CN112142389A - 一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土由下列物料按照重量份数组合而成：普通水泥200‑320份，活性矿物掺合料80‑200份，萘系或聚羧酸减水剂2‑4份，水120份，煤矸石骨料1390份。制备方法步骤如下：（1）将煤矸石经过破碎筛选后，片状和针状颗粒含量不超过15%，选择粒径为5‑10mm的煤矸石作为粗骨料；（2）将按重量份数配比称量好的煤矸石骨料、水泥、矿物掺合料搅拌均匀，然后加水搅拌，再加入减水剂，搅拌均匀后制成透水混凝土。本发明采用复合胶凝材料、煤矸石骨料配制透水混凝土，能够改善混凝土的强度和耐久性，矿物掺合料在一定掺量范围内，透水混凝土28d强度、抗冻性能、抗碳化能力均有所提升；利用煤矸石、粉煤灰等工业固废制备透水混凝土，既消耗了固废、节约了资源，又减少了污染、保护了环境，还能使混凝土材料符合绿色建筑材料的发展要求，满足城市生态建设和可持续发展的需要。

Description

一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，尤其是科学技术的进步和城市化进程的加快，大量建筑物如雨后春笋般拔地而起，无数的桥梁隧道在山涧和山体、地下穿梭；其中作为作为建筑的混凝土，发挥着十分重要的作用。混凝土作为当今使用量最大的建筑材料，能否长期作为最主要的建筑结构材料，关键在于能否成为可持续发展的绿色材料，开发和使用绿色生态混凝土将是混凝土发展的必然要求，而目前有关利用工业固废生产绿色生态透水混凝土的研究还比较少。

透水混凝土是一种多孔且内部孔隙相连通的混凝土，具有一定的强度和良好的渗透性，是一种生态环保型建筑材料。目前我国城市建设中的人行道、自行车道、公园道路、公共广场等路面多为普通混凝土铺成，其透水透气性较差，暴雨时易积水形成城市洪游，且雨水不能渗透到地下，不利于植物生长。而透水混凝土具有良好的透水性、透气性，可以使雨水渗入地面，有效补充地下水资源，减轻城市排水负担，促进城市生态发展，已在很多国家得到广泛应用。

煤矸石是是煤炭开采和加工过程中排放的废弃物，我国每年的煤矸石排放量占当年煤炭产量的15%至20%，是目前排放量最大的工业固体废弃物之一。煤矸石的大量堆放不仅占用土地，而且严重污染水、土和大气环境，加快煤矸石的综合利用步伐已成为现在人们日益关注的问题。煤矸石已经可再生利用于建筑、化工、农业等领域，但用于农业、化工等领域的有效成分利用率低、耗能高，不能大规模利用，现阶段仍主要应用于建筑领域，煤矸石制砖、生产轻集料和用作建筑填料等研究已经取得一定成果。而对经过筛选的煤矸石，破碎后作为混凝土骨料，可以使煤矸石得到高效的利用，也减少了普通天然骨料的使用，能够产生良好的经济和社会效益。

现有技术中“肖力光，林侠. 复合胶凝体系对透水混凝土强度的影响[J].混凝土，2019，（9）：74-75.”公开掺入粉煤灰、磨细矿渣粉和硅灰等矿物掺合料，制备复合胶凝体系，制备的透水混凝土的强度得到提高，透水性能满足要求，但其使用的骨料为普通天然碎石；“曹露春，张志军. 煤矸石生态混凝土透水性与抗压强度研究[J].中国建材科技，2013，（3）：34-37.”采用煤矸石骨料代替天然骨料配制的透水混凝土，透水混凝土的抗压强度可达到30MPa以上，但其使用的胶凝材料为普通水泥。

目前我国城市建设中的路面多为普通混凝土铺成，其透水透气性较差，暴雨时易积水形成城市洪游，且雨水不能渗透到地下，不利于植物生长。使用透水混凝土铺就的路面，具有良好的透水性、透气性，可以减轻城市排水装置的负担，对城市的生态环保具有显著的作用。现有技术中，制备透水水泥混凝土的胶凝材料多为普通水泥，骨料多为普通天然碎石，水泥熟料使用量大，其生产过程中的排放物对环境造成污染，天然石材的资源消耗也较大。同时，透水混凝土内部有较多的连通孔隙，混凝土的强度及耐久性等方面存在不足，在复杂环境条件下使用时，会出现不同程度的问题。

