CN107226643B - 一种全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

一种全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料及其制备方法，所述再生透水混凝土材料分为混凝土基层和混凝土面层，将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，其中，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细粉料用于制备混凝土面层，建筑垃圾细集料用于制备混凝土基层。本发明可使建筑垃圾全组分利用，且利用率为100％。制备的再生透水混凝土具有良好的透水系数和吸声系数，同时也具有较高的抗压强度，制备的透水系统可满足国家关于“海绵城市”建设的标准，大幅降低了其制造成本，可广泛应用于市政建设。

Description

一种全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料及其制 备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种全组分利用建筑垃圾制备再生透水混凝土材料及其制备方法。
背景技术
近些年来，城市内涝的问题不断涌现，同时根据近年北京、广州、成都、武汉等地先后造成的雨水内涝事件来看，城市内涝表现出了强烈的上升趋势。住建部2010年对32个省的351个城市的内涝情况调研显示，自2008年，有213个城市发生过不同程度的积水内涝，占调查城市的62％；内涝灾害一年超过3次以上的城市就有137个，甚至扩大到干旱少雨的西安、沈阳等西部和北部城市；内涝灾害最大积水深度超过50mm的城市占74.6％，积水深度超过15mm的超过90％；积水时间超过半小时的城市占78.9％，其中有57个城市的最大积水时间超过12小时。这些数据说明了建设海绵城市的必要性，而海绵城市的实现需要大量透水建筑材料才能得以实现。
随着我国经济发展和城镇化速度的加快，因新建和拆除大量建(构)筑物而产生的建筑垃圾产量逐年增加，成为继城市生活垃圾之后的第二大固体废弃物，给环境和土地资源带来了巨大的压力。与此同时，建筑垃圾的处理远远落后，大量的建筑垃圾直接堆放，对堆场附近的土壤和水源造成污染，也消耗大量处理费用，建筑垃圾的资源化利用成为可持续发展的一个重要议题。而在建筑垃圾不断产生的同时，大量建筑的建设，同时对建筑原材料提出了巨大的需求，混凝土骨料的大量开采已经对环境造成了极其恶劣的负面影响，建筑垃圾再生利用制备混凝土即可以实现建筑垃圾资源化，亦可以减少资源开采对环境的影响，是节能减排的重要方向。
专利CN 201310557695.9(一种利用建筑垃圾的C15透水混凝土及其制备方法)报道了利用建筑垃圾制备C15透水砖的方法。但该专利只是利用建筑垃圾制备10-25mm的骨料，没有完全利用，并没有脱离制作骨料的局限；专利CN201610333509.7(一种利用废弃混凝土制备的生态环保型透水混凝土)，使用了少量的建筑垃圾细粉料，但未做到全部利用，产生了二次副产品；专利CN201610490332.1(一种建筑垃圾制备的高性能透水混凝土系统及其制备方法)采用了全部建筑垃圾，但建筑垃圾细粉料依旧是作为填充料，未功能化利用，且使用了水泥作为胶凝材料，增加了经济成本和环境负荷。在已发表的专利中，大部分是利用建筑垃圾再生骨料，而对建筑垃圾粉料利用率不足，如专利CN201410292491.1(建筑垃圾制备再生粗骨料及环保水泥砌块的方法)和CN201310480547.1(一种以建筑垃圾为原料制骨料的方法)等。而建筑垃圾细粉料的组成成分中含有大量未水化的水泥颗粒等，具有潜在的水化活性，可以用来激发作为胶凝材料使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料及其制备方法。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料，所述再生透水混凝土材料分为混凝土基层和混凝土面层，将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，其中，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细粉料用于制备混凝土面层，建筑垃圾细集料用于制备混凝土基层。
