CN113480245B

CN113480245B - 一种地聚物透水混凝土及其制备方法

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Publication number: CN113480245B
Application number: CN202110803633.6A
Authority: CN
Inventors: 邱仁辉; 潘杰; 付腾飞; 刘文地; 罗晨辉; 吴淑一; 於德美; 徐建刚; 黄斐; 孙琳莉; 潘洁
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2041-07-16
Also published as: CN113480245A

Abstract

本发明公开了一种地聚物透水混凝土及其制备方法，将铜冶炼渣、偏高岭土、激发剂、水和骨料按一定配合比均匀搅拌，注入模具固化成型，30℃保湿养护28d，制得高性能且环境友好的地聚物透水混凝土，所得透水混凝土材料具有很高的抗折强度与抗压强度。

Description

一种地聚物透水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于透水路面材料成型技术领域，具体涉及地质聚合物（简称地聚物）透水混凝土胶凝材料、配比研究及其制备方法。

背景技术

近年来，随着城市不透水路面的增加，城市内部蓄水能力差，自然降水大部分从地下管道排出，其排水路径长，导致洪涝灾害频发。城市内涝使得地表污染物直接进入周围地表自然水体，进而影响城市内植物的生长，破坏生态平衡；路面积水会在行车过程中产生“水漂”等危害；不透水路面会导致地下水位不能得到补充，出现地面沉降；不透水路面阻碍地表吸收城市内部产生的热量，反射太阳热，加剧城市热岛效应。为解决城市水循环、热岛效应和内涝等问题，国家提出建设“海绵城市”，海绵城市是一种让城市能够适应自然环境改变的新雨水管理系统概念，可让城市实现降水自然积存、自然渗透、自然净化。透水混凝土的研究与应用是促进海绵城市建设的重要措施。透水混凝土主要有以下优点：缓解城市内涝、改善城市热岛效应、保护地下水资源、缓解地表沉降、吸声降噪、增加行车安全。

透水混凝土由于孔隙率的限制，导致其自身强度有限，主要用于城镇街道、小区内路面、停车场人行道等。目前对于透水混凝土骨料的种类、粒径及其级配等影响透水混凝土强度因素的研究已十分成熟，但透水混凝土胶凝材料方面的研究还有很大的空间，特别是对既能保持透水混凝土的强度与耐久性，又能满足低成本、绿色环保要求的胶凝材料亟待研究。

本发明以偏高岭土、铜冶炼渣（简称铜渣）、激发剂和水为原料，通过解聚与缩聚反应得到胶凝材料，并按一定比例与骨料混合后制备透水混凝土。地聚物胶凝材料与骨料具有良好的相容性，克服了传统水泥透水混凝土抗折与抗压强度较低、透水性和抗化学腐蚀性差等难题。另外，铜渣是炼铜工业的废弃物，价格低廉，利用铜渣部分替代偏高岭土，可有效降低透水混凝土胶凝材料的成本，同时也有效利用了铜渣，有利于环境保护。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种地聚物透水混凝土及其制备方法，以提高地聚物透水混凝土的强度并降低其制备成本，解决透水混凝土易开裂、脱粒掉渣、耐久性差、透水性差等问题。依本发明制得的地聚物透水混凝土价格低廉，且具有很好的抗压性能、抗折性能、透水性能及耐久性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地聚物透水混凝土，所述的地聚物透水混凝土由胶凝材料和骨料组成，其中胶凝材料由固体粉体材料、激发剂和水组成，所述固体粉体材料由偏高岭土和铜渣组成；所述激发剂由水玻璃和NaOH组成；其中，骨料与胶凝材料的质量比为9:1~4:1，其中水与胶凝材料的质量比为1:9~2:3，铜渣和偏高岭土的质量比为1:9~1:1、激发剂与固体粉体材料的质量比为3:7~7:3；骨料粒径为2.36mm~4.75mm和4.75mm~9.50mm 两种，其质量比为1:9~4:1。

