一种海绵城市透水混凝土及其施工工艺的制作方法

1.本技术涉及建筑材料的领域，尤其是涉及一种海绵城市透水混凝土及其施工工艺。


背景技术：

2.海绵城市，一般是指具有雨洪管理系统的城市。雨洪管理系统，主要可在下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将储存的水释放，实现雨水在城市中自由迁移。海绵城市中具有吸水的“海绵体”，
ꢀ“
海绵体”包括河、湖等水系、绿地、花园、可渗透路面等城市配套建筑；由于路面在城市中的分布较广，因此可渗透路面在海绵城市中具有较为重要的意义。
3.可渗透路面，通常采用透水混凝土进行铺设。透水混凝土，又称多孔混凝土，是一种多孔的轻质混凝土，由于透水混凝土具有较多的孔隙，使得透水混凝土的强度不佳，因此为了改善透水混凝土的强度，通常采用在混凝土中添加增强剂，提高透水混凝土的强度。
4.针对上述相关技术，发明人认为简单地在透水混凝土中添加增强剂，由于增强剂较易发生团聚，进而增强剂填充透水混凝土的孔隙，使得混凝土获得不均匀地增强效果，导致混凝土存在强度不佳的缺陷。


技术实现要素：

5.为了改善混凝土强度不佳的缺陷，本技术提供一种海绵城市透水混凝土及其施工工艺，采用如下的技术方案：第一方面，本技术提供一种海绵城市透水混凝土，采用如下的技术方案：一种海绵城市透水混凝土，包括以下重量份物质：30
‑
50份骨料、20
‑
30份水泥、3
‑
5份增强剂、1
‑
2份减水剂、2
‑
3份发泡剂和10
‑
20份水，所述增强剂包括粉煤灰和硅灰石，所述粉煤灰和硅灰石的质量比为1:0.5
‑
2，所述硅灰石为针状硅灰石。
6.通过采用上述技术方案，由于采用粉煤灰和针状硅灰石复配作为增强剂，针状硅灰石呈纤维状结构，进而可对混凝土基材进行连接、牵拉，同时由于针状硅灰石具有较佳的分散性，因此，通过粉煤灰负载于针状硅灰石上，改善了增强剂在混凝土中的分散效果，混凝土获得较为均匀且稳定的强度效果。由于针状硅灰石的表面活性较佳，进而可与粉煤灰之间发生微弱的交联，使得粉煤灰稳定负载于针状硅灰石上。同时由于粉煤灰具有较多的孔隙，在增强剂分散于混凝土的同时，进一步改善混凝土的孔隙率，增强混凝土的透水效果，使得混凝土获得较为均匀的强度以及透水效果。
7.优选的，所述增强剂为经改性处理的增强剂，所述改性处理包括交联处理，所述交联处理包括以下步骤：取可再分散乳胶粉和水，搅拌混合，制得交联处理液，再将交联处理液和增强剂按质量比2
‑
3：1搅拌混合后，制得经交联处理的增强剂。
8.通过采用上述技术方案，采用交联处理改性增强剂，使得增强剂基材之间连接稳定，即粉煤灰稳定负载于针状硅灰石表面，由于可再分散乳胶粉在混凝土中的分散性较佳，使得包覆有可再分散乳胶粉的增强剂在混凝土中的分散效果提升，进而为混凝土提供均匀
且稳定的强度。由于增强剂上包覆有可再分散乳胶粉，可再分散乳胶粉在混凝土中参与并促进凝胶化反应，使得增强剂与可再分散乳胶粉之间可形成交错的网状结构，使得增强剂和可再分散乳胶粉稳定连接，保障增强剂获得较为稳定的分散效果，同时改善了增强剂对混凝土基材的连接稳定性。
9.优选的，所述改性处理还包括强化处理，所述强化处理还包括以下步骤：（1）酸洗：按质量比5
‑
8：1取盐酸和配方中的增强剂，搅拌混合，升温，持续反应2
‑
4h，过滤、保留滤饼、洗涤滤饼、直至洗涤液呈中性，将滤饼于35℃烘干，制得经酸洗的增强剂；（2）包覆：按质量比2
‑