按上述方案，所述建筑垃圾粗骨料的粒径分布为：4.75～9.5mm骨料占比94～97％，9.5～13.2mm骨料占比3～6％；
所述建筑垃圾细集料的粒径分布为：2.37mm～4.75mm骨料占比70～76％，1.16～2.37mm骨料占比20～25％，小于1.16mm骨料占比3～10％；
所述建筑垃圾细粉料细度标准为通过100目方孔筛。
按上述方案，按质量分数计，混凝土面层的原料及含量为：建筑垃圾粗骨料75～81％，建筑垃圾细粉料17～23％，粉煤灰1～6％，减水剂0.10～0.30％，碱激发剂0.45～1.00％。
按上述方案，所述粉煤灰为一级粉煤灰，且二氧化硅含量不小于50％。
按上述方案，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
按上述方案，所述碱激发剂为Ca(OH)2、Na2SiO3·9H2O、Na2SO4中的一种或几种的混合物。
按上述方案，按质量分数计，混凝土基层的原料及含量为：建筑垃圾细集料80～85％，生石灰14～20％，KO2 1～2％。
按上述方案，所述的超氧化钾(KO2)为粉状超氧化钾，纯度大于等于85wt％。
本发明还包括上述再生透水混凝土材料的制备方法，其步骤如下：
1)将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，备用；
2)将路面夯平，铺上建筑垃圾细集料、生石灰和KO2加水混匀的拌合料，再夯实得到混凝土基层；
3)将建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料、粉煤灰、减水剂、碱激发剂混合均匀，按水灰比0.27～0.30加水制备凝胶材料，然后将所得凝胶材料铺设于步骤2)所得混凝土基层表面，夯实，振捣成型得到再生透水混凝土材料。
本发明的有益效果是：首先，本发明制备得到的透水混凝土材料，使用性能优越，碱激发来激发建筑垃圾细粉料的潜在水化活性，确保其强度达到要求，超氧化钾作为发气剂，使得其有效孔率增加，透水混凝土的透水性和吸声性得到增强。其次，本发明充分利用了建筑垃圾的所有组分，利用率为100％，将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细集料作为建筑集料使用，而建筑垃圾细粉料通过碱激发的手段，充分发挥建筑垃圾细粉料的潜在水化活性，使其可以作为胶凝材料使用，从而实现水泥的零使用，节约经济成本，减少环境负荷。通过建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料的处理和合理级配，实现建筑垃圾的一次性全部使用，不产生二次副产品。该方法可以简单、快速、高效地利用建筑垃圾制备透水混凝土，对建筑垃圾的利用率高、效果好，适用于市政工程。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本申请之发明，但实施例不应视作对本发明权利的限定。
下列实施例中采用的粉煤灰、减水剂、碱激发剂、生石灰和超氧化钾均为市售材料，其中生石灰纯度大于等于85wt％，细度0.90mm方孔筛筛余小于等于1.5wt％，细度0.125mm方孔筛筛余小于等于18.0wt％；氢氧化钙纯度大于等于85wt％，细度0.90mm方孔筛筛余小于等于1.5wt％，细度0.125mm方孔筛筛余小于等于18.0wt％；硫酸钠纯度大于等于85wt％，细度0.90mm方孔筛筛余小于等于1.5wt％，细度0.125mm方孔筛筛余小于等于18.0wt％；九水偏硅酸钠纯度大于等于85wt％，细度0.90mm方孔筛筛余小于等于1.5wt％，细度0.125mm方孔筛筛余小于等于18.0wt％；聚羧酸减水剂为市售减水剂，固含量为12％；水为普通自来水。
实例一
一种全组分利用建筑垃圾制备再生透水混凝土材料的方法，步骤如下：
1)将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，建筑垃圾粗骨料的粒径分布为：4.75～9.5mm骨料占比94％，9.5～13.2mm骨料占比6％；建筑垃圾细集料的粒径分布为：2.37mm～4.75mm骨料占比70％，1.16～2.37mm骨料占比20％，小于1.16mm骨料占比10％；建筑垃圾细粉料细度标准为通过100目方孔筛，备用；