所述的激发剂由模数为1.0~3.0的水玻璃和NaOH室温下混合得到，其中水玻璃和NaOH的质量比为8:1~23:1。

所述地聚物胶凝材料是由激发剂、水、偏高岭土和铜渣按一定配比反应得到，其原料为：铜渣由中铝东南铜业有限公司（福建宁德）提供，其主要成分为Fe、Si以及少量的Al、Zn、Ca，平均粒径56μm；偏高岭土由上海灵动化工有限公司提供，比表面积3800m²/kg；铜渣与偏高岭土的化学成分如表1所示。粗骨料选用产于福建龙岩的玄武岩，粒径为2.36mm~4.75mm和4.75mm~9.50mm两种；激发剂由水玻璃和NaOH混合而成，其中水玻璃由浙江省嘉善县优瑞耐火材料有限公司生产，型号为SP30，模数为2.25，含水率为56.26wt%；NaOH粉料购自广东光华科技股份有限公司，纯度≥96.0%。

地聚物胶凝材料制备过程为：按照水胶比（外加水和水玻璃中含有的水质量之和与胶凝材料质量比）为1:9~2:3，激固比（激发剂与固体粉体材料质量比）为3:7~7:3，水玻璃模数为1.0~3.0，将固体粉体材料、激发剂和水倒入行星式水泥砂浆搅拌机中，室温条件下搅拌150s得到地聚物胶凝材料。

地聚物透水混凝土的制备过程：往上述制备得到的地聚物胶凝材料中加入骨胶比（骨料与胶凝材料质量比）为9:1~4:1的骨料，其中骨料粒径为2.36mm~4.75mm和4.75mm~9.50mm 两种，质量比为1:9~4:1；将胶凝材料与骨料置于行星式水泥砂浆搅拌机中，室温下搅拌90s得到混合料。

本发明确定的地聚物透水混凝土最优配合比如下（按质量份计）：激发剂166.67份（150.45份水玻璃，16.22份NaOH粉末），5份外加水，偏高岭土116.67份，铜渣50份，4.75mm~9.50mm“粗”骨料812份，2.36mm~4.75mm“细”骨料1218份。原料的硅氧基团和铝氧基团在碱性条件下可溶解形成M_x[‒(SiO₂‒)_z–AlO–]_n•wH₂O凝胶相（M表示碱金属元素，z表示硅铝比，n表示缩聚度，w表示化学结合水的数目），反应进行最后排出凝胶相中多余的水分进而体系固化。水玻璃、NaOH及偏高岭土以最佳比例形成较多的聚铝硅氧大分子链式结构，这是胶凝材料强度的主要来源。铜渣中存在着SiO₂和Al₂O₃，而这些成分可在碱性环境中溶解，进而发生解聚与缩聚反应，因此铜渣加入到胶凝材料中，仍可保证一定程度的聚合反应的进行，且可减少透水混凝土制备过程中的用水量（水胶比从0.33下降至0.26），同时提高胶凝材料的强度及其制备的透水混凝土的透水率。“粗”“细”骨料的质量比，也是基于制备的混凝土的强度和最佳的孔隙率确定的。另外，铜渣含铁量高、强度高，其粒径合适，有利于与骨料形成合适的空间嵌挤结构，从而提高透水混凝土的强度。

地聚物透水混凝土的制备过程：在试模内涂抹脱模膏，混凝土混合料分四层注入模内，每层装料厚度大致相等，按右旋方向从边缘向中心用木棒均匀插捣，用抹刀沿试模内壁插拔数次，在每层插捣完毕后用橡胶锤夯实，夯实标准以表面平整并确保混凝土浇筑密实为宜，最后用抹刀将表面抹平；试件常温养护1d后脱模，放入30℃恒温鼓风干燥箱保湿养护28d（湿度≥95%RH），即得所述地聚物透水混凝土复合材料。

