CN109574582A - 一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。该透水混凝土由如下原料制成：水泥20.89‑21.18％、粒径为2.35‑4.75mm的再生混凝土骨料55.14‑56.49％、粒径为4.76‑9.5mm的再生混凝土骨料18.38‑18.50％、硅灰1.31‑1.35％、吸附材料1.27‑1.67％、减水剂0.45‑0.74％、水性环氧树脂0.43‑2.07％。本发明采用再生混凝土骨料和水泥为主要原料，并混配硅灰、吸附材料、减水剂和水性环氧树脂后，经过简单工艺方法制备成透水混凝土，既解决建筑垃圾回收利用率低，又克服再生混凝土骨料强度低的问题，而且制备成的透水混凝土不仅具有强度大、透水性能好、成本低的优点，更有吸附有毒重金属离子的能力，尤其对Cd2+具有良好的吸附性能。

Description

一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土及其制备方法
背景技术
自我国大力推广“海绵城市”建设规划以来，透水铺装成为行业热点研究和应用项目。透水混凝土是由水泥、水、特定级配的骨料、外加剂、掺合料和无机颜料等原料按特定比例组配，并经特殊工艺制备而成的一种混凝土，其具有良好的透水性和结构强度，既能满足人类活动对硬化地面的使用要求，又具有天然草坪和土壤地面的生态优势，迅速成为海绵城市建设项目中透水铺装的重要材料。
长期以来，我国建筑垃圾再利用没有引起足够重视，通常是未经任何处理就被运到郊外或农村，采用露天堆放或填埋的方式进行处理，使得建筑垃圾问题日益加重。近年来，随着我国对生态环境保护力度的增大，建筑垃圾回收再利用逐渐受到重视，尤其是利用再生骨料制备透水混凝土，既可以节约建筑成本，又可以促进固体废弃物资源的再利用化，解决建筑垃圾污染问题。此外，在我国工业化快速发展的进程中，有毒重金属污染水体的问题日趋严重，重金属毒性大，且在环境中不会自行降解，成为当今亟需解决的环境问题之一。
专利CN 108264253 A公开了一种具有重金属离子清除能力的透水混凝土的制备方法，包括步骤：1)将粉煤灰和NaOH溶液混合，进行加热搅拌处理，依次进行过滤、水洗至中性、干燥，得碱激发粉煤灰；2)将碱激发粉煤灰与3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液混合，进行常温搅拌处理，然后进行过滤、乙醇清洗、干燥，得TCPS修饰粉煤灰；3)将TCPS修饰粉煤灰与透水混凝土原料按配比混合，然后进行搅拌处理得透水混凝土混合料；4)将所得透水混凝土混合料倒入模具中，进行养护、脱模得具有重金属离子清除能力的透水混凝土制品。该方法采用简单的碱激发预处理并结合搅拌复合手段，促进碱激发粉煤灰与3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷之间Si-O-Si键的形成，将TCPS有效键合在粉煤灰表面，进行水化胶凝反应后，利用TCPS对重金属离子的螯合吸附作用，显著提升所得透水混凝土对重金属离子的吸附稳定性能。但由于采用碱激发预处理粉煤灰并搅拌复合后，需要水洗至中性，不仅浪费大量水资源，而且水洗液为碱性污水，还要经过其它净化手段进行处理后，才能排放，显然增加成本。更重要的是，透水混凝土的透水性和结构强度要求较高，但该报道通过特定技术手段处理后，其混凝土结构强度和透水性不得而知。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种高强、高透水性，且具有吸附重金属离子能力的透水混凝土及其制备方法，通过吸附材料、减水剂、水性环氧树脂等成分修复及改性再生骨料后制备透水混凝土，解决传统透水混凝土力学性能差、透水性能不佳、成本高、无法吸附有毒重金属等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，其特征在于：由如下质量百分比的组分原料制成：水泥20.89-21.18％、粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料55.14-56.49％、粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料18.38-18.50％、硅灰1.31-1.35％、吸附材料1.27-1.67％、减水剂0.45-0.74％、水性环氧树脂0.43-2.07％，所述组分之和为100％，且上述组分原料还加水调节至水灰比为0.21。
优选地，所述的一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，其特征在于：由如下质量百分比的组分原料制成：水泥20.71％、粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料55.14％、粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料18.38％、硅灰1.31％、吸附材料1.66％、减水剂0.73％、水性环氧树脂2.07％，且上述组分原料加水调节至水灰比为0.21。
优选地，所述吸附材料为乙二胺四乙酸镁-铝插层水滑石。
优选地，所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂，固含量20％，减水率＞27.0％。
优选地，所述水性环氧树脂的固含量为50±2％，环氧当量为1200-1850g/eq，25℃时旋转粘度为500-3000mPa·s。
优选地，所述水泥为PO 52.5硅酸盐水泥。
优选地，所述粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1200kg/m3，表观密度为2610kg/m3，24小时吸水率为8.0％，压碎指标为10％；所述粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1250kg/m3，表观密度为2630kg/m3，24小时吸水率为7.5％，压碎指标为10％。
本发明另一目的在于：还公开了上述的具有吸附重金属离子能力的透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1)按照所述配比称量各组分原料，备用；
