一种透水混凝土外加剂及透水混凝土的制作方法

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种透水混凝土外加剂及透水混凝土。


背景技术：

2.透水混凝土是一种生态环保型混凝土，其具有良好的透水透气性、高效的蓄水能力以及良好的装饰性，是“海绵城市”建设中值得推广的一种新型材料。该混泥土材料既能满足路用性能，又能与自然环境协调共生，可有效改善地表的热量平衡，增强地表上下水的流通，对城市增加地下水资源、缓解热岛效应、改善城市气候具有重要的意义。
3.透水混凝土一般由胶凝材料、粗集料、水和外加剂组成。由于不掺加细集料，整个混凝土结构空隙率很高，从而水能够渗透混凝土。然而，传统透水混凝土由于材料组分和制备工艺的原因造成和易性差，孔隙分布不均匀，强度和抗冻融能力不足，容易产生冻融破坏，透水系数较低，环保性能不佳，无法满足铺设高性能路面的要求，也无法满足雨水季节排水的要求，影响了透水混凝土产品的使用和推广。除此之外，市面上的透水混凝土在实际工程中也还或多或少存在承载能力差、粗骨料之间粘结力和透水系数小、抗冻融性能和强度低、易开裂且难修复以及空穴堵塞，使用寿命短等问题，限制了透水混凝土的进一步发展。
4.为了解决上述问题，专利cn106186926b公开了一种高强透水混凝土外加剂及透水混凝土，所述高强透水混凝土外加剂由下述重量份的原料制备而成：可再分散性胶粉5-15份、生石膏粉15-20份、减水剂1-10份、纳米复合填料10-30份。该发明提供的高强透水混凝土外加剂，通过合理的配比，优选出适合高强透水混凝土外加剂的减水剂、纳米复合填料种类及用量，所述外加剂制成的透水混凝土具有良好的抗压强度和透水系数，能够满足各种对于混凝土有透水要求的工程需要，有利于维护生态平衡和实现可持续发展。然而，其中的减水剂为萘磺酸盐，它们的生产和使用易引起环境问题；且其抗冻融性能、抗压强度和透水系数仍然有待进一步提高。
5.可见，本领域仍然需要一种能有效提高透水混凝土的透水系数、抗压强度、抗冻融性能和环保性能的透水混凝土外加剂及采用该透水混凝土外加剂的透水混凝土。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种能有效提高透水混凝土的透水系数、抗压强度、抗冻融性能和环保性能的透水混凝土外加剂及采用该透水混凝土外加剂的透水混凝土。
7.为达到以上目的，本发明提供一种透水混凝土外加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：含羧基和羟基的松香基超支化聚酯20-30份、喹啉黄0.5-3份、4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯2-5份、中空多孔纳米杂化纤维2-4份、磷酸脲1-2份、高岭土3-5份。
8.优选的，所述含羧基和羟基的松香基超支化聚酯参见专利cn102766264b实施例1中松香基超支化聚酯的制备方法制成。
9.优选的，所述中空多孔纳米杂化纤维的来源无特征要求，在本发明的一个实施例中，所述中空多孔纳米杂化纤维是按cn106987922b实施例1中的方法制成。
10.优选的，所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯的制备方法，包括如下步骤：将4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂加入到有机溶剂中，在80-95℃下搅拌反应4-6小时，旋蒸除去溶剂，用水洗3-6次，最后旋蒸除去残留的水，得到4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯。
11.优选的，所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:(0.3-0.5):(6-10)。
12.优选的，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。
13.优选的，所述有机溶剂为二甲亚砜。
14.优选的，所述高岭土的粒径为5mm-10mm。
15.本发明的另一个目的，在于提供一种添加有所述透水混凝土外加剂的透水混凝土，包括如下按重量份计的各原料组成：水泥25-35份、粗骨料70-90份、透水混凝土外加剂3-5份、减水剂1-2份、水13-20份。
16.优选的，所述粗骨料为山体岩石经爆破和破碎处理制得的碎石，所述粗骨料的粒径为6mm-15mm。
17.优选的，所述水泥为通用p.o42.5普通硅酸盐水泥。
18.优选的，所述减水剂为巴斯夫rheoplus 420聚羧酸减水剂。
