本發(fā)明涉及新型生態(tài)透水混凝土及其制備配方法，屬于建筑材料和固體廢物利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

普通混凝土道路鋪裝簡單，成本低廉，給人們出行帶來極大的方便，但與自然土壤相比，普通混凝土路面缺乏呼吸和雨水滲透的能力，給城市的生態(tài)環(huán)境也帶來諸如地下水位下降、地表沉降、熱島效應(yīng)、城市內(nèi)澇等一系列環(huán)境問題。針對上述問題透水混凝土應(yīng)運(yùn)而生。

透水混凝土也被稱為多孔混凝土，實(shí)質(zhì)上是一種由骨料、膠凝材料、水及添加劑等拌和而成的建材，其強(qiáng)度主要是依靠包裹在骨料表面的硬化的膠凝材料將骨料粘結(jié)而形成。透水混凝土具有良好的透水、降噪音的性能，主要被用于鋪筑堤壩、護(hù)岸、人行道、大型廣場及綠色建筑的路肩和隔板等。

透水混凝土在提升城市功能，保持城市生態(tài)環(huán)境，建設(shè)“海綿城市”，建設(shè)綠色建筑等方面具有重要作用。

在緩解內(nèi)澇問題方面。因?yàn)橥杆炷谅访婢哂辛己玫耐杆院鸵欢ǖ男钏δ?，可以使水分滲透到地下，減輕多雨季節(jié)排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，減少路面積水，減輕排洪壓力。

在生態(tài)功能方面。透水混凝土路面能夠充分利用雨水，增大地表相對濕度，補(bǔ)充城市日益枯竭的地下水資源，改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件，調(diào)整生態(tài)平衡，對消除城市土壤沙漠化現(xiàn)象有一定作用。

在緩解城市熱島效應(yīng)方面。透水混凝土可以增加城市透水和透氣面積，加強(qiáng)地表空氣的熱量和水分交換，調(diào)節(jié)城市氣候，降低地表溫度，能夠緩解城市“熱島效應(yīng)”問題。

在吸噪方面。由于透水混凝土的多孔性，其對城市噪音有一定的吸收能力，創(chuàng)造安靜舒適的生活和交通環(huán)境。

在河道、堤壩、路基等護(hù)坡中的功能。透水混凝土可大量應(yīng)用于河道、堤壩、路基等護(hù)坡中，能夠減緩雨水的沖刷速度。由于透水混凝土的目孔中聚集部分土壤和微生物，能夠給植物生長創(chuàng)造環(huán)境，實(shí)現(xiàn)混凝土路面的生態(tài)化。

目前，用于透水道路和地面的透水混凝土主要有三種類型：

水泥透水混凝土以硅酸鹽水泥為膠凝材料，這種混凝土成本低，制作簡單，適用于大面積道路鋪裝，耐久性好，但由于孔隙較多，其強(qiáng)度、耐磨性和抗凍性較差。

高分子透水混凝土以瀝青或高分子樹脂為膠凝材料，與水泥透水混凝土相比，具有高強(qiáng)的優(yōu)勢。但是有機(jī)膠凝材料耐候性差在大氣環(huán)境作用下容易老化，具有較高的溫度敏感性，容易軟化流淌，使透水性能受到影響。

燒結(jié)透水制品以粒狀瓷磚、長石、高嶺土、粘土等礦物和漿體拌和，壓成胚體，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。該類透水材料強(qiáng)度高、耐磨性好、耐久性優(yōu)良、但燒結(jié)過程中需要消耗能量，成本高，不適宜大范圍鋪裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型生態(tài)透水混凝土，該透水混凝土以工業(yè)副產(chǎn)石膏、鋼渣、建筑廢料、尾礦制砂石等工業(yè)副產(chǎn)品為主要原料，可以克服傳統(tǒng)透水混凝土生產(chǎn)能耗高的缺點(diǎn)并具有較高的強(qiáng)度，取材容易，成本較低，制備過程簡單，不需要高溫煅燒，有利于環(huán)保。

