地聚合物透水混凝土材料、制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及道路工程建设，具体设及地聚合物透水混凝±材料、制备方法及应用。
【背景技术】
[0002] 现有城市道路所采用的混凝±多是不透水的，在雨季时节，经常会出现城市"看 海"的情形，给城市居民出行造成一定的危害。透水混凝±是针对原城市道路的路面的缺 陷，开发使用的一种能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等 等一些环境问题的新型道路混凝±。然而，制备透水混凝±所需要的水泥工业是高物耗、高 能耗、高污染的产业，水泥生产过程对环境污染十分突出，每年向大气排放的烟尘粉尘和烟 尘量近1000万吨，严重污染生态环境。水泥工业对资源的消耗也是巨大的，生产水泥所需的 石灰石、粘±都是不可再生的资源，而且大量的黏±来自农田，每吨水泥需要消耗一吨石灰 石，200千克粘±，浪费了资源又污染了环境。因此，有必要寻求一种在透水混凝±中替代部 分水泥的新型物质，用来制作新型环保的透水混凝±。
[0003] 地聚合物是一种由A104和Si化四面体结构单元组成Ξ维立体网状结构的无机聚合 物，无定形到半晶态，属于非金属材料。地聚合物原料价格低廉储量丰富，其主要构成元素 娃、侣、氧在地壳中储量分别为27 %、8 %、47 %，可利用矿渣废物、建筑生产垃圾等为原料生 产，且生产能耗低。研究发现生产1吨的地聚合物仅生产大约0.1吨的C02,相较于水泥，其环 保效应尤为明显。因此，W上优势决定了地聚合物可W被大量生产并运用于工程实际。与此 同时，地聚合物具还有普通水泥所不具有的优良性质，如具有优良的机械性能、耐火、耐高 溫及耐化学腐蚀的性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种W赤泥、煤杆石为原料的地聚合物透水混凝±材料、制 备方法及应用。
[0005] 为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 地聚合物透水混凝±材料，其组分和质量百分比如下：煤杆石60 %~75%，矿渣 5%~10 %，赤泥10 %~25%，碱激发剂5%~15%，采用煤杆石和矿渣作为透水混凝±材料 的主要材料，有效利用了生产的废料，提高了工业废气物的利用价值，且矿渣属于富巧物 质，能有效提高材料的活性。
[0007] 进一步地，所述碱激发剂为氨氧化钢，采用的碱激发剂，模数高，激发后材料强度 局。
[000引进一步地，所述矿渣为S95级粒化高炉矿渣粉。
[0009] 进一步地，所述煤杆石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，粉磨后的比表面积 为 280 ~300m2/kg。
[0010] 地聚合物透水混凝±材料的制备方法，具体步骤如下：
[0011] 1)将煤杆石、矿渣、赤泥的混合物进行研磨并过筛；
[0012] 2)在步骤1)中过筛后的混合物中加入碱激发剂，混合均匀；
[0013] 3)将步骤2)中混合后的混合物放置在设定溫度下般烧设定的时间，冷却后进行过 筛，获取到混凝±材料微粒。
[0014] 进一步地，所述步骤1)中煤杆石与赤泥的质量比大于等于3:1。
[0015] 进一步地，所述步骤2)中过筛后的混合物与碱激发剂的质量比在1:9~1:5之间。
[0016] 进一步地，所述步骤3)中般烧溫度为600~900°C，般烧时间为1-2小时。