通过以上技术方案，本发明具备以下优点：

1）传统透水混凝土材料等已有较多的报道和应用，但普通水泥透水混凝土强度低，易破碎，耐久性差，原料生产过程碳排放高、耗能高；沥青透水混凝土对气候的适应性较差，尤其是在气候炎热地区，容易软化、老化；环氧树脂透水混凝土虽有很好的力学性能，但制备成本过高，且自身耐候性差，易老化。本发明所述的地聚物透水混凝土强度高、耐久性佳、原材料能耗低、碳排放低且成本低廉，克服了传统透水混凝土的各种缺点。

2）本发明通过大量实验，对胶凝材料的配比进行了优化，保证胶凝材料反应后可形成较多的聚铝硅氧大分子链式结构，从而为胶凝材料的强度提供基础。另外，本发明选用铜冶炼工业废弃物铜渣作为地聚物透水混凝土的粉体材料，将铜渣加入到胶凝材料中，仍可保证一定程度的聚合反应的进行，且在地聚物透水混凝土制备过程中用水量减少；铜渣积存量大，目前综合利用率低，价格低廉，本发明技术不但利用了铜冶炼工业废弃物，保护了环境，而且提升了地聚物透水混凝土的力学性能，进一步降低了制备成本。与传统地聚物比较，加入铜渣的地聚物胶凝材料制备的透水混凝土强度及透水系数均有显著的提升，且其制备成本明显降低。

附图说明

图1是地聚物透水混凝土7d抗折强度。图中横坐标为铜渣占粉体材料总质量的分数，对照组（Control）为粉体材料全部采用偏高岭土制备的地聚物透水混凝土；图中矩形柱上下方横线表示数据均值的标准差，柱状图上方无相同字母的表示两组数据均值之间差异显著，否则差异不显著，表示方法下同；

图2是地聚物透水混凝土28d抗折强度；

图3是地聚物透水混凝土7d抗压强度；

图4是地聚物透水混凝土28d抗压强度；

图5是地聚物透水混凝土开口孔隙率；

图6是地聚物透水混凝土透水系数；

图7是地聚物胶凝材料放热速率；

图8是地聚物胶凝材料累计放热量；

图9是地聚物透水混凝土抗折试件断面的扫描电镜照片；

图10是地聚物透水混凝土抗折试件断面X射线能谱元素分析（EDS）结果；

图11是地聚物胶凝材料X射线衍射分析结果。

具体实施方式

为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。

表1 铜渣和偏高岭土化学成分及含量（%）

实施例1

地聚物胶凝材料制备过程为：按照水胶比为0.26（水胶比：外加水和水玻璃中含水量之和与胶凝材料质量之比，其中水玻璃含水量为56.26wt%）、激固比为1和水玻璃模数为1.4，进行胶凝材料的配备，将50.00g铜渣（占固体粉体材料质量的30%）、116.67g偏高岭土（占固体粉体材料70%）、166.67g激发剂（150.45g水玻璃和16.22g的NaOH）和5g水倒入行星式水泥砂浆搅拌机中，室温条件下搅拌（转速140r/min）150s得到胶凝材料。

当铜渣掺量为0、20%、40%、50%时，铜渣用量分别为：0g、33.33g、66.67g、83.34g，粉体材料中偏高岭土的用量分别为：166.67g、133.33g、100.00g、83.33g；其中铜渣掺量为0时，为保证胶凝材料能被充分搅拌均匀，外加水为37.00g，此时水胶比为0.33；其它组掺加的外加水、激发剂和骨料的质量均不变。

地聚物透水混凝土的制备过程：按照骨胶比为6:1配比，往上述掺有铜渣制备得到的地聚物胶凝材料中加入2030g的骨料，未掺铜渣组的骨料用量为2222g，其中骨料粒径为4.75mm~9.50mm与2.36mm~4.75mm的质量比为 2﹕3；将胶凝材料与骨料置于行星式水泥砂浆搅拌机中，室温条件下搅拌90s（转速140r/min）得到混合料。

