一种环保型透水混凝土及其生产工艺

技术领域

本申请涉及一种环保型透水混凝土及其生产工艺，属于混凝土技术领域。

背景技术

城市道路建设主要考虑道路耐久性，大多数都采用密实级配路面结构，不能很好地处理城市中的雨水径流，严重威胁人们的生活质量和健康，“海绵城市”的发展理念由此被提出。作为“海绵城市”建设和发展的组成部分，透水混凝土不仅可以起到缓解城市内涝，促进雨水充分利用的作用，还可以降低地表温度，缓解“热岛效应”。然而，透水混凝土对地表径流仅有简单的过滤净化作用，径流中夹带的泥沙、有机质、氮磷等污染物，会引发水体质量不达标和富营养化等问题，径流会从地表下渗，对城市水系产生污染影响。

赤泥是铝工业在生产氧化铝时产生的一种固体废弃物，其具有碱性高和排量大的特征，将赤泥长期堆放一方面占用土地资源，另一方面污染环境，甚至造成塌陷导致自然灾害的发生；研究发现赤泥可以通过表面络合吸附、静电吸引和化学沉淀等不同的吸附机理实现对径流污水的净化，以去除径流污水中各种重金属离子、氮磷等杂质；因此，将赤泥固体废料应用于海绵城市透水混凝土路面建设，可实现绿色低碳循环可持续发展。然而，赤泥中的粘土颗粒具有较强的吸附和保水能力，能够填充在混凝土中的孔隙，降低水分的渗透速度，从而降低透水混凝土的渗透性。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种环保型透水混凝土及其生产工艺，能够在不影响透水混凝土力学性能的前提下，保证其同时具有优异的透水性和净水性。

本发明的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供了一种环保型透水混凝土，按重量份数计，包括如下原料：水泥65-80份，石灰岩碎石40-60份，改性赤泥35-50份，卵石30-35份，高炉矿渣20-26份，玄武岩纤维12-18份，聚乙烯纤维10-15份，复合减水剂7-13份，水75-90份；

所述改性赤泥由纤维素改性得到；

所述复合减水剂由三聚氰胺减水剂和氨基磺酸盐减水剂复配而成。

可选地，所述三聚氰胺减水剂和氨基磺酸盐减水剂的重量比为(0.8-1.2)：1。

可选地，所述改性赤泥的制备方法包括如下步骤：

S1、将赤泥在80-100℃下干燥6-10h，并依次经过研磨、筛分和分散，然后将其平铺在坩埚中，并将坩埚置于微波发生器内，在功率250-300W下加热10-20min；

S2、将步骤S1处理后的赤泥分散于水中，液固比为(0.3-0.5)：1，然后加入纤维素充分搅拌，并于50-70℃下充分干燥，即得改性赤泥。

可选地，所述赤泥和纤维素的重量比为1：(0.02-0.07)。

可选地，所述纤维素为羟丙基纤维素、醋酸丁酸纤维素和木质纤维素中的至少一种。

可选地，所述玄武岩纤维和聚乙烯纤维的重量比为(1.5-2)：1。

可选地，所述石灰岩碎石的粒径级配为：3≤粒径≤5mm 15-35％；7≤粒径≤9mm25-50％；11≤粒径≤13mm 30-40％。

可选地，所述高炉矿渣包括以下质量百分比的组分：CaO34.98wt％，SiO

根据本申请的另一个方面，提供了一种如上述任一所述的环保型透水混凝土的生产工艺，包括以下步骤：

(1)将复合减水剂和水混合均匀得到拌合水，然后将水泥、石灰岩碎石、卵石、高炉矿渣、玄武岩纤维和聚乙烯纤维混合均匀，加入50％的拌合水，搅拌180-200s，得到预混料；

