一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土及其制备方法

1.本发明涉及城市道路建设技术领域，特别涉及一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.我国每年由建筑和交通产业发展相伴产生的建筑垃圾的生产总量巨大，而且绝大部分被露天堆放或填埋，利用率极低，对资源造成了严重浪费。生产和利用建筑垃圾再生骨料对于节约资源、保护环境和实现建筑业的可持续发展具有重要意义。
3.近年来，城市内涝、热岛效应严重影响人们的交通出行。为了推进海绵城市的进程，公园、露天停车场和人行道等地方铺设了大面积的透水混凝土，但是在一些半阴潮湿的地面，透水路面会生长出许多苔藓，不仅将透水混凝土孔道堵塞，还会对行人造成严重的安全隐患。防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土路面则很好地解决了这些问题，不仅可以缓解内涝并将水资源合理存储在地下，还能有效抑制苔藓的生长，具有应用场景丰富，美化环境，节约资源，成本低廉等优点，对推动海绵城市的进程具有重大意义。
4.目前，关于提高透水混凝土耐磨以及防生物侵蚀的研究国内外已有报道。首先在提高耐磨性方面，申请号为cn201811050343.3的中国发明专利公开了一种建筑垃圾制备的透水混凝土系统及其制备方法，其利用建筑垃圾粗骨料与异丁基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯混合溶液混合搅拌，得到改性的再生粗骨料，以此来提高透水混凝土的耐磨性。对于工作量庞大的工程应用，这些改性骨料的技术操作复杂，效率低，而且成本较高，不适合推广。其次在透水混凝土生物堵塞方面，目前的解决方法主要是喷洒除苔剂或者用高压水枪冲洗，不仅效率低下，而且高浓度除苔剂和高压水也会对地下水环境和混凝土表面结构造成影响，不能达到预防和除苔的目的。在防生物侵蚀方面，也有一些类似的研究，申请号为cn201810355593.1的中国发明专利公开了一种环保的抑制青苔生长的建筑物涂料，其提供了一种抑制青苔生长的建筑物表面环保涂料，通过在建筑物表面涂覆一层防水杀菌层，所述防水杀菌层由疏水性光转换体组成；通过疏水作用减少菌体生长所需的水分，通过光转换获得杀菌辐射波段。由于建筑材料使用年限都很长，涂层的耐久性就是必须考虑的问题，而且光转换体在可见光波段转换效率比较低，难以达到预期的效果。因此，研究一种耐磨性能好和防生物侵蚀的透水混凝土具有重要的研究和应用意义。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土，其采用铜渣为主要原材料，可以将固体废弃物资源化，充分利用其耐磨特性生产耐磨透水混凝土，另外加入适量硫酸铜，对环境无危害的前提下，利用其在混凝土中的铜离子缓释效果，不仅能够杀菌来减少水体污染，还能有效抑制苔藓植被的生长，可有效解决现有再生骨料透水混凝土不耐生物侵蚀和耐磨性较差的问题。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土，按重量份计，包括以下组分：再生骨料：1350份，水泥：285～360份，超细矿渣粉：25～45份，铜尾矿渣：25～45份，水：90～125份，减水剂：0.16～0.22份，再可分散乳胶粉：12～25份，纤维素醚：0.15～0.25份，氟硅酸镁：0.5～4份，硅酸钠：1～5份，硫酸铜：0.5～3份。
8.可选地，所述再生骨料为建筑垃圾破碎、分拣、筛分后得到的砂浆和碎石混合物；所述再生骨料的堆积密度在干燥状态为1320～1350kg/m3，且所述再生骨料的粒径为5～10mm。
9.可选地，所述水泥为p
·
o 42.5普通硅酸盐水泥。
10.可选地，所述铜渣为电炉炼铜的铜渣，且所述铜渣的细度不大于200目，氧化铁含量为45～60％，氧化铜含量为0.3～0.6％。
11.可选地，所述减水剂为粉状聚羧酸高效减水剂。
12.可选地，所述超细矿渣粉的密度不小于2.8g/cm3，比表面积不小于500m2/kg。
13.可选地，所述再可分散乳胶粉为醋酸乙烯酯和乙烯共聚胶粉，且所述再可分散乳胶粉的平均粒径为133.5μm，灰分为10.8％，固含量不小于98％，ph为7.0，堆密度为480kg/m3，成膜温度为0℃。
14.可选地，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚；所述羟丙基甲基纤维素醚中甲氧基含量为26.04％，羟丙基含量为6.08％。
15.可选地，所述氟硅酸镁的密度为1.788g/cm3；所述硅酸钠中na2o含量为28.6％～29.6％，na2o与sio2含量之比为1.03；所述硫酸铜的密度为3.61g/cm3。
16.本发明的第二目的在于提供一种制备上述防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土的方法，该制备方法，包括以下步骤：