2)将路面夯平，铺上建筑垃圾细集料、生石灰和KO2加水混匀的拌合料(原料质量分数计：建筑垃圾细集料85％，生石灰14％，KO21％，水灰比0.3)，再夯实得到混凝土基层；
3)将建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料、粉煤灰、减水剂、碱激发剂混合均匀(原料质量百分比：建筑垃圾粗骨料75.00％、建筑垃圾细粉料20.70％、粉煤灰3.00％，减水剂0.30％，碱激发剂为Ca(OH)2,含量为1.00％)，按水灰比0.3加水制备凝胶材料，然后将所得凝胶材料铺设于步骤2)所得混凝土基层表面，夯实，振捣成型得到再生透水混凝土材料，然后标准养护7天和28天，采用的抗压强度测试方法遵循《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)的方法得到透水混凝土抗压强度，重量法测空隙率，驻波比法测定吸声系数，得到该透水混凝土的性能指标如下表：
7天抗压强度 28天抗压强度 透水系数 平均吸声系数 空隙率
11.8MPa 23.3MPa 1.63cm·s<sup>-1</sup> 23％ 25％
实例二
一种全组分利用建筑垃圾制备再生透水混凝土材料的方法，步骤如下：
1)将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，建筑垃圾粗骨料的粒径分布为：4.75～9.5mm骨料占比94％，9.5～13.2mm骨料占比6％；建筑垃圾细集料的粒径分布为：2.37mm～4.75mm骨料占比76％，1.16～2.37mm骨料占比20％，小于1.16mm骨料占比4％；建筑垃圾细粉料细度标准为通过100目方孔筛，备用；
2)将路面夯平，铺上建筑垃圾细集料、生石灰和KO2的加水混合均匀的拌合料(质量分数计：建筑垃圾细集料80％，生石灰19％，KO21％，水灰比0.28)，再夯实得到混凝土基层；
3)将建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料、粉煤灰、减水剂、碱激发剂混合均匀(原料质量百分比：建筑垃圾粗骨料80.30％、建筑垃圾细粉料17.00％、粉煤灰2.00％，碱激发剂为Ca(OH)2,含量为0.45％，减水剂0.25％)，按水灰比0.28加水制备凝胶材料，然后将所得凝胶材料铺设于步骤2)所得混凝土基层表面，夯实，振捣成型得到再生透水混凝土材料，然后标准养护7天和28天，采用与实施例一相同的方法进行测试，得到该透水混凝土的性能指标如下表：
7天抗压强度 28天抗压强度 透水系数 平均吸声系数 空隙率
12.8MPa 24.8MPa 1.84cm·s<sup>-1</sup> 31％ 34％
实例三
一种全组分利用建筑垃圾制备再生透水混凝土材料的方法，步骤如下：
1)将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，建筑垃圾粗骨料的粒径分布为：4.75～9.5mm骨料占比95％，9.5～13.2mm骨料占比5％；建筑垃圾细集料的粒径分布为：2.37mm～4.75mm骨料占比73％，1.16～2.37mm骨料占比24％，小于1.16mm骨料占比3％；建筑垃圾细粉料细度标准为通过100目方孔筛，备用；
2)将路面夯平，铺上建筑垃圾细集料、生石灰和KO2的加水混合均匀的拌合料(质量分数计：建筑垃圾细集料82％，生石灰16％，KO2 2％，水灰比0.29)，再夯实得到混凝土基层；
3)将建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料、粉煤灰、减水剂、碱激发剂混合均匀(原料质量百分比：建筑垃圾粗骨料77.70％、建筑垃圾细粉料20.00％、粉煤灰1.00％，碱激发剂为Ca(OH)2,含量为1.00％，减水剂0.30％)，按水灰比0.29加水制备凝胶材料，然后将所得凝胶材料铺设于步骤2)所得混凝土基层表面，夯实，振捣成型得到再生透水混凝土材料，然后标准养护7天和28天，采用与实施例一相同的方法进行测试，得到该透水混凝土的性能指标如下表：
