本发明涉及混凝土技术领域，具体地指一种透水混凝土专用改性剂及其制备方法。
背景技术：
目前，海绵城市建设正如火如荼地进行，全国已有16个城市获得海绵城市试点资格。透水混凝土作为一种生态环保的路面铺装材料，由于其内部具有连续的孔隙结构，空穴均匀分布呈蜂窝状，与传统路面铺装材料相比，具有更好的透水透气性，更有利于吸声降噪、调节地表温度、净化水体、保护地下水资源、改善城市热环境、改善土壤生态环境，完全符合我国海绵城市建设的理念和当今时代城市发展的需要。
然而，我国对透水混凝土的研究与应用还处于起步阶段，仍难以解决透水混凝土的透水性能与强度之间的矛盾，一般来说，透水性能越好，强度越低；强度越高，则透水性能越差。原因是：增加强度，需要提高胶凝材料用量或减少骨料间孔隙，会使得透水混凝土的孔隙率降低，透水性能变差。因此，如能通过在透水混凝土中引入一些特殊助剂，同时提高其强度和透水性能，甚至提高其耐久性，势必能进一步弥补透水混凝土的不足，大大推动其应用与发展。
专利cn106746800a公开了一种胶凝材料以及包含胶凝材料的透水混凝土。胶凝材料包括以下按重量份计的原料：高强低钙低热硅酸盐水泥60～90份，乳胶粉0.1～15份，微硅粉0.1～8份，纳米二氧化硅0.1～5份，矿物活性掺合料5～28份，硫铝酸盐水泥5～25份。由该胶凝材料制得的透水混凝土不仅透水性能满足要求，而且28d强度能够达到c40混凝土的要求，90d强度达到c50，能够用于行车路面，具有优越的高承载能力。
专利cn106746884a公开了一种透水混凝土增强剂及其制备方法。其中，透水混凝土增强剂由包含二氧化硅、硫酸钠、木制磺酸盐、羟丙基甲基纤维素以及木质纤维等组分制备而成，各成分的组分比为：二氧化硅80～90份、硫酸钠1～4份、木制磺酸盐6～9份、羟丙基甲基纤维素1～3份及木质纤维0.1～1份。该技术方案能在保证混凝土具有较佳透水性能的前提下，同时具有较佳的抗压强度。使用该增强剂后，透水混凝土的抗压强度可达c30强度指标。
专利cn107382125a公开了一种透水混凝土增强剂及其制备方法。其中，透水混凝土增强剂，包括以下按质量百分数计的各组分：可再分散性胶粉25～35％；聚氨酯乳液35～45％；增稠剂0.5～2％；消泡剂1～2.5％；减水剂10～15％；缓凝剂1～2％；水10～15％；上述组分质量百分和为100％。该增强剂的粘结性好，且抗拉性能较好，可显著提高透水混凝土的抗拉强度，改善透水混凝土的综合性能。
以上专利均是仅仅从透水混凝土的强度出发，通过开发高强度的胶凝材料或混凝土增强剂，在保证透水性能满足要求的前提下，最大化地提高透水混凝土的强度，未能达到同时提高透水混凝土的强度和透水性能的目的，更未考虑到透水混凝土的耐久性问题。而耐久性是混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力，耐久性差会导致混凝土结构在各种环境条件(光、热、氧气、水、酸、碱及盐等)作用下越极易被破坏，结构稳定性、安全性会大大下降，使用寿命也会大大降低。因此，针对现有技术的不足，开发一种能全面提高透水混凝土强度、透水性和耐久性的专用改性剂具有重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种能全面提高透水混凝土强度、透水性和耐久性的透水混凝土专用改性剂。
本发明的技术方案为：一种透水混凝土专用改性剂，其特征在于，包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷10％～15％；
分散剂45％～60％；
聚硅氧烷树脂5％～10％；
氟碳树脂乳液5％～10％；
去离子水10％～20％；
上述组分质量百分和为100％；
所述长碳链硅烷为异丁基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷(又名1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷)、正辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合。
本发明中专用改性剂具有疏水作用，会迫使水分子向混凝土内部扩散，更有利于水泥水化，且成型后，会在混凝土表面以及连通孔、半开孔、封闭孔等孔隙结构内壁形成致密的疏水膜，能有效防止混凝土内部水分蒸发，保证混凝土后期充分水化，有利于提高混凝土的强度。与此同时，由于疏水膜的存在使透水混凝土从内表面至外表面整体处于疏水状态，大大降低了其表面张力，增大了与水的表面接触角，接触面与“荷叶”类似，不仅能显著提高透水混凝土的透水性能，而且能有效防止雨水的润湿、浸透，大大提高了其耐久性。