17.采用强制式搅拌机进行搅拌混合，先投入所述再生骨料和50％所述水进行搅拌，再加入所述水泥、所述超细矿渣粉、所述铜尾矿渣、所述氟硅酸镁、所述硅酸钠和所述硫酸铜进行搅拌，最后投入剩余所述水、所述减水剂、所述再可分散乳胶粉和所述纤维素醚，搅拌，得到防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土。
18.本发明的设计原理为：
19.针对现有透水混凝土不耐生物侵蚀的问题，本发明考虑通过在原材料中加入适量硫酸铜，铜离子在强碱性环境中会生成难溶性铜盐，在有水流经过或者潮湿环境时才会释放铜离子，同时致密的胶凝材料会有效减慢铜离子的溶出速率，来达到对苔藓植被生长的抑制效果，还能达到一定的杀菌效果，减少地下水污染，同时对环境不会造成影响。
20.由于用铜尾矿渣活性较低、细度较大，在替代部分水泥后，会影响再生骨料透水混凝土的抗压强度。本发明通过加入超细矿渣粉，通过矿粉的大比表面积和高活性来填充水泥颗粒与铜尾矿渣颗粒之间的孔隙，使胶凝材料结构更加致密。同时加入醋酸乙烯酯和乙烯共聚胶粉，有效改善因再生骨料表面附着的砂浆与胶凝材料界面的粘结不紧密问题，解决因加入铜渣后混凝土的抗压强度不足的问题。
21.本发明中加入的氟硅酸镁和硅酸钠能够渗入到浆体表面孔隙和微裂缝中，填充浆料内部铜渣与水泥颗粒之间的孔隙，改善孔结构。还能有效提高浆体表面的强度及硬度，在表面形成致密的面层，提高抗渗性以减少铜离子的浸出速率，达到缓释效果，提高透水混凝土抗碳化、抗流水侵蚀能力、耐磨性和防生物侵蚀能力。
22.由于铜尾矿渣的活性低，细度大，因此加入较多铜渣后胶凝材料的泌水现象较严重，会使流动度增大导致透水混凝土在成型时浆体流失到底部发生堵孔现象。因此本发明通过加入羟丙基甲基纤维素醚，与聚羧酸减水剂协同调节浆体的稠度，另外，加入超细矿渣粉的大比表面积也有效增加了浆体的稠度。既能使骨料表面均匀包裹浆体且不会流失，还能保证透水混凝土良好的工作性。
23.相对于现有技术，本发明所述的防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土具有以下优势：
24.1、本发明功能化利用各种废弃物，其主要原材料为建筑垃圾破碎后的再生骨料和冶炼铜矿后得到的固体废弃物铜渣，减少了建筑垃圾堆积对土地面积的占用和大量天然骨料的开采，以及铜渣的堆积填埋带来的环境污染等问题，对资源回收再利用贡献重大。
25.2、本发明所制备的透水混凝土具有丰富的功能性，兼具优异的耐磨性和防生物侵蚀两种功能，抑制半阴潮湿环境下苔藓植被生长效果明显，降低了堵塞几率和安全隐患；耐磨性良好，符合多场景应用标准，有效延长了透水材料的使用寿命。
26.3、本发明大部分原材料成本十分低廉，制备简单，工作性能好，容易维护，适合实际生产和快速推广。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.下面将结合实施例来详细说明本发明。
29.实施例1
30.一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土，按重量份计，包括以下组分：再生骨料1350份，水泥350份，超细矿渣粉30份，铜渣26份，水115份，减水剂0.20份，再可分散乳胶粉25份，纤维素醚0.16份，氟硅酸镁2份，硅酸钠3份，硫酸铜0.5份。
31.实施例2
32.一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土，按重量份计，包括以下组分：再生骨料1350份，水泥360份，超细矿渣粉40份，铜渣35份，水105份，减水剂0.17份，再可分散乳胶粉25份，纤维素醚0.20份，氟硅酸镁4份，硅酸钠3份，硫酸铜3份。
33.实施例3
34.一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土，按重量份计，包括以下组分：再生骨料1350份，水泥320份，超细矿渣粉25份，铜渣45份，水100份，减水剂0.21份，再可分散乳胶粉20份，纤维素醚0.18份，氟硅酸镁2.5份，硅酸钠1～5份，硫酸铜2.5份。
35.实施例4
36.一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土，按重量份计，包括以下组分：再生骨料1350份，水泥305份，超细矿渣粉40份，铜渣40份，水115份，减水剂0.19份，再可分散乳胶粉20份，纤维素醚0.19份，氟硅酸镁2.5份，硅酸钠2份，硫酸铜2份。
37.实施例5
38.一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土，按重量份计，包括以下组分：再生骨料1350份，水泥330份，超细矿渣粉35份，铜尾矿渣45份，水120份，减水剂0.17份，再可分散乳
胶粉20份，纤维素醚0.25份，氟硅酸镁3.5份，硅酸钠2份，硫酸铜1份。
39.实施例6
40.一种防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土，按重量份计，包括以下组分：再生骨料1350份，水泥285份，超细矿渣粉35份，铜渣45份，水125份，减水剂0.17份，再可分散乳胶粉25份，纤维素醚0.15份，氟硅酸镁3份，硅酸钠1份，硫酸铜0.5份。