3：1取硅溶胶和步骤（1）中经酸洗的增强剂，搅拌混合，制得混合液，向混合液中加入氨水，持续搅拌，控制胶凝温度，制得凝胶液，将凝胶液在40
‑
60℃下真空干燥，制得干燥产物，进行焙烧处理，制得经强化处理的增强剂。
10.通过采用上述技术方案，采用对增强剂进行酸洗处理，使得增强剂的比表面积和表面活性均有所提升，改善了增强剂和混凝土基材之间的连接效果，提高了混凝土的强度。通过将硅溶胶和增强剂混合，使得硅溶胶可均匀包覆于增强剂外，由于硅溶胶在包覆增强剂外表面的同时，对增强剂的孔隙同步进行包覆，使得经改性处理的增强剂的孔隙中负载有二氧化硅，二氧化硅在增强剂的孔隙内壁形成较薄的包覆层，降低增强剂中孔隙坍塌的可能性，维持增强剂孔隙的稳定性，即通过增强剂提高混凝土孔隙率的效果保持稳定。因此，不仅提高了增强剂的强度，增强了增强剂对混凝土的强化效果，改善了混凝土的强度；还提高了混凝土的透水效果。
11.优选的，步骤（2）中所述的胶凝温度为20
‑
50℃，所述焙烧处理温度为800
‑
1200℃，焙烧处理时间为1
‑
3h。
12.通过采用上述技术方案，调整胶凝温度，一方面，使得硅溶胶与增强剂之间的胶凝反应较为完全，提高硅溶胶与增强剂之间的连接效果，通过硅溶胶稳定提高增强剂的强度；另一方面，硅溶胶可在增强剂表面形成类红外反射结构，增强结构强度，进一步提高增强剂的强度。通过焙烧处理，进一步提高类红外反射结构的强度，改善硅溶胶对增强剂孔隙的支撑强度，使增强剂稳定为混凝土提供孔隙率，即保障混凝土的透水率，使得掺杂有增强剂的混凝土获得较佳的强度。
13.优选的，所述发泡剂包括十二烷基硫酸钠和椰油酰胺基丙基甜菜碱，所述十二烷基硫酸钠和椰油酰胺基丙基甜菜碱的质量比为1:2
‑
5。
14.通过采用上述技术方案，采用十二烷基硫酸钠和椰油酰胺基丙基甜菜碱复配作为发泡剂，通过将阴离子发泡剂和两性发泡剂进行复配，提高发泡剂的发泡效果以及发泡效率。同时，由于发泡剂在混凝土中的分散效果较佳，使得混凝土获得较为均匀的孔隙，提高混凝土的透水效果以及强度。此外，由于发泡剂的活性有所提升，使得发泡剂与混凝土混合的过程中，发泡剂与增强剂可发生一定程度的连接，提高泡沫与混凝土之间的连接效果，保持混凝土中孔隙稳定，并且增强剂可在一定程度上为混凝土中的孔隙进行支撑，进一步保障混凝土中孔隙的稳定性。
15.优选的，所述发泡剂为经稳定处理的发泡剂，所述稳定处理包括以下步骤：（1）分别称量以下重量份物质：3
‑
5份纳米二氧化硅、10
‑
15份氢氧化钠溶液、1
‑
2份稳定剂和4
‑
8份发泡剂；（2）稳定改性：按配方取纳米二氧化硅和氢氧化钠溶液，搅拌混合，超声处理15
‑
30min，制得分散液，向分散液中加入发泡剂，控制ph=10
‑
11，于15
‑
30℃下恒温搅拌，2
‑
4h，
制得混合溶液，再向混合溶液中添加稳定剂，继续搅拌混合，制得稳定处理的发泡剂。
16.通过采用上述技术方案，采用先将氢氧化钠与纳米二氧化硅混合，使得二氧化硅引发产生氧离子，通过超声处理，使得纳米二氧化硅在氢氧化钠中分散均匀，再将分散液与发泡剂进行混合，使得发泡剂与纳米二氧化硅之间可发生水热合成，提高了发泡剂的粘结效果，改善了发泡剂发泡后泡沫与混凝土基材之间的结合效果；同时，纳米二氧化硅可对气泡进行包裹，一方面，保障泡沫的稳定性，降低消泡的可能性，混凝土与泡沫混合后，泡沫为混凝土稳定提供孔隙，保障混凝土的透水效果；另一方面，纳米二氧化硅可与混凝土基材之间发生凝胶化反应，生成水化凝胶，进一步提高泡沫与混凝土基材之间的结合效果。此外，由于混凝土固化后，气泡破裂，在混凝土中形成孔隙，此时包覆于气泡外的纳米二氧化硅负载于孔隙内壁，对泡沫形成的孔隙进行支撑，降低孔隙坍塌的可能性，进一步增强混凝土的强度。