7天抗压强度 28天抗压强度 透水系数 平均吸声系数 空隙率
10.3MPa 23.3MPa 1.71cm·s<sup>-1</sup> 27％ 32％
实例四
一种全组分利用建筑垃圾制备再生透水混凝土材料的方法，步骤如下：
1)将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，建筑垃圾粗骨料的粒径分布为：4.75～9.5mm骨料占比96％，9.5～13.2mm骨料占比4％；建筑垃圾细集料的粒径分布为：2.37mm～4.75mm骨料占比74％，1.16～2.37mm骨料占比21％，小于1.16mm骨料占比5％；建筑垃圾细粉料细度标准为通过100目方孔筛，备用；
2)将路面夯平，铺上建筑垃圾细集料、生石灰和KO2的加水混合均匀的拌合料(质量分数计：建筑垃圾细集料80％，生石灰19％，KO2 1％，水灰比0.28)，再夯实得到混凝土基层；
3)将建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料、粉煤灰、减水剂、碱激发剂混合均匀(原料质量百分比：建筑垃圾粗骨料75.00％、建筑垃圾细粉料20.70％、粉煤灰3.00％，碱激发剂为Ca(OH)2和Na2SO4的混合物，质量比1：1，含量为1.00％，减水剂0.30％)，按水灰比0.28加水制备凝胶材料，然后将所得凝胶材料铺设于步骤2)所得混凝土基层表面，夯实，振捣成型得到再生透水混凝土材料，然后标准养护7天和28天，采用与实施例一相同的方法进行测试，得到该透水混凝土的性能指标如下表：
7天抗压强度 28天抗压强度 透水系数 平均吸声系数 空隙率
13.1MPa 25.8MPa 1.88cm·s<sup>-1</sup> 26％ 29％
实例五
一种全组分利用建筑垃圾制备再生透水混凝土材料的方法，步骤如下：
1)将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，建筑垃圾粗骨料的粒径分布为：4.75～9.5mm骨料占比94％，9.5～13.2mm骨料占比6％；建筑垃圾细集料的粒径分布为：2.37mm～4.75mm骨料占比74％，1.16～2.37mm骨料占比22％，小于1.16mm骨料占比4％；建筑垃圾细粉料细度标准为通过100目方孔筛，备用；
2)将路面夯平，铺上建筑垃圾细集料、生石灰和KO2的加水混合均匀的拌合料(质量分数计：建筑垃圾细集料80％，生石灰18％，KO2 2％，水灰比0.28)，再夯实得到混凝土基层；
3)将建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料、粉煤灰、减水剂、碱激发剂混合均匀(原料质量百分比：建筑垃圾粗骨料75.00％、建筑垃圾细粉料20.70％、粉煤灰3.00％，碱激发剂为Ca(OH)2和Na2SiO3·9H2O的混合物，质量比1:1，含量为1.00％，减水剂0.30％)，按水灰比0.28，加水制备凝胶材料，然后将所得凝胶材料铺设于步骤2)所得混凝土基层表面，夯实，振捣成型得到再生透水混凝土材料，然后标准养护7天和28天，采用与实施例一相同的方法进行测试，得到该透水混凝土的性能指标如下表：
7天抗压强度 28天抗压强度 透水系数 平均吸声系数 空隙率
14.8MPa 26.2MPa 1.85cm·s<sup>-1</sup> 28％ 30％
实例六
一种全组分利用建筑垃圾制备再生透水混凝土材料的方法，步骤如下：
1)将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，建筑垃圾粗骨料的粒径分布为：4.75～9.5mm骨料占比97％，9.5～13.2mm骨料占比3％；建筑垃圾细集料的粒径分布为：2.37mm～4.75mm骨料占比70％，1.16～2.37mm骨料占比20％，小于1.16mm骨料占比10％；建筑垃圾细粉料细度标准为通过100目方孔筛，备用；
2)将路面夯平，铺上建筑垃圾细集料、生石灰和KO2的加水混合均匀的拌合料(质量分数计：建筑垃圾细集料85％，生石灰14％，KO2 1％，水灰比0.27)，再夯实得到混凝土基层；
