一种透水混凝土及其制备方法

本发明涉及混凝土材料，具体涉及一种透水混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、海绵城市(也可称为水弹性城市)，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面能够像海绵一样具有良好的弹性，下雨时能够吸水、蓄水、渗水、净水，需要时再将蓄存的水“释放”并利用，充分发挥建筑、道路、绿地和水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和蒸发降温作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。随着海绵城市建设进程的不断加快，基于透水混凝土的透水路面得到大力推广，并广泛用于广场、绿道、公园等主要的户外人群活动区域，其被视为缓解城市内涝和城市热岛的有效技术手段之一。

2、传统的透水混凝土的设计要求主要考虑满足荷载、透水、防滑等使用功能，往往忽略了透水混凝土其他环境方面的功能效益。随着人们对室外居住环境的品质追求逐步提高，传统的透水混凝土已经无法完全满足实际应用要求，此外，相关规范《城市居住区热环境设计标准jgj 286-2013》还要求户外活动场地、道路具备蒸发能力，且要求在不同的气候区对室外透水铺装的蒸发量至少要达到1.3kg/(m2·d)。目前，为了提高透水混凝土的保水性能，常见的改善措施有以下三种：1)优化多孔结构设计；2)提供有效的水源补充；3)掺入高吸水性的填料。然而，孔隙结构的优化设计容易受限制于透水混凝土自身的力学性能，而水分的有效补充则须建立在透水混凝土的保水性能上，而直接掺入高吸水性的填料难以实现透水混凝土的力学性能、透水性能和蒸发性能三者的平衡。

3、因此，开发一种同时兼顾高强度、高保水性和良好透水性能的透水混凝土具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种透水混凝土及其制备方法。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种透水混凝土，其组成包括多孔混凝土基体和吸-储水功能层；所述吸-储水功能层附着在多孔混凝土基体上的孔洞的内壁；所述吸-储水功能层的组成包括水泥、生物炭颗粒、凝结时间调节剂和发泡剂。

4、优选地，所述吸-储水功能层的厚度为0.2mm～3.0mm。

5、优选地，所述吸-储水功能层中的水泥、生物炭颗粒、凝结时间调节剂、发泡剂的质量比为1:0.5～0.7:0.03～0.08:0.05～0.17。

6、优选地，所述吸-储水功能层中的水泥为标号不小于42.5的硅酸盐水泥。

7、优选地，所述吸-储水功能层中的生物炭颗粒为农业废弃物(树叶、玉米芯、柚子皮、秸秆、木屑、竹子)生物炭颗粒、微藻生物炭颗粒、市政废弃物生物炭颗粒中的至少一种。

8、进一步优选地，所述吸-储水功能层中的生物炭颗粒为竹基生物炭颗粒。竹基生物炭颗粒具有径向分级多孔结构，从而可以在毛细吸附力作用下促进水分在材料内部长距离传输和高效蒸发，具有优异的吸水性能。

9、优选地，所述吸-储水功能层中的生物炭颗粒的粒径为0.2mm～0.5mm。

10、优选地，所述吸-储水功能层中的生物炭颗粒的孔隙率为70％～80％。

11、优选地，所述吸-储水功能层中的凝结时间调节剂为葡萄糖酸钠。

12、优选地，所述多孔混凝土基体的组成包括水泥、骨料、掺合料和减水剂。

13、优选地，所述多孔混凝土基体中的水泥、骨料、掺合料、减水剂的质量比为1:4.1～4.7:0.17～0.33:0.01～0.02。

14、优选地，所述多孔混凝土基体中的水泥为标号不小于52.5的硅酸盐水泥。

15、优选地，所述多孔混凝土基体中的骨料的粒径为2.7mm～13.2mm。

16、优选地，所述多孔混凝土基体中的掺合料为粒化高炉矿渣、硅灰中的至少一种。

17、优选地，所述透水混凝土的强度等级为c20～c40，透水系数>1mm/s。

18、一种如上所述的透水混凝土的制备方法包括以下步骤：

19、1)将水泥、骨料、掺合料和减水剂加水分散后进行成型，得到多孔混凝土基体；

20、2)将水泥、生物炭颗粒、凝结时间调节剂和发泡剂加水分散制成吸-储水功能浆体，再将吸-储水功能浆体灌入多孔混凝土基体的孔洞中进行硬化形成吸-储水功能层，即得透水混凝土。