17.优选的，所述稳定剂包括羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的一种或两种。
18.通过采用上述技术方案，由于羟丙基甲基纤维素具有较佳的分散效果，改善了发泡剂形成的泡沫在混凝土中的分散效果，使得混凝土获得较为均匀的孔隙，提高了混凝土的强度。由于羧甲基纤维素钠作为离子型纤维素醚，具有较佳的亲水效果，在混凝土混合过程中吸水，混凝土固化过程中进行释放，对混凝土进行内养护，进一步增强混凝土的强度。通过羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素钠的复配，改善了稳定剂的增稠、粘合效果，提高了发泡剂的粘度，进而提高了泡沫与混凝土基材之间的结合效果，增强了发泡剂形成的泡沫的稳定性，保障泡沫为混凝土提供孔隙的稳定性。
19.第二方面，本技术提供一种海绵城市透水混凝土的施工工艺，采用如下的技术方案：一种海绵城市透水混凝土的施工工艺，采用以下步骤制成：s1、预发泡：按配方取发泡剂和水，搅拌混合，持续3
‑
5min，制得泡沫；s2、混凝土配置：取水泥、骨料和增强剂，搅拌混合，制得混合料，再向混合料中加入减水剂和水，继续搅拌混合，制得混合浆体，再将步骤s1中的泡沫与混合浆体，搅拌混合，制得混凝土；s3、铺设：将混凝土均匀铺设于模板上，均匀振捣，静置固化。
20.通过采用上述技术方案，采用预发泡的方式，使得发泡剂与水均匀接触，提高制得的泡沫的均匀性以及稳定性，再将泡沫与混凝土其他基材进行混合，使得泡沫稳定为混凝土提供孔隙率，保障混凝土获得较佳的透水效果以及均一的强度。
21.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用粉煤灰和硅灰石复配作为增强剂，由于粉煤灰可负载于硅灰石上，硅灰石具有较佳的分散效果，改善了增强剂在混凝土中的分散效果，使得增强剂均匀地对混凝土中的基材进行连接，使得混凝土获得较为均匀的强度；同时由于粉煤灰具有较佳的孔隙率，提高混凝土的孔隙率，进一步提高混凝土的透水效果，因此混凝土获得了较佳的透水效果以及均匀的强度的效果。
22.2、本技术中优选采用对增强剂进行改性处理，使得硅灰石与粉煤灰之间的连接更加稳定，同时进一步改善增强剂在混凝土中的分散效果，使得增强剂可均匀分布于混凝土中，并对混凝土基材进行连接，进而改善混凝土的强度；同时，通过在增强剂外包覆硅溶胶，不仅改善了增强剂与混凝土基材之间的结合效果，增强剂稳定对混凝土进行增强，并且为
增强剂孔隙内壁进行包覆和强化，提高增强剂的强度，进一步改善了混凝土的强度，因此，混凝土获得了较为均匀的强度效果。
23.3、本技术的工艺，通过预发泡的方式，使得发泡剂与水充分接触，产生均匀且稳定的泡沫，再通过泡沫与混凝土其他基材进行复配，稳定为混凝土提供孔隙，因此混凝土获得了较佳的透水效果以及较为均匀的强度效果。
具体实施方式
24.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
25.本技术实施例中，所选用的仪器设备如下所示，但不以此为限：仪器：郑州兴航机械设备有限公司js500型搅拌机、韬越（上海）机械科技有限公司tymfs
