一种复合胶凝材料煤矸石透水混凝土及其制备方法与流程

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。

技术实现要素：

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0.63mm/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0.61mm/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0.51mm/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0.59mm/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。

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