本发明涉及透水混凝土，具体涉及一种高抗冻透水混凝土及其制备工艺与应用。
背景技术：
1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、随着城市“热岛效应”以及“城市内涝”现象的出现，海绵城市建设得以广泛开展。透水混凝土是海绵城市建设的重要基础材料，其主要由胶凝材料与粗骨料组成，具有较多的连通孔和大孔，因而透水性能优异，促进雨水渗入地下，同时在高温天气时透水混凝土下面土壤的水分又可挥发，减低地表温度，因而可起到显著抑制“城市内涝”，削弱“热岛效应”的作用。
3、透水混凝土中的粗骨料依靠水泥胶凝材料粘结为一体，为保证其良好的透水性能，水泥胶凝材料的使用量较低。这也导致水泥胶凝材料在骨料表面的裹浆厚度较低，此外，由于骨料表面粗糙度低，硬化水泥浆体与骨料粘结强度低。在冬季雨雪天气条件下，水分进入透水混凝土中并在较低的温度下结冰，其引起的体积膨胀容易导致粗骨料与硬化水泥浆体脱落，进而造成透水混凝土开裂，严重影响其服役寿命。
技术实现思路
1、针对上述的问题，本发明提供一种高抗冻透水混凝土及其制备工艺与应用，其通过提高其中水泥硬化浆体中孔道的复杂性以及疏水特性，从而抑制水分在硬化浆体中的扩散传输，从而提高了透水混凝土的抗冻性，提高其服役寿命。具体地，本发明的技术方案如下所示。
2、首先，本发明公开一种高抗冻透水混凝土，其原料组成包括：贝利特-硫铝酸盐水泥15～25重量份、骨料60～70重量份、铁铝酸盐矿物掺合料5～10重量份、硬石膏1～2重量份、聚合物胶粉0.3～0.5重量份、硬脂酸钙0.01～0.02重量份、氧化铈0.001～0.002重量份、拌合水8～12重量份。
3、进一步地，所述贝利特-硫铝酸盐水泥中的贝利特矿物的质量占比不小于45％，且晶型为α’型。
4、进一步地，所述铁铝酸盐矿物掺合料的主要矿物组成包括c6af2、c2f、c2s。其中：所述c6af2、c2f的总质量占比不小于50％。
5、进一步地，所述聚合物胶粉为聚丙烯酸酯胶粉与聚乙烯醇胶粉(pva)的复配物。可选地，所述聚丙烯酸酯胶粉与聚乙烯醇胶粉的质量比为1：0.2～0.8。
6、进一步地，所述骨料的粒径范围为6～10mm。
7、进一步地，所述原料组成中还包括减水剂0.1～0.2重量份。可选地，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂等中的任意一种。在本发明中，所述减水剂的主要作用是减少用水量，降低透水混凝土中硬化浆体孔隙率。
8、进一步地，所述原料组成中还包括消泡剂0.1～0.2重量份。可选地，所述消泡剂包括有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂、聚醚改性硅类、磷酸三丁酯等中的至少一种。在本发明中，所述消泡剂的主要作用是减少硬化水泥浆体中的大孔。
9、进一步地，所述原料组成中还包括缓凝剂0.05～0.1重量份。可选地，所述缓凝剂包括酒石酸、柠檬酸钠、葡萄糖等中的至少一种。在本发明中，所述缓凝剂的主要作用是防止硫铝酸盐水泥凝结硬化速度过快。
10、其次，本发明公开一种高抗冻透水混凝土的制备工艺，包括步骤：
11、(1)将所述聚合物胶粉、硬脂酸钙、氧化铈加入拌和水中混匀，即得拌和浆料。
12、(2)将所述拌和浆料与贝利特-硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐矿物掺合料、硬石膏、骨料混匀，将得到的浆体成型后养护，即得抗冻透水混凝土。
13、进一步地，所述步骤(1)中还包括向所述拌合水中加入减水剂、消泡剂、缓凝剂中的至少一种的步骤。
14、进一步地，所述步骤(2)中养护的方式包括标准养护、自然养护等中的任意一种。
15、最后，本发明公开所述高抗冻透水混凝土在市政工程、园林、地上停车场建设等领域中的应用。
