本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种防阻塞透水混凝土及其制备方法和应用。
背景技术：
在城市化进程中，城市的地表逐步被建筑物和混凝土等阻水材料硬化覆盖，这些不透水的路面给城市的生态环境带来极大的负面影响，例如雨天打滑、炫光、城市水洪以及城市热岛效应。
透水性混凝土是一种生态型环保混凝土，是一种经过特殊工艺制成的具有连续孔隙的混凝土，既有一定的强度，又有一定的透气透水性。透水性混凝土铺装可以缓解城市雨洪，减少雨天打滑、眩光，提高汽车行驶的安全性和舒适性，吸声降噪，缓解城市热岛效应。
但是，一般的透水混凝土路面或透水砖，由于透水性的要求，孔隙率较大，在透水混凝土路面建成后，降雨产生的地表径流中含有的大量悬浮颗粒(如泥砂、碎屑等)或有机的细颗粒会随着水流不断进入透水混凝土的孔隙，造成孔隙堵塞而导致路面渗透性能降低，难以发挥透水路面的排水功能，最终演变成非透水路面，缩短了透水混凝土路面使用寿命。不仅造成经济上的浪费，而且增大了城市洪涝灾害发生的可能性。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种防阻塞透水混凝土及其制备方法和应用，本发明提供的混凝土具有优异的透水性。
本发明提供了一种防阻塞透水混凝土，水胶比为0.28～0.38，包括下述重量份的组分：硅酸盐水泥22～30份，碎石34～42份，石英砂24～32份，粉煤灰2～5份，矿渣微粉3～6份，改性聚丙烯纤维0.3～0.5份，可再分散乳胶粉1～3份，减水剂1～2份和水。
优选的，所述碎石的粒径为5～16mm。
优选的，所述碎石为连续级配碎石。
优选的，所述石英砂的粒径为0.55～1.2mm。
优选的，所述硅酸盐水泥的强度等级为52.5。
优选的，所述改性聚丙烯纤维的半径为2～6μm；所述改性聚丙烯纤维的芯吸高度为3～4cm。
优选的，所述改性聚丙烯纤维的的输水速率为8～10g/(min·g)；所述改性聚丙烯纤维的吸水倍率为16～20倍。
优选的，所述矿渣微粉的活性指数为7天活性指数不低于75％且28天活性指数不低于95％。
本发明提供了上述技术方案所述的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将减水剂、可再分散乳胶粉和水混合，得到混合溶液；
(2)将硅酸盐水泥、碎石、石英砂、粉煤灰、矿渣微粉和改性聚丙烯纤维混合，得到混合物料；
(3)将所述步骤(1)得到的混合溶液和所述步骤(2)得到的混合物料混合，得到防阻塞透水混凝土。
所述步骤(1)和步骤(2)之间没有时间顺序限制。
本发明提供了上述技术方案所述的防阻塞透水混凝土或者上述技术方案所述制备方法得到的混凝土在透水路面中的应用。
本发明提供了一种防阻塞透水混凝土，水胶比为0.28～0.38，包括下述重量份的组分：硅酸盐水泥22～30份，碎石34～42份，石英砂24～32份，粉煤灰2～5份，矿渣微粉3～6份，改性聚丙烯纤维0.3～0.5份，可再分散乳胶粉1～3份，减水剂1～2份和水。本发明改变传统混凝土大孔隙透水原理，使用功能材料组分改性聚丙烯纤维提高混凝土的透水性，碎石和石英砂的搭配使用，确保混凝土的小孔隙率，利用改性聚丙烯纤维和混凝土中小孔隙透水，防止大量悬浮颗粒或有机细颗粒随水流进入较大孔隙堵塞孔隙；使用改性聚丙烯纤维，通过改性提高了超细纤维亲水性，有效地与透水混凝土中的其他组分结合，进一步改善透水混凝土的透水性。本申请实施例的结果表明，本发明提供的透水混凝土的透水系数达到1.61～2.12m/s。
本发明优化原料组分含量，具有较高强度的改性聚丙烯纤维与硅酸盐水泥、可再分散乳胶粉以及碎石和石英砂结合在一起，确保混凝土的小孔隙率，利用改性聚丙烯纤维和混凝土中小孔隙透水，防止大量悬浮颗粒或有机细颗粒随水流进入较大孔隙堵塞孔隙，进而避免较大孔隙率导致的路面的强度降低，提高透水混凝土的抗压强度和抗冻融性能。本申请实施例的结果表明，本发明提供的透水混凝土的抗压强度达到35MPa～50MPa，抗冻等级达到F150。
