CN106699079A - 一种钢渣协同再生骨料透水混凝土 - Google Patents

一种钢渣协同再生骨料透水混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混凝土领域，特别是涉及一种以钢渣和再生骨料为主要原料的透水混凝土及其制备方法。所述透水混凝土，包括基层混凝土和面层混凝土，每立方基层混凝土的制备原料包括：水泥360kg，再生粗骨料850～1300kg，钢渣205～820kg，水138～152kg；每立方米的面层混凝土的制备原料包括：水泥400kg，再生粗骨料144～716kg，钢渣1025～1845kg，水143～157kg。由所述透水混凝土铺设而成的双层结构透水路面具有适宜的强度，且使用7个月后，透水率仍为100%。

Description

一种钢渣协同再生骨料透水混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土领域，特别是涉及一种以钢渣和再生骨料为主要原料的透水混凝土及其制备方法。
背景技术
透水混凝土又称多孔混凝土、无砂混凝土、透水地坪，起初是由欧美、日本等国家针对原城市道路的路面的缺陷开发使用的。透水混凝土能够让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降的环境问题，并能有效的消除地面上的油类化合物等对环境污染的危害。所以，透水混凝土是保护地下水、维护生态平衡、缓解城市热岛效应的优良的铺装材料，其有利于人类生存环境的良性发展，并在城市雨水管理与水污染防治等工作上具有特殊的重要意义。
透水混凝土在美国从上世纪七、八十年代就开始研究和应用，由于其具有诸多优点，不少国家都在大量推广，如德国预期要在短期内将90％的道路改造成透水混凝土，改变过去破坏城市生态的地面铺设。
而在我国，目前透水混凝土也已有大量的应用，有钢渣、陶粒、碎石等材料制备。价格偏高、强度不高始终是困扰着透水混凝土发展应用的两大难题，但是随着国家海绵城市建设政策和各级政府的逐步推广，在未来预计透水混凝土的铺设量会呈爆炸式发展。
随着我国经济建设的快速发展以及城市化进程、老城区改造的不断加快，建筑垃圾的产生量十分巨大，且呈逐年递增趋势，成为城市发展的负担。若将这些由解体而产生的混凝土作为废弃物进行掩埋处理，无论是在环境保护方面，还是在资源利用方面，都非上策。因此，城市建筑垃圾主要是废旧混凝土的资源化处理是当今世界众多国家，特别是发达国家的环境保护和可持续发展战略追求的目标之一。建筑垃圾资源化循环利用，对于环境保护和自然资源保护都具有重要意义。
建筑垃圾再生利用行业发展缓慢，目前全国已经建成投产的100万t/a以上生产能力的建筑垃圾再生企业不足20家，实际年处置量不足1000万t。据不完全统计，建筑垃圾再生利用率实际不足5％。而美、日、韩和新加坡等废弃混凝土的利用率都在65％以上。
2009-2013年，建筑垃圾在我国呈上升的趋势，随着我国城市化的加快进行，今后每年产生的建筑垃圾都将会在15亿吨以上。从这些数据中，我们可以看到我国每年产生的建筑垃圾量是巨大的，但是对于这些建筑垃圾的利用率仅仅为5％，建筑垃圾处理方式主要是暂存堆放和填埋处置。对旧混凝土的回收利用还未引起足够的重视，随着我国建筑垃圾数量的急剧增长，建筑垃圾资源化处理已迫在眉睫。