2)将所述两种不同粒径的再生混凝土骨料加入卧式搅拌机中，混料1分钟；
3)将水泥、硅灰和吸附材料加入行星式搅拌机中，进行低速混料，得到混合物A，其中，所述低速混料时间不低于1分钟；
4)将减水剂和水性环氧树脂溶解于水中配制成拌合水，然后将拌合水加入到步骤3)混合好的混合物A中，并低速搅拌2分钟后，再快速搅拌2分钟，制成胶凝材料；
5)将步骤4)制成的胶凝材料与步骤2)混合好的再生混凝土骨料一起加入到卧式搅拌机中，搅拌3分钟以上并调节水灰比为0.21后，即制成具有吸附重金属离子能力的透水混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用再生混凝土骨料和水泥为主要原料，并混配硅灰、吸附材料、减水剂和水性环氧树脂后，经过简单工艺方法制备成透水混凝土，既解决建筑垃圾回收利用率低，又克服再生混凝土骨料强度低的问题，而且制备成的透水混凝土不仅具有强度大、透水性能好、成本低的优点，更有吸附有毒重金属离子的能力，尤其对Cd2+具有良好的吸附性能。
具体实施方式
为使本发明的技术目的、方案和效果更加清楚、明白，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细阐述。应当理解，以下所述实施例仅适用于解释本发明，而不适用于限制本发明。
实施例1:
一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，通过如下步骤制备成：
1)按照如下质量比称取原料：水泥20.71％(14.2kg)、硅灰1.31％(900g)、吸附材料1.66％(1136g)、粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料55.14％(37.8kg)、粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料18.38％(12.6kg)、减水剂0.73％(500g)、水性环氧树脂2.07％(1420g)；
其中：所述水泥为PO 52.5硅酸盐水泥；
所述吸附材料为乙二胺四乙酸镁-铝插层水滑石；
所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂，固含量20％，减水率＞27.0％；
所述水性环氧树脂的固含量为50±2％，环氧当量为1200-1850g/eq，25℃时旋转粘度为500-3000mPa·s；
所述粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1200kg/m3，表观密度为2610kg/m3，24小时吸水率为8.0％，压碎指标为10％；
所述粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1250kg/m3，表观密度为2630kg/m3，24小时吸水率为7.5％，压碎指标为10％。
2)将所述的粒径分别为2.35-4.75mm、4.76-9.5mm的再生混凝土骨料加入卧式搅拌机中，混料1分钟。
3)将所述水泥、硅灰和吸附材料加入行星式搅拌机中，进行低速混料，得到混合物A，低速混料时间为1分钟，转速控制为62±5转/分钟。
4)将所述减水剂和水性环氧树脂溶解于2.97kg水中，配制成拌合水，然后将拌合水加入到步骤3)混合好的混合物A中，并低速搅拌2分钟后，再快速搅拌2分钟，制成胶凝材料，其中，低速搅拌时转速控制为62±5转/分钟，快速搅拌时转速控制为125±10转/分钟；
5)将步骤4)制成的胶凝材料与步骤2)混合好的再生混凝土骨料一起加入到卧式搅拌机中，搅拌4分钟并调节水灰比为0.21后，即制成具有吸附重金属离子能力的透水混凝土。
实施例2:
一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，通过如下步骤制备成：
1)按照如下质量比称取原料：水泥21.18％(13.5kg)、硅灰1.35％(860g)、吸附材料1.27％(810g)、粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料56.49％(36.0kg)、粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料18.83％(12.0kg)、减水剂0.45％(288g)、水性环氧树脂0.43％(270g)；
其中：所述水泥为PO 52.5硅酸盐水泥；
所述吸附材料为乙二胺四乙酸镁-铝插层水滑石；
所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂，固含量20％，减水率＞27.0％；
所述水性环氧树脂的固含量为50±2％，环氧当量为1200-1850g/eq，25℃时旋转粘度为500-3000mPa·s；
所述粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1200kg/m3，表观密度为2610kg/m3，24小时吸水率为8.0％，压碎指标为10％；
所述粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1250kg/m3，表观密度为2630kg/m3，24小时吸水率为7.5％，压碎指标为10％。
2)将所述的粒径分别为2.35-4.75mm、4.76-9.5mm的再生混凝土骨料加入卧式搅拌机中，混料1分钟。
3)将所述水泥、硅灰和吸附材料加入行星式搅拌机中，进行低速混料，得到混合物A，低速混料时间为1分钟，转速控制为62±5转/分钟。
4)将所述减水剂和水性环氧树脂溶解于2.84kg水中，配制成拌合水，然后将拌合水加入到步骤3)混合好的混合物A中，并低速搅拌2分钟后，再快速搅拌2分钟，制成胶凝材料，其中，低速搅拌时转速控制为62±5转/分钟，快速搅拌时转速控制为125±10转/分钟；
5)将步骤4)制成的胶凝材料与步骤2)混合好的再生混凝土骨料一起加入到卧式搅拌机中，搅拌4分钟后，调节水灰比为0.21，即制成具有吸附重金属离子能力的透水混凝土。
实施例3:
一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，通过如下步骤制备成：
