本发明涉及新型生态透水混凝土及其制备配方法，属于建筑材料和固体废物利用领域。
背景技术：
普通混凝土道路铺装简单，成本低廉，给人们出行带来极大的方便，但与自然土壤相比，普通混凝土路面缺乏呼吸和雨水渗透的能力，给城市的生态环境也带来诸如地下水位下降、地表沉降、热岛效应、城市内涝等一系列环境问题。针对上述问题透水混凝土应运而生。
透水混凝土也被称为多孔混凝土，实质上是一种由骨料、胶凝材料、水及添加剂等拌和而成的建材，其强度主要是依靠包裹在骨料表面的硬化的胶凝材料将骨料粘结而形成。透水混凝土具有良好的透水、降噪音的性能，主要被用于铺筑堤坝、护岸、人行道、大型广场及绿色建筑的路肩和隔板等。
透水混凝土在提升城市功能，保持城市生态环境，建设“海绵城市”，建设绿色建筑等方面具有重要作用。
在缓解内涝问题方面。因为透水混凝土路面具有良好的透水性和一定的蓄水功能，可以使水分渗透到地下，减轻多雨季节排水系统的负担，减少路面积水，减轻排洪压力。
在生态功能方面。透水混凝土路面能够充分利用雨水，增大地表相对湿度，补充城市日益枯竭的地下水资源，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件，调整生态平衡，对消除城市土壤沙漠化现象有一定作用。
在缓解城市热岛效应方面。透水混凝土可以增加城市透水和透气面积，加强地表空气的热量和水分交换，调节城市气候，降低地表温度，能够缓解城市“热岛效应”问题。
在吸噪方面。由于透水混凝土的多孔性，其对城市噪音有一定的吸收能力，创造安静舒适的生活和交通环境。
在河道、堤坝、路基等护坡中的功能。透水混凝土可大量应用于河道、堤坝、路基等护坡中，能够减缓雨水的冲刷速度。由于透水混凝土的目孔中聚集部分土壤和微生物，能够给植物生长创造环境，实现混凝土路面的生态化。
目前，用于透水道路和地面的透水混凝土主要有三种类型：
水泥透水混凝土以硅酸盐水泥为胶凝材料，这种混凝土成本低，制作简单，适用于大面积道路铺装，耐久性好，但由于孔隙较多，其强度、耐磨性和抗冻性较差。
高分子透水混凝土以沥青或高分子树脂为胶凝材料，与水泥透水混凝土相比，具有高强的优势。但是有机胶凝材料耐候性差在大气环境作用下容易老化，具有较高的温度敏感性，容易软化流淌，使透水性能受到影响。
烧结透水制品以粒状瓷砖、长石、高岭土、粘土等矿物和浆体拌和，压成胚体，经高温烧结而成。该类透水材料强度高、耐磨性好、耐久性优良、但烧结过程中需要消耗能量，成本高，不适宜大范围铺装。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种新型生态透水混凝土，该透水混凝土以工业副产石膏、钢渣、建筑废料、尾矿制砂石等工业副产品为主要原料，可以克服传统透水混凝土生产能耗高的缺点并具有较高的强度，取材容易，成本较低，制备过程简单，不需要高温煅烧，有利于环保。
本发明提供的生态透水混凝土包括以质量百分比计的如下组分：
改性石膏胶凝材料 10–25％
骨料 70–88％
水 2–8％；
其中，所述改性石膏胶凝材料包括主料和建筑外加剂，所述主料包括以质量百分比计的如下组分：
所述建筑外加剂，以相对于主料质量的千分比计算，包括：
进一步，所述石膏是指脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的单一组分或混合物经煅烧加工而形成的以硫酸钙为主要成分的石膏；所述混合物是指三种组分中任意两种组分混合或三种组分混合；优选地，在任意两种组分混合物中，任一组分质量占比为0–50％；优选地，在三种组分混合物中，任一组分质量占比0–35％。
所述矿粉是矿石粉加工后的产物，磨细矿粉的化学成分更稳定，与普通硅酸盐水泥非常相近，具有很好的水化活性，在碱性激发下可以很快水化从而提高材料的早期强度，同时利用了冶金厂产生的废弃物。