本发明还提供了防阻塞透水混凝土的制备方法，通过不同性质的原料的分步混合确保原料充分混合，形成具有较小孔隙的透水混凝土，避免大孔隙易堵塞的问题，提高透水混凝土的强度。
另外的，严格按照不同原料的混合时间以及不同性质的物料间的混合时机进行原料的混合过程，确保原料的混合均匀性，有助于提高透水混凝土的强度和抗冻性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1本发明实施例提供的防阻透水混凝土用于透水路面制备过程中的结构图；
图中：1-内侧支护、2-胶合板、3-方木、4-外侧支护、5-道路透水基层、6防阻塞透水混凝土。
具体实施方式
本发明提供了一种防阻塞透水混凝土，水胶比为0.28～0.38，包括下述重量份的组分：硅酸盐水泥22～30份，碎石34～42份，石英砂24～32份，粉煤灰2～5份，矿渣微粉3～6份，改性聚丙烯纤维0.3～0.5份，可再分散乳胶粉1～3份，减水剂1～2份和水。
本发明改变传统混凝土大孔隙透水原理，使用功能材料组分改性聚丙烯纤维提高混凝土的透水性，碎石和石英砂的搭配使用，确保混凝土的小孔隙率，利用改性聚丙烯纤维和混凝土中小孔隙透水，防止大量悬浮颗粒或有机细颗粒随水流进入较大孔隙堵塞孔隙。
本发明提供的防阻塞透水混凝土，以重量份计，包括20～30份的硅酸盐水泥，优选为25～28份。在本发明中，所述硅酸盐水泥的强度优选为52.5级，所述强度等级采用本领域所熟知的检测标准确定，在本发明的实施例中，所述检测标准为《GB17671-1999水泥胶砂强度检验方法》。本发明对所述硅酸盐水泥的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的硅酸盐水泥即可，在本发明的实施例中，所述硅酸盐水泥采用市售P·Ⅱ硅酸盐水泥。
本发明提供的防阻塞透水混凝土，以重量份计，包括34～42份的碎石，优选为35～40份，更优选为37～38份。在本发明中，所述碎石的粒径优选为5～16mm，进一步优选为所述粒径范围内的连续级配碎石。在本发明中，所述碎石的含泥量优选为不高于1.0wt％，更优选为不高于0.5wt％。本发明对所述碎石的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的碎石即可。
本发明提供的防阻塞透水混凝土，以重量份计，包括24～32份的石英砂，优选为25～30份，更优选为27～28份。在本发明中，所述石英砂的粒径优选为0.55～1.2mm，更优选为0.6～1.0mm。本发明对所述石英砂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的石英砂即可，天然石英砂或者人工石英砂均可，在本发明的实施例中，所述石英砂采用市售人工石英砂。
本发明提供的防阻塞透水混凝土，以重量份计，包括2～5份的粉煤灰，优选为2.5～4.5份，更优选为3～4份。在本发明中，所述粉煤灰优选为国标(Ⅰ)级粉煤灰，所述粉煤灰的细度优选为9～10％，所述粉煤灰的细度优选经孔径为0.045mm方孔筛筛余测得，所述粉煤灰的需水量比优选为不超过95％。本发明对所述粉煤灰的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的粉煤灰即可。
本发明提供的防阻塞透水混凝土，以重量份计，包括3～6份的矿渣微粉，更优选为4～5份。在本发明中，所述矿渣微粉的活性指数优选为7天活性指数不低于75％且28天活性指数不低于95％，更优选为7天活性指数不低于80％且28天活性指数不低于98％。在本发明中，所述矿渣微粉的比表面积优选为不低于350m2/kg，更优选为450～600m2/kg。在本发明中，所述矿渣微粉的粒径优选为10～50μm，更优选为15～20μm。在本发明中，所述矿渣微粉中矿渣的种类没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的矿渣即可，在本发明的实施例中，所述矿渣采用粒化高炉矿渣，通过研磨的方式获得所述粒径尺寸范围内的矿渣微粉，所述研磨过程符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T 18046-2008)。在本发明实施例中，所述矿渣微粉采用S95级别的矿渣微粉。
