本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种水泥基透水路面材料专用复合掺合料及其应用。
背景技术：
透水路面材料按生产工艺可分为烧结型和免烧型两大类。烧结型透水路面材料虽然强度高、耐磨性好，但是生产工艺复杂，需要高温煅烧，资源能源消耗大，售价高。免烧型透水路面材料又分为树脂结合型和水泥结合型两种基本类型，树脂基透水路面材料一般以环氧树脂等有机聚合物为胶结剂，此类透水路面材料具有强度大、韧性好、耐磨性能好等特点，但是，由于以有机聚合物作为粘结剂，其生产造价高，耐老化性能差；水泥基透水路面材料由于原材料成本低、生产工艺简单、耐久性能好，同时可以大量使用工业固体废弃物等优势，使得水泥基透水路面材料成为研究的热点，同时具有广阔的市场前景。
但纯水泥在水化过程中收缩率大，在集料约束作用下，硬化水泥浆体与集料界面之间产生较大应力差，易产生微裂纹，降低了浆体与集料之间的粘结力，造成水泥基透水路面材料后期抗压强度倒缩，且耐磨性差，在一定程度上限制了水泥基透水路面材料的推广应用。
现有技术中，废弃钢渣的资源化利用率较低，大量钢渣长期堆积，不仅占用大量土地资源，而且还造成了环境的污染以及资源的浪费。现有技术中有将钢渣粉作为掺合料加入到水泥基透水路面材料中的报道，钢渣粉中含有的f-CaO和f-MgO的膨胀作用会补偿纯水泥水化产生的自收缩，同时钢渣中铁含量高会改善路面材料的耐磨性和抗冲击性能，但是单掺会导致路面材料的早期强度低，甚至开裂；矿渣粉活性较高，但单掺易产生泌水现象，同时自收缩较大；粉煤灰虽具有良好的微集料效应、粒形效应、火山灰效应，但其作为掺合料加入到水泥基透水路面材料中，存在水泥基透水路面材料抗冲击性和耐磨性差的问题，同时早期强度较低。上述问题直接导致了水泥基透水路面材料的耐久性能差的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供可以提高水泥基透水路面材料的耐久性的水泥基透水路面材料的复合掺合料。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种水泥基透水路面材料用复合掺合料，包括如下重量份数的组分：
优选的，所述钢渣为热闷渣，勃氏比表面积为350～450m2/Kg；
所述矿渣为水淬渣，勃氏比表面积为400～500m2/Kg；
所述粉煤灰45μm筛余≤25％。
优选的，所述外加剂包括减水剂、增稠剂和缓凝剂。
优选的，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，在本发明中，所述聚羧酸系减水剂可以具体选择为西卡聚羧酸减水剂ES-500。
优选的，所述增稠剂为聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、乙基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或几种。
优选的，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、柠檬酸和蔗糖中的一种或几种。
优选的，所述纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维中的一种或几种。
本发明还提供了所述水泥基透水路面材料用复合掺合料在水泥基透水路面材料中的应用。
优选的，所述的应用，包括以下步骤：
将纤维、水泥、集料、钢渣粉、矿渣粉与粉煤灰混合，得到混合物料Ⅰ；
将外加剂与水混合，得到外加剂溶液；
将所述混合物料Ⅰ、所述外加剂溶液和水混合，得到水泥基透水路面材料拌合物。
优选的，所述钢渣粉、矿渣粉和粉煤灰的总重量与水泥的重量比为(3～6)：(4～7)。
本发明提供了一种水泥基透水路面材料用复合掺合料，包括如下重量份数的组分：钢渣粉20～60份，矿渣粉40～80份，粉煤灰0～20份，外加剂1～3份，纤维0.1～1.5份。本发明中提供的所述复合掺合料中钢渣、矿渣、粉煤灰均可降低硬化水泥浆体的收缩率，特别是钢渣粉的补偿收缩效应，保证透水路面材料后期强度持续增长而不倒缩，提高了透水路面材料的耐磨和抗冲击性能，进而提高了材料的耐久性能。同时，显著提高了钢渣、矿渣与粉煤灰等固体废弃物的资源化利用率，降低了生产成本。
