以废弃混凝土为骨料的透水混凝土、其制备方法及应用

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2024-03-12 16:33:59

权利要求书： 1.一种以废弃混凝土为骨料制备透水混凝土的方法，包括以下步骤：步骤1：对经过预处理的废弃混凝土进行破碎、筛分，得到粒径介于4～15mm之间的粗骨料和粒径小于4mm的细骨料；

步骤2：将所述粗骨料放入酸溶液中浸泡后，捞出沥干，然后加入硅酸钠或偏硅酸钠，通过搅拌使硅酸钠或偏硅酸钠与粗骨料充分混凝，来对所述粗骨料的表面进行修饰，得到经修饰的粗骨料，所述酸溶液包括浓度为2～10％的磷酸溶液或硝酸溶液，浸泡时间为15～

45min；

步骤3：将细骨料和粉煤灰、煤矸石进行研磨粉碎，得到微米级粉末，所述微米级粉末的粒径小于40μm；

步骤4：将硅酸盐水泥、所述微米级粉末、水、外加剂和增强剂进行预混合后，加入所述经修饰的粗骨料，混合后形成以废弃混凝土为骨料的透水混凝土，所述外加剂包括引气剂和减水剂；

其中按照质量分数计，硅酸盐水泥的用量占原料总量的15.47％～16.29％；粗骨料的用量占原料总量的60.36％～77.38％；细骨料的用量占原料总量的2.15％～8.05％；水的用量占原料总量的4.16％～5.70％；硅酸钠的用量占原料总量的1.05％～4.56％；粉煤灰的用量占原料总量的0.05％～0.1％；煤矸石的用量占原料总量的0.10％～0.50％；外加剂的用量占原料总量的1.06％～1.81％；增强剂的用量占原料总量的0.42％～1.93％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述增强剂包括第一组分、第二组分和第三组分，其中，所述第一组分为三乙醇胺或由萘磺酸甲醛缩合物钠盐、聚乙烯醇改性树脂和丙烯酰胺改性树脂组成的混合物；第二组分为玻璃纤维或聚丙烯纤维；第三组分为环氧树脂或酚醛树脂；

所述引气剂按质量分数计包括松香粉10.25％～20.13％、40wt％氢氧化钠溶液

10.25％～20.13％、30wt％双氧水2.46％～8.67％、10wt％高锰酸钾溶液10.25％～

20.13％、以及水30.33～65.45％；所述减水剂为HG-FDN型减水剂。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第一组分中，萘磺酸甲醛缩合物钠盐占第一组分总质量的50.05％～75.23％，聚乙烯醇改性树脂占第一组分总质量的10.67％～

20.05％，丙烯酰胺改性树脂占第一组分总质量的10.67％～20.05％。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按质量分数计，所述外加剂中，引气剂的用量占原料总量的0.03％～0.1％；所述减水剂的用量占原料总量的1.03％～1.71％。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按质量分数计，所述增强剂中，第一组分的用量占原料总量的0.01％～0.1％，第二组分的用量占原料总量的0.31％～0.98％，第三组分的用量占原料总量的0.1％～0.85％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中，所述预处理的步骤包括对所述废弃混凝土进行分类和分离，以分离所述废弃混凝土中的钢筋、塑料、木质纤维和纸张；

步骤2中，在将所述粗骨料放入酸溶液中浸泡之前，还包括对所述粗骨料进行水洗以洗脱表面粉尘的步骤；

步骤3中，还包括将所述表面粉尘加入细骨料、粉煤灰和煤矸石中进行研磨粉碎的步骤。

7.一种以废弃混凝土为骨料的透水混凝土，通过如权利要求1至6任意一项所述的方法制备而成，按质量分数计，该透水混凝土包括以下组分：硅酸盐水泥15.47％～16.29％；粗骨料60.36％～77.38％；细骨料2.15％～8.05％；水4.16％～5.70％；硅酸钠1.05％～