地聚物透水混凝土试块（规格100mm×100mm×100mm）的制样过程：在试模内涂抹脱模膏，混凝土混合料分四层注入模内，每层装料厚度大致相等，按右旋方向从边缘向中心用木棒均匀插捣，用抹刀沿试模内壁插拔数次，在每层插捣完毕后用橡胶锤以适当力度夯实，确保表面平整及混凝土浇筑密实为宜，最后用抹刀将表面抹平；试件常温养护1d后脱模，放入30℃恒温鼓风干燥箱保湿养护7d和28d，测试其抗压强度。

实施例2

地聚物透水混凝土的制备过程：按照水胶比为0.26（外加水和水玻璃中含水量之和与胶体材料质量之比，其中水玻璃含水量为56.26wt%）、激固比为1、水玻璃模数为1.4，进行胶凝材料的配备；按照骨胶比为6﹕1配比，将190.00g铜渣（占粉体材料质量的30%）、443.33g偏高岭土（占粉体材料质量的70%）、3086g粗骨料和4629g细骨料倒入自落实混凝土搅拌机中，室温条件下搅拌90s（转速45r/min），其中骨料粒径为4.75mm~9.50mm与2.36mm~4.75mm质量比为2﹕3；最后将633.33g激发剂（571.70g水玻璃和61.63g的NaOH）和19.0g外加水倒入搅拌充分的骨料与粉体材料中，搅拌150s（转速45r/min）得到混合料。

当铜渣掺量为0、20%、40%、50%时，铜渣用量分别为：0g、126.67g、253.33g、316.67g，粉体材料中偏高岭土的用量分别为：633.33g、506.66g、380.00g、316.67g。其中铜渣掺量为0时，为保证胶凝材料能被充分搅拌均匀，外加水140.60g，水胶比为0.33，其骨料用量为8443g，其中骨料粒径为4.75mm~9.50mm的质量为3377g，粒径2.36mm~4.75mm骨料质量为5066g。其它掺有铜渣组的外加水、激发剂和骨料的掺量均不变。

地聚物透水混凝土试块（规格100mm×100mm×400mm）的制备过程：在试模内涂抹脱模膏，混凝土混合料分四层注入模内，每层装料厚度大致相等，按右旋方向从边缘向中心用木棒均匀插捣，用抹刀沿试模内壁插拔数次，在每层插捣完毕后采用橡胶锤用适当力度夯实，以表面平整为宜并确保混凝土浇筑密实，最后用抹刀将表面抹平；试件常温养护1d后脱模，放入30℃恒温鼓风干燥箱保湿养护7d和28d，测试其抗折强度。

实施例3

地聚物胶凝材料制备过程为：按照水胶比为0.26（外加水和水玻璃中含水量之和与胶体材料质量之比，其中水玻璃含水量为56.26wt%）、激固比为1和水玻璃模数为1.4，进行胶凝材料的配备；将18.50g铜渣（占粉体材料质量的30%）、43.17g偏高岭土（占粉体材料质量的70%）、61.67g激发剂（55.67g水玻璃和6.00g NaOH）、0.75g水倒入行星式水泥砂浆搅拌机中，室温条件下搅拌150s（转速140r/min）得到胶凝材料。当铜渣掺量为0、20%、40%、50%时，铜渣用量分别为：0g、12.33g、24.67g、30.84g；粉体材料中偏高岭土的用量分别为：61.67g、49.33g、37.00g、30.83g。其中铜渣掺量为0时，为保证胶凝材料能被充分搅拌均匀，外加水13.00g，水胶比为0.33。其它掺有铜渣组的外加水、激发剂和骨料的掺量均不变。

地聚物透水混凝土的制备过程：按照骨胶比为6﹕1，往上述制备得到的掺有铜渣的地聚物胶凝材料中加入骨料740g，未掺铜渣组的骨料质量为818g，其中粒径为4.75mm~9.50mm与2.36mm~4.75mm的骨料质量比为2﹕3；将胶凝材料与骨料置于行星式水泥砂浆搅拌机中，室温条件下搅拌90s（转速140r/min）得到混合料。

