CN115636638B - 一种高强度透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土的技术领域，具体公开了一种高强度透水混凝土及其制备方法。一种高强度透水混凝土，包括以下重量份数的原料：透水混凝土水泥200‑300份，粗骨料800‑900份，粉煤灰20‑30份，拌和水90‑120份，聚合乳液50‑70份。本申请的透水混凝土可用于透水混凝土路面，其具有提高透水混凝土的抗压强度和抗折强度，不易开裂的优点。

Description

一种高强度透水混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土的技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度透水混凝土及其制备方法。

背景技术

透水混凝土的铺装是海绵城市建设不可或缺的手段，透水混凝土能够有效提高城市排水系统效率，解决城市内涝的问题。

目前，相关的透水混凝土的制备过程中，将骨料、水泥、胶黏材料和水混合后得到透水混凝土。

针对上述中的相关技术，申请人认为由于透水混凝土为干硬性混凝土，当地基发生沉降时，透水混凝土路面受到外力作用后会出现大量的结构裂缝后续可能会发展成严重的碎裂剥离，影响透水混凝土的强度。

发明内容

为了减少透水混凝土路面的开裂，提高透水混凝土的强度，本申请提供一种高强度透水混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高强度透水混凝土，采用如下的技术方案：

一种高强度透水混凝土，包括以下重量份数的原料：

水泥200-300份，

粗骨料800-900份，

粉煤灰20-30份，

拌和水90-120份，

聚合乳液50-70份，

所述聚合乳液包括以下重量份的原料混合而成：

苯乙烯8-10份、N-羟甲基丙烯酰胺3-5份、过硫酸钾0.5-1份、水20-30份。

通过采用上述技术方案，在混凝土拌和过程中，加入聚合乳液，由于水化反应释放大量的热量，使聚合乳液在水泥拌和过程中发生聚合反应，粘结在粗骨料和水泥之间，减少透水混凝土开裂的情况；由于聚合乳液为柔性粘接，即使在地基发生沉降时，透水混凝土路面具有良好的抗折强度，改善骨料与水泥刚性连接造成透水混凝土路面容易出现结构裂缝的情况；

聚合乳液中的苯乙烯和N-羟甲基丙烯酰胺均为聚合单体，过滤酸钾为引发剂，在水化反应中，能够释放出大量的水化热，使聚合乳液能够此温度条件下进行聚合反应，N-羟甲基丙烯酰胺为含有交联基团的单体，通过与苯乙烯的交联反应，使线性乳液聚合物形成三维网络结构，进而增强了透水混凝土的抗拉强度和粘结强度，减少出现开裂的情况。

优选的，包括以下重量份数的原料：

水泥220-270份，

粗骨料830-860份，

粉煤灰22-28份，

拌合水95-110份，

聚合乳液55-66份。

通过采用上述技术方案，优化了透水混凝土的原料配比，使透水混凝土具有更好的抗拉强度、抗折强度和透水性能。

优选的，所述聚合乳液中还包括氨基酸20-30份。

通过采用上述技术方案，氨基酸中的羧基为酸性基团，可以与混凝土原料中的碱性原料反应成盐，抑制碱骨料反应的发生，减少透水混凝土出现开裂的情况；并且氨基酸的加入，对混凝土原料中的pH起到调节作用，有助于聚合乳液进行聚合反应生成更多的交联聚合物，增强混凝土原料的柔性粘结效果，减少混凝出现开裂的情况。

优选的，所述氨基酸为酪氨酸。

通过采用上述技术方案，酪氨酸为芳香族氨基酸，酪氨酸上的苯环具有一定的刚性，与苯乙烯的苯环协同作用，提高透水混凝土的抗折强度。

优选的，还包括助剂0.5-1份，所述助剂为木质素磺酸盐。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸盐中的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，木质素磺酸盐和水分子以氢键形式缔合，阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起润滑作用；除了具有减水作用外，还具有引气的作用，在混凝土拌和时保持良好的和易性，随混凝土固化后形成若干小气孔，保证透水混凝土的透水性能。

优选的，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸钠能够提高聚合乳液与混凝土其他原料之间的粘结性能，并且酪氨酸对木质素磺酸钠起到改性作用，增强木质酸磺酸钠的粘性，进一步提高透水混凝土的抗折强度。

第二方面，本申请提供一种高强度透水混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高强度透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、将水泥、粗骨料、粉煤灰、聚合乳液、助剂和水进行混合均匀后，得到混凝土拌合物；

S2、混凝土拌合物经过养护、固化后形成透水混凝土。

通过采用上述技术方案，先将水泥、粗骨料、粉煤灰和聚合乳液进行混合，使聚合乳液能够包裹在水泥、粗骨料和粉煤灰的表面，此时，聚合乳液中带有水分能够和混凝土原料中游离的氧化钙反应释放一些热量，有助于增强聚合乳液与其他混凝土原料的粘附效果；再加入拌合水时，拌合水与混凝土原料混合发生水化反应，释放大量的反应热，促进聚合乳液的聚合反应的进行，保证了透水混凝土的抗压强度。