4.56％；粉煤灰0.05％～0.1％；煤矸石0.10％～0.50％；外加剂1.06％～1.81％；增强剂

0.42％～1.93％。

8.一种如权利要求1至6任意一项所述的方法制得的透水混凝土在制备海绵路面中的应用。

说明书：以废弃混凝土为骨料的透水混凝土、其制备方法及应用技术领域[0001] 本发明涉及混凝土再生技术领域，具体涉及以废弃混凝土为骨料的透水混凝土、其制备方法及应用。

背景技术[0002] 随着经济和城镇化建设的高速发展，我国大部分城市处于旧建筑物拆除、旧路面清理，新建筑物建设、新路面铺设过程。因此，大量建筑垃圾未经任何处理，被运往郊外或城

市周边进行简单填埋或露天堆放，这不仅浪费了土地和资源，还污染了环境；另一方面，大

兴土木对砂石集料的需求越来越大，大量的开采砂石对自然环境造成了极大的破坏。因此，

采用废弃的混凝土再生作为骨料对于节约资源、保护环境和实现建筑也的可持续发展具有

重要意义。

[0003] 城镇化建设使现代化城市的地表逐渐被建筑物和混凝土等阻水材料硬化覆盖，阻断了大气与地表之间的对流，形成生态学上的“人造沙漠”。虽然铺设密实混凝土道路给人

们出现带来极大方便，但这些不透水的路面给城市的生态环境带来极大的负面影响。

[0004] 针对废弃混凝土处理和密实混凝土铺设带来的生态环境问题，以废弃混凝土为原料制备透水混凝土的研究成为当今混凝土研究的热点。目前普遍采用简单破碎方法将混凝

土破碎成透水混凝土的粗骨料和细骨料。工艺简单，因此制备的透水混凝土普遍存在力学

强度差，耐久性差等问题。

发明内容[0005] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种以废弃混凝土为骨料的透水混凝土、其制备方法及应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：[0007] 作为本发明的一个方面，提供一种以废弃混凝土为骨料制备透水混凝土的方法，包括以下步骤：

[0008] 步骤1：对经过预处理的废弃混凝土进行破碎、筛分，得到粒径介于4～15mm之间的粗骨料和粒径小于4mm的细骨料；

[0009] 步骤2：将所述粗骨料放入酸溶液中浸泡后，捞出沥干，然后加入硅酸钠或偏硅酸钠来对所述粗骨料的表面进行修饰，得到经修饰的粗骨料；

[0010] 步骤3：将细骨料和粉煤灰、煤矸石进行研磨粉碎，得到微米级粉末；[0011] 步骤4：将硅酸盐水泥、所述微米级粉末、水、外加剂和增强剂进行预混合后，加入所述经修饰的粗骨料，混合后形成以废弃混凝土为骨料的透水混凝土。

[0012] 其中，步骤2中，所述酸溶液包括浓度为2～10％的磷酸溶液或硝酸溶液，浸泡时间为15～45min。

[0013] 其中，步骤4中，所述增强剂包括第一组分、第二组分和第三组分，其中，所述第一组分为三乙醇胺或由萘磺酸甲醛缩合物钠盐、聚乙烯醇改性树脂和丙烯酰胺改性树脂组成

的混合物；第二组分为玻璃纤维或聚丙烯纤维；第三组分为环氧树脂或酚醛树脂；

[0014] 所述外加剂包括引气剂和减水剂，所述引气剂按质量分数计包括松香粉10.25％～20.13％、40wt％氢氧化钠溶液10.25％～20.13％、30wt％双氧水2.46％～8.67％、

10wt％高锰酸钾溶液10.25％～20.13％、以及水30.33～65.45％；所述减水剂为HG-FDN型

减水剂。

[0015] 其中，第一组分中，萘磺酸甲醛缩合物钠盐占第一组分总质量的50.05％～75.23％，聚乙烯醇改性树脂占第一组分总质量的10.67％～20.05％，丙烯酰胺改性树脂占