地聚物透水混凝试块（直径φ100mm×高度50mm的圆柱体）的制备过程：在试模内涂抹脱模膏，混凝土混合料分四层注入模内，每层装料厚度大致相等，按右旋方向从边缘向中心用木棒均匀插捣，用抹刀沿试模内壁插拔数次，在每层插捣完毕后采用橡胶锤用适当力度夯实，以表面平整为宜并确保混凝土浇筑密实，最后用抹刀将表面抹平；试件常温养护1d后脱模，放入30℃恒温鼓风干燥箱保湿养护7d，测试其开口孔隙率和透水系数。

地聚物透水混凝土力学性能测试：

抗压强度：透水混凝土抗压试件采用100mm × 100mm × 100mm立方体，每组3个试件。依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2019）标准进行；测试在YAW4206微机控制电液伺服压力试验机上完成。

地聚物透水混凝土7d抗压强度：由图1可知，随着铜渣掺量的增加，透水混凝土7d的抗压强度先增加后减小。30%铜渣掺量（占铜渣及偏高岭土总质量的比例，下同）的混凝土抗压强度为30.64MPa，其比对照组（未掺加铜渣的）的抗压强度提升了3.2%，但无显著差异；铜渣掺量20%、30%及40%的透水混凝土7d的抗压强度均大于20MPa，符合《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T135-2009)的要求；但过多的铜渣掺量（50%）的混凝土7d抗压强度劣化，其与对照组、20%、30%、40%铜渣掺量比较，均有显著的下降。

地聚物透水混凝土28d抗压强度：由图2可知，透水混凝土随养护时间的增加，其抗压强度逐渐提高。透水混凝土28d的抗压强度比7d的抗压强度均有提升，其中对照组、铜渣掺量为20%、30%、40%、50%的透水混凝土28d抗压强度比7d的抗压强度分别提升了3.1%、5.9%、5.4%、16.5%、17.3%。可见，铜渣掺量越多，后期强度发展越显著，这可能是其在7d~28d期间的解聚与缩聚反应程度更高有关。随着铜渣掺量的增加，透水混凝土28d的抗压强度先上升后下降，与对照组比较，30%铜渣掺量的透水混凝土28抗压强度提升了5.5%；随铜渣掺量继续增加，透水混凝土28d抗压强度下降，40%与50%铜渣掺量的透水混凝土抗压强度比对照的分别下降了8.0%与32.1%，但均满足《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135-2009）中抗压强度不小于20 MPa的要求，而铜渣掺量的增加，可大大减少透水混凝土的制备成本。

抗折强度：抗折强度测试试件采用100mm × 100mm × 400mm棱柱体，3个试件为一组。依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2019）进行；测试在HUT605A微机控制电液伺服压力试验机上完成。

地聚物透水混凝土7d抗折强度：由图3可知，对照组（铜渣掺量为0）和铜渣掺量为20%、30%、40%的透水混凝土7d抗折强度无显著差异；当铜渣掺量为50%时，其7d抗折强度（2.74MPa）与对照组、20%、30%、40%铜渣掺量的比较，分别显著降低了41.8%、37.2%、38.7%、33.2%，但其7d抗折强度仍大于2.5MPa，可满足规范的要求。

地聚物透水混凝土28d抗折强度：由图4可知，对照组、20%、30%、40%和50%铜渣掺量组的28d抗折强度相比7d的抗折强度分别提升了9.1%、10.1%、23.0%、19.8%和55.1%。可见，铜渣掺量的增加有利于透水混凝土后期抗折强度的发展。对照组与铜渣掺量为20%、30%、40%的透水混凝土28d抗折强度无显著差异。铜渣掺量为50%的混凝土28d抗折强度为4.25MPa，与对照比较下降了15.5%，但满足规范要求（≥2.0MPa）。