优选的，高强度透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、将水泥、粗骨料、粉煤灰、助剂和聚合乳液先进行混合均匀后，得到初混料；

S2、向初混料中加入拌合水进行混合，得到混凝土拌合物；

S3、混凝土拌合物经过养护、固化后形成透水混凝土。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸盐作助剂均匀分散在混凝土拌和物中，与酪氨酸协同作用，提高混凝土原料之间的粘结性能的同时，木质素磺酸盐产生若干均匀的气泡，木质素磺酸盐产生的气泡随混凝土固化，保证了透水混凝土的透水性能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用聚合乳液，由于在水泥水化反应中，能够释放出大量的水化热，使聚合乳液能够此温度条件下进行聚合反应，N-羟甲基丙烯酰胺为含有交联基团的单体，通过与苯乙烯的交联反应，使线性乳液聚合物形成三维网络结构，进而增强了透水混凝土的抗拉强度和粘结强度，减少出现开裂的情况。

2、本申请中优选采用氨基酸，由于氨基酸中的羧基为酸性基团，可以与混凝土原料中的碱性原料反应成盐，抑制碱骨料反应的发生，减少透水混凝土出现开裂的情况；并且氨基酸的加入，对混凝土原料中的pH起到调节作用，有助于聚合乳液进行聚合反应生成更多的交联聚合物，增强混凝土原料的柔性粘结效果，减少混凝出现开裂的情况。

3、本申请的方法，先将水泥、粗骨料、粉煤灰和聚合乳液进行混合再加拌合水进行混合，因此获得了提高透水混凝土的抗压强度和透水性能的效果。

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。

本申请实施例中所使用的原料均可通过市售获得。

水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；

粉煤灰平均粒径45μm；

粗骨料平均粒径为1cm；粗骨料的化学成分如下：

实施例

实施例1-5

以下以实施例1为例进行说明。

实施例1涉及的高强度透水混凝土，其制备方法如下：

S1、将水泥250kg、粗骨料850kg、粉煤灰25kg和聚合乳液60kg先进行混合15min后，得到初混料；

S2、向初混料中加入拌合水100kg进行混合，得到透水混凝土拌合物；

S3、透水混凝土拌合物经过养护28天、固化后形成透水混凝土。

如表1所示，实施例1-5的区别主要在于原料配比不同。

表1实施例1-实施例5的原料用量

实施例6

一种高强度透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，聚合乳液的组成为苯乙烯8kg、N-羟甲基苯烯酰胺3kg、过硫酸钾0.5kg和水20kg，其余步骤均与实施例1相同。

实施例7

一种高强度透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，聚合乳液的组成为苯乙烯10kg、N-羟甲基苯烯酰胺5kg、过硫酸钾1kg和水30kg，其余步骤均与实施例1相同。

实施例8

一种高强度透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，聚合乳液中还添加25kg的酪氨酸。

实施例9

一种高强度透水混凝土，与实施例8的不同之处在于，聚合乳液中添加的酪氨酸为20kg。

实施例10

一种高强度透水混凝土，与实施例8的不同之处在于，聚合乳液中添加的酪氨酸为30kg。

实施例11

一种高强度透水混凝土，与实施例8的不同之处在于，以等量的赖氨酸替换酪氨酸。

实施例12

一种高强度透水混凝土，与实施例8的不同之处在于，以等量的精氨酸替换酪氨酸。

实施例13

一种高强度透水混凝土，与实施例8的不同之处在于，原料中还添加有0.8kg的助剂，助剂为木质素磺酸钠，助剂在S1步骤中随混凝土原料一同加入拌和，形成初混料。

实施例14

一种高强度透水混凝土，与实施例13的不同之处在于，原料中还添加有0.5kg的助剂，助剂为木质素磺酸钠，助剂在S1步骤中随混凝土原料一同加入拌和，形成初混料。

实施例15

一种高强度透水混凝土，与实施例13的不同之处在于，原料中还添加有1kg的助剂，助剂为木质素磺酸钠，助剂在S1步骤中随混凝土原料一同加入拌和，形成初混料。

实施例16

一种高强度透水混凝土，与实施例13的不同之处在于，以等量的木质酸磺酸钙替换木质素磺酸钠。

实施例17

一种高强度透水混凝土，与实施例13的不同之处在于，以等量的木质酸磺酸镁替换木质素磺酸钠。

对比例

对比例1

一种高强度透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，聚合乳液的用量为0kg。

对比例2

一种高强度透水混凝土，与实施例1的不同之处在于，将水泥、粗骨料、粉煤灰、聚合乳液、拌合水、助剂直接混合后，经过养护、固化后得到透水混凝土。

对比例3

一种高强度透水混凝土，与实施例8的不同之处在于，聚合乳液中还添加有5kg的酪氨酸。

对比例4

一种高强度透水混凝土，与实施例8的不同之处在于，聚合乳液中还添加有40kg的酪氨酸。

对比例5

一种高强度透水混凝土，与实施例13的不同之处在于，原料中还添加有0.2kg的助剂，助剂为木质素磺酸钠，助剂在S1步骤中随混凝土原料一同加入拌和，形成初混料。

对比例6

一种高强度透水混凝土，与实施例13的不同之处在于，原料中还添加有1.8kg的助剂，助剂为木质素磺酸钠，助剂在S1步骤中随混凝土原料一同加入拌和，形成初混料。

性能检测试验

测试包括：

1.强度性能测试

按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》中规定的方法进行抗压强度和抗折强度测试，抗压强度和抗折强度测试说明混凝土的强度性能越好。