专用改性剂中的长碳链硅烷为小分子物质，极易进入混凝土内部深处，但停留在混凝土表面成膜能力有限，而聚硅氧烷树脂分子量高达上万，极易在混凝土表面形成致密的疏水膜，但由于粘度大无法深入内部空隙。而当长碳链硅烷与聚硅氧烷树脂同时使用，小分子长碳链硅烷进入聚硅氧烷长链间空隙，削弱高分子链之间的作用力，有效降低聚硅氧烷树脂的粘度，能提高其在混凝土的渗透深度；而长碳链硅烷其主要成分为硅醇基(si-oh)水解产物，能与聚硅氧烷树脂共同参与水泥水化，锚固在混凝土的内外表面，形成致密的疏水膜，提高混凝土的强度、透水性和耐久性。与此同时，透水混凝土专用改性剂组分中的氟碳树脂乳液，其c-f为强疏水键，因此成膜后可进一步提高表面的防水性，而且c-f键极其牢固，因此与长碳链硅烷、聚硅氧烷树脂协同作用可大大提高整个产品的稳定性，而且相比聚硅氧烷树脂具有更好的耐候性，能进一步提高混凝土的耐久性。
优选的，所述分散剂为无水乙醇、异丙醇、丙酮中的一种。分散剂将长碳链硅烷、聚硅氧烷树脂、氟碳树脂均匀分散于体系中，对混凝土进行高效改性。
优选的，聚硅氧烷树脂为固含量≥98％的甲基聚硅氧烷树脂，聚甲基硅氧烷树脂分子量为10000～20000，粘度为1000cp～5000cp。聚硅氧烷树脂ph值为6～7，根据现有工艺手段，甲基聚硅氧烷树脂固含量必定小于100％，分子量10000～20000指数均分子量。
优选的，所述氟碳树脂乳液为固含量50％～60％、粘度20mpa·s～40mpa·s、粒径0.12μm～0.22μm的水性氟碳树脂乳液，氟碳树脂乳液中氟碳树脂所含氟质量百分含量为11.5％～28.0％。氟碳树脂乳液ph值为8～10，氟碳树脂的玻璃化温度为24～28℃。
优选的，所述透水混凝土专用改性剂包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷12％～15％；
分散剂45％～50％；
聚硅氧烷树脂8％～10％；
氟碳树脂乳液8％～10％；
去离子水15％～20％；
上述组分质量百分和为100％。本方案中各组分的百分含量进一步优化，使透水混凝土的7d强度达到23.8～24.3mpa、28d强度达到30.8～31.4mpa，透水系数达到5.5～6.2mm·s-1、耐蚀系数达到0.93～0.95。
优选的，所述长碳链硅烷为异丁基三乙氧基硅烷与十二烷基三甲氧基硅烷按质量比1:1混合所得。异丁基三乙氧基硅烷中异丁基空间位阻大，分子刚性大；而十二烷基三甲氧基硅烷含有12个碳原子的柔性长链，二者配合使用能协同增加与混凝土的结合力以及耐候性。
本发明还提供上述透水混凝土专用改性剂的制备方法，其特征在于，步骤为：
a.将分散剂、去离子水总质量0.1-0.2倍的去离子水、长碳链硅烷混合搅拌成疏水剂；
b.在生产设备中先加入余下的水，在转速为240r/min条件下加入疏水剂，搅拌10～15min；
c.加入聚硅氧烷树脂，搅拌10～15min；
d.加入氟碳树脂乳液，搅拌至分散均匀，得到透水混凝土专用改性剂。
优选的，步骤a为：在温度10～40℃下，向反应釜中依次加入分散剂、去离子水总质量0.1-0.2倍的去离子水，在转速60～120r/min条件下搅拌5～10min后，调节ph值为2～3，得到a溶液；向a溶液中加入长碳链硅烷，在转速180～240r/min下搅拌、保温反应20～40min后得到疏水剂。
本发明的有益效果为：
1.透水混凝土专用改性剂掺入到透水混凝土中，其疏水作用会迫使水分子向混凝土内部扩散，更有利于水泥水化，且成型后会在混凝土表面以及孔隙结构内壁形成致密的疏水膜，能有效防止混凝土内部水分蒸发，保证混凝土后期充分水化，有利于提高混凝土的强度。
2.疏水膜使透水混凝土从内表面至外表面整体处于疏水状态，大大降低了其表面张力，不仅能显著提高透水混凝土的透水性能，而且能有效防止雨水的润湿、浸透，大大提高了其耐久性。
3.制备方法简单，条件易控制，可操作性高。
具体实施方式
下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中所使用的聚硅氧烷树脂为固含量≥98％的甲基聚硅氧烷树脂，粘度1000cp～5000cp，ph值为6～7，聚甲基硅氧烷树脂分子量为10000～20000。氟碳树脂乳液为固含量50％～60％的水性氟碳树脂乳液，乳液粘度为20～40mpa·s，ph值为8～10，乳液粒径为0.12～0.22μm，其中氟碳树脂中氟质量百分含量为11.5％～28.0％，玻璃化温度为24～28℃。实施例1-8中各组分质量百分数如下表所示。