开口孔隙率：测试透水混凝土开口孔隙率的试件采用直径φ100mm×高度50mm的圆柱体，3个试件为一组。依据《透水混凝土路面技术规程》（DB11/T775-2010）进行；测试在CF-C数显溢流水箱上完成。

地聚物透水混凝土开口孔隙率：由图5知，对照及所有掺加铜渣的透水混凝土开口孔隙率均大于15%，满足《透水混凝土路面技术规程》（DB11/T 755–2010）中的规定（≥10%）。对照组与20%、30%铜渣掺量组的开口孔隙率无显著性差异，但40%、50%铜渣掺量组比对照的开口孔隙率分别显著增加了16.3%与17.3%，可见铜渣掺量的增加有助于透水混凝土的开口孔隙率的提升。这可能是因为铜渣的密度大，随着铜渣的增加，胶凝材料的相对体积减小，包裹骨料的胶凝材料厚度减小；另外随着铜渣的增加，浆体流动性增大，形成的封闭空隙少，导致开口孔隙率增加。

透水系数：测量透水混凝土透水系数的试件采用直径φ100mm×高度50mm的圆柱体，3个试件为一组。依据《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135‒2009）进行。

地聚物透水混凝土透水系数：由图6可知，对照组透水系数最小（1.59mm/s），掺入铜渣后的所有试验组的混凝土透水系数均有显著提升，与对照比较，铜渣掺量20%、30%、40%与50%的透水混凝土透水系数分别提高了87.4%、135.8%、151.6%、173.0%。由规范《透水混凝土》（JC/T 2558‒2020）可知，对照组满足K1等级，透水系数大于1mm/s；20%铜渣掺量组满足K2等级，透水系数大于2mm/s；30%铜渣掺量组满足K3等级，透水系数大于3mm/s；40%和50%铜渣掺量组满足K4等级，透水系数大于4mm/s。

地聚物胶凝材料反应放热速率：图7是未加铜渣以及铜渣掺量为20%、30%、40%、50%的地聚物胶凝材料水化反应放热速率图。由图7可知，这5组反应放热速率趋势相似，只有对照组的第2峰反应放热速率下降明显，这是因为偏高岭土中Al₂O₃和SiO₂含量充足，硅氧键和铝氧键的断裂会产生更多的硅铝配合物，造成硅铝配合物的缩聚过程更短，导致后期反应速率下降明显；铜渣的加入减小了Al₂O₃和SiO₂的相对含量，缩聚过程中，由于硅铝配合物的减少，其扩散时间相对增加，故而硅铝配合物的缩聚时间更长；随着铜渣掺量的增加，胶凝材料的反应放热速率在同一时间内依次降低。在60h之后，各样品反应速率明显趋于平稳，这是由于主要的反应物都已经参与聚合反应，样品转入由扩散控制的反应阶段，此时反应放热较低且随时间增加放热速率持续减小，因此地聚物的主要力学性能形成较早（3d左右），但随着时间推移，后期（28d）还有一定的强度增长。

地聚物胶凝材料累积反应热：图8是未加铜渣及铜渣掺量为20%、30%、40%、50%的地聚物胶凝材料水化反应累积放热图。由图8可以看出，随着铜渣掺量的增加，胶凝材料的7d水化反应累积放热量呈现下降趋势，这是由于铜渣中的Al₂O₃和SiO₂含量少，参与水化反应的数量也少，放热量下降，导致凝胶的生成量降低，其中对照组比20%、30%、40%和50%铜渣掺量组的7d累积放热量分别高出5.0%、6.2%、10.0%和17.9%。从图中可以发现，20%和30%铜渣掺量组的7d累积放热值非常接近，经计算两组放出的累积放热量仅相差1.2%。

地聚物透水混凝土抗折试件断面形貌：图9为实施例2中对照组和铜渣掺量为30%的地聚物透水混凝土抗折试件断面的扫描电镜照片。图9中a可见，对照组的胶凝材料固化后产物多为片状和海绵状物质；图9中b可见，掺加30%铜渣的胶凝材料固化后产物多为片状，其致密性相对更好。