(2)向预混料中加入剩余拌合水搅拌30-50s，再加入改性赤泥搅拌120-150s，即得环保型透水混凝土。

可选地，搅拌转速为100-120r/min。

本申请的有益效果包括但不限于：

1.本申请的环保型透水混凝土中，采用改性赤泥和高炉矿渣，能够减少对自然资源的消耗，同时有效减少城市内涝和雨水径流，提高雨水的渗透和蓄存能力；卵石表面光滑，能有效减小水流通过孔隙时的水阻力，提高透水性能；多级配粒径石灰岩碎石能够使透水混凝土内部颗粒的接触点增多，有助于扩散荷载，提高透水混凝土的力学性能；玄武岩纤维和聚乙烯纤维进一步保证透水混凝土的力学性能；复合减水剂改善透水混凝土的流动性，有助于各种原料的均匀分散；在透水混凝土的生产工艺中，分两次投料不仅可以使胶凝材料均匀的黏结在集料表面，形成水泥浆薄层，同时有利于骨料与骨料的黏结和连通孔隙的分布。

2.本申请的环保型透水混凝土中，先用微波活化赤泥，使赤泥内部结晶水分子快速蒸发而产生空隙，同时赤泥中的部分矿物晶格发生畸变产生孔隙，使其比表面积增大，有利于后续纤维素对赤泥的内部结构进行改性；纤维素上的羟基官能团可以与赤泥上的带电官能团(羟基)之间发生氢键作用，使得纤维素更容易吸附在赤泥的表面，并且纤维素可以通过其纤维状结构在赤泥颗粒之间形成网状结构，不仅减少赤泥颗粒之间的接触和堆积，同时提供更多的渗透路径，使水能够更多更容易地渗透到赤泥内部。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原料或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下述实施例和对比例中，所采用的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；

赤泥为拜耳法赤泥；

高炉矿渣包括以下质量百分比的组分：CaO34.98wt％，SiO

实施例1

一种环保型透水混凝土的生产工艺，包括以下步骤：

(1)按重量份数计，将3.2份三聚氰胺减水剂、3.8份氨基磺酸盐减水剂和90份水混合均匀得到拌合水，然后将65份水泥、60份石灰岩碎石、30份卵石、20份高炉矿渣、18份玄武岩纤维和10份聚乙烯纤维混合均匀，加入50％的拌合水，在100r/min转速下搅拌200s，得到预混料，其中石灰岩碎石的粒径级配为：3≤粒径≤5mm 15％；7≤粒径≤9mm 45；11≤粒径≤13mm 40％；

(2)向预混料中加入剩余拌合水并在100r/min转速下搅拌50s，再加入35份改性赤泥，在100r/min转速下搅拌150s，即得环保型透水混凝土；

其中，改性赤泥的制备方法包括如下步骤：

S1、将赤泥在80℃下干燥6h，并依次经过研磨、筛分(过40目筛)和分散，然后将其平铺在坩埚中，并将坩埚置于微波发生器内，在功率250W下加热20min；

S2、将步骤S1处理后的赤泥分散于水中，液固比为0.3：1，然后加入木质纤维素充分搅拌，赤泥和木质纤维素的重量比为1：0.02，并于50℃下充分干燥，即得改性赤泥。

实施例2

一种环保型透水混凝土的生产工艺，包括以下步骤：

(1)按重量份数计，将5份三聚氰胺减水剂、5份氨基磺酸盐减水剂和85份水混合均匀得到拌合水，然后将70份水泥、50份石灰岩碎石、32份卵石、25份高炉矿渣、17份玄武岩纤维和11份聚乙烯纤维混合均匀，加入50％的拌合水，在110r/min转速下搅拌190s，得到预混料，其中石灰岩碎石的粒径级配为：3≤粒径≤5mm 25％；7≤粒径≤9mm 40％；11≤粒径≤13mm 35％；

