CN112125700B - 一种可脱氮除磷的净水型透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可脱氮除磷的净水型透水混凝土及其制备方法，透水混凝土包括以下重量份的组分：水泥35～42份，骨料165份，粉剂的聚合氯化铝10～15份，胶结剂2.8～3.5份和水15～17.5份；所述的骨料包括以下重量份的组分：碎石40～60份，沸石30～40份，颗粒活性炭25～35份，破碎后的加气砖40～60份。与现有技术相比，本发明具有净水功能强、可同步去除氮和磷、制备方法简单等优点，适合在海绵城市建设工程中使用。

Description

一种可脱氮除磷的净水型透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土制备技术领域，具体涉及一种可脱氮除磷的净水型透水混凝土及其制备方法。
背景技术
随着经济和社会的快速发展，我国“城市病”有越发严重的趋势：每年汛期，内涝问题严重，近5年，我国有超过400个城市遭遇内涝，多地呈现“城市看海”现象，造成重大财产损失，甚至人员伤亡；全国657个城市中有300多个城市属于联合国人居环境署评价标准的“严重缺水”和“缺水”城市；根据住建部统计，2019年全国地表水水质类别比例，IV及以下水质占地仍高达25.1％。这些问题的出现，催生了“海绵城市”概念的产生。
“海绵城市”是指城市能像海绵一样，在适应环境变化及应对自然灾害等方面拥有良好的“弹性”，下雨时能吸水、蓄水、渗水、净水，需要时再将蓄存的水“释放”并利用。其本质是利用“渗、滞、蓄、净、用、排”等手段措施对城市降雨径流进行水量控制、峰值削减、污染削减和资源化利用。
透水混凝土是海绵城市建设的重要材料之一，是一种特殊混凝土，一般由胶结剂、粗骨料、水和外加剂组成，经特殊工艺制备的内部包含连续的孔径并且具有高渗水功能的一种多孔轻型混凝土。透水混凝土具有透水、吸热、吸音等功能，它的使用可以增加城市的透水、透气空间，对调节城市气候、缓解热岛效应，还原地下水、缓解城市内涝，保持生态平衡起到良好的作用。
近年来，国内外对透水混凝土做了大量的研究。CN 110482922 A公开了一种透水混凝土的方法，该专利提供的透水混凝土由：水泥、矿渣、石灰、橡胶、沥青、多孔材料、减水剂、钢纤维组成；CN107021708A公开了一种再生骨料透水混凝土及其制备方法，所述混凝土的原料包括：水泥、细沙、超细微珠、粉煤灰、再生粗骨料、天然粗骨料、减水剂、水、复合增韧材料、减缩增韧剂和内养护剂。国内透水混凝土的性能指标均在一定程度上有较强透水性和抗压性的作用，但对初期雨水等地表径流水质净化的作用明显不足，尤其是对氨氮和总磷的去除作用很小。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可脱氮除磷的净水型透水混凝土及其制备方法，净水功能强，可同步去除氮和磷。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可脱氮除磷的净水型透水混凝土，包括以下重量份的组分：水泥35～42份，骨料165份，粉剂的聚合氯化铝10～15份，胶结剂2.8～3.5份和水15～17.5份；所述的骨料包括以下重量份的组分：碎石40～60份，沸石30～40份，颗粒活性炭25～35份，破碎后的加气砖40～60份。
进一步地，所述的加气砖是以粉煤灰、石膏、磷石膏、水泥、铝粉以及水为原料，通过高温蒸压设备加工制备而成。加气砖为一种市售产品或厂家的下脚料，其体积密度(绝干)为600～700kg/m3，孔隙率为在70～85％。破碎后的加气砖为加气砖废料，其使用可以降低混凝土制造成本，且加气砖有较好的脱氮和除磷的作用。
所述的碎石、沸石和破碎后的加气砖的粒径为15～35mm，优选为25～35mm，性能指标应符合GB/T14685-2001中的二级要求。所述的颗粒活性炭粒径为5mm～25mm。沸石对氨氮有很强的吸附作用，颗粒活性炭其能吸附雨水中的污染物以净化水质。
所述的粉剂的聚合氯化铝中Al2O3的含量不低于25％，粉剂的聚合氯化铝的添加重量为水泥添加重量的24～42％。聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，它通过压缩双电层、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用可达到去除磷等净化处理效果。
