的泛滥。此外，由于雨水不能积留在这种渗透性路面上，因此，这种路面不太滑，并使行走、慢跑或开车更为安全。
这种传统的渗透性路面可分为渗透性沥青混凝土和渗透性水泥混凝土。然而，沥青混凝土的缺点是，夏天的高温使其表面严重变形，并且由于沥青的粘性而阻塞其孔隙。而水泥混凝土太硬以至于人们摔倒时会受伤。
此外，传统的渗透性混凝土路面为了装饰表面而在其表面上涂覆环氧颜料，但是涂有这种环氧颜料的路面变得比普通得混凝土路面更滑，这带来了安全问题。再者，当其孔隙被尘土堵塞后，渗透性就会下降，因而增加了疏通孔隙即除去尘土的维护费用。
就渗透性水泥混凝土而言，其具有以下缺点：风化即白化效应，这使可溶性水泥成分与水分一起迁移到混凝土的表面，并转变为白色离析物；由于其收缩和膨胀系数大于普通混凝土(如果切缝(line cutting)不是在固化前完成，例如，在浇注水泥后的24小时之内)而引起龟裂；在冬天由于冷冻水体积的增加会发生***(上升)，并且上升或伸至地表之上；以及由于冬天撒在路上的氯化钙而引起路面骨料的分离或破碎。
因此，为了改进传统渗透性混凝土的缺点，已经提出了各种尝试。
例如，为防止白化效应，通过降低水的比例来使渗透性水泥密实地硬化，或者加入诸如硬脂酸和石蜡乳液等防水剂来抑制水分的迁移。
为防止龟裂，缩短切缝的间隔并采用纤维进行增强。同样，为防止***，建造排水道来降低地下水的水位，或者在地下水的水位之上设置颗粒层从而来阻止毛细上升。
然而，迄今还没有对这些缺点提出明确而彻底的解决方案。
本发明的发明人对于渗透性混凝土路面的材料作了深入研究，结果本发明人通过使用木炭粉和高炉矿渣颗粒而完成了本发明，其中所述炉渣是作为钢铁厂的副产品而得到的，本发明克服了传统渗透性混凝土的缺点，从而获得了具有极佳的强度和渗透性的产品。
一般而言，木炭是一种黑色、多孔的碳质材料，其含有85％的碳、10％的水分和3％的矿物质如钙、钾、镁和铁等，木炭可通过将木材在600～900℃下进行干馏(碳化)而制备。木炭是无嗅无味的。如果通过电子显微镜观察木炭的内部结构，可发现其具有大量微米级的微孔，这种微孔影响着与空气接触的木炭的截面积。令人惊奇的是，1g木炭具有大约297m2的截面积，这意味着木炭具有极佳的渗透性和保水能力。具有如此大表面积的木炭可被用作除臭剂来吸收气体或者吸收杂质，并由于能防止腐烂而被用作防腐剂。
同时，高炉矿渣是在高炉中从铁矿石生产生铁的过程中获得的。炉渣的细度明显改善了混凝土的粘性和流动性，并减少了析水。如果用具有高细度的高炉矿渣颗粒来代替大约30～50％的普通混凝土，则水泥的强度能被大大提高。因此，高炉矿渣可被用于高层钢筋混凝土建筑物，或者钢筋混凝土塔楼的低层或地下室建筑的混凝土结构中。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能的渗透性混凝土，其利用了高炉矿渣颗粒潜在的水硬和火山灰特性，用它来代替部分水泥，从而增加了混凝土的细度，因而防止了白化效应并增加了强度，并且所述混凝土对于海水具有极佳的耐化学性。
本发明的另一个目的是提供一种改进的高性能渗透性混凝土，通过在其表面上铺展包括聚氨酯粉在内的聚合物树脂(比如，环氧、聚氨酯或变性丙烯酸酯类树脂)来使其表面防滑，所述混凝土使用了木炭粉，并具有多种功能，比如除臭、水净化、远红外线辐射、阴离子产生、抗菌和吸附作用。
本发明的另一个目的是提供一种高性能的渗透性混凝土，通过使用高炉矿渣和木炭粉作为渗透性混凝土路面的材料，上述混凝土对环境友好并且有助于行人的健康。
为了达到上述目的，本发明所述改进的高性能渗透性混凝土通过铺展和压实以下混合物制备而成：1500～1850kg/m3的碎石骨料和/或回收骨料，其中10％～30％骨料的尺寸为5mm或更小，50％～80％尺寸为5～10mm，其余部分尺寸为10～13mm；320～400kg/m3的波特兰水泥；占水泥28％～35％的水(90～140kg/m3)，占水泥2％～5％的颜料(6～20kg/m3)；占水泥3％～10％的木炭粉(10～40kg/m3)；其中7％～15％的水泥(22～60kg/m3)用高炉矿渣颗粒代替，并且，所述混凝土的抗压强度为120～300kgf/cm2，渗透系数至少为2×10-2cm/sec(厘米/秒)。
在本发明中，为了增强渗透性混凝土的性能，可往混合物中进一步加入600～1200g/m3的聚乙烯醇纤维，其具有混凝土亲水性。通过这种处理，可防止渗透性混凝土的龟裂。
此外，通过在渗透性混凝土层表面上铺展包括尺寸为0.01～0.5mm的聚氨酯粉在内的聚合物树脂(如，环氧、聚氨酯或变性丙烯酸酯类树脂)，可使表面防滑。