(2)向预混料中加入剩余拌合水并在110r/min转速下搅拌40s，再加入42份改性赤泥，在110r/min转速下搅拌140s，即得环保型透水混凝土；

其中，改性赤泥的制备方法包括如下步骤：

S1、将赤泥在90℃下干燥8h，并依次经过研磨、筛分(过40目筛)和分散，然后将其平铺在坩埚中，并将坩埚置于微波发生器内，在功率280W下加热15min；

S2、将步骤S1处理后的赤泥分散于水中，液固比为0.4：1，然后加入醋酸丁酸纤维素充分搅拌，赤泥和醋酸丁酸纤维素的重量比为1：0.05，并于60℃下充分干燥，即得改性赤泥。

实施例3

一种环保型透水混凝土的生产工艺，包括以下步骤：

(1)按重量份数计，将7份三聚氰胺减水剂、6氨基磺酸盐减水剂和75份水混合均匀得到拌合水，然后将80份水泥、40份石灰岩碎石、35份卵石、26份高炉矿渣、16份玄武岩纤维和10份聚乙烯纤维混合均匀，加入50％的拌合水，在120r/min转速下搅拌180s，得到预混料，其中石灰岩碎石的粒径级配为：3≤粒径≤5mm 35％；7≤粒径≤9mm 35％；11≤粒径≤13mm 30％；

(2)向预混料中加入剩余拌合水并在120r/min转速下搅拌30s，再加入50份改性赤泥，在120r/min转速下搅拌120s，即得环保型透水混凝土；

其中，改性赤泥的制备方法包括如下步骤：

S1、将赤泥在100℃下干燥10h，并依次经过研磨、筛分(过40目筛)和分散，然后将其平铺在坩埚中，并将坩埚置于微波发生器内，在功率300W下加热10min；

S2、将步骤S1处理后的赤泥分散于水中，液固比为0.5：1，然后加入羟丙基纤维素充分搅拌，赤泥和羟丙基纤维素的重量比为1：0.07，并于70℃下充分干燥，即得改性赤泥。

对比例1

与实施例2的不同之处在于：未公开改性赤泥的制备方法，将改性赤泥替换为赤泥。

对比例2

与实施例2的不同之处在于：未公开步骤S1。

对比例3

与实施例2的不同之处在于：未公开步骤S2。

对比例4

与实施例2的不同之处在于：将醋酸丁酸纤维素替换为壳聚糖。

对比例5

与实施例2的不同之处在于：改性赤泥的制备方法包括如下步骤：

S1、将赤泥分散于水中，液固比为0.4：1，然后加入醋酸丁酸纤维素充分搅拌，赤泥和醋酸丁酸纤维素的重量比为1：0.05，并于60℃下充分干燥；

S2、将步骤S1处理后的赤泥在90℃下干燥8h，并依次经过研磨、筛分(过40目筛)和分散，然后将其平铺在坩埚中，并将坩埚置于微波发生器内，在功率280W下加热15min，即得改性赤泥。

对比例6

与实施例2的不同之处在于：将复合减水剂替换为聚羧酸减水剂。

对比例7

与实施例2的不同之处在于：石灰岩碎石的粒径均为7-9mm。

对比例8

与实施例2的不同之处在于：一种环保型透水混凝土的生产工艺，包括以下步骤：

按重量份数计，将5份三聚氰胺减水剂、5份氨基磺酸盐减水剂和85份水混合均匀得到拌合水，然后将70份水泥、50份石灰岩碎石、42份改性赤泥、32份卵石、25份高炉矿渣、17份玄武岩纤维和11份聚乙烯纤维混合均匀，加入拌合水，在110r/min转速下搅拌190s，即得环保型透水混凝土，其中石灰岩碎石的粒径级配为：3≤粒径≤5mm 25％；7≤粒径≤9mm40％；11≤粒径≤13mm 35％。

试验例

取实施例1-3以及对比例1-8的环保型透水混凝土按GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》以及CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》测定其力学性能和透水性能，通过原子吸收分光光度计测定溶液中重金属离子(Cd

表1

由表1可知，与对比例1-8相比，采用实施例1-3的生产工艺制得的环保型透水混凝土具有更加优异的抗压强度、渗透效果和净水效果，同时有助于降低生产成本，具有较大的环境效益、经济效益和社会效益。

以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。