所述的胶结剂可选用拜石牌透水混凝土胶结剂、路比特牌透水混凝土胶结剂等，可以改善混凝土骨料接触点的黏结强度，从而提高混凝土强度，延长使用寿命，胶结剂的添加重量为水泥添加重量的7～9％。
所述的水泥为标号不低于42.5等级的高强度硅酸盐水泥，水泥的添加重量为骨料添加重量的22～25％。
所述的水的添加重量为水泥添加重量的36～50％，有效水灰比为0.28～0.35。骨料等添加剂会有3～5％左右的吸水量，有效水灰比为扣除骨料等吸水量后的水量与水泥的实际比值。水灰比需根据不同道路部位、负载要求，所设计的透水性水泥混凝土透水系数和强度要求不同而确定水灰比。当水灰比较小时，骨料之间的胶结层较薄而且不连续；当水灰比过大时，混凝土下部密实空隙不够，而上部则缺少胶结材料。因此需结合感观效果进行水量调整，合适的用水量是搅拌后的砼用手能攥成团，手松开后，手表面吸附浆体较少。
所述的透水混凝土的强度等级为C20～C30，根据不同的使用场合进行选择，非机动车道、人行道、景观硬化地等选C20，停车场、广场、机动车道选C30；所述的透水混凝土的透水系数≥1mm/s，可满足国内大多数地区的使用要求。
一种上述可脱氮除磷的净水型透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取水泥35～42份，骨料165份，粉剂的聚合氯化铝10～15份，胶结剂2.8～3.5份和水15～17.5份；
(2)向搅拌机料斗投入一半骨料，再投入水泥、粉剂的聚合氯化铝和胶结剂，然后投放另一半骨料；
(3)开启搅拌机开始搅拌，将水分多次加入，在5～10min内使所有原料搅拌均匀，得到混凝土湿料；
(4)将混凝土湿料成型干燥，得到可脱氮除磷的净水型透水混凝土。
进一步地，步骤(4)中，所述的混凝土湿料成型干燥3～5天后，喷涂面层封闭剂进行罩面，所述的面层封闭剂可选用佳境生态透水混凝土罩面漆或天壹生态水性罩面剂等。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明所用骨料含沸石、颗粒活性炭和加气砖废料，加气砖废料是变废为宝的资源化方法，且利用了加气砖能脱氮和除磷的作用，沸石对氨氮有很强的吸附作用，颗粒活性炭能吸附雨水中的溶解性污染物，可同步去除氮和磷，本发明的净化水质功能明显强于其它的透水混凝土；
2、本发明添加了粉剂的聚合氯化铝，聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，可高效去除磷等污染物以净化水质；
3、本发明所选骨料严格控制了粒径大小，选用更大粒径的骨料，在保证了透水性能和强度等常规性能指标的基础上，提供一种可同步脱氮除磷净化水质的新型透水混凝土，适用于需要更高效去除初期雨水等地表径流污染控制的情况，尤其是需要同步脱氮除磷净化水质时；
4、本发明制备方法简单，控制有效水灰比为0.28～0.35，同时可结合感观效果进行水量调整，理论结合实际，方便实际工程应用，适合在海绵城市建设工程中使用。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本发明提供一种海绵城市建设用的可脱氮除磷净化水质型透水混凝土。透水水泥混凝土强度等级为C20，厚度不小于80mm，适用于非机动车道、人行道、景观等全透水结构硬化地面层等使用。
制备该透水混凝土所选择的水泥的标号为42.5的高强度硅酸盐水泥，重量为水泥350kg。骨料由碎石、沸石、颗粒活性炭和加气砖废料组成。加气砖是以粉煤灰、石膏、磷石膏、水泥、铝粉以及水为原料，通过高温蒸压设备加工而成，本案例是废物利用，破碎粒径为25～30mm、清水冲洗后风干的加气砖与其它骨料混合使用。颗粒活性炭粒径为10mm～25mm，沸石、碎石粒径为25～30mm，骨料最大粒径选35mm。骨料1650kg中含碎石600kg，加气砖400kg，沸石400kg，颗粒活性炭250kg。聚合氯化铝(PAC)有效Al2O3含量为26％，加粉剂的PAC150kg。
胶结剂用于改善透水混凝土骨料接触点的黏结强度，胶结剂的添加量约是水泥用量按8％计算，胶结剂28kg。骨料等添加剂会有4％左右的吸水量，有效水灰比为扣除骨料等吸水量后的水量与水泥的实际比值。结合感观效果进行水量调整，需加水150kg。水灰比需根据不同道路部位、负载要求，所设计的透水性混凝土透水系数和强度要求不同而确定水灰比。合适的用水量是搅拌后的砼用手能攥成团，手松开后，手表面吸附浆体较少。
