本发明涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种环保混凝土及其制备方法。
背景技术：
普通混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。混凝土主要划分为两个阶段与状态：凝结硬化前的塑性状态，即新拌混凝土或混凝土拌合物；硬化之后的坚硬状态，即硬化混凝土或混凝土。
在公开号为cn106242434a的中国发明专利中公开了一种公路用高耐久度混凝土，混凝土其原料包括以下组分：硅酸盐水泥、粗砂、中粗砂、碎石、水、煤灰粉、高炉矿渣、玻化微珠、天然沸石超细粉、钢渣、氧化铝粉末、钼酸钠、铬酸钠、硫代硫酸钠、三乙醇胺、马来酸酐系减水剂、引气剂、混合纤维。其具有良好的力学性能，不易开裂，在保证强度的基础上，具有良好的抗渗性、抗腐蚀性、抗冻性等耐久性能，大大提高了公路的使用寿命。
上述混凝土的抗渗性能较高，降雨后，雨水会被阻隔在混凝土表面形成路面积水，由于积水渗透速率非常慢，大部分路面的积水只能靠蒸发形式与路面分离，而此过程也需要较长的时间。在此过程中，公路上的车辆容易发生打滑，造成严重的安全问题；甚至于有些坑洼的凹坑被积水填满，车辆的轮子在行驶至坑洼地区时容易陷入凹坑内，若公路上还有其它车时，非常容易发生交通事故。同时，由于积水难以渗透混凝土表面进入下层泥土中，导致雨水落下后难以渗透至地下形成地下水资源，地下水资源无法得到良好的循环，长久以往，地下水资源只会越用越少，不符合生态平衡，环保性差。
因此，在保证混凝土机械性能的基础上，如何增强其渗透性能成为急需解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种环保混凝土，其具有渗透性强、持续补给地下水资源、环保、不影响混凝土其它机械性能的优点。
本发明的目的二在于提供一种环保混凝土的制备方法，其具有渗透性强、持续补给地下水资源、环保、不影响混凝土其它机械性能的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种环保混凝土，其原料的成分及重量比如下：
水泥117-182kg/m3；
水175-200kg/m3；
矿粉45-52kg/m3；
粉煤灰96-112kg/m3；
砂子848-892kg/m3；
碎石960-977kg/m3；
减水剂2.73-5.06kg/m3；
金属钢丝球82-87kg/m3。
通过采用上述技术方案，金属钢丝球是一种由钢丝环绕而成的金属球体，由于相邻钢丝之间具有较多的空隙，使得金属钢丝球的孔隙率较大，水容易通过金属钢丝球内的孔道流通，添加金属钢丝球后的混凝土干燥后具有较多的孔道供水分通过，用此混凝土铺设的地面渗透性强，在降雨后，雨水会通过混凝土地面渗透进入下层泥土内，随后在泥土中经过渗透后能够持续补给地下水资源，雨水得到循环利用，提高生态环保。同时由于金属钢丝球呈蓬松状，具有形变能力，位于金属钢丝球的混凝土通过可发生形变的钢丝进行连接，混凝土的极限拉伸变形能力较强，能够增强混凝土之间的抗裂性能以及抗压性能。
进一步优选为，所述金属钢丝球经过氟化处理，所述氟化处理包括如下步骤：
(1)将金属钢丝球放入带有氟化液的反应釜中；
(2)向反应釜中通入惰性气体，控制压力为30mpa-50mpa；控制反应釜温度为180℃-200℃，到达所设定温度后，反应15h-30h；
(3)泄压，等待反应釜冷却，取出金属钢丝球，得到氟化处理后的金属钢丝球。
通过采用上述技术方案，经过上述氟化处理后，金属钢丝球的表面能降低，在金属钢丝球表面会形成机械性能良好的超疏水薄膜，此种超疏水膜表面与水的接触角可以达到150°以上，滚动角达到6±1°，呈现出良好的超疏水性及自清洁性能。同时，在混合物料时，流动状态的水泥表面的水较难粘在金属钢丝球表面，进而促使水泥从金属钢丝球的孔道内脱落，水泥不容易堵塞在金属钢丝球的孔道内，待混凝土干燥后能够得到孔道较多的混凝土地面，提高混凝土地面的渗透性能，持续补给地下水资源。
进一步优选为，所述金属钢丝球的直径为12-14.5cm。
通过采用上述技术方案，市政公路的混凝土厚度一般是15cm，直径为12-14.5cm的金属钢丝球不会凸出地面，避免路面上的废弃物流入金属钢丝球内造成堵塞；而且金属钢丝球能够较大限度的靠近地面上表面，雨水只需要短距离的渗透混凝土表面即可流入金属钢丝球内的孔道，提高混凝土的渗透性。
进一步优选为，所述金属钢丝球的孔隙率为40-70％。
通过采用上述技术方案，金属钢丝球内保持较高的孔隙率，在降雨后，雨水能够更快地渗透进入混凝土下层，对地下水进行补充。
进一步优选为，所述混凝土中还包括有多孔金属氧化物，所述多孔金属氧化物的重量比为18-22kg/m3。