所述钢渣粉是炼钢的废渣，具有较高的硬度。磨细钢渣粉在碱性条件下可以水化，本发明利用水泥熟料水化后的Ca(OH)2或其他碱性激发剂，提高材料的耐磨性。优选地，所述磨细钢渣粉为满足国家相关标准的一级钢渣粉。
所述生态混凝土组分中的水泥可大幅度提高胶凝材料抗压性能，同时提高材料的耐水性能；优选地，所述水泥为P.O425或525普通硅酸盐水泥。
所述缓凝剂和减水剂为建筑外加剂，建筑外加剂可以显著改善新型生态混凝土的力学性和稳定性，是不可或缺的组成部分。
所述纤维素醚可提高材料的保水性能，减少砂浆的收缩变形。
所述PP纤维也称聚丙烯纤维，能够阻挡材料硬化初期形成的微裂缝的发展，从而提高材料的抗裂能力、防渗性能。
在本发明的一种较佳实施方式中，所述主料中的石膏为脱硫石膏，主料包括以质量分数计的如下组分：
所述建筑外加剂，以相对于主料质量的千分比计算，包括：
在本发明又一种较佳的实施方式中，所述主料中的石膏为脱硫石膏和磷石膏的混合物，主料包括以质量分数计的如下组分：
所述建筑外加剂，以相对于主料质量的千分比计算，包括：
其中，脱硫石膏进一步优选为15–25％，磷石膏进一步优选为15–25％。
在本发明另一种较佳的实施方式中，所述主料中的石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏三种组分的混合物，主料包括以质量分数计的如下组分：
所述建筑外加剂，以相对于主料质量的千分比计算，包括：
其中，脱硫石膏进一步优选为8–13％，磷石膏进一步优选为8–12.5％，氟石膏进一步优选为8–12.5％。
本发明所述骨料可以是钢渣、建筑废料、尾矿制砂石中任意一种。所述钢渣为炼钢排出的废渣，磨碎后按照不同粒径筛分后形成的颗粒；所述建筑废料为建筑垃圾中的废弃混凝土和废弃砖石经锤击或磨碎，然后按照不同粒径筛分，形成的粗、细骨料；所述尾矿砂石是指矿山开采产生的废弃物，物理化学性能稳定，尾矿石经过破碎和分选处理，形成的粒径不同的颗粒。
优选地，上述骨料经过磨细、筛分，被分成不同粒径组，可按照不同工程需求进行级配。优选地，粒径为1–3mm的细骨料按质量比掺量为0–25％，粒径为3–10mm粗骨料按质量比掺量为75–100％。根据上述原料的配比称量，将其分别加入到搅拌机中，经充分搅拌均匀即可实现浇筑、平整、养护过程，得到本发明提供的生态混凝土。
本发明还提供了一种上述新型生态透水混凝土的制备方法，其包括步骤：
1)制备改性石膏胶凝材料；
2)制备烘干骨料；
3)将主料的各原料、建筑外加剂以及骨料按配比混合搅拌均匀。
上述制备的混凝土干粉在使用前与一定配比的水混合后即可使用。
进一步，步骤1)中所述制备石膏胶凝材料的方法为：先将工业副产品脱硫石膏和/或磷石膏和/或氟石膏进行预处理后，直接烘干或混合后烘干，然后煅烧，研磨，最后冷却陈化。该制备方法可采用两步法石膏煅烧系统来完成。
所述两步法是指将烘干过程和煅烧过程分开进行，烘干和煅烧在所述两步法石膏煅烧系统中分室进行，该系统是在石膏沸腾炉的技术基础上，采用气流干燥和流态化煅烧技术实现的。同时通过导热介质利用煅烧余热来烘干，可以进一步降低能耗。
其中，脱硫石膏和磷石膏的主要成分为二水石膏，经烘干和煅烧后制得的石膏主要成分为β-半水石膏(熟石膏)，其吸水后再次形成二水石膏(生石膏)从而达到一定的强度，半水石膏具有凝结硬化快的特性。
优选地，所述石膏胶凝材料烘干的温度为50～100℃，更优为70～80℃，最优为75℃；所述烘干的时间为1～2小时。
优选地，所述煅烧的温度为130～180℃，最优为150℃；所述煅烧的时间为1～3小时，最优为2小时。
优选地，步骤1)中采用电厂发电的尾蒸汽进行所述烘干和所述煅烧，充分利用资源，在保证石膏性能的同时做到了“零排放”。进一步优选地，可利用所述煅烧的余热进行所述烘干，从而进一步降低能耗。