表1实施例1-8中各组分质量百分数
实施例1
本实施例的透水混凝土专用改性剂，包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷10％、分散剂58％、聚硅氧烷树脂7％、氟碳树脂乳液7％、去离子水18％，其中长碳链硅烷为异丁基三乙氧基硅烷，分散剂为乙醇。
透水混凝土专用改性剂的制备方法为：
a.在温度10～40℃下，向反应釜中依次加入分散剂(乙醇)、去离子水总质量0.1倍的去离子水，在转速为120r/min的条件下搅拌10min后，调节ph值为2～3，得到a溶液；向a溶液中加入长碳链硅烷(异丁基三乙氧基硅烷)，在转速240r/min下搅拌、保温反应40min后得到疏水剂。
b.在生产设备中先加入余下的水，在转速为240r/min条件下加入疏水剂，搅拌10min；
c.加入聚硅氧烷树脂，搅拌10min；
d.加入氟碳树脂乳液，搅拌至分散均匀，得到透水混凝土专用改性剂g1。
实施例2
本实施例的透水混凝土专用改性剂，包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷11％、分散剂60％、聚硅氧烷树脂5％、氟碳树脂乳液5％、去离子水19％，其中长碳链硅烷为异辛基三乙氧基硅烷，分散剂为异丙醇。
透水混凝土专用改性剂的制备方法为：
a.在温度10～40℃下，向反应釜中依次加入分散剂(异丙醇)、去离子水总质量0.15倍的去离子水，在转速120r/min条件下搅拌10min后，调节ph值为2～3，得到a溶液；向a溶液中加入长碳链硅烷(异辛基三乙氧基硅烷)，在转速240r/min下搅拌、保温反应40min后得到疏水剂。
b.在生产设备中先加入余下的水，在转速为240r/min条件下加入疏水剂，搅拌15min；
c.加入聚硅氧烷树脂，搅拌15min；
d.加入氟碳树脂乳液，搅拌至分散均匀，得到透水混凝土专用改性剂g2。
实施例3
本实施例的透水混凝土专用改性剂，包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷12％、分散剂54％、聚硅氧烷树脂10％、氟碳树脂乳液10％、去离子水14％，其中长碳链硅烷为异丁基三乙氧基硅烷，分散剂为丙酮。
透水混凝土专用改性剂的制备方法为：
a.在温度10～40℃下，向反应釜中依次加入分散剂(丙酮)、去离子水总质量0.2倍的去离子水，在转速100r/min条件下搅拌8min后，调节ph值为2～3，得到a溶液；向a溶液中加入长碳链硅烷(异丁基三乙氧基硅烷)，在转速200r/min下搅拌、保温反应30min后得到疏水剂。
b.在生产设备中先加入余下的水，在转速为240r/min条件下加入疏水剂，搅拌12min；
c.加入聚硅氧烷树脂，搅拌12min；
d.加入氟碳树脂乳液，搅拌至分散均匀，得到透水混凝土专用改性剂g3。
实施例4
本实施例的透水混凝土专用改性剂，包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷14％、分散剂55％、聚硅氧烷树脂8％、氟碳树脂乳液8％、去离子水15％，其中长碳链硅烷为全氟辛基三乙氧基硅烷，分散剂为异丙醇。
透水混凝土专用改性剂的制备方法为：
a.在温度10～40℃下，向反应釜中依次加入分散剂(异丙醇)、去离子水总质量0.15倍的去离子水，在转速60r/min条件下搅拌5min后，调节ph值为2～3，得到a溶液；向a溶液中加入长碳链硅烷(全氟辛基三乙氧基硅烷)，在转速180r/min下搅拌、保温反应20min后得到疏水剂。
b.在生产设备中先加入余下的水，在转速为240r/min条件下加入疏水剂，搅拌10min；
c.加入聚硅氧烷树脂，搅拌10min；
d.加入氟碳树脂乳液，搅拌至分散均匀，得到透水混凝土专用改性剂g4。
实施例5
本实施例的透水混凝土专用改性剂，包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷15％、分散剂50％、聚硅氧烷树脂10％、氟碳树脂乳液10％、去离子水15％，其中长碳链硅烷为正辛基三甲氧基硅烷，分散剂为乙醇。
透水混凝土专用改性剂的制备方法为：
a.在温度10～40℃下，向反应釜中依次加入分散剂(乙醇)、去离子水总质量0.2倍的去离子水，在转速120r/min条件下搅拌10min后，调节ph值为2～3，得到a溶液；向a溶液中加入长碳链硅烷(正辛基三甲氧基硅烷)，在转速240r/min下搅拌、保温反应40min后得到疏水剂。