通过采用上述技术方案，多孔金属氧化物内具有多条相互连通的孔道，将多孔金属氧化物加入混凝土中，在降雨时，雨水能够通过多孔金属氧化物的孔道进行渗透，提高混凝土的渗透性能。同时因为位于金属钢丝球顶部以及底部的混凝土内含有多孔金属氧化物，多孔金属氧化物内的孔道与金属钢丝球内的孔道能够形成竖直的水流通道，雨水通过水流通道后更容易流入混凝土下层的泥土层内，进而持续地对地下水进行补充。
进一步优选为，所述多孔金属氧化物为多孔氧化铝。
通过采用上述技术方案，铝相较于其它稀有金属的成本较低，降低成本；而且氧化铝是铝的稳定氧化物，稳定性极高。
进一步优选为，所述混凝土中还包括有mofs，所述mofs的重量比为5-10kg/m3。
通过采用上述技术方案，mofs是金属有机骨架化合物的简称。是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。将mofs加入混凝土中，雨水能够通过mofs内的孔道渗透进入混凝土道路下表面；在混凝土与金属钢丝球搅拌混合时，由于金属钢丝球的孔道内混入少量的混凝土，待混凝土铺设成道路后，雨水渗透进入钢丝球内的孔道后能够通过mofs的孔道进行渗透，此时，多孔金属氧化物的孔道、金属钢丝球的孔道、mofs的孔道三者形成水流通道，保证雨水能够通过水流通道顺利的流入下层泥土中，不会被混凝土堵塞。
进一步优选为，所述mofs为[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)。
通过采用上述技术方案，[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)是一个典型的mofs材料，其中有机配体和金属离子的排列具有明显的方向性，使其内孔道的直径大小相似，不会出现大小孔现象，方便水分子通过，避免雨水在混凝土地面堆积的现象发生。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种环保混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将相应重量比的水泥、矿粉、粉煤灰、砂子、碎石、混合均匀，得到干混料；
步骤二，将水与减水剂以及金属钢丝球混合分散均匀，得到带金属钢丝球的混合液；
步骤三，将带金属钢丝球的混合液加入干混料中，搅拌混合均匀，得到环保混凝土。
通过采用上述技术方案，将金属钢丝球与水以及减水剂先混合，方便对金属钢丝球作后续处理，能够避免金属钢丝球被混凝土的干混料划伤；同时由于金属钢丝球不是与干混料先混合，其内不会含有干混料，避免干混料遇水结成团状后堵塞在金属钢丝球的孔道。由此方法得到的混凝土地面渗透性强。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)金属钢丝球具有较大的孔隙率，而经过氟化的金属钢丝球表面会形成超疏水薄膜，将氟化后的金属钢丝球加入混凝土中，混合时能够避免其它带有水分的物料堵塞金属钢丝球内的孔道。待混凝土干燥后能够具有较多的孔道供水分通过，雨水会通过混凝土地面渗透进入下层泥土内，经过渗透后能够持续补给地下水资源，雨水得到循环利用，提高生态环保；
(2)通过设置多孔氧化铝，多孔氧化铝内具有多条相互连通的孔道，将多孔氧化铝加入混凝土中，在降雨时，雨水能够通过多孔氧化铝的孔道进行渗透，进而持续地对地下水进行补充；同时，多孔氧化铝内的孔道与金属钢丝球内的孔道在混凝土的深度方向形成竖直的水流通道，能够保证雨水的渗透性能；
(3)通过设置mofs，mofs是一种多孔材料。将mofs加入混凝土中，雨水能够通过mofs内孔道渗透至混凝土道路下表面；mofs与多孔氧化铝以及金属钢丝球配合使用，三者内部的孔道形成竖直的水流通道，极大的提高混凝土的渗透性能。方便雨水渗透进入地下，还原地下水资源，循环利用，提高环保性。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种环保混凝土，各组分及其相应的重量比如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
步骤一，将相应重量比的水泥、矿粉、粉煤灰、砂子、碎石混合均匀，得到干混料；
步骤二，将水、减水剂、直径为12cm、孔隙率为40％的金属钢丝球混合分散均匀，得到带金属钢丝球的混合液；
步骤三，将带金属钢丝球的混合液加入干混料中，搅拌混合均匀，得到环保混凝土。
本实施例中的减水剂为聚羧酸减水剂，购自湖南亿宝建材有限公司的yb-c聚羧酸高性能减水剂。
实施例2-6：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量比如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量比。
