地聚合物透水混凝土材料、制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及道路工程建設(shè)，具體設(shè)及地聚合物透水混凝±材料、制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有城市道路所采用的混凝±多是不透水的，在雨季時(shí)節(jié)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)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±是針對(duì)原城市道路的路面的缺 陷，開(kāi)發(fā)使用的一種能讓雨水流入地下，有效補(bǔ)充地下水，緩解城市的地下水位急劇下降等 等一些環(huán)境問(wèn)題的新型道路混凝±。然而，制備透水混凝±所需要的水泥工業(yè)是高物耗、高 能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)，水泥生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)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(wàn)噸，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境。水泥工業(yè)對(duì)資源的消耗也是巨大的，生產(chǎn)水泥所需的 石灰石、粘±都是不可再生的資源，而且大量的黏±來(lái)自農(nóng)田，每噸水泥需要消耗一噸石灰 石，200千克粘±，浪費(fèi)了資源又污染了環(huán)境。因此，有必要尋求一種在透水混凝±中替代部 分水泥的新型物質(zhì)，用來(lái)制作新型環(huán)保的透水混凝±。
[0003] 地聚合物是一種由A104和Si化四面體結(jié)構(gòu)單元組成Ξ維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)聚合 物，無(wú)定形到半晶態(tài)，屬于非金屬材料。地聚合物原料價(jià)格低廉儲(chǔ)量豐富，其主要構(gòu)成元素 娃、侶、氧在地殼中儲(chǔ)量分別為27 %、8 %、47 %，可利用礦渣廢物、建筑生產(chǎn)垃圾等為原料生 產(chǎn)，且生產(chǎn)能耗低。研究發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)1噸的地聚合物僅生產(chǎn)大約0.1噸的C02,相較于水泥，其環(huán) 保效應(yīng)尤為明顯。因此，W上優(yōu)勢(shì)決定了地聚合物可W被大量生產(chǎn)并運(yùn)用于工程實(shí)際。與此 同時(shí)，地聚合物具還有普通水泥所不具有的優(yōu)良性質(zhì)，如具有優(yōu)良的機(jī)械性能、耐火、耐高 溫及耐化學(xué)腐蝕的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種W赤泥、煤桿石為原料的地聚合物透水混凝±材料、制 備方法及應(yīng)用。
[0005] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 地聚合物透水混凝±材料，其組分和質(zhì)量百分比如下：煤桿石60 %~75%，礦渣 5%~10 %，赤泥10 %~25%，堿激發(fā)劑5%~15%，采用煤桿石和礦渣作為透水混凝±材料 的主要材料，有效利用了生產(chǎn)的廢料，提高了工業(yè)廢氣物的利用價(jià)值，且礦渣屬于富巧物 質(zhì)，能有效提高材料的活性。
[0007] 進(jìn)一步地，所述堿激發(fā)劑為氨氧化鋼，采用的堿激發(fā)劑，模數(shù)高，激發(fā)后材料強(qiáng)度 局。
[000引進(jìn)一步地，所述礦渣為S95級(jí)?；郀t礦渣粉。
[0009] 進(jìn)一步地，所述煤桿石是采煤和洗煤過(guò)程中排放的固體廢物，粉磨后的比表面積 為 280 ~300m2/kg。
[0010] 地聚合物透水混凝±材料的制備方法，具體步驟如下：
[0011] 1)將煤桿石、礦渣、赤泥的混合物進(jìn)行研磨并過(guò)篩；
[0012] 2)在步驟1)中過(guò)篩后的混合物中加入堿激發(fā)劑，混合均勻；
[0013] 3)將步驟2)中混合后的混合物放置在設(shè)定溫度下般燒設(shè)定的時(shí)間，冷卻后進(jìn)行過(guò) 篩，獲取到混凝±材料微粒。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟1)中煤桿石與赤泥的質(zhì)量比大于等于3:1。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟2)中過(guò)篩后的混合物與堿激發(fā)劑的質(zhì)量比在1:9~1:5之間。