本发明提供的防阻塞透水混凝土，以重量份计，包括0.3～0.5份的改性聚丙烯纤维，优选为0.35～0.48份，更优选为0.38～0.40份。在本发明中，所述改性聚丙烯纤维的半径优选为2～6μm，更优选为3～4μm；所述改性聚丙烯纤维的吸水倍率优选为16～20倍，更优选为17～18倍；所述改性聚丙烯纤维的的输水速率优选为8～10g/(min·g)，更优选为9～9.5g/(min·g)；所述改性聚丙烯纤维的的芯吸高度优选为3～4cm。
在本发明中，所述改性聚丙烯纤维可以采用改性聚丙烯纤维的市售商品，也可采用对聚丙烯的改性方法获得。在本发明中，所述改性方法优选为利用聚丙烯和亲水改性剂通过静电纺丝装置纺丝得到，所述亲水改性剂的用量为所述聚丙烯的8～14wt％。本发明对所述聚丙烯的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的聚丙烯即可，在本发明实施例中，所述聚丙烯具体为聚丙烯6820，所述聚丙烯的熔融指数优选为200g/min。本发明对所述亲水改性剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的亲水改性剂即可，在本发明的实施例中，所述亲水改性剂具体为广州亚雷森高分子材料有限公司生产的型号为7008p的亲水改性剂。本发明对所述静电纺丝装置没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的静电纺丝装置即可；本发明对纺丝的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的纺丝方式即可。在本发明中，所述纺丝的温度优选为250℃，所述纺丝的电压优选为80KV。
本发明提供的防阻塞透水混凝土，以重量份计，包括1～3份的可再分散乳胶粉，优选为1.5～2.2份，更优选为1.7～2.0份。在本发明中，所述可再分散乳胶粉的粒径优选为2～10μm，更优选为5～8μm。在本发明中，所述可再分散乳胶粉起到提高粘合力、抗折强度、塑性、耐磨性以及材料的施工性能的作用。本发明对所述可再分散乳胶粉的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的可再分散乳胶粉即可。在本发明的实施例中，所述可再分散乳胶粉采用产品名为wacker5044N的可分散乳胶粉。
本发明提供的防阻塞透水混凝土，以重量份计，包括1～2份的减水剂，优选为1.3～1.6份。在本发明中，所述减水剂的固含量优选为不低于30wt％，进一步优选为35wt％～60wt％，更优选为40wt％～50wt％；所述减水剂的减水率优选为不低于35％，更优选为不低于40％～80％。在本发明中，所述减水剂优选为聚羧酸类减水剂，本发明对所述聚羧酸类减水剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的聚羧酸类减水剂即可。在本发明的实施例中，所述减水剂采用产品名为PCA-1羧酸高性能市售减水剂即可。
本发明提供的防阻塞透水混凝土，还包括水。在本发明中，所述水的用量以水胶比0.28～0.38计，所述水胶比优选为0.30～0.35，更优选为0.32～0.33。本发明提供的防阻塞透水混凝土的组分中硅酸盐水泥、粉煤灰和矿渣微粉微凝胶材料为凝胶材料。
本发明提供了上述技术方案所述的防阻塞透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将减水剂、可再分散乳胶粉和水混合，得到混合溶液；
(2)将硅酸盐水泥、碎石、石英砂、粉煤灰、矿渣微粉和改性聚丙烯纤维混合，得到混合物料；
(3)将所述步骤(1)得到的混合溶液和所述步骤(2)得到的混合物料混合，得到防阻塞透水混凝土。
所述步骤(1)和步骤(2)之间没有时间顺序限制。