实施例7：一种环保混凝土，与实施例3的不同之处在于，金属钢丝球经过氟化处理，氟化处理包括如下步骤：
(1)将金属钢丝球放入带有氟化液的反应釜中，本实施例的氟化液购自明尼苏达矿务及制造业公司的3mtmnovectm7100dl氟化液；
(2)向反应釜中通入惰性气体，本实施例优选氮气，其它实施例可选用氦气或氙气或氩气，控制压力为40mpa；控制反应釜温度为190℃，到达所设定温度后，反应25h；
(3)泄压，等待反应釜冷却，取出金属钢丝球，得到氟化处理后的金属钢丝球。
实施例8：一种环保混凝土，与实施例7的不同之处在于，控制反应釜温度为180℃，压力为30mpa，饱和时间为30h。
实施例9：一种环保混凝土，与实施例7的不同之处在于，控制反应釜温度为200℃，压力为50mpa，饱和时间为15h。
实施例10：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于,金属钢丝球的直径为13cm。
实施例11：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于,金属钢丝球的直径为14.5cm。
实施例12：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于,金属钢丝球的孔隙率为50％。
实施例13：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于,金属钢丝球的孔隙率为70％。
实施例14：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于,混凝土中还包括有多孔氧化铝，多孔氧化铝的制备方法根据文献(多孔氧化铝的制备及其催化co氧化的性能研究[d].谭景奇.大连理工大学2018)制得。多孔氧化铝的重量比为18kg/m3。
实施例15：一种环保混凝土，与实施例14的不同之处在于,多孔氧化铝的重量比为22kg/m3。
实施例16：一种环保混凝土，与实施例14的不同之处在于,混凝土中还包括有mofs，mofs采用[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)，[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的重量比为5kg/m3。
实施例17：一种环保混凝土，与实施例16的不同之处在于,[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的重量比为7kg/m3。
实施例18：一种环保混凝土，与实施例16的不同之处在于,[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的重量比为10kg/m3。
实施例19：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，混凝土中还包括有mofs，mofs采用[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)，[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的重量比为5kg/m3。
对比例1：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，未加入金属钢丝球。
对比例2：一种环保混凝土，与对比例1的不同之处在于，混凝土中还包括有多孔氧化铝，多孔氧化铝的制备方法根据文献(多孔氧化铝的制备及其催化co氧化的性能研究[d].谭景奇.大连理工大学2018)制得。多孔氧化铝的重量比为18kg/m3。
对比例3：一种环保混凝土，与对比例1的不同之处在于，混凝土中还包括有mofs，mofs采用[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)，[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的重量比为5kg/m3。
对比例4：一种环保混凝土，与对比例1的不同之处在于，混凝土中还包括有多孔氧化铝，多孔氧化铝的制备方法根据文献(多孔氧化铝的制备及其催化co氧化的性能研究[d].谭景奇.大连理工大学2018)制得，多孔氧化铝的重量比为18kg/m3；混凝土中还包括有mofs，mofs采用[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)，[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的重量比为5kg/m3。