‑
0.75kw型高速分散机、兴化市中煜工业电炉厂zyg
‑
1型烘箱。
26.药品：山东通达木材有限公司货号为444的聚丙烯纤维、上海东土化工进出口有限公司货号为027的十二醇。
27.制备例增强剂制备例制备例1
‑
3取针状硅灰石和粉煤灰，搅拌混合，制备增强剂1
‑
3。针状硅灰石和粉煤灰的质量见表1。
28.表1制备例1
‑
3中增强剂的组分制备例4
‑
6与制备例2的区别在于：增强剂为经改性处理的增强剂，改性处理包括 强化处理，强化处理包括以下步骤：先将1kg增强剂1放置于6kg质量分数为10％的盐酸中；搅拌混合，升温至80℃，持续反应3h，停止加热，过滤，保留滤饼，去离子冲洗，直至洗涤液呈中性，将滤饼转移至烘箱中，于35℃烘干，制得经酸洗的增强剂1。取酸洗的增强剂和硅溶胶，具体质量见表5，将酸洗的增强剂和硅溶胶搅拌混合，制得混合液，向混合液中加入氨水，搅拌至凝胶状态，控制凝胶温度为20℃，制得凝胶液，将凝胶液放置于50℃的真空干燥箱中，制得干燥产物；将干燥产物放置于电阻炉中，在800℃下焙烧处理，焙烧处理1h，研磨过筛800目筛，制得经强化处理的增强剂4
‑
6，其余制备条件与制备环境均与制备例2相同。
29.表2制备例4
‑
6中增强剂和硅溶胶的质量制备例7
分别称量骨料、水泥、增强剂1、减水剂、发泡剂1和水，具体质量见表4。
37.先将发泡剂和20％质量的水，放于高速搅拌机中，搅拌混合，持续搅拌5min，制得泡沫；将骨料、水泥、增强剂，放置于行星搅拌机中，搅拌混合，再将80％质量的水和全部减水剂至搅拌机中，继续搅拌，制得混合均匀的浆体，再向浆体中加入泡沫，直至混合均匀，制得混凝土1
‑
4，将混凝土铺设于模板上，均匀振捣，养护28d，静置固化。
38.表5实施例1
‑
4中混凝土组分实施例5
‑
14与实施例3的区别在于：采用增强剂2
‑
11，以代替实施例3中的增强剂1，制备混凝土5
‑
14，其余制备条件与制备环境均与实施例3相同。
39.实施例15
‑
16与实施例13的区别在于：采用发泡剂2
‑
3，以代替实施例12中的发泡剂1，制备混凝土15
‑
16，其余制备条件与制备环境均与实施例12相同。
40.实施例17
‑
19与实施例15的区别在于：发泡剂为经稳定处理的发泡剂，稳定处理包括以下步骤：分别称量纳米二氧化硅、质量分数为10％的氢氧化钠溶液、稳定剂1和发泡剂2，具体质量见表6；将纳米二氧化硅和氢氧化钠溶液，搅拌混合后，放置于超声机中，超声处理15min，制得分散液，再将分散液和发泡剂，搅拌混合，在20℃下恒温搅拌3h，制得混合溶液，控制混合溶液的ph=10.5，再向混合溶液中添加稳定剂1，继续搅拌混合，持续3h，制得经稳定处理的发泡剂4
‑
6，制备混凝土17
‑
19，其余制备条件与制备环境均与实施例15相同。
41.表6实施例17
‑
19稳定处理发泡剂组分实施例20
‑
21
与实施例18的区别在于：采用稳定剂2
‑
3，以代替实施例18中的稳定剂1，制备混凝土20
‑
21，其余制备条件与制备环境均与实施例18相同。
42.性能检测试验按《gb/t 50081
‑
2002普通混凝土力学性能试验方法标准标准规范》制备抗裂混凝土试样。
43.（1）抗压性能检测：将试样放置于压力机下，对试样均匀地持续施加荷载，控制加载速度为0.08mpa/s，直至试样破坏，记录荷载的强度；（2）抗折强度检测：采用抗折机对混凝土试样进行检测，将试样放置于抗折机上，距离两端面50mm处作为试样的支座点，试样的三点位置为加载点，均匀连续向试样施加荷载，控制加载速度在0.08 mpa/s，直至试样破坏，记录荷载强度；（3）透水性能检测：参照《cjj/t 135
