一种高强度高透水率的透水混凝土及其制备方法与流程

1.本技术涉及混凝土制备的技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度高透水率的透水混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土，或者水泥混凝土是一种将细骨料和粗骨料用水泥(水泥浆)粘结，经过一段时间硬化而形成的复合材料。最常见的是石灰基水泥，像是石灰膏等。但是有时也采用水硬性水泥，如铝酸钙水泥或者硅酸盐水泥。
3.随着国家的发展，建筑的不断增多。混凝土的应用也越来越广泛，不同的建筑对混凝土的性能要求也不同，比如透水性。在目前的研究中是通过改变骨料之间的比例，来提高透水性。但是骨料的改变会影响混凝土的强度，致使混凝土在服役过程中出现开裂的现象，造成混凝土的使用寿命低。因此，针对提高透水性而降低强度的问题进行解决。


技术实现要素：

4.为了同时提高混凝土的强度与透水率，本技术提供一种高强度高透水率的透水混凝土及其制备方法。
5.第一方面，本技术提供一种高强度高透水率的透水混凝土，采用如下的技术方案：一种高强度高透水率的透水混凝土，包括以下重量份的原料，水泥300-400份、碎石560-700份、陶粒200-280份、石英砂300-360份、尾矿砂240-460份、膨胀剂4.5-7.2份、聚羧酸减水剂3-5份、纤维8-12份、环氧树脂胶粘接剂2-5份、胶粉5-7份、水70-90份；其中膨胀剂包括hcsa膨胀剂与uea膨胀剂；其中纤维包括钢纤维与聚丙烯纤维。
6.优选的，水泥为p.o 42.5普通的硅酸盐水泥。
7.通过采用上述技术方案，水泥采用的是p.o 42.5普通的硅酸盐水泥，比表面积350m2/kg。在混凝土中增加陶粒，对陶粒而言，它众多特点中最独特的是其外表比较坚硬，且其结构内有很多的小孔隙。这些小孔隙使得陶粒质量小且具有通透性，能够增加透水性。
8.尾矿砂作为细骨料而加入混凝土中。尾矿砂的硬度较高，能够提高混凝土的抗压强度。随着现代工业的高速发展，金属矿山开采量不断增长，排放的尾矿堆积如山，大量侵蚀着土地，严重的污染环境。将这些尾矿大规模地应用到商品混凝土中，将能很好地推动商品混凝土的绿色化发展。
9.通过增加粗骨料(包括碎石与陶粒)的添加量，减少细骨料(包括石英砂与尾矿砂)的添加量，增加透水性，但是强度随之降低。因此，需要在混凝土中加入膨胀剂，减小混凝土的抗裂防渗效果，降低混凝土开裂的情况。另外，在混凝土中加入钢纤维、聚丙烯纤维与环氧树脂胶粘接剂，也能够增加混凝土的强度。使最终的混凝土既具有高强度又具有高透水性。
10.优选的，所述hcsa膨胀剂与uea膨胀剂的重量比为(2.2-3.5):1。
11.通过采用上述技术方案，hcsa膨胀剂具有与强度相协调的膨胀速率，膨胀性高，稳定性好，安全可靠，具有较高的防开裂性能。而uea膨胀剂以硫酸铝、氧化铝、硫酸铝钾等为主要多种膨胀源。uea膨胀剂加入到水泥混凝土中，拌水后生成大量膨胀性结晶水化物产生的压应力可大致抵消混凝土干缩时产生的拉应力，从而防止或减少混凝土收缩开裂。通过改变hcsa膨胀剂与uea膨胀剂的比例关系，降低混凝土开裂的可能性。
12.优选的，所述钢纤维与聚丙烯纤维的重量比为1:(2-5)。
13.优选的，钢纤维选择平直形钢纤维或波形钢纤维。
14.通过采用上述技术方案，钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值，当纤维截面为非圆形时，采用换算等效截面圆面积的直径)为40～80的纤维，加入混凝土中增加强度，尤其是增加抗拉强度。
15.聚丙烯纤维是一种新型的添加材料，也能够增加混凝土的强度。但是需要对聚丙烯纤维进行处理，否则在加入过程中，由于聚丙烯纤维分散性能较差，在混凝土中会出现聚集的现象。钢纤维具有很好的分散性，需要经过搅拌使钢纤维分散在混凝土中，尤其是平直形钢纤维或波形钢纤维。
16.优选的，所述陶粒的密度为750-900kg/m3。
17.通过采用上述技术方案，陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具一定强度和坚固性，因而具有质轻，耐腐蚀，抗冻，抗震和良好的隔绝性等多功能特点。选择密度为750-900kg/m3的陶粒，使陶粒在混凝土中混合更加均匀，降低陶粒漂浮的可能性。
18.优选的，所述碎石的粒径为12-20mm，尾矿砂的粒径为5-10mm。
