一种基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖及制备方法

摘要

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖及制备方法。本发明制备包括以下步骤：(1)向粉煤灰和高炉矿渣中加入碱性激发剂和水获得浆液，将浆液干燥养护后，破碎得到粉煤灰轻质骨料；(2)将粉煤灰轻质骨料、碎石、水泥、钙剂增强剂加水混合均匀后得到混合料；(3)将混合料振压成型得到砖坯；(4)将砖坯蒸压养护，即可制备得到混凝土透水砖。本发明基于粉煤灰轻质骨料，可大量消纳工业固体废物粉煤灰和高炉矿渣，制备的透水砖与传统混凝土透水砖相比，不仅具有良好的透水性能外，而且还具有蓄水能力，更加生态环保。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖及制备方法。

背景技术

粉煤灰是燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物，我国是粉煤灰产生大户，年产量可达5-6亿吨，粉煤灰若不加以控制和处理，会对大气环境、水环境以及土壤环境等造成影响，进而危害人类健康。另外，近年来，随着现代化城市的发展，道路多采用不透水的硬化路面材料，导致内涝形势的愈发严峻，但政府出台的一系列海绵城市政策措施，为城市内涝问题提出了新的解决思路。

CN106145880A公开了一种粉煤灰建筑垃圾透水砖及其制备方法，原料采用粉煤灰、建筑垃圾、硅灰、碱性激发剂和水。该方法所述建筑垃圾种类较多，建筑垃圾的品质、复配比不稳定将直接导致产品性能波动，且该法粉煤灰掺量仅10wt％左右，粉煤灰无法实现大量消纳。

CN 109721295A公开了一种陶瓷透水砖的制备方法，以脱水污泥、高岭土和方解石等原料制备得到陶粒，再将陶粒、去离子水混合得到预湿陶粒，将预湿陶粒、酸化粘土、预处理酸浸锰矿渣和水泥放入水泥搅拌车搅拌均匀得到半干混合料，混合干料倒入模具压制成型，再经过水热反应釜蒸汽养护后脱模得到陶瓷透水砖，该法虽然消纳了污泥和锰渣等工业固废，且制备出性能优良的产品，但是陶粒制备过程需要经过1100-1150℃的高温焙烧，耗能高，污染重，除此之外，酸化粘土和预处理酸浸锰矿渣等原料处理工艺复杂，难以实现大规模生产。

公开号CN 108069648A公开了一种混凝土透水砖及其制作方法，原料包括：碎石、河沙、水泥、硅锰渣、改性剂、聚羧酸减水剂、颜料、沥青基碳纤维、高岭土、乙二胺四甲叉膦酸钠和水，经过振动加压成型，脱模后自然养护28d以上。该法虽然工艺简单，产品强度高，透水性能好，但产品养护周期较长，产品笨重不适宜长途运输。

综上所述，目前市面上主要的一些透水路面材料主要是工业固废、陶瓷和混凝土，利用工业固废制备的透水砖，原料成分品质多变导致整个工艺存在不稳定性；陶瓷透水砖需要大量的粘土资源，开采对环境的破坏较大，除此之外，陶瓷透水砖在制备过程中需要消耗大量的能源，成本高，污染大；混凝土透水砖是目前应用最广泛的透水材料，成本低，工艺简单，但养护周期长，且由于混凝土透水砖主要使用碎石作为骨料，石子自身密度大孔隙少，导致混凝土透水砖只能依靠骨料直接堆积形成的孔隙通道提供透水性能，自身蓄水能力有限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖，其应具备以下特性：原料广泛、成本低、工艺简单、生产周期短、性能优良；质地轻盈，便于运输和施工；不仅高透水性可用于解决城市内涝问题，而且高蓄水能力可调节地表温湿度，更具生态性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖的制备方法，包括以下步骤：