本发明还提供了所述复合掺合料在水泥基透水路面材料中的应用。实施例的实验结果表明，将本发明所述的复合掺合料应用到水泥基透水路面材料中可使其有效孔隙率≥9.9％，透水系数在4.7×10-2cm/s以上，7d劈裂抗拉强度≥3.2MPa，28d劈裂抗拉强度单块最小值≥3.2MPa，平均值≥3.4MPa，劈裂抗拉等级均在fts3.0以上，透水等级均为A级，很好的改善了水泥基透水路面材料的工作性且在保证了透水路面材料的劈裂抗拉强度等级，透水等级的基础上其耐久性能也得到了显著的提高。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到透水路面拌合物的工作状态。
具体实施方式
本发明提供了一种水泥基透水路面材料用复合掺合料，包括如下重量份数的组分：
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员所熟知的市售产品。
按重量份数计，本发明所述水泥基透水路面材料用复合掺合料包含20～60份钢渣粉；优选为30～50份，更优选为35～45份。在本发明中，所述钢渣粉的勃氏比表面积优选为350～450m2/Kg，更优选为370～430m2/Kg，最优选为380～400m2/Kg。在本发明中，所述钢渣粉优选为经热闷除铁后破碎球磨的热闷渣。
以钢渣粉的质量为基准，本发明所述的水泥基透水路面材料用复合掺合料包含40～80份的矿渣粉，优选为50～70份，更优选为55～65份。在本发明中，所述矿渣粉的勃氏比表面积优选为400～500m2/Kg，更优选为430～480m2/Kg，最优选为440～460m2/Kg。在本发明中，所述矿渣粉优选为经水淬矿后立磨得到的水淬渣。所述水淬渣优选为符合国家标准GB/Tl8046-2008中S95级性能指标要求。
以钢渣粉的质量为基准，本发明所述的水泥基透水路面材料用复合掺合料包含0～20份粉煤灰，优选为5～15份，更优选为8～12份。在本发明中，所述粉煤灰45μm筛余优选为≤25％，更优选为≤20％，最优选为≤15％。在本发明中，所述粉煤灰优选为符合国家标准GB/Tl596-2017中Ⅱ级灰性能指标要求。
以钢渣粉的质量为基准，本发明所述的水泥基透水路面材料用复合掺合料包含1～3份外加剂，优选为1.25～2.75份，更优选为1.5～2.5份。
在本发明中，所述外加剂优选包括减水剂、增稠剂和缓凝剂。在本发明中，所述减水剂、增稠剂与缓凝剂的质量比优选为(10～15)：(1～4):1，更优选为(11～14)：(1.5～3.5)：1，最优选为(12～13)：(2～3)：1。
在本发明中，所述减水剂优选为聚羧酸系减水剂。
在本发明中，所述增稠剂优选为甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和甲基纤维素醚中的一种或几种。在本发明中，当所述增稠剂为上述具体选择中的两种以上时，对各物质的比例没有特殊的限定，可按任意比例混合；在本发明中，所述增稠剂优选为上述具体选择中的1种。
在本发明中，所述缓凝剂优选为葡萄糖酸钠、柠檬酸、蔗糖和六偏磷酸钠中的一种或几种。在本发明中，当所述缓凝剂为上述具体选择中的两种以上时，对各物质的比例没有特殊的限定，可按任意比例混合；在本发明中，所述缓凝剂优选为上述具体选择中的1种。
以钢渣粉的质量为基准，本发明所述的水泥基透水路面材料用复合掺合料包含0.1～1.5份纤维，优选为0.2～0.4份，更优选为0.25～0.35份。在本发明中，所述纤维优选为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维中的一种或几种。在本发明中，所述纤维的长度优选为8～14mm，更优选为9～13mm，最优选为10～12mm。在本发明中，所述纤维的密度优选为0.8～1.2g/cm3，更优选为0.9～1.1g/cm3，最优选为0.95～1.05g/cm3。在本发明中，当所述减水剂为上述具体选择中的两种以上时，对各物质的比例没有特殊的限定，可按任意比例混合；在本发明中，所述减水剂优选为上述具体选择中的1种。
本发明还提供了所述水泥基透水路面材料用复合掺合料在水泥基透水路面材料中的应用。
在本发明中，所述水泥基透水路面材料用复合掺合料在水泥基透水路面材料中的应用，优选包括以下步骤：
将纤维、水泥、集料、钢渣粉、矿渣粉与粉煤灰混合，得到混合物料Ⅰ；
将外加剂与水混合，得到外加剂溶液；
将所述混合物料Ⅰ与所述外加剂溶液混合，得到水泥基透水路面材料拌合物。