第一组分总质量的10.67％～20.05％。

[0016] 其中，按照质量分数计，硅酸盐水泥的用量占原料总量的15.47％～16.29％；粗骨料的用量占原料总量的60.36％～77.38％；细骨料的用量占原料总量的2.15％～8.05％；

水的用量占原料总量的4.16％～5.70％；硅酸钠的用量占原料总量的1.05％～4.56％；粉

煤灰的用量占原料总量的0.05％～0.1％；煤矸石的用量占原料总量的0.10％～0.50％；外

加剂的用量占原料总量的1.06％～1.81％；增强剂的用量占原料总量的0.42％～1.93％。

[0017] 其中，按质量分数计，所述外加剂中，引气剂的用量占原料总量的0.03％～0.1％；所述减水剂的用量占原料总量的1.03％～1.71％。

[0018] 其中，按质量分数计，所述增强剂中，第一组分的用量占原料总量的0.01％～0.1％，第二组分的用量占原料总量的0.31％～0.98％，第三组分的用量占原料总量的

0.1％～0.85％。

[0019] 其中，步骤1中，所述预处理的步骤包括对所述废弃混凝土进行分类和分离，以分离所述废弃混凝土中的钢筋、塑料、木质纤维和纸张；

[0020] 步骤2中，在将所述粗骨料放入酸溶液中浸泡之前，还包括对所述粗骨料进行水洗以洗脱表面粉尘的步骤；

[0021] 步骤3中，还包括将所述表面粉尘加入细骨料、粉煤灰和煤矸石中进行研磨粉碎的步骤。

[0022] 作为本发明的再一个方面，提供一种以废弃混凝土为骨料的透水混凝土，通过如上所述的方法制备而成，按质量分数计，该透水混凝土包括以下组分：硅酸盐水泥15.47％

～16.29％；粗骨料60.36％～77.38％；细骨料2.15％～8.05％；水4.16％～5.70％；硅酸钠

1.05％～4.56％；粉煤灰0.05％～0.1％；煤矸石0.10％～0.50％；外加剂1.06％～1.81％；

增强剂0.42％～1.93％。

[0023] 作为本发明的又一个方面，提供一种如上所述的方法制得的透水混凝土在制备海绵路面中的应用。

[0024] 基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：[0025] (1)粗骨料通过酸洗和硅酸钠修饰，将废弃混凝土粗骨料表面形成了活性位，有利于与水泥中的硅酸盐、钙盐发生化学反应形成复合物质，使粗骨料和水泥形成力学网络，改

善粗骨料界面性能，提高透水混凝土的力学性能。

[0026] (2)环氧树脂/酚醛树脂的添加显著提高了透水混凝土的弹性模量，避免了透水混凝土开裂，提高了透水混凝土的耐久性和抗冻性。

[0027] (3)将以废弃混凝土为骨料制得的透水混凝土应用于海绵路面，解决目前城镇化进程中带来的建筑垃圾堆放、硬质混凝土铺设引起的“热岛效应”和“城市内涝”问题，为废

弃混凝土处理提供了一种可持续发展的解决方案。

附图说明[0028] 图1是本发明实施例以废弃混凝土为骨料制备透水混凝土的方法流程图。具体实施方式[0029] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

[0030] 本发明提供了一种以废弃混凝土为骨料的透水混凝土、其制备方法及应用，通过在制备过程中进行酸洗和硅酸钠修饰，改善了粗骨料的界面性能，使废弃混凝土粗骨料和