19.通过采用上述技术方案，碎石的粒径选择12-20mm，当小于12mm时，接近细骨料的粒径，影响混凝土的透水性，当粒度大于20mm时，透水性增加，但是强度降低。尾矿砂的粒径小于5mm时，混凝土的强度提高，但是影响透水性，粒径大于10mm时，混凝土的透水性有所提高，但是会使强度降低。综上所述，碎石的粒径为12-20mm，尾矿砂的粒径为5-10mm时，混凝土的透水性与强度最优。
20.第二方面，本技术提供一种高强度高透水率的透水混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高强度高透水率的透水混凝土的制备方法，包括以下的步骤，s1，取相应份数的环氧树脂胶粘接剂、钢纤维与聚丙烯纤维，首先将环氧树脂胶粘接剂喷涂在钢纤维表面，再将聚丙烯纤维按照比例粘接在钢纤维表面，得到a；s2，将碎石、陶粒、石英砂与尾矿砂进行表面泥土的清洗，经过烘干或者晾晒降低含水量，得到b；s3，将相应份数的硅酸盐水泥、水与b混合进行搅拌；s4，待步骤s3搅拌8-10min后，加入a与膨胀剂，继续搅拌；s5，待步骤s4搅拌5-8min后，加入聚羧酸减水剂与胶粉，继续搅拌12-15min后得到混凝土。
21.通过采用上述技术方案，将钢纤维与聚丙烯纤维进行处理，首先在钢纤维表面喷涂一层环氧树脂胶粘接剂，再按照钢纤维与聚丙烯纤维的重量比为1:(2-5)进行粘接聚丙烯纤维；然后将处理后的钢纤维与聚丙烯纤维与其他原料进行混合搅拌，以钢纤维为主轴，通过聚丙烯纤维与其他原料的相互粘接或连接，能够增加混凝土的强度。在膨胀剂与胶粉
的作用下，聚丙烯纤维向蜂窝状的陶粒内部深入并粘接，使混凝土形成网状的结构。一方面增加混凝土的强度；另一方面，水能够沿着聚丙烯纤维与陶粒形成的水流通道进行流动，提高透水系数。再通过控制碎石、陶粒、石英砂与尾矿砂内的含水量与含泥量，使其表面干净、干燥，减少泥土对混凝土强度的影响。
22.环氧树脂胶(简称环氧胶粘剂或环氧胶)是指在一个分子结构中，含有两个或两个以上的环氧基，并在适当的化学试剂及合适条件下，能形成三维交联状固化化合物的总称。环氧类胶粘剂主要由环氧树脂和固化剂两大部分组成。环氧树脂的品种、牌号很多，可以根据不同需求选择不同的种类，本技术选择的是me300系列胶粘剂。
23.根据不同生产的需要，可以选择不同规格的卧式搅拌机，合理控制搅拌机的混合搅拌时间，使其混合搅拌均匀，再通过加入膨胀剂、聚羧酸减水剂与胶粉，使混凝土的效果更好。
24.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术中加入陶粒与尾矿砂，增加混凝土的强度与透水性，再增加粗骨料使用量，减少细骨料的使用量，增加透水性，再将处理后的纤维加入到混凝土的制备中，增加强度，获得高强度高透水性的混凝土；2、本技术中通过改变hcsa膨胀剂与uea膨胀剂的比例关系，增加混凝土的抗拉强度，从而降低混凝土开裂的可能性；3、本技术中通过控制碎石与尾矿砂的粒径，增加混凝土的透水性与强度，且混凝土中加入矿山的废料尾矿砂，降低对环境的污染；4、本技术的方法，通过改变钢纤维与聚丙烯纤维的加入方式，增加聚丙烯纤维的分散性，从而增加混凝土的抗拉强度。
具体实施方式
25.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
26.原料原料来源如表1所示。
27.表1原料来源原料来源硅酸盐水泥上高县锦雪石灰粉厂陶粒莞穗陶粒厂hcsa膨胀剂临沂吉田新型建材有限公司uea膨胀剂临沂吉田新型建材有限公司钢纤维山东岱天工程材料有限公司聚丙烯纤维山东岱天工程材料有限公司环氧树脂胶粘接剂上海寿兴实业有限公司实施例
28.混凝土的制备方法，包括以下的步骤，s1，取相应分数的环氧树脂胶粘接剂、钢纤维与聚丙烯纤维，首先将环氧树脂胶粘接剂喷涂在钢纤维表面，再将聚丙烯纤维按照比例粘接在钢纤维表面，得到a；
s2，将粒径为15-20mm的碎石、密度为750-900kg/m3的陶粒、粒径为6-7.5mm为石英砂与尾矿砂进行表面泥土的清洗，经过烘干或者晾晒降低含水量，得到b；s3，将相应份数的硅酸盐水泥、水与b进行搅拌；s4，待步骤s3搅拌8-10min后，加入a与膨胀剂，继续搅拌；s5，待步骤s4搅拌5-8min后，加入聚羧酸减水剂与胶粉，继续搅拌12-15min后得到混凝土。