优选地，步骤3)中将主料的各原料、建筑外加剂和级配砂用专业干粉砂浆生产线混合搅拌均匀。
本发明具有如下特点和优势：
本发明提出的透水混凝土，各项性能优良，抗压强度不低于32.0MPa，劈裂抗拉强度不小于6.0MPa，透水系数不小于3.0×10-2cm/s，抗冻性能够达到D35指标，耐磨性磨坑长度不大于30mm。
本发明以工业固废代替传统水泥、天然石子作为制备透水混凝土的主要原材料，大大提高了工业副产品的附加值，减少传统水泥的生产以及天然石子开采造成的环境污染和破坏，取材容易，降低透水混凝土的生产成本，适合大范围使用。
具体实施方式
实施例中的石膏为上海石洞口电厂石膏；水泥采用425普通硅酸盐水泥；缓凝剂采用德国TRICOSAL Retardan P；石膏用聚羧酸高效减水剂采用三瑞G15减水剂；纤维素醚采用赫克力士公司生产的MHPC 400纤维素醚；矿渣粉采用宝钢生产的S95粒化高炉矿渣粉，钢渣粉采用宝钢生产的一级钢渣粉。
实施例中试件的制作方式和测试方式按照国家标准GBT 25993-2010透水路面砖和透水路面板中相关规定进行。
实施例一：
透水混凝土三组分：改性石膏胶凝材料20％，骨料75％，水5％。
改性石膏胶凝材料主料的组分为：石膏40％、矿渣粉30％、钢渣粉20％、水泥10％，其中石膏为单一组分脱硫石膏；
建筑外加剂及其对主料质量的千分比为：缓凝剂2‰、减水剂2‰、纤维素0.5‰；
骨料为钢渣，粗骨料粒径3-5mm，掺量100％；
性能如下：
实施例二：
透水混凝土三组分：改性石膏胶凝材料10％，骨料88％，水2％。
改性石膏胶凝材料主料的组分为：石膏40％、矿渣粉30％、钢渣粉20％、水泥10％，其中石膏为脱硫石膏和磷石膏按质量比1:1混合；
建筑外加剂及其对主料质量的千分比为：缓凝剂2‰、减水剂3‰、纤维素0.5‰、PP纤维1‰；
骨料为钢渣，细骨料粒径1—3mm，掺量25％，粗骨料粒径3—5mm，掺量75％；
性能如下：
实施例三：
透水混凝土三组分：改性石膏胶凝材料20％，骨料75％，水5％。
改性石膏胶凝材料主料的组分为：石膏30％、矿渣粉35％、钢渣粉25％、水泥10％，其中石膏为脱硫石膏、磷石膏和氟石膏按质量比1:1:1混合；
建筑外加剂及其对主料质量的千分比为：缓凝剂2‰、减水剂2‰、纤维素1‰、PP纤维2‰；
骨料为钢渣，细骨料粒径1-3mm，掺量10％，粗骨料粒径3-5mm，掺量90％；
性能如下：
实施例四：
透水混凝土三组分：改性石膏胶凝材料20％，骨料75％，水5％。
改性石膏胶凝材料主料的组分为：石膏40％、矿渣粉30％、钢渣粉20％、水泥10％，其中石膏为脱硫石膏和磷石膏按质量比1:1混合；
建筑外加剂及其对主料质量的千分比为：缓凝剂2‰、减水剂2‰、纤维素2‰、PP纤维5‰；
骨料为建筑废料，细骨料粒径1-3mm，掺量15％，粗骨料粒径3-5mm，掺量85％；
性能如下：
从上述实施例可以得出，本发明提供的新型生态混凝土具有以下优点：
1)大量利用了脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、钢渣、建筑废料等工业副产品，加快了工业副产品和固体废弃物的消耗，实现固废资源的循环综合利用；
2)利用电厂发电产生的尾蒸汽煅烧和烘干，做到了节能减排、绿色环保；
3)抗折强度、透水系数、抗冻性等均高于国家标准，具有很好的力学性能；
4)原材料廉价，易于获得，质量稳定，产品性价比优异，有助于大面积推广使用；
因此本发明的新型生态混凝土是作为透水砖及透水路面的优良选择。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。