本发明属于透水混凝土添加剂领域，具体涉及到一种高性能透水混凝土胶结剂及其应用。
背景技术：
传统的城市道路、广场的硬化地面设计主要关注其耐久性等技术性能指标及视觉美观方面的要求，因而大量的使用非透水性铺装，但是这种铺装方式存在明显的生态环境缺陷，例如：(1)路面不透水，雨水对地下水的补充被阻断，导致城市的地下水位难以得到回升；(2)在雨季易产生地表径流，大量城市污染物会随雨水一起经管道直接排放到当地河流中，造成二次污染；(3)硬化路面吸收、储存并反射太阳的热量，使地面平均温度升高，即形成城市的“热岛效应”。另外，硬化路面还会使一些相互依赖生长的植物群和动物群的生态空间被分离，对保护城市中的自然生态环境也极为不利。
透水混凝土路面的内部结构是由一系列与外部空气相连通的多孔结构形成的骨架组成的，与硬化路面相比，它具有良好的透水性能，在营造良好的声、光、热等物理及生态环境方面具有独特的优势，体现了“与环境共生”的理念，也是“海绵城市”建设的主要建筑材料。我国在上世纪70年底便开始了对透水混凝土的研究，但由于强度及耐久性能不理想，中间停止了一段时间。直到2014年，住建部发布《关于印发海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)的通知》(即建城函〔2014〕275号)，在国家政策导向下，透水混凝土又迎来了快速发展时期。
由于透水混凝土内部存在大量的连通孔，透水系数与强度难以兼顾。目前，在满足透水系数下，国内透水混凝土路面的抗压强度普遍低于30.0MPa，抗折强度低于5.0Mpa，主要将其用在人行道、景观道路、停车场等轻载路面，在重载路面中的应用极少。为提高透水混凝土的强度，目前市面上出现了一些胶结剂产品，分有机类(例如公开号：CN103524085B的中国专利)和无机类(例如公开号：CN105819724A的中国专利)两种，但均存在其固有的缺点。如有机类胶结剂虽增强效果较好，但价格较高以及由于耐碱性较差导致的透水混凝土耐久性的问题；无机类胶结剂虽价格较低、透水混凝土耐久性较好，但增强效果不明显。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足而提供一种高性能透水混凝土胶结剂，它兼具有增强效果和耐久效果，可显著增加透水混凝土的透水系数及抗压、抗折强度。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种高性能透水混凝土胶结剂，主要原料包括活性二氧化硅粉末、界面改性剂、减水剂、调凝剂、增稠剂，各原料按质量百分比计为：活性二氧化硅粉末68％～72％、界面改性剂18％～22％、减水剂7％～10％、调凝剂2％～4％、增稠剂0～2％。
按上述方案，所述活性二氧化硅粉末中SiO2含量不小于92％，28d活性指数不小于100％，比表面积不小于18000m2/kg。
按上述方案，所述界面改性剂为聚醋酸乙烯酯系聚合物、丙烯酸系聚合物、苯乙烯系聚合物等中的一种或几种。其中，所述聚醋酸乙烯酯系聚合物为粉状醋酸乙烯酯均聚物、粉状醋酸乙烯酯—乙烯共聚物、粉状醋酸乙烯酯—叔碳酸乙烯酯共聚物、粉状醋酸乙烯酯—乙烯—叔碳酸乙烯酯共聚物、粉状醋酸乙烯酯—丙烯酸酯—叔碳酸乙烯酯共聚物、粉状醋酸乙烯酯—乙烯—丙烯酸酯共聚物、粉状醋酸乙烯酯—乙烯—甲基丙烯酸甲酯共聚物等中的一种或几种。所述丙烯酸系聚合物为粉状丙烯酸酯共聚物、粉状丙烯酸酯—苯乙烯共聚物中的一种或两种。所述苯乙烯系聚合物选自粉状苯乙烯—丁二烯共聚物等。