目前上海等大城市已面临垃圾围城的局面，急需对建筑垃圾的资源化处理和进行大规模应用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种以钢渣和再生骨料为主要原料的透水混凝土及其制备方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种透水混凝土，包括基层混凝土和面层混凝土，每立方基层混凝土的制备原料包括：水泥360kg，再生粗骨料850～1300kg，钢渣205～820kg，水138～152kg；每立方米的面层混凝土的制备原料包括：水泥400kg，再生粗骨料144～716kg，钢渣1025～1845kg，水143～157kg。
优选地，所述水泥为符合GB 175-2007要求的P.O 42.5级水泥或钢渣无熟料水泥。所述钢渣无熟料水泥，28d强度为37.6Mpa，其组份为脱硫石膏15wt％，钢渣粉10wt％，再生骨料微粉30wt％，矿渣粉45wt％。
优选地，所述再生粗骨料为符合GB/T 25177-2010要求的混凝土用再生粗骨料。所述再生粗骨料选自I类再生粗骨料、II类再生粗骨料或III类再生粗骨料中的任一种。
优选地，所述基层混凝土中再生粗骨料的粒径尺寸是5～19mm。所述面层混凝土中再生粗骨料的粒径尺寸是5～10mm。
优选地，所述钢渣为符合GB/T 24175-2009的稳定性合格的钢渣，且钢渣游离氧化钙含量<3％，按GB/T 1346-2011进行沸煮法安定性试验合格。
所述钢渣为一定粒径范围内的连续级配钢渣，关于连续级配中粒级的具体标准可参考JGJ 52-2006黄沙石子标准，本领域技术人员可根据经验，选取与所需粒径范围相近的标准作为参照。
优选地，所述基层混凝土中钢渣的粒径尺寸是3～15mm。所述面层混凝土中钢渣的粒径尺寸是3～10mm。
优选地，所述钢渣中针、片状颗粒含量≤15wt％，含泥量≤1wt％，泥块含量≤0.5wt％。
优选地，所述钢渣为电炉滚筒渣。
本发明的第二方面，提供前述透水混凝土的制备方法，包括步骤：
(1)按照配比称量再生粗骨料和钢渣，先加适量水浇湿；
(2)将步骤(1)所得的再生粗骨料和钢渣，放入搅拌机，加入适量的水，搅拌20～30s；
(3)再放入水泥，加入剩余的水，搅拌40～60s；
(4)分别获得拌合好的基层混凝土和面层混凝土，将制备好的基层混凝土和面层混凝土分别运送至施工现场进行铺摊，获得具有双层结构的透水混凝土。
优选地，步骤(1)中，每立方米基层混凝土或面层混凝土中加入8～12kg水。
优选地，步骤(2)中，每立方米基层混凝土或面层混凝土中加入65～75kg水。
优选地，步骤(4)中，用基层混凝土铺设成厚度为6～12cm的基层，用面层混凝土铺设成厚度为1～2cm的面层。
在制备前，先将再生粗骨料和钢渣浇湿，使其吸饱水分，在混凝土成型后钢渣内部的水份会缓慢释放出来参与到水化反应中，这是碎石所不具有的优势。而且碎石较为光滑，与水泥浆的包裹性不好，在透水混凝土中也是一个劣势。
本发明的第三方面，提供了前述透水混凝土在制备透水道路路面中的用途。
本发明的第四提供一种透水道路路面，由前述透水混凝土铺设而成。
优选地，所述透水道路路面具有双层结构，所述双层结构包括基层和面层，所述基层由基层混凝土铺设而成，所述面层由面层混凝土铺设而成。
优选地，所述基层的厚度与面层的厚度比例范围是：(6～12)：(1～2)。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本行业内技术人员都知晓，再生骨料用于制备混凝土，强度远低于普通的商品混凝土。本发明采用钢渣、再生粗骨料为主要材料制备透水混凝土，再生骨料柔，没有强度；钢渣硬，但是较脆，利用这两种材料一刚一柔的效果，在透水混凝土碾压的过程中，互相组合，产生了刚柔相济的效果。由所述透水混凝土铺设而成的双层结构透水路面具有适宜的强度，且使用7个月后，透水率仍为100％。
