[发明专利]地聚合物透水混凝土材料、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及道路工程建设，具体涉及地聚合物透水混凝土材料、制备方法及应用。

背景技术

现有城市道路所采用的混凝土多是不透水的，在雨季时节，经常会出现城市“看海”的情形，给城市居民出行造成一定的危害。透水混凝土是针对原城市道路的路面的缺陷，开发使用的一种能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等等一些环境问题的新型道路混凝土。然而，制备透水混凝土所需要的水泥工业是高物耗、高能耗、高污染的产业，水泥生产过程对环境污染十分突出，每年向大气排放的烟尘粉尘和烟尘量近1000万吨，严重污染生态环境。水泥工业对资源的消耗也是巨大的，生产水泥所需的石灰石、粘土都是不可再生的资源，而且大量的黏土来自农田，每吨水泥需要消耗一吨石灰石，200千克粘土，浪费了资源又污染了环境。因此，有必要寻求一种在透水混凝土中替代部分水泥的新型物质，用来制作新型环保的透水混凝土。

地聚合物是一种由AlO₄和SiO₄四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，无定形到半晶态，属于非金属材料。地聚合物原料价格低廉储量丰富，其主要构成元素硅、铝、氧在地壳中储量分别为27％、8％、47％，可利用矿渣废物、建筑生产垃圾等为原料生产，且生产能耗低。研究发现生产1吨的地聚合物仅生产大约0.1吨的CO2，相较于水泥，其环保效应尤为明显。因此，以上优势决定了地聚合物可以被大量生产并运用于工程实际。与此同时，地聚合物具还有普通水泥所不具有的优良性质，如具有优良的机械性能、耐火、耐高温及耐化学腐蚀的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种以赤泥、煤矸石为原料的地聚合物透水混凝土材料、制备方法及应用。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

地聚合物透水混凝土材料，其组分和质量百分比如下：煤矸石60％～75％，矿渣5％～10％，赤泥10％～25％，碱激发剂5％～15％，采用煤矸石和矿渣作为透水混凝土材料的主要材料，有效利用了生产的废料，提高了工业废气物的利用价值，且矿渣属于富钙物质，能有效提高材料的活性。

进一步地，所述碱激发剂为氢氧化钠，采用的碱激发剂，模数高，激发后材料强度高。

进一步地，所述矿渣为S95级粒化高炉矿渣粉。

进一步地，所述煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积为280～300㎡/kg。

地聚合物透水混凝土材料的制备方法，具体步骤如下：

1)将煤矸石、矿渣、赤泥的混合物进行研磨并过筛；

2)在步骤1)中过筛后的混合物中加入碱激发剂，混合均匀；

3)将步骤2)中混合后的混合物放置在设定温度下煅烧设定的时间，冷却后进行过筛，获取到混凝土材料微粒。

进一步地，所述步骤1)中煤矸石与赤泥的质量比大于等于3:1。

进一步地，所述步骤2)中过筛后的混合物与碱激发剂的质量比在1:9～1:5之间。

进一步地，所述步骤3)中煅烧温度为600～900℃，煅烧时间为1-2小时。

所述的混凝土材料在人行道工程和停车场工程中的应用，地聚合物透水混凝土材料与土体的质量比在1:8～1:9之间，湿法处理软土地基时，水与地聚合物透水材料的比例在0.40～0.60之间。

进一步地，在地聚合物透水混凝土材料与土体的混合物之间加入缓凝剂，缓凝剂为模数为2.5～2.8的水玻璃和模数为2.5～3.5的硅酸钠溶液的组合。

本发明的工作原理是：工业生产中产生的煤矸石、赤泥等垃圾内部通常含有大量的铝、硅、铁、钠、钙等金属与非金属元素的氧化物，尤其是煤矸石与赤泥中含量最多的铝、硅元素正是地聚合物的AlO₄和SiO₄四面体结构单元的基本元素。由于原始的煤矸石和赤泥中其铝硅酸盐活性差，在碱性溶液中溶解度低，导致其铝、硅含量不足，研究发现，经过高温煅烧后的煤矸石和赤泥其硅、铝的溶出率显著增加，活性明显升高。如图1所示为煤矸石和赤泥混合物煅烧后的X射线衍射分析(XRD)谱线图。从图中可以看出，高温煅烧后的煤矸石和拜耳法赤泥的XRD谱线主要在20°～40°之间，呈弥散的馒头状，这表明这两种地聚合物结构主要为无定形态，活性很高。