3)将建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料、粉煤灰、减水剂、碱激发剂混合均匀(原料质量百分比：建筑垃圾粗骨料75.00％、建筑垃圾细粉料20.70％、粉煤灰3.00％，碱激发剂为Ca(OH)2、Na2SiO3·9H2O和Na2SO4的混合物，质量比为1：1：1，含量为1.00％，减水剂0.30％)，按水灰比0.27加水制备凝胶材料，然后将所得凝胶材料铺设于步骤2)所得混凝土基层表面，夯实，振捣成型得到再生透水混凝土材料，然后标准养护7天和28天，采用与实施例一相同的方法进行测试，得到该透水混凝土的性能指标如下表：
7天抗压强度 28天抗压强度 透水系数 平均吸声系数 空隙率
12.5MPa 25.6MPa 1.78cm·s<sup>-1</sup> 26％ 27％
由以上实施例可知，本发明实施例能够充分利用建筑垃圾制备再生透水混凝土材料，利用率为100％，并且所得再生透水混凝土材料性能良好，具有良好的透水系数和吸声系数，同时也具有较高的抗压强度(7d抗压强度达10.3～14.8MPa，28d抗压强度达23.3～26.2MPa，透水系数达1.63～1.88cm·s-1，平均吸声系数达23～31％，空隙率达25～34％)，利用该再生透水混凝土材料制备的透水系统可满足国家关于“海绵城市”建设的标准，并大幅降低了其制造成本，可广泛应用于市政建设。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (5)

1.一种全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料，其特征在于，所述再生透水混凝土材料分为混凝土基层和混凝土面层，将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，其中，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细粉料用于制备混凝土面层，建筑垃圾细集料用于制备混凝土基层；
所述建筑垃圾粗骨料的粒径分布为：4.75~9.5mm骨料占比94~97%，9.5~13.2mm骨料占比3~6%；
所述建筑垃圾细集料的粒径分布为：2.37mm~4.75mm骨料占比70~76%，1.16~2.37mm骨料占比20~25%，小于1.16mm骨料占比3~10%；
所述建筑垃圾细粉料细度标准为通过100目方孔筛；
按质量分数计，混凝土面层的原料及含量为：建筑垃圾粗骨料75~81%，建筑垃圾细粉料17~23%，粉煤灰1~6%，减水剂0.10~0.30%，碱激发剂0.45~1.00%；
按质量分数计，混凝土基层的原料及含量为：建筑垃圾细集料80~85%，生石灰14~20%，KO2 1~2%，上述各组分之和为100%。
2.如权利要求1所述的全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰，且二氧化硅含量不小于50%。
3.如权利要求1所述的全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
4.如权利要求1所述的全组分利用建筑垃圾制备的再生透水混凝土材料，其特征在于，所述碱激发剂为Ca(OH)2、Na2SiO3·9H2O、Na2SO4中的一种或几种的混合物。
5.一种权利要求1-4任一所述的再生透水混凝土材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1）将建筑垃圾进行破碎分选后得到建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料和建筑垃圾细集料，备用；
2）将路面夯平，铺上建筑垃圾细集料、生石灰和KO2加水混匀的拌合料，再夯实得到混凝土基层；
3）将建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细粉料、粉煤灰、减水剂、碱激发剂混合均匀，按水灰比0.27~0.30加水制备凝胶材料，然后将所得凝胶材料铺设于步骤2）所得混凝土基层表面，夯实，振捣成型得到再生透水混凝土材料。
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