对比例5：一种环保混凝土，与实施例7的不同之处在于，控制压力为70mpa；控制反应釜温度为250℃，到达所设定温度后，反应10h。
对比例6：一种环保混凝土，与实施例7的不同之处在于，控制压力为20mpa；控制反应釜温度为150℃，到达所设定温度后，反应40h。
对比例7：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，金属钢丝球的孔隙率为30％。
对比例8：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，金属钢丝球的孔隙率为80％。
对比例9：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，金属钢丝球的直径为10cm。
对比例10：一种环保混凝土，与实施例1的不同之处在于，金属钢丝球的直径为15cm。
对比例11：一种环保混凝土，与实施例14的不同之处在于，多孔氧化铝的重量比为15kg/m3。
对比例12：一种环保混凝土，与实施例14的不同之处在于，多孔氧化铝的重量比为25g/m3。
对比例13：一种环保混凝土，与实施例17的不同之处在于，[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的重量比为3kg/m3。
对比例14：一种环保混凝土，与实施例17的不同之处在于，[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的重量比为12kg/m3。
试验一机械性能测试
试验样品：采用实施例1-19中获得的混凝土养护28天，并作为试验样品1-19；采用对照样品1-14中获得的混凝土养护28天，并作为对照样品1-14。
试验方法：将上述实验样品根据专利公告号为cn105115873b的一种混凝土抗渗性的无损检测方法进行抗渗性能测试。按照混凝土常规试验方法测试试验样品1-19和对照样品1-14的抗折强度、抗压强度和抗裂性能。
试验结果：试验样品1-19和对照样品1-14的抗渗结果如表2所示。由试验样品1-6和对照样品1的抗渗结果可知，在混凝土中添加金属钢丝球后，混凝土的抗渗结果从1.22mpa降低至0.42-0.45mpa，说明在混凝土中添加金属钢丝球能够有效地降低混凝土的抗渗性能，提高混凝土的渗透性能。
由试验样品7-9与试验样品1-6的抗渗结果可知，在将金属钢丝球经过氟化处理后加入混凝土中，混凝土的抗渗结果为从0.42-0.45mpa降低至0.29-0.30mpa，说明经过氟化处理的金属钢丝球能够更大程度的降低混凝土的抗渗性能，提高混凝土的渗透性能。
由试验样品14-15与试验样品1-6的抗渗结果可知，在混凝土中添加金属钢丝球的基础上，再在混泥土中加入多孔氧化铝，混凝土的抗渗结果从0.42-0.45mpa降低至0.22-0.23mpa，降低量在0.19-0.23mpa之间，相比只添加金属钢丝球的混凝土具有更低的抗渗性，说明多孔氧化铝内的孔道能够供雨水通过；由对照样品1与对照样品2可知，在混凝土中单独添加多孔氧化铝，混凝土的抗渗结果从1.22mpa降低至1.05mpa，降低量为0.17mpa。在混凝土中同时添加金属钢丝球与多孔氧化铝的抗渗结果降低量大于在混凝土中单独添加多孔氧化铝的抗渗结果降低量，说明在混凝土中同时添加金属钢丝球与多孔氧化铝能够协同增效，加速雨水渗透，降低混凝土的抗渗性能，提高混凝土的渗透性。
由试验样品16-18与试验样品14-15的抗渗结果可知，在混凝土中添加金属钢丝球以及多孔氧化铝的基础上，再在混泥土中加入[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)，混凝土的抗渗结果从0.22-0.23mpa降低至0.13-0.16mpa，降低量在0.06-0.1mpa之间，相比只添加金属钢丝球以及多孔氧化铝的混凝土具有更低的抗渗性，说明[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)内的孔道能够供雨水通过；由对照样品1与对照样品3可知，在混凝土中单独添加[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)，混凝土的抗渗结果从1.22mpa降低至1.17mpa，降低量为0.05mpa。在混凝土中同时添加金属钢丝球与多孔氧化铝以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的抗渗结果降低量大于在混凝土中单独添加[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的抗渗结果降低量，说明在混凝土中同时添加金属钢丝球、多孔氧化铝以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)能够协同增效，加速雨水渗透，降低混凝土的抗渗性能，提高混凝土的渗透性。