(1)向粉煤灰和高炉矿渣中加入碱性激发剂和水，通过搅拌机搅拌均匀获得浆液，将浆液干燥养护后，破碎得到粉煤灰轻质骨料；

(2)将水泥、粉煤灰轻质骨料、碎石、钙剂增强剂加水混合均匀后得到混合料；

(3)将混合料振压成型得到砖坯；

(4)将砖坯蒸压养护，即可制备得到混凝土透水砖。

作为优选，所述步骤(1)中按重量份数计，粉煤灰70-80份、高炉矿渣10-30份、碱性激发剂16-20份，水灰比0.35-0.42。水灰比为水与粉末物质的质量比。

作为优选，所述碱性激发剂为水玻璃或烧碱，所述水玻璃的模数2.0-2.35，波美度42°-45°。

作为优选，所述步骤(1)搅拌机为水泥净浆搅拌机，搅拌程序为慢搅2min后快搅2min，所述慢搅为自转140±5r/min，公转62±5r/min，所述快搅为自转285±10r/min，公转125±10r/min。

作为优选，所述步骤(2)中按重量份数计，水泥20-30份、粉煤灰轻质骨料50-70份、碎石10-25份、钙剂增强剂0.1-5份，水灰比0.42-0.45。

作为优选，所述步骤(2)中混合料具体通过如下方法制备而成：将粉煤灰轻质骨料和碎石两种骨料在搅拌机均匀混合并加入水使骨料表面湿润，投加1/3份水泥和1/3份钙剂增强剂包裹骨料，继续加入水使骨料颗粒表面湿润，其次，投加1/3份水泥和1/3份钙剂增强剂包裹骨料，加入水使骨料颗粒表面湿润，再次，投加1/3份水泥和1/3份钙剂增强剂包裹骨料，加入水使骨料颗粒表面湿润，将所有原料投加完毕混合均匀。

作为优选，所述粉煤灰轻质骨料粒径为2-10mm，碎石粒径为2-5mm。

作为优选，所述水泥是普通硅酸盐水泥，强度等级大于等于42.5。

作为优选，所述步骤(3)中振压成型的振荡频率为2500-2800Hz，成型压力为10MPa，所述步骤(4)中，蒸压养护的蒸压温度为200-210℃，蒸压压力为1.2-1.3MPa，蒸压时间为8-9h。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于粉煤灰轻质骨料的混凝土透水砖，根据前面所述的制备方法制备而成。

本发明的有益效果有：

(1)本发明基于粉煤灰轻质骨料，该骨料与传统碎石骨料相比，质地轻盈，便于运输和施工，而且可大量消纳工业固体废物粉煤灰和高炉矿渣，对粉煤灰和高炉矿渣进行了资源化利用，提高了产品附加值，既带来了经济效益，也有利于环境保护。

(2)本发明制备的透水砖与传统混凝土透水砖相比，不仅具有良好的透水性能外，而且还具有蓄水能力。降雨后，本发明透水砖不仅可以将地表雨水迅速渗入地下，而且其材料本身的蓄水能力也可以一定程度上消纳部分地面积水；天气干燥时，该透水砖内部储蓄的水分可以缓慢释放出来，调节地面湿度，改善地表植物生存环境，同时也可缓解城市热岛效应，因此更加生态环保。

(3)本发明在粉煤灰轻质骨料制备过程中，通过合理的控制水灰比，其在硬化反应过程中，骨料内部存在一定的游离水，其蒸发之后，骨料表面及内部会形成微孔结构，与传统混凝土透水砖的天然碎石骨料相比具有高吸水性，蓄水能力更强，地面湿度弹性高。