本发明将纤维、水泥、集料、钢渣粉、矿渣粉与粉煤灰混合，得到混合物料Ⅰ。在本发明中，所述混合的温度优选为25～50℃；在本发明的实施例中，所述混合具体是在室温条件下进行，既不需要额外加热或冷却。在本发明中，所述混合的时间优选为20～60s，更优选为30～50s，最优选为35～45s。在本发明中，所述混合过程优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的速率没有特殊的限定，能够使混合物中的各组分充分混合即可。
在本发明中，以复合掺合料的质量为基准，优选为添加500～1000份的集料，更优选为600～800份，最优选为700～780份。在本发明中，所述集料的粒径优选为1～6mm，更优选为2～5mm，最优选为2.5～4.5mm。在本发明中，所述集料可以具体选择为石灰石集料。
在本发明中，优选为添加80～150份的水泥，更优选为90～120份，最优选为100～110份。在本发明中，所述水泥优选为硅酸盐水泥，可以具体的选择为PO42.5水泥。
在本发明中，所述混合过程优选先将钢渣粉、矿渣粉与粉煤灰混合，再将得到的混合物与纤维、水泥混合。在本发明中，所述混合的温度优选为25～50℃；在本发明的实施例中，所述混合具体是在室温条件下进行，既不需要额外加热或冷却。在本发明中，所述钢渣粉、矿渣粉与粉煤灰混合的时间优选为20～60s，更优选为30～50s，最优选为35～45s。在本发明中，所述混合过程优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的速率没有特殊的限定，能够使混合物中的各组分充分混合即可。
在本发明中，所述钢渣粉、矿渣粉与粉煤灰的混合混合物与纤维、水泥混合的温度优选为25～50℃；在本发明的实施例中，所述混合具体是在室温条件下进行，既不需要额外加热或冷却。在本发明中，所述钢渣粉、矿渣粉与粉煤灰混合的时间优选为20～60s，更优选为30～50s，最优选为35～45s。在本发明中，所述混合过程优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的速率没有特殊的限定，能够使混合物中的各组分充分混合即可。
本发明优选将外加剂与水混合，得到外加剂溶液；在本发明中，所述外加剂溶液的固含量优选为20％～50％，更优选为25％～45％，最优选为30％～40％。在本发明中混合的时间优选为20～60s，更优选为30～50s，最优选为35～45s。在本发明中，所述混合过程优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的速率没有特殊的限定，能够使混合物中的各组分充分混合即可。
得到混合物料Ⅰ、外加剂溶液后，本发明将得到的混合物料Ⅰ、外加剂溶液和水混合，得到水泥基透水路面材料拌合物。
在本发明中，所述水的添加量优选为20～70份，更优选为30～60份，最优选为40～50份。在本发明中，所述混合温度优选为25～50℃；在本发明的实施例中，所述混合具体是在室温条件下进行，既不需要额外加热或冷却。本发明对混合时间没有特殊的限定，能够使混合物中的各组分充分混合即可；在本发明中，所述混合过程优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的速率没有特殊的限定，能够使混合物中的各组分充分混合即可。
下面结合实施例对本发明提供的水泥基透水路面材料用复合掺合料进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按重量份数计，水泥基透水路面材料用复合掺合料的组分包括：30份钢渣粉(所述钢渣粉的勃氏比表面积为405m2/Kg)，70份矿渣粉(所述矿渣粉的勃氏比表面积为420m2/Kg)，1.3份聚羧酸减水剂，0.1份聚乙烯醇增稠剂，0.1份葡萄糖酸钠缓凝剂，0.2份聚丙烯纤维(所述聚丙烯纤维的密度为0.91g/cm3，长度为12mm)。
按照水泥：复合掺合料：水：集料的质量比＝50:50:24:375的比例制备水泥基透水路面拌合物，包括以下步骤：
将30份的钢渣粉(所述钢渣粉的勃氏比表面积为405m2/Kg)，70份矿渣粉(所述矿渣粉的勃氏比表面积为420m2/Kg)混合搅拌20s；