因此，改进现有的透水混凝土及其制备方法，是一个亟需解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土及其制备方法；通过掺入粉煤灰、矿渣粉等活性掺合料配制复合胶凝材料，煤矸石破碎筛选后代替天然碎石骨料，制备的混凝土性能指标符合透水水泥混凝土路面技术标准要求。矿物掺合料在一定掺量范围内，能够改善透水混凝土的强度和耐久性；粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物大幅度的利用，既能减少普通天然骨料及水泥熟料的使用，节约资源、保护环境，又能满足城市生态建设的需要，具有显著的社会经济效益和应用前景。

本发明的目的是这样实现的：

一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，由下列物料按照重量份数组合而成：普通水泥200-320份，活性矿物掺合料80-200份，萘系或聚羧酸减水剂2-4份，水120份，煤矸石骨料1390份。

所述的活性掺合料为粉煤灰和矿渣粉；粉煤灰与矿渣粉复掺能够改善减水剂与水泥的相容性；粉煤灰能与水泥水化产生的Ca(OH)₂反应，起到增强作用，且有着球状玻璃珠的形态，在水泥颗粒之间起润滑作用，减少用水量，提高混凝土耐久性；矿渣粉能与水泥中的Ca(OH)₂、石膏等发生化学反应，生成水化铝酸钙、水化硅酸钙和水化硫铝酸钙，使混凝土强度和耐久性得到提高。

所述的煤矸石骨料粒径为5-10mm；透水混凝土的性质很大程度上取决于所用骨料，尽可能选用间断级配或小的单粒级骨料。

所述的复合胶凝材料煤矸石透水混凝土的制备方法，其步骤如下：

（1）将煤矸石经过破碎筛选后，片状和针状颗粒含量不超过15%，选择粒径为5-10mm的煤矸石作为粗骨料；

（2）将按重量份数配比称量好的煤矸石骨料、水泥和矿物掺合料搅拌均匀，然后加水搅拌，再加入减水剂，搅拌均匀后制成透水混凝土。

积极有益效果：本发明采用复合胶凝材料、煤矸石骨料配制透水混凝土，掺入粉煤灰、矿渣粉等活性掺合料配制复合胶凝材料，掺量为20-50%；煤矸石破碎筛选后代替天然碎石骨料，粒径为5-10mm。本发明制备的煤矸石透水混凝土的抗压强度不低于20MPa、透水系数大于0.5mm/s、孔隙率大于20%、耐久性满足要求，符合透水水泥混凝土路面技术标准要求；而且可以大幅度提高粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物的使用量，节省普通天然骨料的使用，同时又减少了污染、保护了环境，是一种具有节约、友好特性的生态混凝土，能够在城市建设中推广应用，具有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步的说明：

一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，其特征在于，由下列物料按照重量份数组合而成：普通水泥200-320份，活性矿物掺合料80-200份，萘系或聚羧酸减水剂2-4份，水120份，煤矸石骨料1390份。

所述的活性掺合料为粉煤灰和矿渣粉；

所述的煤矸石骨料粒径为5-10mm；所述的煤矸石骨料中片状和针状颗粒含量不超过15%；

所述的复合胶凝材料煤矸石透水混凝土的制备方法，其步骤如下：

（1）将煤矸石经过破碎筛选后，片状和针状颗粒含量不超过15%，选择粒径为5-10mm的煤矸石作为粗骨料；

（2）将按重量份数配比称量好的煤矸石骨料、水泥、矿物掺合料搅拌均匀，然后加水搅拌，再加入减水剂，搅拌均匀后制成透水混凝土。

实施例1

一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，其组成原料按照重量份数计为：普通水泥320份，粉煤灰80份，聚羧酸减水剂3份，水120份，煤矸石骨料1390份。

煤矸石透水混凝土制备方法如下：

（1）将煤矸石经过颚式破碎机破碎后，通过震击式标准振筛机进行筛选，片状和针状颗粒含量不超过15%，选择粒径为5-10mm的煤矸石作为粗骨料；

（2）将按配比称量好的煤矸石骨料、水泥、粉煤灰搅拌均匀，然后加水搅拌，再加入减水剂，搅拌均匀后制成透水混凝土。

测得混凝土的主要技术性能指标为：透水系数0.63 mm/s，孔隙率26.1%，28d抗压强度20.7MPa、28d抗折强度3.25MPa，100次冻融循环的质量损失率为11.6%、相对动弹性模量为81.3%，碳化深度为2.5mm。

