一种抗冻融型透水混凝土及其制备方法与流程

1.本技术涉及透水混凝土领域，更具体地说，它涉及一种抗冻融型透水混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.由于普通混凝土道路不具备透气、透水等能力，致使植被遭到破坏，城市自身地表温度、湿度调节能力降低，道路容易积水且积水后路面的安全性、舒适性降低。所以，透水混凝土在广场、公园、城市便道、人行道等轻载路面得到了一定的应用，随着“海绵城市”建设的推广，其应用范围将扩大。
3.透水混凝土属于绿色环保材料，是由骨料、水泥和水拌制而成的一种具有连续孔径的混凝土。其既有一定的强度又有一定的透水性，在保证透水混凝土透水性的同时又要兼顾其强度，因此其强度不是很高，一般都在c20～c30之间。目前，国内的透水混凝土多用于人行道、自行车道、室外停车场等，不能用于道路等级为主路及以上的路面。
4.虽然透水混凝土是一种环境友好型的路面材料，具有透水、透气、吸声降噪等优点。透水混凝土主要是由升级配材料（粗骨料和水泥）组成，不含或含有少量的细骨料，具有多孔结构，以满足渗透性要求，但随着渗透性的增加，透水混凝土的强度降低。并且由于透水混凝土的多孔结构，与密实混凝土相比，抗冻融耐久性较差，这阻碍了透水混凝土在季冻区的应用。因此，改善透水混凝土的冻融耐久性能十分必要。


技术实现要素：

5.为了改善现有透水混凝土抗冻融性能不佳的缺陷，本技术提供一种抗冻融型透水混凝土及其制备方法，采用如下的技术方案：第一方面，本技术提供一种抗冻融型透水混凝土，采用如下的技术方案：一种抗冻融型透水混凝土，包括以下重量份物质：150～200份低渗率骨料集料、45～60份水泥、10～15份水、2～5份减水剂；所述低渗率骨料集料为按细砂和中砂质量比1:2～3混合的混合骨料，所述细砂模量为2.7～3.0，所述中砂粒径为0.25mm～0.5mm。
6.通过采用上述技术方案，本技术选用中砂和细砂混合的骨料代替传统方案中的混合骨料，由于该混合骨料采用中砂和细砂进行复配，混凝土内部的混合料的级配更加合理，该结构中的中砂和细砂配合形成的结构，代替了原有粗骨料之间的孔隙结构，从而提高了透水混凝土材料的抗压强度，在此基础上，优化后的透水混凝土材料的孔隙率能有效降低透水混凝土材料的冻胀力，从而降低了抗压强度损失率，使透水混凝土的抗冻融性能进一步提高。
7.进一步地，一种抗冻融型透水混凝土，还包括25～30重量份的地聚物胶凝材料。
8.通过采用上述技术方案，本技术采用地聚物进行改性处理，由于地聚物材料的链接结构与有机高分子聚合物极为相似，为硅氧四面体和铝氧四面体，其产物多为共价键和离子键，一方面，地聚物填充至透水混凝土内部后，当地聚物中的粉煤灰部分替代细骨料
时，因为其不仅增加了激发剂溶液的反应效率，使混凝土内残余激发剂胶凝体减少，孔隙率降低，同时由于混凝土结构内部的密实度提高，使得毛细孔的孔径更小，并通过抑制结构在冻融作用下发生膨胀，有效降低毛细孔中水的结冰温度，从而使透水混凝土材料的抗冻性能得到改善。
9.进一步地，所述地聚物胶凝材料为赤泥基地聚物材料，所述赤泥基地聚物材料包括以下重量份物质：赤泥3～5份；粉煤灰10～15份；氢氧化钠溶液6～8份；硅酸钠溶液3～5份；去离子水15～20份。
10.通过采用上述技术方案，本技术优选了赤泥基地聚物材料为地聚物胶凝材料，由于赤泥材料能有效改善粉煤灰基地聚物在常温下离析、不凝固和强度低的问题，通过选用赤泥
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粉煤灰基地聚物为改性材料，由于该地聚物材料的微观结构更为密实均质、形成的地聚物胶凝体更多、形成si
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o
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si键较粉煤灰基地聚物比例更高，从而进一步改善了透水混凝土材料的力学强度和抗冻融性能。