b.在生产设备中先加入余下的水，在转速为240r/min条件下加入疏水剂，搅拌15min；
c.加入聚硅氧烷树脂，搅拌15min；
d.加入氟碳树脂乳液，搅拌至分散均匀，得到透水混凝土专用改性剂g5。
实施例6
本实施例的透水混凝土专用改性剂，包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷15％、分散剂55％、聚硅氧烷树脂9.5％、氟碳树脂乳液8.5％、去离子水12％，其中长碳链硅烷为异丁基三乙氧基硅烷与十二烷基三甲氧基硅烷按质量比1:1混合所得，分散剂为乙醇。
透水混凝土专用改性剂的制备方法为：
a.在温度10～40℃下，向反应釜中依次加入分散剂(乙醇)、去离子水总质量0.1倍的去离子水，在转速120r/min条件下搅拌10min后，调节ph值为2～3，得到a溶液；向a溶液中加入长碳链硅烷(异丁基三乙氧基硅烷与十二烷基三甲氧基硅烷按质量比1:1混合所得)，在转速240r/min下搅拌、保温反应40min后得到疏水剂。
b.在生产设备中先加入余下的水，在转速为240r/min条件下加入疏水剂，搅拌15min；
c.加入聚硅氧烷树脂，搅拌15min；
d.加入氟碳树脂乳液，搅拌至分散均匀，得到透水混凝土专用改性剂g6。
实施例7
本实施例的透水混凝土专用改性剂，包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷15％、分散剂45％、聚硅氧烷树脂10％、氟碳树脂乳液10％、去离子水20％，其中长碳链硅烷为十六烷基三甲氧基硅烷，分散剂为丙酮。
透水混凝土专用改性剂的制备方法为：
a.在温度10～40℃下，向反应釜中依次加入分散剂(丙酮)、去离子水总质量0.1倍的去离子水，在转速80r/min条件下搅拌8min后，调节ph值为2～3，得到a溶液；向a溶液中加入长碳链硅烷(十六烷基三甲氧基硅烷)，在转速200r/min下搅拌、保温反应30min后得到疏水剂。
b.在生产设备中先加入余下的水，在转速为240r/min条件下加入疏水剂，搅拌12min；
c.加入聚硅氧烷树脂，搅拌12min；
d.加入氟碳树脂乳液，搅拌至分散均匀，得到透水混凝土专用改性剂g7。
实施例8
本实施例的透水混凝土专用改性剂，包括以下按质量百分数计的各组分：
长碳链硅烷11％、分散剂59％、聚硅氧烷树脂10％、氟碳树脂乳液10％、去离子水10％，其中长碳链硅烷为十二烷基三甲氧基硅烷，分散剂为乙醇。
透水混凝土专用改性剂的制备方法为：
a.在温度10～40℃下，向反应釜中依次加入分散剂(乙醇)、去离子水总质量0.1倍的去离子水，在转速80r/min条件下搅拌6min后，调节ph值为2～3，得到a溶液；向a溶液中加入长碳链硅烷(十二烷基三甲氧基硅烷)，在转速200r/min下搅拌、保温反应30min后得到疏水剂。
b.在生产设备中先加入余下的水，在转速为240r/min条件下加入疏水剂，搅拌15min；
c.加入聚硅氧烷树脂，搅拌15min；
d.加入氟碳树脂乳液，搅拌至分散均匀，得到透水混凝土专用改性剂g8。
实施效果验证：
将本发明实施例1～8的透水混凝土专用改性剂按照cjj/t135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》测试其透水系数；按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试其不同龄期的抗压强度；按照gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》采用干湿循环法进行抗硫酸盐侵蚀试验，即在5％的na2so4溶液中浸泡透水混凝土试块16h，然后在80±5℃烘干6h，再冷却2h，每次循环时间为24h，循环60次后测试其抗压强度，并计算出耐蚀系数。实验采用的透水混凝土配合比为：p.o42.5水泥360kg/m3，碎石(粒径5～12mm)1440kg/m3，拌合水108kg/m3，减水剂1.8kg/m3。实验结果见表2：
表2透水混凝土性能测试结果
由表2可知，与未掺加透水混凝土专用改性剂的空白组相比，使用本发明实施例1～8配制的透水混凝土在7d、28d的抗压强度分别提高了38.2％～47.3％、25.8％～30.8％，透水性能也提高了25％～55％。此外，由于该改性剂会在透水混凝土表面以及连通孔、半开孔、封闭孔等孔隙结构内壁形成致密的疏水膜，使混凝土从内表面至外表面整体处于疏水状态，能有效阻碍雨水的润湿、浸透，耐久性更好。