‑
2009透水水泥混凝土路面技术规程》，采用规定水头法测定透水系数，将成型的150mm
×
150mm
×
150mm的试样，在试样上包覆有两层pe膜，将试块放进透水仪，用橡皮泥密封接缝处，倒水至仪器顶部并用秒表记录透水时间，t/s，通过透水系数即可计算得到透水系数。
44.表7实施例1
‑
21性能检测
对比例对比例1与实施例20的区别在于：采用聚丙烯纤维，代替增强剂12，制备混凝土22，其余制备条件与制备环境均与实施例20相同。
45.对比例2与实施例20的区别在于：仅对增强剂进行交联处理，制备改性处理的增强剂15，代替增强剂12，制备混凝土23，其余制备条件与制备环境均与实施例20相同。
46.对比例3与实施例20的区别在于：采用十二醇，代替发泡剂2，制备混凝土24，其余制备条件与制备环境均与实施例20相同。
47.对比例4与实施例20的区别在于：不添加稳定剂，制备混凝土25，其余制备条件与制备环境均与实施例20相同。
48.性能检测试验按《gb/t 50081
‑
2002普通混凝土力学性能试验方法标准标准规范》制备抗裂混凝土试样。
49.（1）抗压性能检测：将试样放置于压力机下，对试样均匀地持续施加荷载，控制加载速度为0.08mpa/s，直至试样破坏，记录荷载的强度；（2）抗折强度检测：采用抗折机对混凝土试样进行检测，将试样放置于抗折机上，距离两端面50mm处作为试样的支座点，试样的三点位置为加载点，均匀连续向试样施加荷载，控制加载速度在0.08 mpa/s，直至试样破坏，记录荷载强度；（3）透水性能检测：参照《cjj/t 135
‑
2009透水水泥混凝土路面技术规程》，采用规定水头法测定透水系数，将成型的150mm
×
150mm
×
150mm的试样，在试样上包覆有两层pe膜，将试块放进透水仪，用橡皮泥密封接缝处，倒水至仪器顶部并用秒表记录透水时间，t/s，通过透水系数即可计算得到透水系数。
50.表8对比例1
‑
4性能检测结合表7和表8性能检测对比可以发现：（1）结合实施例1
‑
3、实施例4、实施例5
‑
6和对比例1进行对比可以发现：实施例1
‑
3和实施例5
‑
6中制得的混凝土的抗压强度和透水系数有所提升，这说明本技术采用粉煤灰和针状硅灰石复配作为增强剂，由于粉煤灰可负载于针状硅灰石上，针状硅灰石在混凝土中的分散效果较佳，改善了增强剂在混凝土中的分散效果，进而增强剂均匀地对混凝土基材进行连接。同时由于粉煤灰具有较多的孔隙，为混凝土增加孔隙，进一步改善了混凝土的透水效果，不仅提高混凝土的强度，还改善了混凝土的透水效果。
51.根据表7和表8可以看出，实施例3和实施例5中制得的混凝土的抗压强度和透水效果较佳，说明实施例3中混凝土中各组分比例较为合适、实施例5中增强剂组分的比例较为合适。
52.（2）结合实施例7
‑
9和实施例10
‑
11进行对比可以发现：实施例7
‑
9和实施例10
‑
11中制得的混凝土的抗压强度和透水系数有所提升，这说明本技术采用对增强剂进行强化处理，通过强化处理增强剂，在增强剂上包覆有硅溶胶，焙烧处理后，使得增强剂外包覆有亲水性二氧化硅，首先，提高增强剂的硬度以及强度，使得增强剂稳定增强混凝土的强度。其次，保障增强剂孔隙的稳定性，稳定提高混凝土的透水效果。最后，改善了增强剂在混凝土