11.进一步地，所述赤泥基地聚物材料还包括6～8重量份的抗冻融型植物纤维微球颗粒。
12.通过采用上述技术方案，本技术通过在透水混凝土材料中添加植物纤维微球颗粒进行改性，填充的植物纤维微球颗粒具有良好的抗压结构，一方面，抗冻融型植物纤维微球吸附的水分后冻结膨胀后，纤维材料能具有良好的形变结构，改善了材料的抗冻性能，另一方面，当冷冻的透水混凝土出现裂隙时，该抗冻融型植物纤维微球材料跨越微裂纹上下两表面，阻止其进一步扩展成裂纹，从而进一步改善现有透水混凝土抗冻融性能不佳的缺陷。
13.进一步地，所述抗冻融型植物纤维微球颗粒粒径为0.25～0.5mm。
14.通过采用上述技术方案，由于本技术优化了抗冻融型植物纤维微球颗粒粒径，使其填充后的孔隙率不会过大，改善了透水混凝土材料的抗压强度，同时，填充该材料的透水混凝土材料的孔隙率能有效降低透水混凝土材料的冻胀力，从而降低了抗压强度损失率，使透水混凝土的抗冻融性能进一步提高。
15.进一步地，所述抗冻融型植物纤维微球颗粒采用以下方案制成：（1）取植物材料并置于35～40℃下干燥6～8h，收集干燥纤维并粉碎过500～1000目，收集得干燥植物纤维颗粒；（2）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、3～5份海藻酸钠和10～15份干燥植物纤维颗粒，搅拌混后并超声分散，收集分散液并按体积比1：6～8，将氯化钙滴加至分散液中，静置并过滤，真空冷冻干燥后，收集得抗冻融型植物纤维微球颗粒。
16.通过采用上述技术方案，由于本技术通过海藻酸钠与氯化钙复合，包覆植物纤维颗粒，能有效形成包覆的微球结构，通过该微球结构的方案，代替传统纤维结构的填充材料，从而进一步提高透水混凝土的抗冻融性能。
17.进一步地，所述植物材料包括秸秆颗粒、玉米芯或美人蕉芯杆中的一种或多种。
18.通过采用上述技术方案，由于本技术选用了不同的植物材料为原料，这些材料不
仅具有良好的结构性能，同时由于其采用的均是农用废弃材料，有效降低了生产成本。
19.进一步地，所述赤泥基地聚物材料采用以下方案制成：（1）按配方，将赤泥、粉煤灰、抗冻融型植物纤维微球颗粒、氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液和去离子水搅拌混合并超声分散10min；（2）待超声分散完成后，将其置于浇注至模具中，振实后置于干燥箱中，在湿度100％的环境下养护7天后，脱模后继续氧化28天后，破碎并过200目筛，得赤泥基地聚物材料。
20.通过采用上述技术方案，由于本技术通过将抗冻融型植物纤维微球颗粒填充至赤泥基地聚物中，现将其有效分散在地聚物中，通过后续地聚物的有效分散，提高抗冻融型植物纤维微球颗粒在透水混凝土材料的中的分散性能，从而进一步提高了透水混凝土材料的结构均匀性能，从而进一步提高透水混凝土的抗冻融性能。
21.第二方面，本技术提供一种抗冻融型透水混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种抗冻融型透水混凝土的制备方法，所述抗冻融型透水混凝土的制备方法的制备步骤包括：s1、固体混合料制备：按配方将低渗率骨料集料、水泥和地聚物胶凝材料混合，收集得固体混合料；s2、混合拌和：将固体混合料、水和减水剂混合并拌和处理，即可收集得抗冻融型透水混凝土。
22.通过采用上述技术方案，本技术先将固体材料进行混合，再与水拌合，提高材料初始分散性能，同时制备的透水混凝土结构更加均匀稳定，从而进一步提高透水混凝土的抗冻融性能。
23.借由上述方案，本发明至少具有以下优点：第一、本技术选用中砂和细砂混合的骨料代替传统方案中的混合骨料，由于该混合骨料采用中砂和细砂进行复配，混凝土内部的混合料的级配更加合理，该结构中的中砂和细砂配合形成的结构，代替了原有粗骨料之间的孔隙结构，从而提高了透水混凝土材料的抗压强度，在此基础上，优化后的透水混凝土材料的孔隙率能有效降低透水混凝土材料的冻胀力，从而降低了抗压强度损失率，使透水混凝土的抗冻融性能进一步提高。