本發(fā)明提供的生態(tài)透水混凝土包括以質(zhì)量百分比計的如下組分：

改性石膏膠凝材料 10–25％

骨料 70–88％

水 2–8％；

其中，所述改性石膏膠凝材料包括主料和建筑外加劑，所述主料包括以質(zhì)量百分比計的如下組分：

所述建筑外加劑，以相對于主料質(zhì)量的千分比計算，包括：

進(jìn)一步，所述石膏是指脫硫石膏、磷石膏、氟石膏中的單一組分或混合物經(jīng)煅燒加工而形成的以硫酸鈣為主要成分的石膏；所述混合物是指三種組分中任意兩種組分混合或三種組分混合；優(yōu)選地，在任意兩種組分混合物中，任一組分質(zhì)量占比為0–50％；優(yōu)選地，在三種組分混合物中，任一組分質(zhì)量占比0–35％。

所述礦粉是礦石粉加工后的產(chǎn)物，磨細(xì)礦粉的化學(xué)成分更穩(wěn)定，與普通硅酸鹽水泥非常相近，具有很好的水化活性，在堿性激發(fā)下可以很快水化從而提高材料的早期強(qiáng)度，同時利用了冶金廠產(chǎn)生的廢棄物。

所述鋼渣粉是煉鋼的廢渣，具有較高的硬度。磨細(xì)鋼渣粉在堿性條件下可以水化，本發(fā)明利用水泥熟料水化后的Ca(OH)₂或其他堿性激發(fā)劑，提高材料的耐磨性。優(yōu)選地，所述磨細(xì)鋼渣粉為滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一級鋼渣粉。

所述生態(tài)混凝土組分中的水泥可大幅度提高膠凝材料抗壓性能，同時提高材料的耐水性能；優(yōu)選地，所述水泥為P.O425或525普通硅酸鹽水泥。

所述緩凝劑和減水劑為建筑外加劑，建筑外加劑可以顯著改善新型生態(tài)混凝土的力學(xué)性和穩(wěn)定性，是不可或缺的組成部分。

所述纖維素醚可提高材料的保水性能，減少砂漿的收縮變形。

所述PP纖維也稱聚丙烯纖維，能夠阻擋材料硬化初期形成的微裂縫的發(fā)展，從而提高材料的抗裂能力、防滲性能。

在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施方式中，所述主料中的石膏為脫硫石膏，主料包括以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計的如下組分：

所述建筑外加劑，以相對于主料質(zhì)量的千分比計算，包括：

在本發(fā)明又一種較佳的實(shí)施方式中，所述主料中的石膏為脫硫石膏和磷石膏的混合物，主料包括以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計的如下組分：

所述建筑外加劑，以相對于主料質(zhì)量的千分比計算，包括：

其中，脫硫石膏進(jìn)一步優(yōu)選為15–25％，磷石膏進(jìn)一步優(yōu)選為15–25％。

在本發(fā)明另一種較佳的實(shí)施方式中，所述主料中的石膏為脫硫石膏、磷石膏、氟石膏三種組分的混合物，主料包括以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計的如下組分：

所述建筑外加劑，以相對于主料質(zhì)量的千分比計算，包括：

其中，脫硫石膏進(jìn)一步優(yōu)選為8–13％，磷石膏進(jìn)一步優(yōu)選為8–12.5％，氟石膏進(jìn)一步優(yōu)選為8–12.5％。

本發(fā)明所述骨料可以是鋼渣、建筑廢料、尾礦制砂石中任意一種。所述鋼渣為煉鋼排出的廢渣，磨碎后按照不同粒徑篩分后形成的顆粒；所述建筑廢料為建筑垃圾中的廢棄混凝土和廢棄磚石經(jīng)錘擊或磨碎，然后按照不同粒徑篩分，形成的粗、細(xì)骨料；所述尾礦砂石是指礦山開采產(chǎn)生的廢棄物，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，尾礦石經(jīng)過破碎和分選處理，形成的粒徑不同的顆粒。