19.由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：（1）本发明公开的透水混凝土外加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：含羧基和羟基的松香基超支化聚酯20-30份、喹啉黄0.5-3份、4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯2-5份、中空多孔纳米杂化纤维2-4份、磷酸脲1-2份、高岭土3-5份。通过合理的配比和组分种类的选择，使得制成的透水混凝土外加剂适应性好，与透水混凝土骨料的粘结力强，能有效提高透水混凝土的透水系数、抗压强度、抗冻融性能和环保性能，有效延长透水混凝土的使用寿命。
20.（2）本发明公开的透水混凝土外加剂，含羧基和羟基的松香基超支化聚酯能增强水泥浆体与骨料的粘结力，避免粗骨料之间的孔隙被脱落的粘结组分堵塞的几率，改善产品透水性能和强度，延长使用寿命；另一方面，该组分还具有吸水和保水性能，从而保证透水混凝土的工作性，使得其具有一定的自养护功能。其在水泥硬化完成后，与喹啉黄协同，包裹骨料，形成疏水孔壁结构；通过络合作用，降低体系中可溶性钙的含量，有效缓解透水混凝土溶蚀风险，提高透水混凝土的耐久性。没有使用对环境影响较大的组分和原料，使得该产品使用安全环保。
21.（3）本发明公开的透水混凝土外加剂，喹啉黄、含羧基和羟基的松香基超支化聚酯上含有较多的羟基、羧基、松香基和磺酸基，它们配合作用，能起到缓凝、引气和减水作用，能有效改善透水混凝土内部孔隙率，有效提高透水性能、耐久性和抗压强度。磷酸脲的加入，与其它组分配合作用，还能起到缓凝，改善防冻性能的作用；4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯、喹啉黄、含羧基和羟基的松香基超支化聚酯之间能与其他组分之间通过离子键、氢键及范德华力等相互作用，提高混凝土结构的稳定性，使抗压性能提高。4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯在水泥硬化完成后，在包裹骨料的胶结
层表面会形成特殊的憎水膜，使得水可以通过混凝土内部孔道更加顺畅地透过，不在混凝土当中停留，同时可以提高混凝土的强度；形成爽滑的表层，具有自清洁和抗污性能，可以防止透水孔隙被堵塞，提高其透水持久性。其分子结构中同时含有苯并恶唑、三乙醇胺硼酸酯、季铵盐结构，它们相互配合，共同作用，不仅使得其与其它组分的相容性好，还能改善其抗老化性，从而有效延长透水混凝土的使用寿命。
22.（4）本发明公开的透水混凝土外加剂，中空多孔纳米杂化纤维的加入，与其它原料组分配合作用，能改善抗压强度、透水性、柔韧性和耐久性；通过填充作用使水泥浆体中的孔隙分布更均匀，且其还能通过增强界面区以及浆体粘结力有效改善透水混凝土在磨耗试验中骨料散落的状况，提高其透水持久性，延长其使用寿命。
具体实施方式
23.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
24.本发明各实施例中所述含羧基和羟基的松香基超支化聚酯参见专利cn102766264b实施例1中松香基超支化聚酯的制备方法制成；所述中空多孔纳米杂化纤维是按cn106987922b实施例1中的方法制成。
25.实施例1一种透水混凝土外加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：含羧基和羟基的松香基超支化聚酯20份、喹啉黄0.5份、4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯2份、中空多孔纳米杂化纤维2份、磷酸脲1份、高岭土3份。
26.所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯的制备方法，包括如下步骤：将4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂加入到有机溶剂中，在80℃下搅拌反应4小时，旋蒸除去溶剂，用水洗3次，最后旋蒸除去残留的水，得到4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯；所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:0.3:6；所述碱性催化剂为氢氧化钠；所述有机溶剂为二甲亚砜。通过将产品置于质量百分浓度为15wt%的硝酸银水溶液中，观察到有白色沉淀生成，证实离子化的实现，通过元素分析，证实得到的产品中三乙醇胺硼酸酯中的氮全部离子化；所述高岭土的粒径为5mm-10mm。