实施例2

一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，其组成原料按照重量份数计为：普通水泥280份，粉煤灰80份，矿渣粉40份，聚羧酸减水剂3份，水120份，煤矸石骨料1390份。

煤矸石透水混凝土制备方法如下：

（1）将煤矸石经过颚式破碎机破碎后，通过震击式标准振筛机进行筛选，片状和针状颗粒含量不超过15%，选择粒径为5-10mm的煤矸石作为粗骨料；

（2）将按配比称量好的煤矸石骨料、水泥、粉煤灰、矿渣粉搅拌均匀，然后加水搅拌，再加入减水剂，搅拌均匀后制成透水混凝土。

测得混凝土的主要技术性能指标为：透水系数0.61 mm/s，孔隙率25.9%，28d抗压强度21.4MPa、28d抗折强度2.99MPa，100次冻融循环的质量损失率为8.9%、相对动弹性模量为83.6%，碳化深度为2.3mm。

实施例3

一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，其组成原料按照重量份数计为：普通水泥240份，粉煤灰80份，矿渣粉80份，聚羧酸减水剂3份，水120份，煤矸石骨料1390份。

煤矸石透水混凝土制备方法参照实施例2，测得混凝土的主要技术性能指标为：透水系数0.51 mm/s，孔隙率23.0%，28d抗压强度22.5MPa、28d抗折强度3.07MPa，100次冻融循环的质量损失率为9.0%、相对动弹性模量为87.0%，碳化深度为2.0mm。

实施例4

一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，其组成原料按照重量份数计为：普通水泥200份，粉煤灰80份，矿渣粉120份，聚羧酸减水剂3份，水120份，煤矸石骨料1390份。

煤矸石透水混凝土制备方法参照实施例2，测得混凝土的主要技术性能指标为：透水系数0.59 mm/s，孔隙率25.6%，28d抗压强度24.2MPa、28d抗折强度3.26MPa，100次冻融循环的质量损失率为1.5%、相对动弹性模量为91.4%，碳化深度为1.7mm。

本发明采用复合胶凝材料、煤矸石骨料配制透水混凝土，掺入粉煤灰、矿渣粉等活性掺合料配制复合胶凝材料，掺量为20-50%；煤矸石破碎筛选后代替天然碎石骨料，粒径为5-10mm。本发明制备的煤矸石透水混凝土的抗压强度不低于20MPa、透水系数大于0.5mm/s、孔隙率大于20%、耐久性满足要求，符合透水水泥混凝土路面技术标准要求；而且可以大幅度提高粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物的使用量，节省普通天然骨料的使用，同时又减少了污染、保护了环境，是一种具有节约、友好特性的生态混凝土，能够在城市建设中推广应用，具有显著的经济效益和社会效益。

本发明采用复合胶凝材料、煤矸石骨料配制透水混凝土，能够改善混凝土的强度和耐久性，矿物掺合料在一定掺量范围内，透水混凝土28d强度、抗冻性能、抗碳化能力均有所提升；利用煤矸石、粉煤灰等工业固废制备透水混凝土，既消耗了固废、节约了资源，又减少了污染、保护了环境，还能使混凝土材料符合绿色建筑材料的发展要求，满足城市生态建设和可持续发展的需要。

以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。

Claims (4)

1.一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，其特征在于，由下列物料按照重量份数组合而成：普通水泥200-320份，活性矿物掺合料80-200份，萘系或聚羧酸减水剂2-4份，水120份，煤矸石骨料1390份。

2.根据权利要求1所述的一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，其特征在于：所述的煤矸石骨料粒径为5-10mm，所述的煤矸石骨料中片状和针状颗粒含量不超过15%。

3.根据权利要求1所述的一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，其特征在于：所述的活性掺合料为粉煤灰和矿渣粉；粉煤灰与矿渣粉复掺能够改善减水剂与水泥的相容性。

4.根据权利要求1所述的一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土，其特征在于：具体制备方法步骤如下：

（1）将煤矸石经过破碎筛选后，片状和针状颗粒含量不超过15%，选择粒径为5-10mm的煤矸石作为粗骨料；

（2）将按重量份数配比称量好的煤矸石骨料、水泥、矿物掺合料搅拌均匀，然后加水搅拌，再加入减水剂，搅拌均匀后制成透水混凝土。