同时，现在大城市中建筑垃圾的产生量非常可观，使得再生骨料可以在大城市中就地取材，且价格低廉。而目前长三角一带由于自然资源的保护，砂石资源必须通过西部地区运送过来，价格也进一步提高。再生骨料在透水混凝土中的应用，降低了钢渣的使用量，使钢渣可用于附加值更高的领域，与碎石相比，也大大降低了成本，经济效益十分明显。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例中除特殊说明外，使用如下原材料：
水泥A采用符合GB 175-2007要求的P.O 42.5级水泥，供货商为太仓海螺水泥有限责任公司；
水泥B采用钢渣无熟料水泥，28d强度为37.6Mpa，其组份为脱硫石膏15wt％，钢渣粉10wt％，再生骨料微粉30wt％，矿渣粉45wt％；
所述再生粗骨料为符合GB/T 25177-2010要求的混凝土用再生粗骨料。所述再生粗骨料选自I类再生粗骨料、II类再生粗骨料或III类再生粗骨料中的任一种，再生粗骨料来自上海翊兆市政工程材料有限公司。
钢渣为上海宝钢炼钢过程中产生的电炉滚筒渣，钢渣颗粒具有一定粒级；所述钢渣为符合GB/T 24175-2009的稳定性合格的钢渣，且钢渣游离氧化钙含量<3％，按GB/T1346-2011进行沸煮法安定性试验合格；所述钢渣中针、片状颗粒含量≤15wt％，含泥量≤1wt％，泥块含量≤0.5wt％。
28d抗压强度按《GB/T 50107-2010混凝土强度检验评定标准》。
透水系数按《CJJ/T 135-2009透水水泥混凝土路面技术规程》。
实施例1
本实施例的透水混凝土，包括基层混凝土和面层混凝土，每立方基层混凝土的制备原料包括：水泥A 360kg，5～19mm再生粗骨料1000kg，3～15mm钢渣615kg，水140kg；每立方米的面层混凝土的制备原料包括：水泥A 400kg，5～10mm再生粗骨料430kg，3～10mm钢渣1435kg，水150kg。
透水混凝土的制备方法，包括步骤：
(1)按照配比称量再生粗骨料和钢渣，每立方米基层混凝土或面层混凝土中先加入8～12kg水浇湿，使其吸饱水分；
(2)将吸饱水的再生粗骨料和钢渣，放入搅拌机，每立方米基层混凝土或面层混凝土中再加入65～75kg水，搅拌20～30s；
(3)再放入水泥，加入剩余的水，搅拌40～60s；
(4)分别获得拌合好的基层混凝土和面层混凝土，将制备好的基层混凝土和面层混凝土分别倒入运输工具，运送至施工现场进行铺摊(铺摊工艺与普通透水混凝土的铺摊工艺相同)，用基层混凝土铺设成厚度为6～12cm的基层，用面层混凝土铺设成厚度为1～2cm的面层，获得具有双层结构的透水混凝土。
经检测，基层的28d抗压强度为21.8Mpa，透水系数3.5×10-2cm/s。面层的28d抗压强度为26.3Mpa，透水系数2.5×10-2cm/s。
由于单独的再生骨料透水混凝土强度太低，28d强度小于10Mpa，不具有使用效果。纯钢渣的透水混凝土性能使用7个月后，透水率为98％。而本实施例双层结构透水混凝土具有适宜的强度，且使用7个月后，透水率仍为100％。
实施例2
本实施例的透水混凝土，包括基层混凝土和面层混凝土，每立方基层混凝土的制备原料包括：水泥B 360kg，5～19mm再生粗骨料850kg，3～15mm钢渣820kg，水152kg；每立方面层混凝土的制备原料包括：水泥A 400kg，5～10mm再生粗骨料144kg，3～10mm钢渣1845kg，水143kg。
透水混凝土的制备方法，包括步骤：
(1)按照配比称量再生粗骨料和钢渣，每立方米基层混凝土或面层混凝土中先加入8～12kg水浇湿，使其吸饱水分；
(2)将吸饱水的再生粗骨料和钢渣，放入搅拌机，每立方米基层混凝土或面层混凝土中再加入65～75kg水，搅拌20～30s；
(3)再放入水泥，加入剩余的水，搅拌40～60s；