关于高炉矿渣，虽然用其代替30％～50％的波特兰水泥来增强传统混凝土的强度，但当使用高炉矿渣颗粒来代替仅仅7％～15％的水泥时，就可观察到渗透性混凝土的强度增加。
具体实施方式
下面参考实施例更为详细地表述本发明的要点，但本发明的范围并不局限于这些实施例。
用高炉矿渣颗粒分别代替0％、10％和20％的波特兰水泥，来制备本发明的三种渗透性混凝土，其中所述波特兰水泥的用量为340、360和380千克。
测定所获渗透性混凝土的抗压强度、抗张强度、抗弯强度、渗透系数和孔隙率，结果见下表。
从表中可清楚地看出，当高炉矿渣颗粒的用量为水泥的10％时，获得了最佳的抗压强度、抗张强度和抗弯强度。
| 单位水泥量(kg) | 骨料尺寸(mm) | 水/水泥比例(％) | 高炉矿渣(％) | 抗压强度(kgf/cm2) | 抗张强度(kgf/cm2) | 弯曲强度(kgf/cm2) | 渗透系数(cm/sec) | 孔隙率(％) |
| 340 | 5-13 | 28 | 0 | 181 | 21 | 52 | 2.4×10-1 | 9.1 |
| 10 | 184 | 23 | 55 | 1.5×10-1 | 8.5 | |||
| 20 | 157 | 22 | 51 | 6.1×10-2 | 7.4 | |||
| 360 | 5-13 | 28 | 0 | 202 | 25 | 55 | 1.9×10-1 | 7.9 |
| 10 | 218 | 29 | 63 | 1.2×10-1 | 7.6 | |||
| 20 | 212 | 26 | 60 | 5.8×10-2 | 7.4 | |||
| 380 | 5-13 | 28 | 0 | 210 | 28 | 57 | 1.3×10-1 | 7.0 |
| 10 | 237 | 31 | 69 | 8.7×10-2 | 7.5 | |||
| 20 | 231 | 29 | 68 | 5.6×10-2 | 7.3 |
制备和铺筑本发明的高性能渗透性混凝土的方法与传统混凝土相同。
本发明的高性能渗透性混凝土可用于自行车道、人行道、停车场、广场等场所中。
如上所述，本发明的高性能渗透性混凝土对于保护地下水资源和防止洪水泛滥是有效的。而且，本发明的高性能渗透性混凝土具有大的强度并能防止白化效应。
此外，根据本发明，代替部分水泥的高炉矿渣颗粒增加了渗透性水泥的细度，结果是，这种颗粒增加了强度并提供了极佳的对于海水的耐化学性。
另外，通过在表面铺展包括聚氨酯粉在内的聚合物树脂(如，环氧、聚氨酯或变性丙烯酸酯类树脂)，本发明所述改进的高性能渗透性水泥可使表面防滑，而且它使用了木炭粉，从而在各方面具有多功能，比如，除臭、水净化、远红外辐射、阴离子产生、抗菌和吸附。
本领域的技术人员将清楚地认识到，在不背离本发明的构思和范围的前提下，可以进行各种修改和变化。本发明包括落入所附权利要求及其等同范围的修改和变化。
Claims (4)
1.改进的高性能渗透性混凝土，它通过铺展和压实以下混合物制备而成，所述混合物包含1500kg/m3～1850kg/m3的骨料；320kg/m3～400kg/m3的波特兰水泥；占水泥28％～35％即90kg/m3～140kg/m3的水，占水泥2％～5％即6kg/m3～20kg/m3的颜料；占水泥3％～10％即10kg/m3～40kg/m3的木炭粉；7％～15％即22kg/m3～60kg/m3的水泥用高炉矿渣颗粒代替，并且，所述混凝土的抗压强度为120kgf/cm2～300kgf/cm2，渗透系数至少为2×10-2厘米/秒。
2.根据权利要求1所述的改进的高性能渗透性混凝土，其中，所述骨料可以是碎石骨料、回收骨料或它们的混合物，并且，所述骨料中包含的10％～30％骨料的尺寸小于等于5mm，50～80％骨料的尺寸为5mm～10mm，其余骨料尺寸为10mm～13mm。
3.根据权利要求1或2所述的改进的高性能渗透性混凝土，其中，进一步往所述混合物中加入600g/m3～1200g/m3的聚乙烯醇纤维来防止该渗透性混凝土的龟裂，所述聚乙烯醇纤维具有混凝土亲水性。
4.根据权利要求1或2所述的改进的高性能渗透性混凝土，其中，在渗透性混凝土层表面上铺展包括尺寸为0.01mm～0.5mm的聚氨酯粉在内的聚合物树脂，比如环氧、聚氨酯或变性丙烯酸酯类树脂，从而使表面防滑。
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