由试验样品19以及试验样品1的抗渗结果可知，在混凝土中添加金属钢丝球以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)，混凝土的抗渗结果从0.45mpa降低至0.39mpa，降低量为0.06mpa；由对照样品1与对照样品3可知，在混凝土中单独添加[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)，混凝土的抗渗结果从1.22mpa降低至1.17mpa，降低量为0.05mpa。在混凝土中同时添加金属钢丝球以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的抗渗结果降低量大于在混凝土中单独添加[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的抗渗结果降低量，说明在混凝土中同时添加金属钢丝球以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)能够协同增效，加速雨水渗透，降低混凝土的抗渗性能，提高混凝土的渗透性。
由对照样品1与对照样品4的抗渗结果可知，在混凝土中仅添加多孔氧化铝以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)，混凝土的抗渗结果从1.22mpa降低至0.96mpa，降低量为0.26mpa。由试验样品1-13以及对照样品1的抗渗结果可知，混凝土中添加金属钢丝球后的抗渗结果从1.22mpa降低至0.29-0.45mpa，降低量在0.77-0.93mpa之间。同时添加多孔氧化铝以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的抗渗结果降低量远远小于只添加金属钢丝球的抗渗结果降低量，说明同时添加多孔氧化铝以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的渗透性不如只添加金属钢丝球的渗透性，需要在添加金属钢丝球的基础上添加多孔氧化铝以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)才能够使混凝土具有较好的渗透性能。
由试验样品1、试验样品7-9以及对照样品5-6的抗渗结果可知，在对金属钢丝球进行氟化处理时，控制压力在30mpa-50mpa之间、反应釜温度在180℃-200℃之间，到达所设定温度后，反应15h-30h能够得到氟化效果较好的金属钢丝球。
由试验样品12-13以及对照样品7-8的抗渗结果可知，金属钢丝球的孔隙率位于40％-70％时，将金属钢丝球加入混凝土中能够得到渗透性较好的混凝土。
由试验样品1、试验样品10-11以及对照样品9-10的抗渗结果可知，金属钢丝球的直径位于12-14.5cm时，将金属钢丝球加入混凝土中能够得到渗透性较好的混凝土。
由试验样品14-15以及对照样品11-12的抗渗结果可知，多孔氧化铝的重量比为位于18kg/m3-22kg/m3时，将多孔氧化铝加入混凝土中能够得到渗透性较好的混凝土。
由试验样品16-18以及对照样品13-14的抗渗结果可知，[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)的重量比位于5-10kg/m3时，将[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)加入混凝土中能够得到渗透性较好的混凝土。
由试验样品1-19以及对照样品1可知，在添加金属钢丝球与多孔氧化铝以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)后，混凝土的抗压强度、抗折强度均有所上升，同时单位面积上的总开裂面积均下降，说明添加金属钢丝球与多孔氧化铝以及[zn4o(bdc)3](dmf)8(c6h5cl)后不会对混泥土的抗压性能、抗折性以及抗裂性造成不良影响。
本申请的一种环保混凝土，其具有渗透性强、持续补给地下水资源、环保、抗压性能好、抗折性好以及抗裂性好的优点。
表2试验样品1-19和对照样品1-14的测试结果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。