2.透水性能测试

按照CJJ135-2009《透水混凝土路面技术规程》中规定的方法进行透水系数测试，透水系数越高说明透水性越好。

对实施例1-17和对比例1-6进行强度测试和透水性测试，测试结果如表2。

表2实施例1-17和对比例1-6的测试结果

结合实施例1-5和对比例1并结合表2可以看出，加入聚合乳液能够有效提高透水混凝土的抗压强度和抗折强度，减少出现开裂的情况，同时能够保证透水混凝土的透水性能；实施例1较优于实施例2-5，并且结合实施例1和实施例6-7并结合表2可以看出，实施例1优于实施例6-7，说明实施例1为较优实施例。

结合实施例1和实施例8-10并结合表2可以看出，实施例8-10均优于实施例1，说明加入氨基酸能够进一步增强透水混凝土的抗压强度和抗折强度。

结合实施例8和实施例11-12并结合表2可以看出，实施例8优于实施例11-12，说明本申请中选用酪氨酸为芳香族氨基酸，酪氨酸上的苯环具有一定的刚性，与苯乙烯的苯环协同作用，提高透水混凝土的抗折强度。

结合实施例8和对比例3-4并结合表2可以看出，实施例8优于对比例3-4，说明氨基酸的加入量在本申请的添加量范围内，使制成混凝土具有更好的力学性能。

结合实施例8和实施例13-15并结合表2可以看出，实施例13-15均优于实施例8，说明加入木质素磺酸盐做助剂，能够增加透水混凝土的透水性能和强度性能，实施例13较优于实施例14-15，说明实施例13为较优实施例，且实施例13优于实施例14-15，说明加入木质素磺酸钠具有更好的强度和透水性能，酪氨酸对木质素磺酸钠起到改性作用，增强木质酸磺酸钠的粘性，进一步提高透水混凝土的抗折强度。

结合实施例13和对比例5-6并结合表2可以看出，实施例13优于对比例5-6，说明助剂的添加量在0.5-1kg的范围内取值时，使制成的透水混凝土具有更好的力学性能。

结合实施例1和对比例2并结合表2可以看出，实施例1优于对比例2，说明先将水泥、粗骨料、粉煤灰和聚合乳液进行混合，使聚合乳液能够包裹在水泥、粗骨料和粉煤灰的表面，此时，聚合乳液中带有水分能够和混凝土原料中游离的氧化钙反应释放一些热量，有助于增强聚合乳液与其他混凝土原料的粘附效果；再加入拌合水时，拌合水与混凝土原料混合发生水化反应，释放大量的反应热，促进聚合乳液的聚合反应的进行，保证了透水混凝土的抗压强度。

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 (8)

1.一种高强度透水混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

水泥200-300份，

粗骨料800-900份，

粉煤灰20-30份，

拌和水90-120份，

聚合乳液50-70份，

所述聚合乳液包括以下重量份的原料混合而成：

苯乙烯8-10份、N-羟甲基丙烯酰胺3-5份、过硫酸钾0.5-1份、水20-30份；

所述聚合乳液中还包括氨基酸20-30份；

水泥水化反应能够释放出大量的水化热，使聚合乳液中的苯乙烯和N-羟甲基丙烯酰胺能够在此温度条件下进行聚合反应。

2.根据权利要求1所述的一种高强度透水混凝土，其特征在于：包括以下重量份数的原料：

水泥220-270份，

粗骨料830-860份，

粉煤灰22-28份，

拌合水95-110份，

聚合乳液55-66份。

3.根据权利要求1所述的一种高强度透水混凝土，其特征在于：所述氨基酸为酪氨酸。

4.根据权利要求1所述的一种高强度透水混凝土，其特征在于：还包括助剂0.5-1份，所述助剂为木质素磺酸盐。

5.根据权利要求4所述的一种高强度透水混凝土，其特征在于：所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠。

6.一种权利要求1-3任一项所述的高强度透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将水泥、粗骨料、粉煤灰、聚合乳液和水进行混合均匀后，得到混凝土拌合物；

S2、混凝土拌合物经过养护、固化后形成透水混凝土。

7.根据权利要求4-5任一项所述的高强度透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将水泥、粗骨料、粉煤灰、聚合乳液、助剂和水进行混合均匀后，得到混凝土拌合物；

S2、混凝土拌合物经过养护、固化后形成透水混凝土。

8.根据权利要求7所述的高强度透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将水泥、粗骨料、粉煤灰、助剂和聚合乳液先进行混合均匀后，得到初混料；

S2、向初混料中加入拌合水进行混合，得到混凝土拌合物；

S3、混凝土拌合物经过养护、固化后形成透水混凝土。