按上述方案，所述减水剂选自早强型粉状聚羧酸高效减水剂，缓凝型粉状脂肪族高效减水剂等中的一种。其中，所述早强型粉状聚羧酸高效减水剂的减水率不小于25％，所述缓凝型粉状脂肪族高效减水剂的减水率不小于20％。
按上述方案，所述调凝剂为无机磷酸盐、木质素磺酸盐、羟基羧酸盐、无机锌盐等盐类中的一种或几种。其中，所述无机磷酸盐选自三聚磷酸钠、焦磷酸钠、磷酸二氢铵、磷酸钠等。所述木质素磺酸盐选自木质素磺酸钠、木质素磺酸钙等。所述羟基羧酸盐选自柠檬酸钠、酒石酸钠、葡萄糖酸钠等。所述锌盐选自氯化锌、硫酸锌、碳酸锌、硝酸锌等。
按上述方案，所述增稠剂为纤维素类增稠剂。所述纤维素类增稠剂选自羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等。
本发明所述高性能透水混凝土胶结剂的制备方法，按本发明所述原料配比，将活性二氧化硅粉末投入到高速混合机中，加入界面改性剂，在20±2℃条件下高速混合均匀，然后依次加入减水剂、调凝剂、增稠剂，再在20±2℃条件下高速混合均匀制成成品。
本发明所述高性能透水混凝土胶结剂使用时，只需根据透水混凝土的强度等级按适合掺量掺入即可，通常情况下掺量在6％～10％(质量百分比)。
包含本发明所述胶黏剂的高性能透水混凝土也在本发明的保护范围之内。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：
本发明所述透水混凝土胶结剂以活性二氧化硅粉末与界面改性剂为主体材料，并加入减水剂、调凝剂与增稠剂等助剂。其中，⑴本发明采用的活性二氧化硅粉末，可与浆骨“过渡区”内水泥水化产生的氢氧化钙发生二次水化反应生成水化硅酸钙凝胶，增加了“过渡区”的致密度。另外，二氧化硅还可与水泥早期水化产生的高碱水化硅酸钙进一步发生反应生成低碱水化硅酸钙，这些均有利于透水混凝土的早期强度及后期耐久性能的提高。⑵本发明采用的界面改性剂，在水泥水化过程中分散成膜，并作为第二粘结剂与第一粘结剂水泥相互结合，形成与低碱水化硅酸钙互穿的混合体。另外，聚合物分子(即界面改性剂)中的活性基团还可与活性二氧化硅生成的低碱水化硅酸钙中的Ca2+、Al3+等产生交联反应，形成特殊的桥键作用，增加了水泥硬化浆体的强度，使得浆骨“过渡区”更加致密，透水混凝土的力学性能得到改善。⑶本发明采用的调凝剂，通过延迟水泥的水化反应，可显著延长透水混凝土的施工可操作时间，有效避免了施工现场工人二次加水的情况发生。⑷本发明采用的增稠剂，通过带有羟基的大分子链，与水泥浆体中的水分发生强烈的水合作用，或者通过分子链间的缠绕，增加水泥浆体的粘度，从而降低了水泥浆体的流变性能，增加其透水系数。
本发明所述透水混凝土胶结剂掺入透水混凝土中可显著延长其施工操作时间，提高其抗压、抗折强度，增加透水系数，具有较佳的增强效果和耐久性。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明的实施例需按配比准确称量各种原料，称量误差须小于1％，各原料组分均能从市场上购买获得。
实施例1
一种高性能透水混凝土胶结剂，其原料按质量百分比计为：活性二氧化硅粉末68％、界面改性剂18％、减水剂10％、调凝剂2％、增稠剂2％。
本实施例中，活性二氧化硅粉末中SiO2含量为92％，28d活性指数105％，比表面积20000m2/kg；界面改性剂由50wt％粉状醋酸乙烯酯与乙烯共聚物(最低成膜温度2℃)和50wt％粉状醋酸乙烯酯—乙烯—叔碳酸乙烯酯共聚物(最低成膜温度2℃)复合而成；减水剂为早强型粉状聚羧酸高效减水剂，减水率为28％；调凝剂为70wt％粉状焦磷酸钠(工业级)和30wt％磷酸钠(工业级)复合而成；增稠剂为羧甲基纤维素(工业级)。
实施例2
