[發明專利]地聚合物透水混凝土材料、制備方法及應用

有效

• 申請號: 201510980294.3
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105585261B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 崔新壯;劉澤群;侯飛;黃丹;張炯;崔社強;肖溟;鄭英杰;樓俊杰;湯維澤
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B7/24
• 分類號: C04B7/24;C04B7/36;C04B28/00;C04B38/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及道路工程建設，具體涉及地聚合物透水混凝土材料、制備方法及應用。

背景技術

現有城市道路所采用的混凝土多是不透水的，在雨季時節，經常會出現城市“看海”的情形，給城市居民出行造成一定的危害。透水混凝土是針對原城市道路的路面的缺陷，開發使用的一種能讓雨水流入地下，有效補充地下水，緩解城市的地下水位急劇下降等等一些環境問題的新型道路混凝土。然而，制備透水混凝土所需要的水泥工業是高物耗、高能耗、高污染的產業，水泥生產過程對環境污染十分突出，每年向大氣排放的煙塵粉塵和煙塵量近1000萬噸，嚴重污染生態環境。水泥工業對資源的消耗也是巨大的，生產水泥所需的石灰石、粘土都是不可再生的資源，而且大量的黏土來自農田，每噸水泥需要消耗一噸石灰石，200千克粘土，浪費了資源又污染了環境。因此，有必要尋求一種在透水混凝土中替代部分水泥的新型物質，用來制作新型環保的透水混凝土。

地聚合物是一種由AlO₄和SiO₄四面體結構單元組成三維立體網狀結構的無機聚合物，無定形到半晶態，屬于非金屬材料。地聚合物原料價格低廉儲量豐富，其主要構成元素硅、鋁、氧在地殼中儲量分別為27％、8％、47％，可利用礦渣廢物、建筑生產垃圾等為原料生產，且生產能耗低。研究發現生產1噸的地聚合物僅生產大約0.1噸的CO2，相較于水泥，其環保效應尤為明顯。因此，以上優勢決定了地聚合物可以被大量生產并運用于工程實際。與此同時，地聚合物具還有普通水泥所不具有的優良性質，如具有優良的機械性能、耐火、耐高溫及耐化學腐蝕的性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種以赤泥、煤矸石為原料的地聚合物透水混凝土材料、制備方法及應用。

為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案：

地聚合物透水混凝土材料，其組分和質量百分比如下：煤矸石60％～75％，礦渣5％～10％，赤泥10％～25％，堿激發劑5％～15％，采用煤矸石和礦渣作為透水混凝土材料的主要材料，有效利用了生產的廢料，提高了工業廢氣物的利用價值，且礦渣屬于富鈣物質，能有效提高材料的活性。

進一步地，所述堿激發劑為氫氧化鈉，采用的堿激發劑，模數高，激發后材料強度高。

進一步地，所述礦渣為S95級粒化高爐礦渣粉。

進一步地，所述煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的固體廢物，粉磨后的比表面積為280～300㎡/kg。

地聚合物透水混凝土材料的制備方法，具體步驟如下：

1)將煤矸石、礦渣、赤泥的混合物進行研磨并過篩；

2)在步驟1)中過篩后的混合物中加入堿激發劑，混合均勻；

3)將步驟2)中混合后的混合物放置在設定溫度下煅燒設定的時間，冷卻后進行過篩，獲取到混凝土材料微粒。

進一步地，所述步驟1)中煤矸石與赤泥的質量比大于等于3:1。

進一步地，所述步驟2)中過篩后的混合物與堿激發劑的質量比在1:9～1:5之間。

進一步地，所述步驟3)中煅燒溫度為600～900℃，煅燒時間為1-2小時。

所述的混凝土材料在人行道工程和停車場工程中的應用，地聚合物透水混凝土材料與土體的質量比在1:8～1:9之間，濕法處理軟土地基時，水與地聚合物透水材料的比例在0.40～0.60之間。

進一步地，在地聚合物透水混凝土材料與土體的混合物之間加入緩凝劑，緩凝劑為模數為2.5～2.8的水玻璃和模數為2.5～3.5的硅酸鈉溶液的組合。

本發明的工作原理是：工業生產中產生的煤矸石、赤泥等垃圾內部通常含有大量的鋁、硅、鐵、鈉、鈣等金屬與非金屬元素的氧化物，尤其是煤矸石與赤泥中含量最多的鋁、硅元素正是地聚合物的AlO₄和SiO₄四面體結構單元的基本元素。由于原始的煤矸石和赤泥中其鋁硅酸鹽活性差，在堿性溶液中溶解度低，導致其鋁、硅含量不足，研究發現，經過高溫煅燒后的煤矸石和赤泥其硅、鋁的溶出率顯著增加，活性明顯升高。如圖1所示為煤矸石和赤泥混合物煅燒后的X射線衍射分析(XRD)譜線圖。從圖中可以看出，高溫煅燒后的煤矸石和拜耳法赤泥的XRD譜線主要在20°～40°之間，呈彌散的饅頭狀，這表明這兩種地聚合物結構主要為無定形態，活性很高。