1)按照如下质量比称取原料：水泥20.89％(15.7kg)、硅灰1.33％(1000g)、吸附材料1.67％(1256g)、粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料55.62％(41.8kg)、粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料18.50％(13.9kg)、减水剂0.74％(552g)、水性环氧树脂1.25％(942g)；
其中：所述水泥为PO 52.5硅酸盐水泥；
所述吸附材料为乙二胺四乙酸镁-铝插层水滑石；
所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂，固含量20％，减水率＞27.0％；
所述水性环氧树脂的固含量为50±2％，环氧当量为1200-1850g/eq，25℃时旋转粘度为500-3000mPa·s；
所述粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1200kg/m3，表观密度为2610kg/m3，24小时吸水率为8.0％，压碎指标为10％；
所述粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1250kg/m3，表观密度为2630kg/m3，24小时吸水率为7.5％，压碎指标为10％。
2)将所述的粒径分别为2.35-4.75mm、4.76-9.5mm的再生混凝土骨料加入卧式搅拌机中，混料1分钟。
3)将所述水泥、硅灰和吸附材料加入行星式搅拌机中，进行低速混料，得到混合物A，低速混料时间为1分钟，转速控制为62±5转/分钟。
4)将所述减水剂和水性环氧树脂溶解于3.04kg水中，配制成拌合水，然后将拌合水加入到步骤3)混合好的混合物A中，并低速搅拌2分钟后，再快速搅拌2分钟，制成胶凝材料，其中，低速搅拌时转速控制为62±5转/分钟，快速搅拌时转速控制为125±10转/分钟。
5)将步骤4)制成的胶凝材料与步骤2)混合好的再生混凝土骨料一起加入到卧式搅拌机中，搅拌3分钟以上，并调节水灰比为0.21后，即制成具有吸附重金属离子能力的透水混凝土。
为了验证本发明方法制备的透水混凝土的实际效能，将其进行检测，其结果见下表1。
表1-透水混凝土的性能指标
注：表1中所述对照组为传统透水混凝土；所抗压强度和抗折强度是在28天时测试。
从上表1可知，本发明方法制备的透水混凝土不仅具有强度大，透水、抗冻性能好，更对重金属离子Cd2+具有良好的吸附能力，而且本发明涉及的原料来源广，制备方法简单、重复性好，适合推广应用。

Claims (8)

1.一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，其特征在于：由如下质量百分比的组分原料制成：水泥20.89-21.18％、粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料55.14-56.49％、粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料18.38-18.50％、硅灰1.31-1.35％、吸附材料1.27-1.67％、减水剂0.45-0.74％、水性环氧树脂0.43-2.07％，所述组分之和为100％，且上述组分原料还加水调节至水灰比为0.21。
2.如权利要求1所述的一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，其特征在于：由如下质量百分比的组分原料制成：水泥20.71％、粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料55.14％、粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料18.38％、硅灰1.31％、吸附材料1.66％、减水剂0.73％、水性环氧树脂2.07％，且上述组分原料加水调节至水灰比为0.21。
3.如权利要求1或2所述的一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，其特征在于：所述吸附材料为乙二胺四乙酸镁-铝插层水滑石。
4.如权利要求1或2所述的一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂，固含量20％，减水率＞27.0％。
5.如权利要求1或2所述的一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，其特征在于：所述水性环氧树脂的固含量为50±2％，环氧当量为1200-1850g/eq，25℃时旋转粘度为500-3000mPa·s。
6.如权利要求1或2所述的一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，其特征在于：所述水泥为PO 52.5硅酸盐水泥。
7.如权利要求1或2所述的一种具有吸附重金属离子能力的透水混凝土，其特征在于：所述粒径为2.35-4.75mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1200kg/m3，表观密度为2610kg/m3，24小时吸水率为8.0％，压碎指标为10％；所述粒径为4.76-9.5mm的再生混凝土骨料的孔隙率为52％，紧密堆积密度为1250kg/m3，表观密度为2630kg/m3，24小时吸水率为7.5％，压碎指标为10％。
8.一种根据权利要求1或2所述的具有吸附重金属离子能力的透水混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按照所述配比称量各组分原料，备用；
2)将所述两种不同粒径的再生混凝土骨料加入卧式搅拌机中，混料1分钟；
3)将水泥、硅灰和吸附材料加入行星式搅拌机中，进行低速混料，得到混合物A，其中，所述低速混料时间不低于1分钟；
4)将减水剂和水性环氧树脂溶解于水中配制成拌合水，然后将拌合水加入到步骤3)混合好的混合物A中，并低速搅拌2分钟后，再快速搅拌2分钟，制成胶凝材料；
5)将步骤4)制成的胶凝材料与步骤2)混合好的再生混凝土骨料一起加入到卧式搅拌机中，搅拌3分钟以上，并调节水灰比为0.21后，即制成具有吸附重金属离子能力的透水混凝土。
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