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟3)中般燒溫度為600~900°C，般燒時(shí)間為1-2小時(shí)。
[0017] 所述的混凝±材料在人行道工程和停車場(chǎng)工程中的應(yīng)用，地聚合物透水混凝±材 料與±體的質(zhì)量比在1:8~1:9之間，濕法處理軟±地基時(shí)，水與地聚合物透水材料的比例 在0.40~0.60之間。
[0018] 進(jìn)一步地，在地聚合物透水混凝±材料與±體的混合物之間加入緩凝劑，緩凝劑 為模數(shù)為2.5~2.8的水玻璃和模數(shù)為2.5~3.5的娃酸鋼溶液的組合。
[0019] 本發(fā)明的工作原理是:工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的煤桿石、赤泥等垃圾內(nèi)部通常含有大量 的侶、娃、鐵、鋼、巧等金屬與非金屬元素的氧化物，尤其是煤桿石與赤泥中含量最多的侶、 娃元素正是地聚合物的A1化和Si化四面體結(jié)構(gòu)單元的基本元素。由于原始的煤桿石和赤泥 中其侶娃酸鹽活性差，在堿性溶液中溶解度低，導(dǎo)致其侶、娃含量不足，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)高溫 般燒后的煤桿石和赤泥其娃、侶的溶出率顯著增加，活性明顯升高。如圖1所示為煤桿石和 赤泥混合物般燒后的X射線衍射分析(XRD)譜線圖。從圖中可W看出，高溫般燒后的煤桿石 和拜耳法赤泥的XRD譜線主要在20°~40°之間，呈彌散的慢頭狀，運(yùn)表明運(yùn)兩種地聚合物結(jié) 構(gòu)主要為無(wú)定形態(tài)，活性很高。
[0020] 地聚合物是在堿水玻璃的激發(fā)下由娃氧四面體和侶氧四面體聚合形成的空間Ξ 維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，其反應(yīng)過(guò)程中不存在水化反應(yīng)，其最終產(chǎn)物W離子鍵和共價(jià)鍵為主，分子作 用力為輔，而水泥則是W分子間作用力及氨鍵為主。正是由于地聚合物特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及 其分子間化學(xué)鍵，使得地聚合物材料在許多方面具有優(yōu)良的特性:高強(qiáng)度，主要的力學(xué)性能 指標(biāo)優(yōu)于水泥;具有較強(qiáng)的耐腐蝕性和耐久性;較好的快硬固化性。地聚合物作為新型的膠 凝材料，能夠?qū)⑸沉＜啊李w粒進(jìn)行包裹和膠結(jié)，硬化后形成一個(gè)共同工作的整體，具有與水 泥相似但卻優(yōu)于水泥的功能特性。因此，研制W煤桿石和赤泥為基本原料的地聚合物透水 混凝±及其制備方法，對(duì)現(xiàn)有建筑工程尤其是道路工程建設(shè)，具有重要作用。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：
[0022] 1)通過(guò)般燒的方式制備透水混凝±材料，能夠顯著提高地聚合物中的娃和侶的溶 出率，從而提高透水混凝±材料的活性。
[0023] 2)透水混凝±中的各比例成分避免了混合物中娃侶含量不足情況的發(fā)生。
[0024] 3)重新設(shè)計(jì)了地聚合物的配方，利用了工業(yè)中常見(jiàn)的大宗廢物赤泥和煤桿石，環(huán) 保、力學(xué)性能好，制作好的地聚合物可W直接使用，方便運(yùn)用到實(shí)際工程中。
[0025] 4)采用的堿激發(fā)劑，模數(shù)高，激發(fā)后材料強(qiáng)度高。
[0026] 5)采用的拜爾法赤泥，般燒制得的凝膠材料可做材料的活性混合成分，利用赤泥 的同時(shí)也保護(hù)了環(huán)境。
[0027] 6)本發(fā)明的地聚物透水混凝±早期強(qiáng)度較高，非常適用于工期緊湊天氣條件不好 的地段。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是煤桿石和赤泥混合物般燒后的X射線衍射分析(XRD)譜線圖；
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整的描述。
[0030] 煤桿石中侶娃氧化物的含量要多于拜耳法赤泥的含量，但拜耳法赤泥中含有較多 的生產(chǎn)地聚合物所需的堿金屬氧化物。因此，煤桿石和拜爾法赤泥均勻混合物中為了防止 混合物中娃侶含量不足情況的發(fā)生，煤桿石和赤泥的比例不小于3:1。然后將煤桿石和赤泥 的混合物充分研磨并過(guò)篩，獲取尺寸數(shù)小于0.15mm的微粒。經(jīng)過(guò)過(guò)篩后獲取的混合物按照 質(zhì)量比為1:9~1:5的比例添加氨氧化鋼，混合均勻。針對(duì)拜耳法赤泥及煤桿石本身侶娃酸 鹽活性差，在堿性溶液中溶解度較低，及其娃含量不足的情況，對(duì)其混合物采用高溫般燒活 化的方式，能夠顯著提高其中娃、侶的溶出率，從而提高其活性。因此將研磨過(guò)篩并混合均 勻的煤桿石、赤泥、鋼堿金屬氧化物的混合物置于高溫600~900°C下般燒一至兩個(gè)