41.本发明各实施例所用的原材料性能如下：再生骨料为建筑垃圾破碎、分拣、筛分后得到的砂浆和碎石混合物，所得的再生骨料的质量满足再生骨料透水混凝土技术规程的相关要求；为减少透水混凝土的堆积密度，再生骨料的堆积密度在干燥状态为1320～1350kg/m3，且再生骨料的粒径为5～10mm；
42.水泥为p
·
o 42.5普通硅酸盐水泥；
43.铜渣为电炉炼铜的铜渣，且铜渣的细度不大于200目，铜渣中氧化铁含量为45～60％，氧化铜含量为0.3～0.6％；
44.减水剂为粉状聚羧酸高效减水剂，其固含量为100％；
45.超细矿渣粉的密度不小于2.8g/cm3，比表面积不小于500m2/kg；
46.再可分散乳胶粉为醋酸乙烯酯和乙烯共聚胶粉，且再可分散乳胶粉的平均粒径为133.5μm，灰分为10.8％，固含量不小于98％，ph为7.0，堆密度为480kg/m3，成膜温度为0℃；
47.纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚；羟丙基甲基纤维素醚中甲氧基含量为26.04％，羟丙基含量为6.08％；
48.氟硅酸镁为白色晶体，易溶于水，其密度为1.788g/cm3；
49.硅酸钠为白色粉末，且硅酸钠中na2o含量为28.6％～29.6％，na2o与sio2含量之比为1.03；
50.硫酸铜为白色粉末，易溶于水，其密度为3.61g/cm3。
51.本发明各实施例的防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土具体采用以下方法制的：
52.1)按配比称取组分；
53.2)将再生粗骨料与50％拌合水加入强制式搅拌机中，开机搅拌至骨料表面充分湿润，再倒入混合均匀后的水泥、超细矿渣粉、铜尾矿渣、氟硅酸镁、硅酸钠和硫酸铜，继续搅拌至骨料表面被均匀包裹；然后将减水剂、再可分散乳胶粉和纤维素醚用部分水溶解后与剩余水倒入搅拌机中，搅拌均匀，得到各实施例的防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土。
54.实际应用时，可将拌合好的各实施例的防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土取出倾倒在路面并压实。
55.本发明各实施例的防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土的主要性能测试方法如下：
56.抗压强度测试：测试透水混凝土龄期为28天的抗压强度，各实施例的防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土的28天平均抗压强度测试结果见表1。
57.耐磨性测试：参照美国材料实验协会astm c1747标准，用洛杉矶磨耗机测试实施例1～6中透水混凝土龄期为28天的耐磨性能指标。具体方法如下：记录试样的重量m1，然后将一组3个试样放入磨耗机中进行测试。其中磨耗机转速为30～33r/min，转数为500转。测试结束后记录3个试样的质量m2，根据式1来计算混凝土的磨损量，各实施例的防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土的耐磨性测试结果如表2所示。
[0058][0059]
抗生物侵蚀能力测试：具体实施方法如下，
[0060]
1)测量实施例1～6中透水混凝土的表面积s1并记录，将每组试样放置在半阴环境的室外，并在表面涂抹上自制的生长苔藓的混合物，室外温度为20～25℃；
[0061]
2)每天定时在混凝土表明喷洒水，保持相对空气湿度为80％左右；
[0062]
3)分别在15天、30天、45天时记录每组透水混凝土表面苔藓的覆盖面积s2并求平均值，将实施例1～6进行对比分析；
[0063]
4)苔藓抑制率根据式2计算，各实施例的防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土的抗生物侵蚀能力测试结果如表3所示。
[0064][0065]
表1
[0066]
实施例实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6抗压强度(mpa)14.312.611.815.913.512.9
[0067]
表2
[0068]
实施例实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6m11.7601.7371.7881.8091.8861.841m21.4931.4911.5821.6491.7091.620磨损率13.2％14.2％11.5％8.7％9.4％12.0％
[0069]
抗生物侵蚀能力测试见表3
[0070]
表3实施例1～6抗生物侵蚀能力测试结果
[0071][0072]
由表1
‑
3可知，本发明各实施例的防生物侵蚀耐磨再生骨料透水混凝土具优异的耐磨性和防生物侵蚀，其抗压强度满足相关规范要求。
[0073]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。