材料准备好后，制备混凝土时，搅拌机料斗中先投一半骨料，再投水泥等粉剂，然后另投放一半骨料，使得水泥、PAC、和胶结剂混合均匀。在搅拌中需分多次加水，搅拌均匀，从投料到出料，8-10分钟内完成。透水混凝土成型干燥后5天后，面层干燥后喷涂面层封闭剂进行透明密封剂罩面。所得透水混凝土的透水系数≥1.5mm/s，可满足国内大多数地区的使用要求，同时对雨水有较好的净化效果，总氮和总磷去除率可分别达70％和80％。
实施例2
本发明提供一种海绵城市建设用的可脱氮除磷净化水质型透水混凝土。透水水泥混凝土强度等级为C25，厚度不小于130mm，主要适用于非机动车道、人行道、景观等全透水结构硬化地面层，也可适用于小型车停车场、广场等全透水结构硬化地面层使用。
制备该透水混凝土所选择的水泥的标号为42.5的高强度硅酸盐水泥，重量为水泥420kg。骨料由碎石、沸石、颗粒活性炭和加气砖废料组成。加气砖是以粉煤灰、石膏、磷石膏、水泥、铝粉以及水为原料，通过高温蒸压设备加工而成，本案例是废物利用，破碎粒径为15～20mm、清水冲洗后风干的加气砖与其它骨料混合使用。颗粒活性炭粒径粒径为5mm～15mm，沸石、碎石粒径为15～20mm，骨料最大粒径选25mm。骨料1650kg中含碎石400kg，加气砖600kg，沸石350kg，颗粒活性炭300kg。聚合氯化铝(PAC)有效Al2O3含量为30％，加粉剂的PAC 100kg。
胶结剂用于改善透水混凝土骨料接触点的黏结强度，胶结剂的添加量约是水泥用量按8％计算，胶结剂35kg。骨料等添加剂会有5％左右的吸水量，有效水灰比为扣除骨料等吸水量后的水量与水泥的实际比值。结合感观效果进行水量调整，需加水175kg。水灰比需根据不同道路部位、负载要求，所设计的透水性水泥混凝土透水系数和强度要求不同而确定水灰比。合适的用水量是搅拌后的砼用手能攥成团，手松开后，手表面吸附浆体较少。
材料准备好后，制备混凝土时，搅拌机料斗中先投一半骨料，再投水泥等粉剂，然后另投放一半骨料，使得水泥、PAC和胶结剂混合均匀。在搅拌中需分多次加水，搅拌均匀，从投料到出料，10分钟内完成。透水混凝土成型干燥后3天后，面层干燥后喷涂面层封闭剂进行透明密封剂罩面。透水系数≥1.2mm/s，可满足国内大多数地区的使用要求，同时对雨水有较好的净化效果，总氮和总磷去除率可分别达60％和70％。
实施例3
本发明提供一种海绵城市建设用的可脱氮除磷净化水质型透水混凝土。透水水泥混凝土强度等级为C30，厚度不小于180mm，主要适用于停车场、广场、机动车道等全透水结构硬化地面层使用。
制备该透水混凝土所选择的水泥的标号为42.5的高强度硅酸盐水泥，水泥重量为385kg。骨料由碎石、沸石、颗粒活性炭和加气砖废料组成。加气砖是以粉煤灰、石膏、磷石膏、水泥、铝粉以及水为原料，通过高温蒸压设备加工而成，本案例是废物利用，破碎粒径为20～25mm、清水冲洗后风干的加气砖与其它骨料混合使用。颗粒活性炭粒径8mm～20mm，沸石、碎石粒径为20～25mm，骨料最大粒径选30mm。骨料1650kg中含碎石500kg，加气砖500kg，沸石300kg，颗粒活性炭350kg。聚合氯化铝(PAC)有效Al2O3含量为30％，加粉剂的PAC125kg。
胶结剂用于改善透水混凝土骨料接触点的黏结强度，胶结剂的添加量约是水泥用量按8％计算，胶结剂31kg。骨料等添加剂会有4％左右的吸水量，有效水灰比为扣除骨料等吸水量后的水量与水泥的实际比值。结合感观效果进行水量调整，需加水165kg。水灰比需根据不同道路部位、负载要求，所设计的透水性水泥混凝土透水系数和强度要求不同而确定水灰比。合适的用水量是搅拌后的砼用手能攥成团，手松开后，手表面吸附浆体较少。
材料准备好后，制备混凝土时，搅拌机料斗中先投一半骨料，再投水泥等粉剂，然后另投放一半骨料，使得水泥、PAC和胶结剂占据在骨料中间位置。在搅拌中需分多次加水，搅拌均匀，从投料到出料，在8分钟内完成。透水混凝土成型干燥后3天后，面层干燥后喷涂面层封闭剂进行透明密封剂罩面。透水系数≥1.3mm/s，可满足国内大多数地区的使用要求，同时对初期雨水有较好的净化效果，总氮和总磷去除率可分别达65％和75％。
实施例4
本发明提供一种海绵城市建设用的可脱氮除磷净化水质型透水混凝土。透水水泥混凝土强度等级为C30，厚度不小于180mm，主要适用于停车场、广场、机动车道等全透水结构硬化地面层使用。