(4)分别获得拌合好的基层混凝土和面层混凝土，将制备好的基层混凝土和面层混凝土分别倒入运输工具，运送至施工现场进行铺摊(铺摊工艺与普通透水混凝土的铺摊工艺相同)，用基层混凝土铺设成厚度为6～12cm的基层，用面层混凝土铺设成厚度为1～2cm的面层，获得具有双层结构的透水混凝土。
经检测，基层的28d抗压强度为20.8Mpa，透水系数3.6×10-2cm/s。面层的28d抗压强度为26.9Mpa，透水系数2.2×10-2cm/s。
由于单独的再生骨料透水混凝土强度太低，28d强度小于10Mpa，不具有使用效果。纯钢渣的透水混凝土性能使用7个月后，透水率为98％。而本实施例双层结构透水混凝土具有适宜的强度，且使用7个月后，透水率仍为100％。
实施例3
本实施例的透水混凝土，包括基层混凝土和面层混凝土，每立方基层混凝土的制备原料包括：水泥B 360kg，5～19mm再生粗骨料1300kg，3～15mm钢渣205kg，水138kg；每立方面层混凝土的制备原料包括：水泥A 400kg，5～10mm再生粗骨料716kg，3～10mm钢渣1025kg，水157kg。
透水混凝土的制备方法，包括步骤：
(1)按照配比称量再生粗骨料和钢渣，每立方米基层混凝土或面层混凝土中先加入8～12kg水浇湿，使其吸饱水分；
(2)将吸饱水的再生粗骨料和钢渣，放入搅拌机，每立方米基层混凝土或面层混凝土中再加入65～75kg水，搅拌20～30s；
(3)再放入水泥，加入剩余的水，搅拌40～60s；
(4)分别获得拌合好的基层混凝土和面层混凝土，将制备好的基层混凝土和面层混凝土分别倒入运输工具，运送至施工现场进行铺摊(铺摊工艺与普通透水混凝土的铺摊工艺相同)，用基层混凝土铺设成厚度为6～12cm的基层，用面层混凝土铺设成厚度为1～2cm的面层，获得具有双层结构的透水混凝土。
经检测，基层的28d抗压强度为20.3Mpa，透水系数4.2×10-2cm/s。面层的28d抗压强度为26.8Mpa，透水系数2.3×10-2cm/s。
由于单独的再生骨料透水混凝土强度太低，28d强度小于10Mpa，不具有使用效果。纯钢渣的透水混凝土性能使用7个月后，透水率为98％。而本实施例双层结构透水混凝土具有适宜的强度，且使用7个月后，透水率仍为100％。
实施例4
本实施例的透水混凝土，包括基层混凝土和面层混凝土，每立方基层混凝土的制备原料包括：水泥B 360kg，5～19mm再生粗骨料1100kg，3～15mm钢渣500kg，水140kg；每立方面层混凝土的制备原料包括：水泥A 400kg，5～10mm再生粗骨料300kg，3～10mm钢渣1500kg，水150kg。
透水混凝土的制备方法，包括步骤：
(1)按照配比称量再生粗骨料和钢渣，每立方米基层混凝土或面层混凝土中先加入8～12kg水浇湿，使其吸饱水分；
(2)将吸饱水的再生粗骨料和钢渣，放入搅拌机，每立方米基层混凝土或面层混凝土中再加入65～75kg水，搅拌20～30s；
(3)再放入水泥，加入剩余的水，搅拌40～60s；
(4)分别获得拌合好的基层混凝土和面层混凝土，将制备好的基层混凝土和面层混凝土分别倒入运输工具，运送至施工现场进行铺摊(铺摊工艺与普通透水混凝土的铺摊工艺相同)，用基层混凝土铺设成厚度为6～12cm的基层，用面层混凝土铺设成厚度为1～2cm的面层，获得具有双层结构的透水混凝土。
经检测，基层的28d抗压强度为20.1Mpa，透水系数4.0×10-2cm/s。面层的28d抗压强度为27.3Mpa，透水系数2.0×10-2cm/s。
由于单独的再生骨料透水混凝土强度太低，28d强度小于10Mpa，不具有使用效果。纯钢渣的透水混凝土性能使用7个月后，透水率为98％。而本实施例双层结构透水混凝土具有适宜的强度，且使用7个月后，透水率仍为100％。