29.在以下的实施例中，硅酸盐水泥为370kg、膨胀剂为6kg、聚羧酸减水剂4kg、纤维12kg、环氧树脂胶粘接剂4kg、胶粉5kg、水90kg，其余的重量如表2所示。
30.表2其余原料添加量(单位：kg)组别碎石陶粒石英砂尾矿砂hcsauea钢纤维聚丙烯纤维实施例17002803002404.21.848实施例26502503403004.21.848实施例35602003604604.21.848实施例46502503403004.51.548实施例56502503403004.651.3548实施例66502503403004.51.52.59.5实施例76502503403004.51.5210实施例86502503403004.81.22.59.5实施例96502503403004.51.566对比例混凝土的制备方法与实施例1-9保持一致，在以下的实施例中，硅酸盐水泥为370kg、膨胀剂为6kg、聚羧酸减水剂4kg、纤维12kg、环氧树脂胶粘接剂4kg、胶粉5kg、水90kg，其余的重量如表3所示。
31.表3原料添加量(单位：kg)组别碎石陶粒石英砂尾矿砂hcsauea钢纤维聚丙烯纤维对比例1900-3403004.51.52.59.5对比例2650250640-4.51.52.59.5对比例3900-640-4.51.52.59.5对比例4650250340300
‑‑
2.59.5对比例56502503403004.51.5
‑‑
*表3中
“‑”
表示加入量为0kg。
32.对比例6与实施例6的区别在于，对比例6中碎石的粒径为25-27mm，尾矿砂的粒径为15-16mm，其余用量、制备方法与实施例6保持一致。
33.对比例7与实施例6的区别在于，对比例7中碎石的粒径为8-10mm，尾矿砂的粒径为2-3mm，其余用量、制备方法与实施例6保持一致。
34.对比例8与实施例6的区别在于，对比例8中钢纤维与聚丙烯纤维直接加入在混凝土中，不需要进行粘接。
35.性能检测试验28d抗压强度、抗拉强度按《gb/t 50107-2010混凝土强度检验评定标准》进行检
测。透水系数按《cjj/t 135-2009透水水泥混凝土路面技术规程》进行检测。具体结果表4所示；表4性能测试结果组别28d抗压强度(mpa)抗拉强度(mpa)透水系数(mm/s)实施例153.54.259.1实施例255.64.298.9实施例356.54.378.7实施例455.84.428.8实施例555.94.488.6实施例656.54.518.9实施例756.14.438.7实施例854.94.488.2实施例953.94.088.6对比例155.14.506.1对比例251.04.289.0对比例348.24.124.9对比例447.84.228.5对比例548.94.287.8对比例649.83.92.8.8对比例754.24.296.7对比例850.84.028.5结合实施例1-3并结合表4可以看出，随着碎石、陶粒添加量的降低，石英砂与尾矿砂的增加，抗拉强度与抗压强度提高，透水系数降低。
36.结合实施例1-9并结合表4可以看出，hcsa膨胀剂与uea膨胀剂的比例为3:1时，钢纤维与聚丙烯纤维比例为1:3.8时，综合效果最优，抗压强度为56.5mpa，抗拉强度为4.51mpa，透水系数为8.9mm/s。
37.结合实施例6与对比例1-5并结合表4可以看出，在对比例1-5中混凝土中不加入陶粒使混凝土的透水系数降低，在混凝土中不加入尾矿砂使混凝土的抗压强度降低，在混凝土中不加入陶粒与尾矿砂使混凝土的透水系数与抗压强度都降低降低；在混凝土中不加入膨胀剂或者纤维，混凝土的效果较差。
38.结合实施例2、4、5、8并结合表4可以看出，hcsa膨胀剂与uea膨胀剂的比例为(2.2-3.5):1时，综合效果最好，尤其是比例为3:1时，效果最优。
39.结合实施例2、6、7、9并结合表4可以看出，钢纤维与聚丙烯纤维的重量比为1:(2-5)时，综合效果最好，尤其是比例为1:3.8时，效果最优。
40.结合实施例6与对比例8并结合表4可以看出，对比例8中钢纤维与聚丙烯纤维直接加入在混凝土中，抗拉强度、抗压强度与透水系数均不如实施例6的效果好，说明钢纤维与聚丙烯纤维经过粘接处理后再加入在混凝土中，效果好。
41.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，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。