一种高性能透水混凝土胶结剂，其原料按质量百分比计为：活性二氧化硅粉末68％、界面改性剂22％、减水剂7％、调凝剂3％、增稠剂0％。
本实施例中，活性二氧化硅粉末中SiO2含量为94wt％，28d活性指数102％，比表面积18000m2/kg；界面改性剂为60wt％粉状丙烯酸酯—苯乙烯共聚物(最低成膜温度5℃)和40wt％粉状丙烯酸酯共聚物(最低成膜温度5℃)复合而成；减水剂为早强型粉状聚羧酸高效减水剂，减水率为30％；调凝剂为20wt％木质素磺酸钠和80wt％葡萄糖酸钠复合而成。
实施例3
一种高性能透水混凝土胶结剂，其原料按质量百分比计为：活性二氧化硅粉末72％、界面改性剂18％、减水剂7％、调凝剂2％、增稠剂1％。
本实施例中，活性二氧化硅粉末中SiO2含量为93wt％，28d活性指数105％，比表面积20000m2/kg；界面改性剂为70wt％粉状苯乙烯—丁二烯共聚物(最低成膜温度2℃)和30wt％粉状醋酸乙烯酯—乙烯共聚物(最低成膜温度2℃)；减水剂为缓凝剂粉状脂肪族高效减水剂，减水率为24％；调凝剂为葡萄糖酸钠(工业级)；增稠剂为50wt％羧甲基羟乙基纤维素(工业级)和50wt％羟乙基纤维素的复合物。
以实施例1为例的一种高性能透水混凝土胶结剂的制备方法，将68kg活性二氧化硅粉末投入到YLT—100A高速混合机中，加入9kg粉状醋酸乙烯酯与乙烯共聚物和9kg粉状醋酸乙烯酯—乙烯—叔碳酸乙烯酯共聚物，在20±2℃条件下高速混合30s，然后依次加入10kg早强型粉状聚羧酸高效减水剂、1.4kg粉状焦磷酸钠(工业级)和0.6kg磷酸钠(工业级)、2kg羧甲基纤维素(工业级)，再在20±2℃条件下高速混合30s制成成品。
本发明所得透水混凝土胶结剂成品是一种浅蓝色的粉体材料。
应用测试
本发明所述高性能透水混凝土胶结剂使用时只需根据透水混凝土的强度等级按适合掺量掺入即可，通常情况下掺量在6％～10％。本发明实施例1～3所得的高性能透水混凝土胶结剂在C20～C30中的应用效果如表1所示，并用空白样1～3作为对照组。其中抗压强度、抗折强度测试严格按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，透水系数测试严格按照CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》附录A的相关步骤进行。
表1
由以上实施例和测试数据可知：本发明所述高性能透水混凝土胶结剂具有以下优点：
⑴增加强度。根据透水混凝土的强度等级掺入适量本发明所述高性能透水混凝土胶结剂后，透水混凝土的力学性能可得到明显改善。如上表所示，同等条件下，不同强度等级的透水混凝土掺入2％～3％本产品后，28d抗压强度可增加10％以上，28d抗折强度可增加40％以上。使用过程中，可以根据透水混凝土的强度情况调整其掺量，以达到最佳使用效果。
⑵提高透水性能。如上表所示，掺入本发明所述高性能透水混凝土胶结剂后，透水混凝土的透水系数较空白样有显著提高。以C25为例，空白样的透水系数为2.1mm/s，而实施例透水混凝土的透水系数在3.0mm/s左右，增幅达到40％以上，透水性能得到明显改善。
⑶延长施工可操作时间。在25℃施工环境下，掺入本发明所述高性能透水混凝土胶结剂后，透水混凝土拌合物的施工可操作时间得到明显延长。以C20为例，空白样在25℃下的可操作时间为40min，同等条件下，实施例透水混凝土的可操作时间均在60min以上。透水混凝土可操作时间的延长可增加现场施工人员的灵活性，有效避免二次加水的情况发生。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。