现有技术中再生骨料做混凝土强度低，纯钢渣的施工性能不好，钢渣硬而脆，太硬不容易施工，太脆一碰就碎掉了，碎粒反而容易堵塞孔隙。
通过本发明深入而广泛的研究发现，以钢渣和再生骨料为主材料混合制备透水混凝土，一方面可以对再生骨料的进行再利用，另一方面可提高钢渣的施工性能：纯钢渣的混凝土太硬，施工性能不好，而再生骨料的吸水性比钢渣要好，在施工时会缓慢释放水分出来，防止混凝土凝结(延长混凝土的初凝和终凝时间)，可以延长施工时间。此外，通过选择差异化粒径范围的两者进行混合，互相协同、叠加，产生刚柔相济等特殊效果。针对道路中基层、面层等不同的要求，基层以再生骨料为主，以大孔隙透水为目的；面层以钢渣为主，以性能、美观为目的。保证透水性能的持久性。
目前上海等大城市由于新建和老建筑改造，建筑垃圾十分巨大。本发明是在国家倡导海绵城市建设的大环境下，对建筑垃圾的大量应用，据有很好的现实意义。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种透水混凝土，包括基层混凝土和面层混凝土，每立方基层混凝土的制备原料包括：水泥360kg，再生粗骨料850～1300kg，钢渣205～820kg，水138～152kg；每立方米的面层混凝土的制备原料包括：水泥400kg，再生粗骨料144～716kg，钢渣1025～1845kg，水143～157kg。
2.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述水泥为符合GB 175-2007要求的P.O 42.5级水泥或钢渣无熟料水泥。
3.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料为符合GB/T25177-2010要求的混凝土用再生粗骨料，所述再生粗骨料选自I类再生粗骨料、II类再生粗骨料或III类再生粗骨料中的任一种。
4.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述基层混凝土中再生粗骨料的粒径尺寸是5～19mm，所述面层混凝土中再生粗骨料的粒径尺寸是5～10mm。
5.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述钢渣为符合GB/T 24175-2009的稳定性合格的钢渣，且钢渣游离氧化钙含量<3％，按GB/T 1346-2011进行沸煮法安定性试验合格。
6.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述基层混凝土中钢渣的粒径尺寸是3～15mm，所述面层混凝土中钢渣的粒径尺寸是3～10mm。
7.根据权利要求1所述的透水混凝土，其特征在于，所述钢渣中针、片状颗粒含量≤15wt％，含泥量≤1wt％，泥块含量≤0.5wt％。
8.如权利要求1～7任一项所述透水混凝土的制备方法，包括步骤：
(1)按照配比称量再生粗骨料和钢渣，先加适量水浇湿；
(2)将步骤(1)所得的再生粗骨料和钢渣，放入搅拌机，加入适量的水，搅拌20～30s；
(3)再放入水泥，加入剩余的水，搅拌40～60s；
(4)分别获得拌合好的基层混凝土和面层混凝土，将制备好的基层混凝土和面层混凝土分别运送至施工现场进行铺摊，获得具有双层结构的透水混凝土。
9.如权利要求1～7任一项所述透水混凝土在制备透水道路路面中的用途。
10.一种透水道路路面，由如权利要求1～7任一项所述透水混凝土铺设而成。
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