本发明将减水剂、可再分散乳胶粉和水混合，得到混合溶液。本发明对所述混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合方式即可。在本发明中，所述减水剂、可再分散乳胶粉和水混合过程，优选在搅拌机中进行，所述混合的时间优选为2～3分钟。
本发明将硅酸盐水泥、碎石、石英砂、粉煤灰、矿渣微粉和改性聚丙烯纤维混合，得到混合物料。本发明对所述混合物料的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合方式即可。在本发明中，所述硅酸盐水泥、碎石、石英砂、粉煤灰、矿渣微粉和改性聚丙烯纤维混合过程，优选在搅拌机中进行，所述混合的时间优选为2～3分钟。
得到所述混合溶液和所述混合物料后，将所述混合溶液和所述混合物料混合，得到防阻塞透水混凝土。在本发明中，所述混合溶液和所述混合物料的混合过程优选在搅拌机中进行，所述混合过程中搅拌机的功率优选为20～30kW，进一步优选为25～28kW；所述混合的时间为3～5分钟，进一步优选为4～4.5分钟。
本发明进行所述混合溶液的混合和所述混合物料的混合过程中，对所述混合方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合方法即可。在本发明中，在本发明中，混合所述硅酸盐水泥、碎石、石英砂、粉煤灰、矿渣微粉和改性聚丙烯纤维过程中，优选在搅拌机中进行，所述混合过程中搅拌机的功率优选为25～40kW，进一步优选为35～38kW；所述混合的时间优选为2～3分钟。本发明优选将所述混合溶液倒入所述混合物料中，所述倒入的时间优选为不多于30s，进一步优选为不多于25s。
本发明还提供了上述技术方案所述的防阻塞透水混凝土或者上述技术方案所述制备方法得到的防阻塞混凝土在透水路面中的应用。在本发明中，所述应用的具体过程优选为：
(1)在透水基层上支设模板；
(2)将混凝土在所述支设模板上摊铺，所述摊铺的高度系数为1.16～1.20；
(3)采用振动的方式对所述摊铺后的混凝土进行辊压。
本发明对所述支设方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的支设方法即可；本发明对所述摊铺方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的摊铺方式即可；得到湿态透水混凝土路面，所述湿态混凝土路面的平整度不高于4mm，本发明对所述振动的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的振动方式即可。在本发明中，所述支设、摊铺和辊压的过程优选不超过2.5小时，确保混凝土中各组分均匀铺设成路面，提高路面的抗压强度。完成所述辊压后，优选采用塑料薄膜覆盖所述透水混凝土路面，降低水分的蒸发速度；完成所述覆盖后，优选采用不定时喷雾洒水的方式对所述路面进行润湿；本发明优选减少对所述路面的扰动，7天内避免行人踩踏。本发明实施例得到的防阻透水混凝土用于透水路面制备过程中的结构图如图1所示，内侧支护1与外侧支护4之间通过胶合板2和方木3连接形成支护结构，内侧支护1和方木3之间以胶合板2连接，外侧支护4和方木3直接接触，防阻塞透水混凝土6平铺在道路透水基层5上，防阻塞透水混凝土与内侧支护1接触。
本发明提供了一种防阻塞透水混凝土，水胶比为0.28～0.38，包括下述重量份的组分：硅酸盐水泥22～30份，碎石34～42份，石英砂24～32份，粉煤灰2～5份，矿渣微粉3～6份，改性聚丙烯纤维0.3～0.5份，可再分散乳胶粉1～3份，减水剂1～2份和水。本发明改变传统混凝土大孔隙透水原理，使用功能材料组分改性聚丙烯纤维提高混凝土的透水性，碎石和石英砂的搭配使用，确保混凝土的小孔隙率，利用改性聚丙烯纤维和混凝土中小孔隙透水，防止大量悬浮颗粒或有机细颗粒随水流进入较大孔隙堵塞孔隙；使用改性聚丙烯纤维，通过改性提高了超细纤维亲水性，有效地与透水混凝土中的其他组分结合，进一步改善透水混凝土的透水性。本申请实施例的结果表明，本发明提供的透水混凝土的透水系数达到1.61～2.12m/s。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的防阻塞透水混凝土及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