地聚物透水混凝土抗折试件断面X射线能谱分析（EDS）：图10是实施例2中试样的EDS面扫图，与图9所选试样相同。EDS面扫图的位置为胶凝材料，符合扫描电镜的分析结果。由图10分析可知，铜渣中Al、Si元素含量比偏高岭土的低，但Fe₂O₃含量高达55.959%（表1），因此，30%铜渣的掺入导致胶凝材料中的Al、Si元素相对含量降低（图10中a₁-a₂、b₁-b₂），但Fe元素含量从2%提升到16%（图10中c₁与c₂）。经计算可知，对照组与铜渣掺量30%组的Si﹕Al值分别为1.7﹕1.0和2.3﹕1.0，故而判断胶凝材料固化产物是硅铝酸盐-硅氧体。根据元素的分布情况，可判定试样制备过程中粉体材料搅拌充分，工艺较合理。

地聚物材料X射线衍射分析（XRD）：图11是实施例1的铜渣、偏高岭土及胶凝材料干燥后研磨成粉末的XRD图。由图11可知，铜渣中存在着大量的铁橄榄石以及少量的磁铁和石英等结晶相；偏高岭土中存在着大量的无定形组分；对照组和30%铜渣掺量组的胶凝材料中大多数为无定形的物质；在2θ=15~40°的衍射峰处呈现一个隆起的包峰，其代表地聚物胶凝材料中的硅铝酸盐凝胶相。两组产物产生的衍射峰基本一致，这说明两组胶凝材料的硅铝酸盐凝胶相发生较小的变化；图中30%铜渣掺量组中出现了两个辉石的结晶相，根据对照组和30%铜渣掺量组的28d抗折强度与抗压强度对比可知，两组强度虽无显著性差异，但30%铜渣掺量组强度有一定的提升，此应是辉石的出现造成其强度的提升。30%铜渣掺量组中发现有明显的磁铁结晶相，与铜渣的结晶相EDS分析结果一致，这表明铜渣中的矿物结构稳定。

根据试验数据分析可知，制备地聚物透水混凝土的最优铜渣掺量是30%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种地聚物透水混凝土，其特征在于：所述的地聚物透水混凝土由胶凝材料和骨料组成，其中胶凝材料由固体粉体材料、激发剂和水组成；所述固体粉体材料由铜冶炼渣和偏高岭土组成，其中铜冶炼渣和偏高岭土的质量比为1:9~1:1；所述激发剂由水玻璃和NaOH组成；骨料与胶凝材料的质量比为4:1~9:1，水与胶凝材料的质量比为1:9~2:3，激发剂与固体粉体材料的质量比3:7~7:3；骨料粒径为2.36mm~4.75mm和4.75mm~9.50mm 两种，其质量比为1:9~4:1；

所述的激发剂由模数为1.0~3.0的水玻璃和NaOH室温下混合得到，其中水玻璃和NaOH的质量比为8:1~12:1。

2.根据权利要求1所述的地聚物透水混凝土，其特征在于：水玻璃含水量为56.26wt%。

3.一种如权利要求1所述的地聚物透水混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将固体粉体材料、激发剂和水倒入行星式水泥砂浆搅拌机中，室温下搅拌150s得到胶凝材料；

（2）将胶凝材料与骨料置于行星式水泥砂浆搅拌机中，室温下搅拌90s得到混凝土混合料；

（3）在试模内涂抹脱模膏，将混凝土混合料分四层注入模内，每层装料厚度大致相等，按右旋方向从边缘向中心用木棒均匀插捣，用抹刀沿试模内壁插拔数次，在每层插捣完毕后用橡胶锤夯实，夯实标准以表面平整并确保混凝土浇筑密实为宜，最后用抹刀将表面抹平；试件常温养护1d后脱模，放入30℃恒温鼓风干燥箱保湿养护28d，即得所述地聚物透水混凝土复合材料。