優(yōu)選地，上述骨料經(jīng)過磨細(xì)、篩分，被分成不同粒徑組，可按照不同工程需求進(jìn)行級配。優(yōu)選地，粒徑為1–3mm的細(xì)骨料按質(zhì)量比摻量為0–25％，粒徑為3–10mm粗骨料按質(zhì)量比摻量為75–100％。根據(jù)上述原料的配比稱量，將其分別加入到攪拌機(jī)中，經(jīng)充分?jǐn)嚢杈鶆蚣纯蓪?shí)現(xiàn)澆筑、平整、養(yǎng)護(hù)過程，得到本發(fā)明提供的生態(tài)混凝土。

本發(fā)明還提供了一種上述新型生態(tài)透水混凝土的制備方法，其包括步驟：

1)制備改性石膏膠凝材料；

2)制備烘干骨料；

3)將主料的各原料、建筑外加劑以及骨料按配比混合攪拌均勻。

上述制備的混凝土干粉在使用前與一定配比的水混合后即可使用。

進(jìn)一步，步驟1)中所述制備石膏膠凝材料的方法為：先將工業(yè)副產(chǎn)品脫硫石膏和/或磷石膏和/或氟石膏進(jìn)行預(yù)處理后，直接烘干或混合后烘干，然后煅燒，研磨，最后冷卻陳化。該制備方法可采用兩步法石膏煅燒系統(tǒng)來完成。

所述兩步法是指將烘干過程和煅燒過程分開進(jìn)行，烘干和煅燒在所述兩步法石膏煅燒系統(tǒng)中分室進(jìn)行，該系統(tǒng)是在石膏沸騰爐的技術(shù)基礎(chǔ)上，采用氣流干燥和流態(tài)化煅燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。同時通過導(dǎo)熱介質(zhì)利用煅燒余熱來烘干，可以進(jìn)一步降低能耗。

其中，脫硫石膏和磷石膏的主要成分為二水石膏，經(jīng)烘干和煅燒后制得的石膏主要成分為β-半水石膏(熟石膏)，其吸水后再次形成二水石膏(生石膏)從而達(dá)到一定的強(qiáng)度，半水石膏具有凝結(jié)硬化快的特性。

優(yōu)選地，所述石膏膠凝材料烘干的溫度為50～100℃，更優(yōu)為70～80℃，最優(yōu)為75℃；所述烘干的時間為1～2小時。

優(yōu)選地，所述煅燒的溫度為130～180℃，最優(yōu)為150℃；所述煅燒的時間為1～3小時，最優(yōu)為2小時。

優(yōu)選地，步驟1)中采用電廠發(fā)電的尾蒸汽進(jìn)行所述烘干和所述煅燒，充分利用資源，在保證石膏性能的同時做到了“零排放”。進(jìn)一步優(yōu)選地，可利用所述煅燒的余熱進(jìn)行所述烘干，從而進(jìn)一步降低能耗。

優(yōu)選地，步驟3)中將主料的各原料、建筑外加劑和級配砂用專業(yè)干粉砂漿生產(chǎn)線混合攪拌均勻。

本發(fā)明具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢：

本發(fā)明提出的透水混凝土，各項(xiàng)性能優(yōu)良，抗壓強(qiáng)度不低于32.0MPa，劈裂抗拉強(qiáng)度不小于6.0MPa，透水系數(shù)不小于3.0×10^-2cm/s，抗凍性能夠達(dá)到D35指標(biāo)，耐磨性磨坑長度不大于30mm。