按《GB/T 25993-2010透水路面砖和透水路面板》的检测方法对防阻塞透水混凝土各项性能进行测试。
实施例1
硅酸盐水泥22份，粒径在5～16mm的连续级配碎石38份，碎石的含泥量为0.8wt％，粒径为0.55mm的石英砂28份，(Ⅰ)级粉煤灰3份，粉煤灰的的细度为9％，粉煤灰的需水量比不超过95％，7天活性指数不低于75％且28天活性指数不低于95％的矿渣微粉5份，矿渣微粉的比表面积为450m2/kg，矿渣微粉的粒径为15μm，改性聚丙烯纤维0.40份，粒径为10μm的wacker5044N 2份，PCA—I羧酸高性能减水剂1.3份，减水剂的固含量为30wt％，减水率为40％，按照水胶比0.30加入水。
改性聚丙烯纤维通过7008p亲水改性剂对聚丙烯6820改性得到，其中7008p亲水改性剂的掺量为聚丙烯6820的10wt％，通过静电纺丝装置在250℃、80KV条件下对聚丙烯和亲水改性剂熔融纺丝。
将减水剂、可再分散乳胶粉和水混合2分钟，得到混合溶液；同时将硅酸盐水泥、碎石、石英砂、粉煤灰、矿渣微粉和改性聚丙烯纤维混合3分钟，得到混合物料；然后将混合溶液在30s内倒入混合物料中，继续搅拌5分钟，得到防阻塞透水混凝土。
对得到的防阻塞透水混凝土进行测试，得到透水系数2.12mm/s，抗压强度达到38MPa，抗冻等级达到F150。
实施例2
硅酸盐水泥30份，粒径在5～16mm的连续级配碎石35份，碎石的含泥量为0.5wt％，粒径为0.55mm的石英砂25份，(Ⅰ)级粉煤灰2份，粉煤灰的细度为10％，粉煤灰的需水量比不超过95％，7天活性指数不低于75％且28天活性指数不低于95％的矿渣微粉3份，矿渣微粉的粒径为20μm，矿渣微粉的比表面积为450m2/kg，改性聚丙烯纤维0.48份，粒径为5μm的wacker5044N 2.2份，PCA—I羧酸高性能减水剂1.2份，减水剂的固含量为40wt％，减水率为45％，以水胶比0.32计，加入水。
改性聚丙烯纤维通过7008p亲水改性剂对聚丙烯6820改性得到，其中7008p亲水改性剂的掺量为聚丙烯6820的14wt％，通过静电纺丝装置在250℃、80KV条件下对聚丙烯和亲水改性剂熔融纺丝。
将减水剂、可再分散乳胶粉和水混合，得到混合溶液3分钟；同时将硅酸盐水泥、碎石、石英砂、粉煤灰、矿渣微粉和改性聚丙烯纤维混合3分钟，得到混合物料；然后将混合溶液在30s内倒入混合物料中，继续搅拌5分钟，得到防阻塞透水混凝土。
对得到的防阻塞透水混凝土进行测试，得到透水系数1.61mm/s，抗压强度达到48MPa，抗冻等级达到F150。
实施例3
硅酸盐水泥24份，粒径在5～16mm的连续级配碎石37份，碎石的含泥量为1.0wt％，粒径为1.2mm的石英砂27份，(Ⅰ)级粉煤灰4份，粉煤灰的细度为9％，粉煤灰的需水量比不超过95％，7天活性指数不低于75％且28天活性指数不低于95％的矿渣微粉4份，矿渣微粉的粒径为15μm，矿渣微粉的比表面积为600m2/kg，改性聚丙烯纤维0.37份，粒径为2μm的wacker5044N 1.7份，PCA—I羧酸高性能减水剂1.6份，减水剂的固含量为35％，减水率为40％，以水胶比0.33计，限定水的加入量。
改性聚丙烯纤维通过7008p亲水改性剂对聚丙烯6820改性得到，其中7008p亲水改性剂的掺量为聚丙烯6820的8wt％，通过静电纺丝装置在250℃、80KV条件下对聚丙烯和亲水改性剂熔融纺丝。
将减水剂、可再分散乳胶粉和水混合，得到混合溶液；同时将硅酸盐水泥、碎石、石英砂、粉煤灰、矿渣微粉和改性聚丙烯纤维混合，得到混合物料；然后将混合溶液在30s内倒入混合物料中，继续搅拌5分钟，得到防阻塞透水混凝土。
对得到的防阻塞透水混凝土进行测试，得到透水系数2.1mm/s，抗压强度达到38MPa，抗冻等级达到F150。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。