中的分散效果，使得混凝土获得了较为均匀且稳定的强度。根据表7可以看出，实施例9和实施例10中制得的混凝土的抗压强度和透水效果较佳，说明实施例9中强化处理总原料的组分比较为合适，实施例10中胶凝温度和焙烧处理温度较为适宜。
53.（3）结合实施例12
‑
14和对比例2进行对比可以发现：实施例12
‑
14中制得的混凝土抗压强度和透水系数有所提升，这说明本技术采用对增强剂进行交联处理，由于可再分散乳胶粉在水中的分散性较佳，进而可均匀包覆于增强剂外，不仅提高增强剂基材之间的结合效果，还改善了增强剂与混凝土基材之间的结合效果，使得增强剂稳定改善混凝土的强度。根据表7和表8可以看出，实施例13制得混凝土的抗压强度和透水效果最佳，说明此时交联处理液和增强剂之间的比例较为合适。
54.（4）结合实施例15
‑
16和对比例3进行对比可以发现：实施例15
‑
16中制得的混凝土的抗压强度和透水系数有所提升，这说明本技术采用阴离子型表面活性剂和两性活性剂复配作为发泡剂，通过阴离子型表面活性剂和两性活性剂复配提高了发泡剂的发泡效果，进而获得的泡沫较为稳定，泡沫与混凝土混合，稳定为混凝土提供孔隙，使得混凝土获得较为均匀且稳定的孔隙，提高了混凝土的强度和透水效果。根据表7和表8可以看出，实施例15中制得的混凝土抗压强度和透水效果较佳，说明实施例15中发泡剂的组分比例较为合适。
55.（5）结合实施例17
‑
19进行对比可以发现：实施例17
‑
19中制得的混凝土的抗压强度和透水系数有所提升，这说明本技术采用对发泡剂进行稳定处理，通过添加在发泡剂中加入纳米二氧化硅，由于纳米二氧化硅在氢氧化钠的引发下，生成活性氧离子，进而纳米二氧化硅与发泡剂之间可发生交联，进而发泡剂生成泡沫的时候，纳米二氧化硅稳定包覆于泡沫外，改善泡沫的稳定性，使得混凝土获得稳定的孔隙率。同时，混凝土固化后，纳米二氧化硅稳定负载于混凝土的孔隙内壁，保障混凝土的孔隙强度，即改善了混凝土的强度，使得混凝土不仅获得较佳的透水效果，还获得较为均匀的强度。
56.根据表7可以看出，实施例18中制得混凝土的抗压强度和透水效果最佳，说明实施例18中稳定改性中各组分的比例较为合适。
57.（6）结合实施例20
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21和对比例4进行对比可以发现：实施例20
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21中制得的混凝土的抗压强度和透水系数有所提升，这说明本技术采用纤维素醚作为稳定剂，纤维素醚在于混凝土混合过程中吸水、蓄水，混凝土固化过程中缓慢释放水，对混凝土进行内养护，进一步改善混凝土的强度。通过离子型纤维素醚和非离子型纤维素醚复配，改善了发泡剂的粘度，进而改善了发泡剂形成的泡沫的稳定性，进而泡沫稳定为混凝土提供孔隙，保障混凝土的透水效果。此外，改善了泡沫和混凝土中的分散效果，使得混凝土获得较为均匀的孔隙率，即混凝土获得较为均匀的强度。
58.根据表7和表8可以看出，实施例20中制得混凝土的抗压强度和透水效果最佳，说明此时稳定剂中各组分的比例较为合适。
59.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，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。