24.第二、本技术采用地聚物进行改性处理，由于地聚物材料的链接结构与有机高分子聚合物极为相似，为硅氧四面体和铝氧四面体，其产物多为共价键和离子键，一方面，地聚物填充至透水混凝土内部后，当地聚物中的粉煤灰部分替代细骨料时，因为其不仅增加了激发剂溶液的反应效率，使混凝土内残余激发剂胶凝体减少，孔隙率降低，同时由于混凝土结构内部的密实度提高，使得毛细孔的孔径更小，并通过抑制结构在冻融作用下发生膨胀，有效降低毛细孔中水的结冰温度，从而使透水混凝土材料的抗冻性能得到改善。
25.第三、本技术通过在透水混凝土材料中添加植物纤维微球颗粒进行改性，填充的植物纤维微球颗粒具有良好的抗压结构，一方面，抗冻融型植物纤维微球吸附的水分后冻结膨胀后，纤维材料能具有良好的形变结构，改善了材料的抗冻性能，另一方面，当冷冻的透水混凝土出现裂隙时，该抗冻融型植物纤维微球材料跨越微裂纹上下两表面，阻止其进一步扩展成裂纹，从而进一步改善现有透水混凝土抗冻融性能不佳的缺陷。
26.第四、本技术先将固体材料进行混合，再与水拌合，提高材料初始分散性能，同时制备的透水混凝土结构更加均匀稳定，从而进一步提高透水混凝土的抗冻融性能。
27.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
28.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
29.抗冻融型植物纤维微球颗粒制备制备例1（1）取秸秆颗粒并置于35℃下干燥6h，收集干燥纤维并粉碎过500目，收集得干燥秸秆颗粒；（2）分别称量4.5kg去离子水、0.3kg海藻酸钠和1kg干燥秸秆颗粒，搅拌混后并超声分散，收集分散液，将0.1kg氯化钙滴加至0.6kg分散液中，静置并过滤，真空冷冻干燥后，收集得0.25mm抗冻融型植物纤维微球颗粒。
30.制备例2（1）取秸秆颗粒并置于35℃下干燥6h，收集干燥纤维并粉碎过750目，收集得干燥秸秆颗粒；（2）分别称量4.7kg去离子水、0.4kg海藻酸钠和1.2kg干燥秸秆颗粒，搅拌混后并超声分散，收集分散液，将0.1kg氯化钙滴加至0.7kg分散液中，静置并过滤，真空冷冻干燥后，收集得0.35mm抗冻融型植物纤维微球颗粒。
31.制备例3（1）取秸秆颗粒并置于40℃下干燥8h，收集干燥纤维并粉碎过1000目，收集得干燥秸秆颗粒；（2）分别称量5kg去离子水、0.5kg海藻酸钠和1.5kg干燥秸秆颗粒，搅拌混后并超声分散，收集分散液并将0.1kg氯化钙滴加至0.8kg分散液中，静置并过滤，真空冷冻干燥后，收集得0.5mm抗冻融型植物纤维微球颗粒。
32.制备例4一种抗冻融型植物纤维微球颗粒，与实施例1的区别在于，采用1kg干燥美人蕉芯杆代替制备例1中的干燥秸秆颗粒。
33.制备例5一种抗冻融型植物纤维微球颗粒，与实施例1的区别在于，采用1kg干燥玉米芯代替制备例1中的干燥秸秆颗粒。
34.赤泥基地聚物材料制备制备例6（1）将3kg赤泥、10kg粉煤灰、6kg制备例1制备的抗冻融型植物纤维微球颗粒、6kg 0.1mol/l氢氧化钠溶液、3kg质量分数5％硅酸钠溶液和15kg去离子水搅拌混合并超声分散10min；（2）待超声分散完成后，将其置于浇注至模具中，振实后置于干燥箱中，在湿度
100％的环境下养护7天后，脱模后继续氧化28天后，破碎并过200目筛，得赤泥基地聚物材料。
35.制备例7～10一种赤泥基地聚物材料，其原料如下表表1所示，其余制备步骤和制备环境均与制备例6相同。
36.表1制备例6～10原料组分表低渗率骨料集料制备制备例11取10kg模量为2.7细砂和20kg粒径为0.25mm中砂混合，得低渗率骨料集料。
37.制备例12取10kg模量为2.9细砂和25kg粒径为0.35mm中砂混合，得低渗率骨料集料。
38.制备例13取10kg模量为3.0细砂和30kg粒径为0.25mm中砂混合，得低渗率骨料集料。