本發(fā)明以工業(yè)固廢代替?zhèn)鹘y(tǒng)水泥、天然石子作為制備透水混凝土的主要原材料，大大提高了工業(yè)副產(chǎn)品的附加值，減少傳統(tǒng)水泥的生產(chǎn)以及天然石子開采造成的環(huán)境污染和破壞，取材容易，降低透水混凝土的生產(chǎn)成本，適合大范圍使用。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例中的石膏為上海石洞口電廠石膏；水泥采用425普通硅酸鹽水泥；緩凝劑采用德國TRICOSAL Retardan P；石膏用聚羧酸高效減水劑采用三瑞G15減水劑；纖維素醚采用赫克力士公司生產(chǎn)的MHPC 400纖維素醚；礦渣粉采用寶鋼生產(chǎn)的S95?；郀t礦渣粉，鋼渣粉采用寶鋼生產(chǎn)的一級鋼渣粉。

實(shí)施例中試件的制作方式和測試方式按照國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 25993-2010透水路面磚和透水路面板中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

實(shí)施例一：

透水混凝土三組分：改性石膏膠凝材料20％，骨料75％，水5％。

改性石膏膠凝材料主料的組分為：石膏40％、礦渣粉30％、鋼渣粉20％、水泥10％，其中石膏為單一組分脫硫石膏；

建筑外加劑及其對主料質(zhì)量的千分比為：緩凝劑2‰、減水劑2‰、纖維素0.5‰；

骨料為鋼渣，粗骨料粒徑3-5mm，摻量100％；

性能如下：

實(shí)施例二：

透水混凝土三組分：改性石膏膠凝材料10％，骨料88％，水2％。

改性石膏膠凝材料主料的組分為：石膏40％、礦渣粉30％、鋼渣粉20％、水泥10％，其中石膏為脫硫石膏和磷石膏按質(zhì)量比1:1混合；

建筑外加劑及其對主料質(zhì)量的千分比為：緩凝劑2‰、減水劑3‰、纖維素0.5‰、PP纖維1‰；

骨料為鋼渣，細(xì)骨料粒徑1—3mm，摻量25％，粗骨料粒徑3—5mm，摻量75％；

性能如下：

實(shí)施例三：

透水混凝土三組分：改性石膏膠凝材料20％，骨料75％，水5％。

改性石膏膠凝材料主料的組分為：石膏30％、礦渣粉35％、鋼渣粉25％、水泥10％，其中石膏為脫硫石膏、磷石膏和氟石膏按質(zhì)量比1:1:1混合；

建筑外加劑及其對主料質(zhì)量的千分比為：緩凝劑2‰、減水劑2‰、纖維素1‰、PP纖維2‰；

骨料為鋼渣，細(xì)骨料粒徑1-3mm，摻量10％，粗骨料粒徑3-5mm，摻量90％；

性能如下：

實(shí)施例四：

透水混凝土三組分：改性石膏膠凝材料20％，骨料75％，水5％。

改性石膏膠凝材料主料的組分為：石膏40％、礦渣粉30％、鋼渣粉20％、水泥10％，其中石膏為脫硫石膏和磷石膏按質(zhì)量比1:1混合；

建筑外加劑及其對主料質(zhì)量的千分比為：緩凝劑2‰、減水劑2‰、纖維素2‰、PP纖維5‰；

骨料為建筑廢料，細(xì)骨料粒徑1-3mm，摻量15％，粗骨料粒徑3-5mm，摻量85％；

性能如下：

從上述實(shí)施例可以得出，本發(fā)明提供的新型生態(tài)混凝土具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)大量利用了脫硫石膏、磷石膏、氟石膏、鋼渣、建筑廢料等工業(yè)副產(chǎn)品，加快了工業(yè)副產(chǎn)品和固體廢棄物的消耗，實(shí)現(xiàn)固廢資源的循環(huán)綜合利用；

2)利用電廠發(fā)電產(chǎn)生的尾蒸汽煅燒和烘干，做到了節(jié)能減排、綠色環(huán)保；

3)抗折強(qiáng)度、透水系數(shù)、抗凍性等均高于國家標(biāo)準(zhǔn)，具有很好的力學(xué)性能；

4)原材料廉價，易于獲得，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品性價比優(yōu)異，有助于大面積推廣使用；

因此本發(fā)明的新型生態(tài)混凝土是作為透水磚及透水路面的優(yōu)良選擇。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。