(4)本发明采用了蒸压养护的方式，改善了传统混凝土透水砖养护28d的养护周期，通过蒸压养护，仅8-9h就可以提升强度，大大缩短了生产周期。

附图说明

图1是本发明生态混凝土透水砖与传统透水砖结构对比示意图。

图2是本发明产品实物图。

图3是本发明粉煤灰轻质骨料与传统碎石骨料的孔隙结构对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例

本发明实施例中水泥、碱性激发剂、钙剂增强剂、粉煤灰、高炉矿渣均从市场中购得。

水泥：普通硅酸盐水泥，标号为P.O 42.5，购置于红狮水泥厂。

碱性激发剂：水玻璃，模数2.18，购置于浙江金华永明泡花碱厂。

钙剂增强剂：熟石灰，购置于浙江兰溪六洞山石灰钙厂。

粉煤灰：取自于浙江兰溪电厂。

高炉矿渣：购置于腾川矿产品公司。

实施例1

一种基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖，通过以下方法制备而成：

(1)粉煤灰轻质骨料的制备。按照原料配比准备原料：粉煤灰80kg、高炉矿渣20kg、水玻璃16kg，水灰比0.35。粉煤灰和高炉矿渣倒入水泥净浆搅拌机中慢速搅拌1min，慢速搅拌为自转140r/min，公转62r/min，将干料混合均匀；接着，向混合均匀的干料中加入碱性激发剂水玻璃和水，水玻璃模数为2.18M，波美度42°，继续慢速搅拌2min，快速搅拌2min，快速搅拌为自转285r/min，公转125r/min，得到混合均匀的浆液；浆液置于50℃条件下养护24h，破碎筛分出2-10mm的颗粒，即得到了粉煤灰轻质骨料。

(2)混合料的制备。按照原料配比准备原料：水泥20kg、熟石灰5kg、粉煤灰轻质骨料65kg、碎石10kg，水灰比0.45。首先将粉煤灰轻质骨料和碎石两种骨料在搅拌机均匀混合并加入水使骨料表面湿润，投加1/3份水泥和1/3份熟石灰包裹骨料，继续加入水使骨料颗粒表面湿润，其次，投加1/3份水泥和1/3份熟石灰包裹骨料，加入水使骨料颗粒表面湿润，再次，投加1/3份水泥和1/3份熟石灰包裹骨料，加入水使骨料颗粒表面湿润，将所有原料投加完毕后再混合2min至混合均匀得到混合料。

(3)砖坯的制备：将混合均匀的物料注入模具中，在2500Hz振荡频率和10MPa压力下，振压成型，并脱模。

(4)砖坯养护：脱模后的砖坯在室温下放置24h后，送入蒸压釜进行蒸压养护8h，蒸压温度200℃，蒸压压力为1.2MPa，得到基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖产品。

实施例2

一种基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖，通过以下方法制备而成：

(1)粉煤灰轻质骨料的制备。按照原料配比准备原料：粉煤灰75kg、高炉矿渣25kg、水玻璃20kg，水灰比0.38。粉煤灰和高炉矿渣倒入水泥净浆搅拌机中慢速搅拌1min，慢速搅拌为自转140r/min，公转62r/min，将干料混合均匀；接着，向混合均匀的干料中加入碱性激发剂水玻璃和水，水玻璃模数为2.2M，波美度43°，继续慢速搅拌2min，快速搅拌2min，快速搅拌为自转285r/min，公转125r/min，得到混合均匀的浆液；浆液置于55℃条件下养护24h，破碎筛分出2-10mm的颗粒，即得到了粉煤灰轻质骨料。

(2)混合料的制备。按照原料配比准备原料：水泥25kg、熟石灰3kg、粉煤灰轻质骨料50kg、碎石22kg，水灰比0.43。首先将粉煤灰轻质骨料和碎石两种骨料在搅拌机均匀混合并加入水使骨料表面湿润，投加1/3份水泥和1/3份熟石灰包裹骨料，继续加入水使骨料颗粒表面湿润，其次，投加1/3份水泥和1/3份熟石灰包裹骨料，加入水使骨料颗粒表面湿润，再次，投加1/3份水泥和1/3份熟石灰包裹骨料，加入水使骨料颗粒表面湿润，将所有原料投加完毕后再混合2min至混合均匀得到混合料。

(3)砖坯的制备：将混合均匀的物料注入模具中，在2600Hz振荡频率和10MPa压力下，振压成型，并脱模。

(4)砖坯养护：脱模后的砖坯在室温下放置24h后，送入蒸压釜进行蒸压养护8h，蒸压温度205℃，蒸压压力为1.2MPa，得到基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖产品。