实施例
39.实施例1s1、固体混合料制备：按配方将制备例11制备的150kg低渗率骨料集料、45kg水泥混合，收集得固体混合料；s2、混合拌和：将上述制备的固体混合料、10kg水和2kg减水剂混合并拌和处理，即可收集得抗冻融型透水混凝土。
40.实施例2
s1、固体混合料制备：按配方将制备例11制备的175kg低渗率骨料集料、47kg水泥混合，收集得固体混合料；s2、混合拌和：将上述制备的固体混合料、12kg水和4kg减水剂混合并拌和处理，即可收集得抗冻融型透水混凝土。
41.实施例3s1、固体混合料制备：按配方将制备例11制备的200kg低渗率骨料集料、60kg水泥混合，收集得固体混合料；s2、混合拌和：将上述制备的固体混合料、15kg水和5kg减水剂混合并拌和处理，即可收集得抗冻融型透水混凝土。
42.实施例4～10一种抗冻融型透水混凝土，其原料如下表表2所示，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
43.表2实施例4～10各原料组成表对比例对比例1：一种抗冻融型透水混凝土的制备方法，与实施例1的区别在于，对比例1中取10kg模量为3.0细砂和30kg粒径为0.75mm的砂混合，代替实施1中的低渗率骨料集料，其余制备方案和材料组成均与实施例1相同。
44.对比例2：一种抗冻融型透水混凝土的制备方法，与实施例6的区别在于，对比例2中25kg采用三元乙丙橡胶颗粒代替实施例6中的赤泥基地聚物，其余制备方案和材料组成均与实施例1相同。
45.性能检测试验分别对实施例1～12、对比例1～2中制备的抗冻融型透水混凝土进行性能测试。
46.检测方法/试验方法将制备的实施例1～12、对比例1～2的材料按照 gb/t 50081
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2002《普通混凝土力
学性能试验方法标准》，每50次冻融循环后对100mm
×
100mm
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100mm试件进行抗压强度试验。混凝土的冻融试验按照gb/t 50082
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2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中的快冻法进行，并在每25次冻融循环后将试件上下调整顺序，保证试件均匀受冻。
47.具体检测结果如下表3所示：表3实施例1～12、对比例1～2中性能测试由上表3进行性能分析：（1）由表3结合实施例1～5并结合对比例1来看，说明本技术技术方案选用中砂和细砂混合的骨料代替传统方案中的混合骨料，由于该混合骨料采用中砂和细砂进行复配，混凝土内部的混合料的级配更加合理，该结构中的中砂和细砂配合形成的结构，代替了原有粗骨料之间的孔隙结构，从而提高了透水混凝土材料的抗压强度，在此基础上，优化后的透水混凝土材料的孔隙率能有效降低透水混凝土材料的冻胀力，从而降低了抗压强度损失率，使透水混凝土的抗冻融性能进一步提高。
48.（2）由表3结合实施例6～12并结合对比例2来看，说明本技术技术方案采用地聚物进行改性处理，由于地聚物材料的链接结构与有机高分子聚合物极为相似，为硅氧四面体和铝氧四面体，其产物多为共价键和离子键，一方面，地聚物填充至透水混凝土内部后，当地聚物中的粉煤灰部分替代细骨料时，因为其不仅增加了激发剂溶液的反应效率，使混凝土内残余激发剂胶凝体减少，孔隙率降低，同时由于混凝土结构内部的密实度提高，使得毛细孔的孔径更小，并通过抑制结构在冻融作用下发生膨胀，有效降低毛细孔中水的结冰温度，从而使透水混凝土材料的抗冻性能得到改善。
49.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。