水泥形成力学网络，提高透水混凝土的力学性能，进一步通过调整透水混凝土的组分种类

和含量来改善混凝土的力学性能和耐久性，借以解决目前城镇化进程中带来的建筑垃圾堆

放、硬质混凝土铺设引起的“热岛效应”和“城市内涝”问题。

[0031] 作为本发明的一个方面，首先提供了以废弃混凝土为骨料制备透水混凝土的方法，如图1所示，其包括以下步骤：

[0032] 第一步，对废弃混凝土进行预处理；[0033] 具体地，将废弃混凝土进行分类和分离等预处理，将废弃混凝土中的钢筋、塑料、木质纤维、纸张分离出来。

[0034] 第二步，对经过预处理的废弃混凝土进行破碎及筛分；[0035] 具体地，首先采用颚式破碎机破碎废弃混凝土，然后将破碎后的废弃混凝土输送至高强度振动筛选装置中，通过振动筛选装置将应力集中的废弃混凝土进行破碎，并将破

碎后的混凝土筛分为4～15mm的粗骨料和小于4mm的细骨料。

[0036] 第三步，将粗骨料进行水洗、以及将细骨料进行碾磨；[0037] 具体地，一方面，将筛分出来的粗骨料放入水池中进行清洗，将粗骨料表面的粉尘洗脱，以利于后续对粗骨料活性位的形成；

[0038] 另一方面，将筛分出来的细骨料和粗骨料清洗下来的粉尘送入粉碎机，与粉煤灰和煤矸石进行碾磨粉碎，制备成微米级粉末，一般该微米级粉末的粒径小于40μm。

[0039] 第四步，对粗骨料进行酸洗；[0040] 具体地，将经水洗后的粗骨料放入浓度2～10％的磷酸或硝酸溶液中浸泡15～45min，对粗骨料表面进行酸处理，然后捞出沥干，优选使用磷酸溶液作为浸泡液，以便于形

成磷硅酸盐一方面将粗骨料内部的孔隙堵塞，另一方面在界面上形成多孔介质，有利于提

高透水性能。

[0041] 第五步，对粗骨料进行硅酸钠或偏硅酸钠修饰；[0042] 具体地，向经磷酸浸泡后的粗骨料中加入硅酸钠或偏硅酸钠，通过搅拌使硅酸钠或偏硅酸钠与粗骨料充分混凝，采用硅酸钠或偏硅酸钠对粗骨料表面进行修饰，一方面生

成的硅酸凝胶，堵塞粗骨料的毛细孔，粘合内部微裂缝，从而提高粗骨料的密实度和强度，

另一方面经硅酸钠或偏硅酸钠修饰后的粗骨料能够与水泥形成力学网络。

[0043] 第六步，制备透水混凝土；[0044] 具体地，先将硅酸盐水泥、微米级粉末、水、外加剂和增强剂进行预混合，再加入经修饰的粗骨料，混合后形成以废弃混凝土为骨料的透水混凝土；

[0045] 其中，外加剂包括引气剂和减水剂，作为示例，本发明选用的引气剂按质量分数计包括松香粉10.25％～20.13％、40％氢氧化钠溶液10.25％～20.13％、30％双氧水2.46％

～8.67％、10％高锰酸钾溶液10.25％～20.13％、以及水30.33～65.45％，当然还可选用其

他常规的引气剂；作为示例，本发明选用的减水剂为HG-FDN型减水剂，当然并不限于此；

[0046] 增强剂包括第一组分、第二组分和第三组分，主要用于提高混凝土的力学性能，其中，所述第一组分为三乙醇胺或由萘磺酸甲醛缩合物钠盐、聚乙烯醇改性树脂和丙烯酰胺

改性树脂组成的混合物；第二组分为玻璃纤维或聚丙烯纤维，作为示例，可选用6～20mm长

的玻璃纤维或聚丙烯纤维，能够增加透水混凝土的韧性；第三组分为环氧树脂或酚醛树脂，

能够显著提高透水混凝土的弹性模量和耐久性；其中第一组分中，萘磺酸甲醛缩合物钠盐

占第一组分总质量的50.05％～75.23％，聚乙烯醇改性树脂占第一组分总质量的10.67％

～20.05％，丙烯酰胺改性树脂占第一组分总质量的10.67％～20.05％。

[0047] 在上述步骤中，透水混凝土制备各项原料用量的质量分数为：硅酸盐水泥15.47％～16.29％，粗骨料60.36％～77.38％，细骨料2.15％～8.05％，水4.16％～5.70％，硅酸钠