27.一种添加有所述透水混凝土外加剂的透水混凝土，包括如下按重量份计的各原料组成：水泥25份、粗骨料70份、透水混凝土外加剂3份、减水剂1份、水13份。
28.所述粗骨料为山体岩石经爆破和破碎处理制得的碎石，所述粗骨料的粒径为6mm-15mm；所述水泥为通用p.o42.5普通硅酸盐水泥；所述减水剂为巴斯夫rheoplus 420聚羧酸减水剂。
29.实施例2一种透水混凝土外加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：含羧基和羟基的松香基超支化聚酯22份、喹啉黄1.2份、4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯3份、中空多孔纳米杂化纤维2.5份、磷酸脲1.2份、高岭土3.5份。
30.所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯的制备方法，包括如下步骤：将4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂加入到有机溶剂中，在85℃
下搅拌反应4.5小时，旋蒸除去溶剂，用水洗4次，最后旋蒸除去残留的水，得到4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯；所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:0.35:7；所述碱性催化剂为氢氧化钾；所述有机溶剂为二甲亚砜；所述高岭土的粒径为5mm-10mm。
31.一种添加有所述透水混凝土外加剂的透水混凝土，包括如下按重量份计的各原料组成：水泥28份、粗骨料75份、透水混凝土外加剂3.5份、减水剂1.2份、水15份。
32.所述粗骨料为山体岩石经爆破和破碎处理制得的碎石，所述粗骨料的粒径为6mm-15mm；所述水泥为通用p.o42.5普通硅酸盐水泥；所述减水剂为巴斯夫rheoplus 420聚羧酸减水剂。
33.实施例3一种透水混凝土外加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：含羧基和羟基的松香基超支化聚酯25份、喹啉黄2份、4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯3.5份、中空多孔纳米杂化纤维3份、磷酸脲1.5份、高岭土4份。
34.所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯的制备方法，包括如下步骤：将4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂加入到有机溶剂中，在88℃下搅拌反应5小时，旋蒸除去溶剂，用水洗5次，最后旋蒸除去残留的水，得到4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯；所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:0.4:8；所述碱性催化剂为碳酸钠；所述有机溶剂为二甲亚砜；所述高岭土的粒径为5mm-10mm。
35.一种添加有所述透水混凝土外加剂的透水混凝土，包括如下按重量份计的各原料组成：水泥30份、粗骨料80份、透水混凝土外加剂4份、减水剂1.5份、水17份。
36.所述粗骨料为山体岩石经爆破和破碎处理制得的碎石，所述粗骨料的粒径为6mm-15mm；所述水泥为通用p.o42.5普通硅酸盐水泥；所述减水剂为巴斯夫rheoplus 420聚羧酸减水剂。
37.实施例4一种透水混凝土外加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：含羧基和羟基的松香基超支化聚酯28份、喹啉黄2.7份、4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯4.5份、中空多孔纳米杂化纤维3.5份、磷酸脲1.8份、高岭土4.5份。
38.所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯的制备方法，包括如下步骤：将4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂加入到有机溶剂中，在92℃下搅拌反应5.5小时，旋蒸除去溶剂，用水洗6次，最后旋蒸除去残留的水，得到4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯；所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:0.45:9.5；所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾按质量比1:2:2:1混合形成的混合物；所述有机溶剂为二甲亚砜；所述高岭土的粒径为5mm-10mm。