将上述钢渣粉和矿渣粉的混合物、0.2份聚丙烯纤维(所述聚丙烯纤维的密度为0.91g/cm3，长度为12mm)、101.7份PO42.5R水泥、762.75份石灰石颗粒混合，并在干燥条件下搅拌均匀，得到混合物料Ⅰ；
将1.3份聚羧酸减水剂，0.1份聚乙烯醇增稠剂，0.1份葡萄糖酸钠缓凝剂与6.0份水混合搅拌30s得到固含量为25％的外加剂；
将48.82份水和固含量为25％的外加剂加入到混合物料Ⅰ中搅拌混合，得到水泥基透水路面材料拌合物。
由本实施例制备得到的透水路面材料的工作状态如图1所示，由图1可知，利用本发明制备的透水路面材料拌合物匀质性、粘聚性及保水性均较好，易于成型。
实施例2
按重量份数计，水泥基透水路面材料用复合掺合料的组分包括：50份钢渣粉(所述钢渣粉的勃氏比表面积为405m2/Kg)，50份矿渣粉(所述矿渣粉的勃氏比表面积为420m2/Kg)，1.2份聚羧酸减水剂，0.1份羧甲基纤维素增稠剂，0.1份葡萄糖酸钠缓凝剂，0.2份聚丙烯纤维(所述聚丙烯纤维的密度为0.91g/cm3，长度为12mm)。
按照水泥：复合掺合料：水：集料的质量比＝50:50:24:375的比例制备水泥基透水路面拌合物，包括以下步骤：
将50份的钢渣粉(所述钢渣粉的勃氏比表面积为405m2/Kg)，50份矿渣粉(所述矿渣粉的勃氏比表面积为420m2/Kg)混合搅拌30s；
将上述钢渣粉和矿渣粉的混合物、0.2份聚丙烯纤维(所述聚丙烯纤维的密度为0.91g/cm3，长度为12mm)、101.6份PO42.5R水泥、762份石灰石颗粒混合，并在干燥条件下搅拌均匀，得到混合物料Ⅰ；
将1.2份聚羧酸减水剂，0.1份羧甲基纤维素增稠剂，0.1份葡萄糖酸钠缓凝剂与5.6份水混合搅拌30s得到固含量为25％的外加剂；
将48.77份水和固含量为25％的外加剂加入到混合物料Ⅰ中搅拌混合，得到水泥基透水路面材料拌合物。
实施例3
按重量份数计，水泥基透水路面材料用复合掺合料的组分包括：25份钢渣粉(所述钢渣粉的勃氏比表面积为405m2/Kg)，50份矿渣粉(所述矿渣粉的勃氏比表面积为420m2/Kg)，25份粉煤灰(所述粉煤灰45μm筛余20％)，1.2份聚羧酸减水剂，0.2份聚乙烯醇增稠剂，0.1份葡萄糖酸钠缓凝剂，0.2份聚丙烯纤维(所述聚丙烯纤维的密度为0.91g/cm3，长度为12mm)。
按照水泥：复合掺合料：水：集料的质量比＝50:50:24:375的比例制备水泥基透水路面拌合物，包括以下步骤：
将25份的钢渣粉(所述钢渣粉的勃氏比表面积为405m2/Kg)，50份矿渣粉(所述矿渣粉的勃氏比表面积为420m2/Kg),25份粉煤灰(所述粉煤灰45μm筛余20％)混合搅拌30s；
将上述钢渣粉、矿渣粉和粉煤灰的混合物、0.2份聚丙烯纤维(所述聚丙烯纤维的密度为0.91g/cm3，长度为12mm)、101.7份PO42.5R水泥、762.75份石灰石颗粒混合，并在干燥条件下搅拌均匀，得到混合物料Ⅰ；
将1.2份聚羧酸减水剂，0.2份聚乙烯醇增稠剂，0.1份葡萄糖酸钠缓凝剂与6.0份水混合搅拌30s得到固含量为25％的外加剂；
将48.82份水和固含量为25％的外加剂加入到混合物料Ⅰ中搅拌混合，得到水泥基透水路面材料拌合物。
对比例1
将750份粒径在2.36～4.75mm的石灰石集料与140份PO42.5R水泥、60份粉煤灰混合搅拌20s，加入40份水和2.5份聚羧酸减水剂，然后用8份的水调整透水路面材料的工作状态，得到水泥基透水路面材料拌合物。
实施例4
将实施例1～3与对比例1得到的水泥基透水路面材料拌合物依据GB/T25993-2010《透水路面砖和透水路面板》标准，制备混凝土透水路面砖，并进行性能测试。
利用实施例1～3以及对比例1所述水泥基透水路面材料制得的透水路面砖的性能见表1。
表1实施例1～3以及对比例1所述水泥基透水路面材料制得的透水路面砖的性能
由表1数据可见，将本发明所述的添加剂应用到水泥基透水路面材料中可使其有效孔隙率≥9.9％，透水系数在4.7×10-2cm/s以上，7d劈裂抗拉强度≥3.2MPa，28d劈裂抗拉强度单块最小值≥3.2MPa，平均值≥3.4MPa，劈裂抗拉等级均在fts3.0以上，透水等级均为A级，很好的改善了水泥基透水路面材料的工作性且在保证了透水路面材料的劈裂抗拉强度等级，透水等级的基础上其耐久性能也得到了显著的提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润湿也应视为本发明的保护范围。