1.05％～4.56％，粉煤灰0.05％～0.1％，煤矸石0.10％～0.50％，外加剂1.06％～1.81％，

增强剂为0.42％～1.93％；

[0048] 进一步地，外加剂中引气剂的用量为0.03％～0.1％，减水剂的用量为1.03％～1.71％；增强剂中第一组分的用量为0.01％～0.1％，第二组分的用量为0.31％～0.98％，

第三组分的用量为0.1％～0.85％。

[0049] 作为本发明的再一个方面，提供了一种以废弃混凝土为骨料的透水混凝土，通过如上第一步至第六步所述的方法制备而成。

[0050] 作为本发明的又一个方面，提供了一种如上第一步至第六步所述的方法制得的透水混凝土在制备海绵路面中的应用。

[0051] 以下列举多个具体实施例来对本发明的技术方案作进一步说明：[0052] 实施例1[0053] 按照前述第一步至第六步的方法以及表1所示的原料用量，首先对废弃混凝土进行预处理，去除其中的钢筋、塑料、木质纤维和纸张等；对经预处理后的废弃混凝土进行破

碎筛分后得到4～15mm粒径的粗骨料和小于4mm粒径的细骨料；对粗骨料进行水洗，洗脱其

表面的粉尘，将洗脱出来的粉尘和细骨料一起加入粉煤灰和煤矸石中进行研磨粉碎，得到

小于40μm粒径的微米级粉末；将经水洗后的粗骨料放入5％的磷酸池中浸泡30min后，将粗

骨料捞出沥干，然后加入硅酸钠进行充分混合；将硅酸盐水泥、微米级粉末、水、HG-FDN型减

水剂、引气剂、三乙醇胺、玻璃纤维和环氧树脂进行预搅拌，然后加入经硅酸钠修饰的粗骨

料，形成透水混凝土。

[0054] 实施例2～3[0055] 与实施例1类似，仅如表1中所示改变原料的种类和用量，进行透水混凝土的制备。[0056] 对比例1～4[0057] 与实施例1类似，其中，对比例1缺少对粗骨料进行酸洗的步骤；对比例2缺少对酸洗后的粗骨料进行硅酸钠修饰的步骤；对比例3没有使用增强剂；对比例4粗骨料和细骨料

均采用天然粗骨料，未对粗骨料进行修饰，也未使用增强剂。

[0058] 性能测试[0059] 透水率测试：将实施例1～3以及对比例1～4制得的透水混凝土制成近似100mm×100mm的正方形试件，并将该试件放入截面100mm×100mm上下开口的带刻度有机玻璃容器

中，然后采用蜡将容器与试件之间的空隙填充密封。向容器内注水至180mm，当水位下降至

160mm时，开始计时，记录时间t1内水位下降高度h1(mm)，则透水率为T＝h1/t1。

[0060] 抗压强度测试：参考GBT0553-05对实施例1至3以及对比例1至4制得的透水混凝土进行抗压强度测试，则抗压强度为f＝F/A，式中f为透水混凝土立方体抗压强度(MPa)，F

2

为破坏荷载(N)，A为试件承压面积(mm)。

[0061] 由表1数据可知，废弃混凝土经过酸洗，硅酸钠修饰和添加增强剂处理制备的透水混凝土抗压性能和透水性都较好，对比天然粗骨料和细骨料制备的透水混凝土，以废弃混

凝土经酸洗，硅酸钠修饰和添加增强剂制备的透水混凝土抗压性能和透水性能更优，因此

通过酸洗、硅酸钠修饰和添加增强剂处理制备的透水混凝土完全可以替代天然骨料制备透

水混凝土。

[0062] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在

本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护

范围之内。

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