[0017] 所述的混凝±材料在人行道工程和停车场工程中的应用，地聚合物透水混凝±材 料与±体的质量比在1:8~1:9之间，湿法处理软±地基时，水与地聚合物透水材料的比例 在0.40~0.60之间。
[0018] 进一步地，在地聚合物透水混凝±材料与±体的混合物之间加入缓凝剂，缓凝剂 为模数为2.5~2.8的水玻璃和模数为2.5~3.5的娃酸钢溶液的组合。
[0019] 本发明的工作原理是:工业生产中产生的煤杆石、赤泥等垃圾内部通常含有大量 的侣、娃、铁、钢、巧等金属与非金属元素的氧化物，尤其是煤杆石与赤泥中含量最多的侣、 娃元素正是地聚合物的A1化和Si化四面体结构单元的基本元素。由于原始的煤杆石和赤泥 中其侣娃酸盐活性差，在碱性溶液中溶解度低，导致其侣、娃含量不足，研究发现，经过高溫 般烧后的煤杆石和赤泥其娃、侣的溶出率显著增加，活性明显升高。如图1所示为煤杆石和 赤泥混合物般烧后的X射线衍射分析(XRD)谱线图。从图中可W看出，高溫般烧后的煤杆石 和拜耳法赤泥的XRD谱线主要在20°~40°之间，呈弥散的慢头状，运表明运两种地聚合物结 构主要为无定形态，活性很高。
[0020] 地聚合物是在碱水玻璃的激发下由娃氧四面体和侣氧四面体聚合形成的空间Ξ 维网络状结构，其反应过程中不存在水化反应，其最终产物W离子键和共价键为主，分子作 用力为辅，而水泥则是W分子间作用力及氨键为主。正是由于地聚合物特殊的网络结构及 其分子间化学键，使得地聚合物材料在许多方面具有优良的特性:高强度，主要的力学性能 指标优于水泥;具有较强的耐腐蚀性和耐久性;较好的快硬固化性。地聚合物作为新型的胶 凝材料，能够将沙粒及±颗粒进行包裹和胶结，硬化后形成一个共同工作的整体，具有与水 泥相似但却优于水泥的功能特性。因此，研制W煤杆石和赤泥为基本原料的地聚合物透水 混凝±及其制备方法，对现有建筑工程尤其是道路工程建设，具有重要作用。
[0021] 本发明的有益效果是：
[0022] 1)通过般烧的方式制备透水混凝±材料，能够显著提高地聚合物中的娃和侣的溶 出率，从而提高透水混凝±材料的活性。
[0023] 2)透水混凝±中的各比例成分避免了混合物中娃侣含量不足情况的发生。
[0024] 3)重新设计了地聚合物的配方，利用了工业中常见的大宗废物赤泥和煤杆石，环 保、力学性能好，制作好的地聚合物可W直接使用，方便运用到实际工程中。
[0025] 4)采用的碱激发剂，模数高，激发后材料强度高。
[0026] 5)采用的拜尔法赤泥，般烧制得的凝胶材料可做材料的活性混合成分，利用赤泥 的同时也保护了环境。
[0027] 6)本发明的地聚物透水混凝±早期强度较高，非常适用于工期紧凑天气条件不好 的地段。
【附图说明】
[0028] 图1是煤杆石和赤泥混合物般烧后的X射线衍射分析(XRD)谱线图；
【具体实施方式】
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整的描述。
[0030] 煤杆石中侣娃氧化物的含量要多于拜耳法赤泥的含量，但拜耳法赤泥中含有较多 的生产地聚合物所需的碱金属氧化物。因此，煤杆石和拜尔法赤泥均匀混合物中为了防止 混合物中娃侣含量不足情况的发生，煤杆石和赤泥的比例不小于3:1。然后将煤杆石和赤泥 的混合物充分研磨并过筛，获取尺寸数小于0.15mm的微粒。经过过筛后获取的混合物按照 质量比为1:9~1:5的比例添加氨氧化钢，混合均匀。针对拜耳法赤泥及煤杆石本身侣娃酸 盐活性差，在碱性溶液中溶解度较低，及其娃含量不足的情况，对其混合物采用高溫般烧活 化的方式，能够显著提高其中娃、侣的溶出率，从而提高其活性。因此将研磨过筛并混合均 匀的煤杆石、赤泥、钢碱金属氧化物的混合物置于高溫600~900°C下般烧一至两个