实施例3

一种基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖，通过以下方法制备而成：

(1)粉煤灰轻质骨料的制备。按照原料配比准备原料：粉煤灰70kg、高炉矿渣30kg、水玻璃18kg，水灰比0.42。粉煤灰和高炉矿渣倒入水泥净浆搅拌机中慢速搅拌1min，慢速搅拌为自转140r/min，公转62r/min，将干料混合均匀；接着，向混合均匀的干料中加入碱性激发剂水玻璃和水，水玻璃模数为2.3M，波美度44°，继续慢速搅拌2min，快速搅拌2min，快速搅拌为自转285r/min，公转125r/min，得到混合均匀的浆液；浆液置于60℃条件下养护24h，破碎筛分出2-10mm的颗粒，即得到了粉煤灰轻质骨料。

(2)混合料的制备。按照原料配比准备原料：水泥28kg、熟石灰2kg、粉煤灰轻质骨料55kg、碎石15kg，水灰比0.43。首先将粉煤灰轻质骨料和碎石两种骨料在搅拌机均匀混合并加入水使骨料表面湿润，投加1/3份水泥和1/3份熟石灰包裹骨料，继续加入水使骨料颗粒表面湿润，其次，投加1/3份水泥和1/3份熟石灰包裹骨料，加入水使骨料颗粒表面湿润，再次，投加1/3份水泥和1/3份熟石灰包裹骨料，加入水使骨料颗粒表面湿润，将所有原料投加完毕后再混合2min至混合均匀得到混合料。

(3)砖坯的制备：将混合均匀的物料注入模具中，在2800Hz振荡频率和10MPa压力下，振压成型，并脱模。

(4)砖坯养护：脱模后的砖坯在室温下放置24h后，送入蒸压釜进行蒸压养护8h，蒸压温度210℃，蒸压压力为1.3MPa，得到基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖产品。

对比实施例

对比实施例1

对比实施例1与实施例1的区别在于，粉煤灰轻质骨料均由碎石替代。

对比实施例2

对比实施例2与实施例2的区别在于，粉煤灰轻质骨料均由碎石替代。

对比实施例3

对比实施例3与实施例3的区别在于，粉煤灰轻质骨料均由碎石替代。

对比实施例4

对比实施例4与实施例1的区别在于，养护方式为常温养护28d。

对比实施例5

对比实施例5与实施例1的区别在于，成型方式为压制成型。

对比实施例6

市售混凝土透水砖，购置于武汉界丰水泥制品有限公司。

测试实施例

透水砖指标测试均按照GB/T25993-2010《透水路面砖和透水路面板》进行检测，测试结果如表1所示。骨料孔隙测试分析采用高性能全自动压汞测试(麦克AutoPore IV9500)，测试结果如表2和图3所示。

表1透水砖指标测试结果表

表2骨料孔隙测试结果表

如图1和图2所示，本发明的蓄水能力优势主要归功于其骨料自身存在的大量孔隙，这些微观孔隙像无数个小“水库”一样，具有极高的地表温湿度调节能力，在人行横道、园林景观建设等方面具有广阔的应用前景。

根据表1数据可知，本发明的基于粉煤灰轻质骨料的生态混凝土透水砖的抗折强度稍逊色于以天然碎石为骨料的传统混凝土透水砖，但其透水性能优于传统混凝土透水砖，质地轻盈，便于运输与施工，更值得关注的是其蓄水能力是传统混凝土透水砖的1.4-1.6倍，砖的密度仅为0.76-0.83倍。未蒸压养护的透水砖强度形成缓慢，仅压制成型不利于透水砖内部空隙结构的形成。由表2和图3的骨料孔隙测试结果来看，粉煤灰轻质骨料孔隙率是天然碎石的4倍，主要以0.01-1m的孔隙存在，本发明的蓄水能力优势主要归功于其骨料自身存在的大量孔隙，这些微观孔隙像无数个小“水库”一样，具有极高的地表温湿度调节能力，在人行横道、园林景观建设等方面具有广阔的应用前景。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。