21、本发明的有益效果是：本发明的透水混凝土具有强度高、保水性好、透水性好、制备过程简单、生产成本低等优点，且还具有蒸发降温功能，适合用于透水路面。

22、具体来说：

23、1)本发明的透水混凝土的组成包括多孔混凝土基体和吸-储水功能层，多孔混凝土基体可以赋予透水混凝土高力学强度，而吸-储水功能层可以赋予透水混凝土优异的吸-储水性能；

24、2)本发明的透水混凝土的吸-储水功能层中添加有生物炭颗粒和发泡剂，可以提高透水混凝土的毛细吸水速率和储水能力；

25、3)本发明的透水混凝土的组成包括吸-储水功能层，其吸收的水分可以通过生物炭颗粒具有的有序孔道结构迁移到表面进行蒸发，可以有效延长水分蒸发的时长，从而可以显著提高透水混凝土的降温效果；

26、4)本发明的透水混凝土可以仿生植被蒸腾效应，利用发泡剂形成的联通气孔结构存储大量水分，通过气孔与气孔之间的孔壁上的生物炭具有的有序垂直孔道结构提供长距离水分传输，在炎热天气通过水分蒸发来降低地表温度，从而减缓城市热岛效应；

27、5)本发明的透水混凝土在保证透水性能和强度指标的基础上，还具有蒸发降温功能，可以满足不同应用场景的需求，尤其适合湿热地区(例如：道路、广场、停车场等)，有助于透水混凝土在海绵城建设中的进一步应用和推广。

技术特征：

1.一种透水混凝土，其特征在于，组成包括多孔混凝土基体和吸-储水功能层；所述吸-储水功能层附着在多孔混凝土基体上的孔洞的内壁；所述吸-储水功能层的组成包括水泥、生物炭颗粒、凝结时间调节剂和发泡剂。

2.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述吸-储水功能层中的水泥、生物炭颗粒、凝结时间调节剂、发泡剂的质量比为1:0.5～0.7:0.03～0.08:0.05～0.17。

3.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述吸-储水功能层中的水泥为标号不小于42.5的硅酸盐水泥。

4.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述吸-储水功能层中的生物炭颗粒的粒径为0.2mm～0.5mm。

5.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述吸-储水功能层中的生物炭颗粒的孔隙率为70％～80％。

6.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于：所述吸-储水功能层中的凝结时间调节剂为葡萄糖酸钠。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的透水混凝土，其特征在于：所述多孔混凝土基体的组成包括水泥、骨料、掺合料和减水剂。

8.根据权利要求7所述的透水混凝土，其特征在于：所述多孔混凝土基体中的水泥、骨料、掺合料、减水剂的质量比为1:4.1～4.7:0.17～0.33:0.01～0.02。

9.根据权利要求7所述的透水混凝土，其特征在于：所述多孔混凝土基体中的水泥为标号不小于52.5的硅酸盐水泥；所述多孔混凝土基体中的骨料的粒径为2.75mm～13.20mm；

10.一种如权利要求7～9中任意一项所述的透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种透水混凝土及其制备方法。本发明的透水混凝土的组成包括多孔混凝土基体和吸‑储水功能层，吸‑储水功能层附着在多孔混凝土基体上的孔洞的内壁，吸‑储水功能层的组成包括水泥、生物炭颗粒、凝结时间调节剂和发泡剂。本发明的透水混凝土的制备方法包括以下步骤：1)制备多孔混凝土基体；2)在多孔混凝土基体上的孔洞的内壁形成吸‑储水功能层，即得透水混凝土。本发明的透水混凝土具有强度高、保水性好、透水性好、制备过程简单、生产成本低等优点，且还具有蒸发降温功能，适合用于透水路面。

技术研发人员：张同生,晏斌,谭康豪,郭奕群,丁海涛,聂标鹏,韦江雄,余其俊
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15