16、相较于现有技术，本发明的技术方案至少具有以下方面的有益效果：
17、本发明的透水混凝土中掺入了铁铝酸盐矿物掺合料和氧化铈，这是由于所述铁铝酸盐矿物掺合料中的c6af2、c2f水化活性较低，无法与所述聚合物胶粉的成膜同步，进而无法形成交互交织的结构。为此，本发明研究发现氧化铈不仅能够诱导所述c6af2、c2f提前与拌合水进行水化，提高与所述聚合物胶粉成膜的同步性，同时，在所述氧化铈的诱导作用下c6af2、c2f水化形成的产物铁胶(fe(oh)3)为片状结构，而非团簇状结构，这种片状的铁胶与所述聚合物胶粉形成的膜相互交织，显著增加了硬化浆体中孔道的复杂性，不仅部分孔被阻断，而且使孔的传输路径更长。此外，铁铝酸盐矿物与石膏反应形成的钙矾石，不仅可降低浆体的收缩，而且可降低透水混凝土中水泥硬化浆体的孔隙率。同时，本发明利用所述聚合物胶粉膜上的羟基作为锚定位点，将所述硬脂酸钙通过其钙离子与羟基的络合使硬脂酸钙锚定在聚合物胶粉形成的膜上，从而使硬脂酸钙均匀、牢固地分散在透水混凝土的孔道表面上，由于所述硬脂酸钙具有良好的疏水特性，从而抑制水分在硬化浆体中的扩散传输，从而显著提高透水混凝土的抗冻性，提高其服役寿命。另外，本发明采用了聚丙烯酸酯胶粉与聚乙烯醇胶粉形成的复配胶粉，其不仅可显著增加水泥硬化浆体与骨料粘结强度，同时聚丙烯酸酯胶粉具有良好的耐水性，使本发明的透水混凝土具有良好的耐水性能。在透水混凝土后期服役过程中，α’型贝利特矿物水化活性较高，在水化后期可进行缓慢水化，防止透水混凝土出现强度倒缩的现象。
1.一种高抗冻透水混凝土，其特征在于，该混凝土的原料组成包括：贝利特-硫铝酸盐水泥15～25重量份、骨料60～70重量份、铁铝酸盐矿物掺合料5～10重量份、硬石膏1～2重量份、聚合物胶粉0.3～0.5重量份、硬脂酸钙0.01～0.02重量份、氧化铈0.001～0.002重量份、拌合水8～12重量份。
2.根据权利要求1所述的高抗冻透水混凝土，其特征在于，所述贝利特-硫铝酸盐水泥中的贝利特矿物的质量占比不小于45％，且晶型为α’型。
3.根据权利要求1所述的高抗冻透水混凝土，其特征在于，所述铁铝酸盐矿物掺合料的主要矿物组成包括c6af2、c2f、c2s；其中：所述c6af2、c2f的总质量占比不小于50％。
4.根据权利要求1所述的高抗冻透水混凝土，其特征在于，所述聚合物胶粉为聚丙烯酸酯胶粉与聚乙烯醇胶粉的复配物；可选地，所述聚丙烯酸酯胶粉与聚乙烯醇胶粉的质量比为1：0.2～0.8。
5.根据权利要求1所述的高抗冻透水混凝土，其特征在于，所述骨料的直径为6-10mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高抗冻透水混凝土，其特征在于，所述原料组成中还包括减水剂、消泡剂、缓凝剂中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的高抗冻透水混凝土，其特征在于，所述减水剂添加比例为0.1～0.2重量份；可选地，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂中的任意一种；
8.权利要求1-7任一项所述的高抗冻透水混凝土的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的高抗冻透水混凝土的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中还包括向所述拌合水中加入权利要求6或7所述的高抗冻透水混凝土中的减水剂、消泡剂、缓凝剂中的至少一种的步骤；
10.权利要求1-7任一项所述的高抗冻透水混凝土或者权利要求8或9所述的高抗冻透水混凝土的制备工艺得到的透水混凝土在建筑、园林或地上停车场建设中的应用。