制备该透水混凝土所选择的水泥的标号为42.5的高强度硅酸盐水泥，水泥的添加重量为骨料添加重量的22～25％。骨料由碎石、沸石、颗粒活性炭和加气砖废料组成。加气砖是以粉煤灰、石膏、磷石膏、水泥、铝粉以及水为原料，通过高温蒸压设备加工而成，本案例是废物利用，破碎粒径为15～25mm、清水冲洗后风干的加气砖与其它骨料混合使用。颗粒活性炭粒径10mm～25mm，沸石、碎石粒径为20～35mm，骨料最大粒径选35mm。骨料1650kg中含碎石500kg，加气砖500kg，沸石300kg，颗粒活性炭350kg。聚合氯化铝(PAC)有效Al2O3含量为30％，PAC的添加重量为水泥添加重量的24～42％。
胶结剂用于改善透水混凝土骨料接触点的黏结强度，胶结剂的添加重量为水泥添加重量的7～9％。骨料等添加剂会有4％左右的吸水量，有效水灰比为扣除骨料等吸水量后的水量与水泥的实际比值，本发明保证有效水灰比为0.28～0.35，结合感观效果进行水量调整，水的添加重量为水泥添加重量的36～50％。水灰比需根据不同道路部位、负载要求，所设计的透水性水泥混凝土透水系数和强度要求不同而确定水灰比。合适的用水量是搅拌后的砼用手能攥成团，手松开后，手表面吸附浆体较少。
材料准备好后，制备混凝土时，搅拌机料斗中先投一半骨料，再投水泥等粉剂，然后另投放一半骨料，使得水泥、PAC和胶结剂占据在骨料中间位置。在搅拌中需分多次加水，搅拌均匀，从投料到出料，在5～10分钟完成。透水混凝土成型干燥后4天后，面层干燥后喷涂面层封闭剂进行透明密封剂罩面。透水系数≥1.3mm/s，可满足国内大多数地区的使用要求,同时对初期雨水有较好的净化效果，总氮和总磷去除率可分别达70％和73％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可脱氮除磷的净水型透水混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：水泥35～42份，骨料165份，粉剂的聚合氯化铝10～15份，胶结剂2.8～3.5份和水15～17.5份；所述的骨料包括以下重量份的组分：碎石40～60份，沸石30～40份，颗粒活性炭25～35份，破碎后的加气砖40～60份；
所述的加气砖的体积密度为600～700kg/m3，孔隙率为在70～85％；
所述的碎石、沸石和破碎后的加气砖的粒径为15～35mm，所述的颗粒活性炭粒径为5mm～25mm；
所述的粉剂的聚合氯化铝中Al2O3的含量不低于25％，粉剂的聚合氯化铝的添加重量为水泥添加重量的24～42％。
2.根据权利要求1所述的可脱氮除磷的净水型透水混凝土，其特征在于，所述的胶结剂选用拜石牌透水混凝土胶结剂、或路比特牌透水混凝土胶结剂，胶结剂的添加重量为水泥添加重量的7～9％。
3.根据权利要求1所述的可脱氮除磷的净水型透水混凝土，其特征在于，所述的水泥为标号不低于42.5等级的高强度硅酸盐水泥，水泥的添加重量为骨料添加重量的22～25％。
4.根据权利要求1所述的可脱氮除磷的净水型透水混凝土，其特征在于，所述的水的添加重量为水泥添加重量的36～50％，有效水灰比为0.28～0.35。
5.根据权利要求1所述的可脱氮除磷的净水型透水混凝土，其特征在于，所述的透水混凝土的强度等级为C20～C30，透水系数≥1mm/s。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的可脱氮除磷的净水型透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量份称取水泥35～42份，骨料165份，粉剂的聚合氯化铝10～15份，胶结剂2.8～3.5份和水15～17.5份；
(2)向搅拌机料斗投入一半骨料，再投入水泥、粉剂的聚合氯化铝和胶结剂，然后投放另一半骨料；
(3)开启搅拌机开始搅拌，将水分多次加入，在5～10min内使所有原料搅拌均匀，得到混凝土湿料；
(4)将混凝土湿料成型干燥，得到可脱氮除磷的净水型透水混凝土。
7.根据权利要求6所述的可脱氮除磷的净水型透水混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的混凝土湿料成型干燥3～5天后，喷涂面层封闭剂进行罩面，所述的面层封闭剂用佳境生态透水混凝土罩面漆或天壹生态水性罩面剂。
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