39.一种添加有所述透水混凝土外加剂的透水混凝土，包括如下按重量份计的各原料组成：水泥33份、粗骨料85份、透水混凝土外加剂4.5份、减水剂1.8份、水19份；所述粗骨料为山体岩石经爆破和破碎处理制得的碎石，所述粗骨料的粒径为6mm-15mm；所述水泥为通用p.o42.5普通硅酸盐水泥；所述减水剂为巴斯夫rheoplus 420聚羧酸减水剂。
40.实施例5一种透水混凝土外加剂，包括如下按重量份计的各组分制成：含羧基和羟基的松香基超支化聚酯30份、喹啉黄3份、4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯5份、中空多孔纳米杂化纤维4份、磷酸脲2份、高岭土5份。
41.所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯的制备方法，包括如下步骤：将4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂加入到有机溶剂中，在95℃下搅拌反应6小时，旋蒸除去溶剂，用水洗6次，最后旋蒸除去残留的水，得到4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯；所述4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯、三乙醇胺硼酸酯、碱性催化剂、有机溶剂的摩尔比为1:1:0.5:10；所述碱性催化剂为碳酸钾；所述有机溶剂为二甲亚砜；所述高岭土的粒径为5mm-10mm。
42.一种添加有所述透水混凝土外加剂的透水混凝土，包括如下按重量份计的各原料组成：水泥35份、粗骨料90份、透水混凝土外加剂5份、减水剂2份、水20份；所述粗骨料为山体岩石经爆破和破碎处理制得的碎石，所述粗骨料的粒径为6mm-15mm；所述水泥为通用p.o42.5普通硅酸盐水泥；所述减水剂为巴斯夫rheoplus 420聚羧酸减水剂。
43.对比例1本发明提供一种透水混凝土外加剂及透水混凝土，其与实施例1相似，不同的是没有添加喹啉黄和中空多孔纳米杂化纤维。
44.对比例2本发明提供一种透水混凝土外加剂及透水混凝土，其与实施例1相似，不同的是没有添加4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯和磷酸脲。
45.为了进一步说明本发明各实施例制成的透水混凝土的有益技术效果，将各例制成的透水混凝土进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：将各原料组分混合均匀后，制作成若干尺寸为20cm
×
20cm
×
5cm的透水混凝土砖样件，自然养护28天，送样进行测试，（1）透水系数：参照gb/t25993-2010《透水路面砖和透水路面板》附录c公开的透水系数测试方法进行测试，并计算15℃水温时不同产品的透水系数，产品的透水系数越大，产品透水性能越好。
46.（2）抗压强度：根据gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测透水混凝土的28d抗压强度(mpa)。
47.（3）抗冻性能：参照gb/t4111-2013《混凝土砌块和砖试验方法》公开的抗冻性试验方法，各例均取10个透水混凝土砖样件，将5个样件进行冻融处理（20次冻融循环），将5个样件不进行冻融处理，计算5个冻融样件的抗压强度平均值和5个未冻融样件的抗压强度平均值，再计算冻融处理前后产品的平均抗压强度损失率，产品的平均抗压强度损失率越小，产品的抗冻性能越好。
48.从表1可见，本发明实施例公开的透水混凝土外加剂及采用该透水混凝土外加剂的透水混凝土，与对比例产品相比，具有更加优异的透水性、抗压强度和抗冻融性，这是各组分协同作用的结果，喹啉黄、中空多孔纳米杂化纤维、4-(苯并恶唑-2-基)苄基氯离子化三乙醇胺硼酸酯和磷酸脲的加入对改善上述性能有益。
49.表1
项目透水系数28d抗压强度平均抗压强度损失率单位mm/smpa%实施例111.547.21.42实施例212.249.01.25实施例312.651.51.03实施例413.653.50.96实施例514.455.10.86对比例19.340.41.55对比例28.543.52.05以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。