CN110407540B - 透水发光混凝土及包含其的道路铺装*** - Google Patents

透水发光混凝土及包含其的道路铺装*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种透水发光混凝土及包含其的道路铺装***。该透水发光混凝土包括基层和铺设在所述基层之上的发光层；所述基层由包括如下组分的原料制成：质量比为1~8：7：3：1~5：0.01~0.05：0.1~0.5的水泥、废陶瓷骨料、石子骨料、水、减水剂和活性掺合料；所述发光层由包括如下组分的原料制成：质量比为5~10：20~30：0.1~4：0.1~0.8的树脂发光材料、长余辉光致发光材料、防沉剂和偶联剂。该透水发光混凝土能够兼具好的发光和透水性能，既满足了现代化城市建设对透水铺装材料的需求，又可替代路灯进行照明，还可以增加夜晚景观的可观赏性，同时强度性能佳。

Description

透水发光混凝土及包含其的道路铺装***
技术领域
本发明涉及混凝土术领域，特别是涉及一种透水发光混凝土及包含其的道路铺装***。
背景技术
现代化城市的建设需要大量使用砂石、混凝土和建设材料，且原有的天然植被群落不断被建筑物及非透水性的硬化地面所取代，从而改变了自然土壤植被及下垫面的可渗透性，破坏了水和大气的循环路径，因而给我们的生活带来了许多负面影，探索和应用与环境共生、追求与社会发展同步的可持续发展材料、资源与能源的迫切性日益凸显。目前，已有很多国家已经对透水铺装材料进行了研究。
目前的透水铺装材料要么是整体透水，要么是通过铺装拼接缝隙进行透水，但是这两种透水方式都容易因为缝隙被粉尘或杂质堵塞，而失去透水功能，维护极不方便。
我国每年生产和消费大量的陶瓷，生产和消费陶瓷的数量占全球用量的50%，其中，艺术、日用、建筑陶瓷产量均居世界首位。建筑工程中产生的大量废弃陶瓷，处理方式基本采用填埋和堆积，对生态环境造成了严重的破坏。如何对废弃陶瓷进行再利用，使废弃陶瓷从环境负担转化为发展资源，是当下很多专家学者们的研究热点。另外，传统的普通/彩色透水混凝土铺装材料还存在易泛碱、易褪色的问题，且夜间装饰性不强，无法提供夜间指引效果和园林装饰效果。
发明内容
基于此，有必要提供一种透水发光混凝土。该透水发光混凝土兼具好的发光和透水性能，同时强度性能佳。
一种透水发光混凝土，包括基层和铺设在所述基层之上的发光层；
所述基层由包括如下组分的原料制成：质量比为1~8：7：3：1~5：0.01~0.05：0.1~0.5的水泥、废陶瓷骨料、石子骨料、水、减水剂和活性掺合料；
所述发光层由包括如下组分的原料制成：质量比为5~10：20~30：0.1~4：0.1~0.8的树脂发光材料、长余辉光致发光材料、防沉剂和偶联剂。
在其中一个实施例中，所述偶联剂选自铬络合物偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和锆类偶联剂中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述偶联剂为铬络合物偶联剂和锆类偶联剂的混合物。
在其中一个实施例中，所述防沉剂为有机膨润土、蓖麻油衍生物和气相二氧化硅中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述防沉剂为有机膨润土和蓖麻油衍生物的混合物。
在其中一个实施例中，所述树脂发光材料由聚苯乙烯树脂和稀土长余辉夜光粉制备而成；及/或，所述长余辉光致发光材料选自硅酸盐体系、铝酸盐体系和硫化物体系中的至少一种；及/或，所述活性掺合料选自粉煤灰、矿渣微粉和硅灰中的两种或三种的混合物。
在其中一个实施例中，所述废陶瓷骨料的级配为5~10mm级；及/或，所述石子骨料的级配为5~10mm级。
本发明还提供所述的透水发光混凝土的制备方法，包括如下步骤：
按所述基层的原料混合后压制，得基层；
将所述发光层的原料混合后，铺设于所述基层之上。
本发明还提供一种道路铺装***，包括由所述的透水发光混凝土制成的混凝土层。
在其中一个实施例中，所述的道路铺装***包括：素土夯实层、铺设于所述阹夯实层之上的碎石垫层、铺设于所述碎石垫层之上的所述混凝土层、以及水回收利用单元；所述水回收利用单元包括：嵌设于所述素土夯实层的蓄排水池、水收集池和水利用单元；
所述蓄排水池设有连通至外界的虹吸式管，并通过排水管与所述水收集池相连通；所述排水管设有水过滤装置，用于过滤由所述蓄排水池流通至所述水收集池的水；所述水利用单元连接至所述水收集池，以利用所述水收集池中的水。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的透水发光混凝土，以回收再利用废陶瓷骨料部分替代混凝土中的石子骨料，减少对石子骨料的使用，同时使配制的基层具有很好的透水性能。与此同时，在该基层之上铺设发光层，该发光层通过发光材料、防沉剂和偶联剂的合理配制，能够在发挥好的发光性能的同时，避免对基层的透水性能造成不良影响，由此制得的透水发光混凝土能够兼具好的发光和透水性能，既满足了现代化城市建设对透水铺装材料的需求，又可替代路灯进行照明，还可以增加夜晚景观的可观赏性，同时强度性能佳。
附图说明
图1为本发明一实施例的道路铺装***结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的透水发光混凝土及包含其的道路铺装***作进一步详细的说明。
本发明的实施例提供一种透水发光混凝土，包括基层和铺设在所述基层之上的发光层；所述基层由包括如下组分的原料制成：质量比为1~8：7：3：1~5：0.01~0.05：0.1~0.5的水泥、废陶瓷骨料、石子骨料、水、减水剂和活性掺合料；所述发光层由包括如下组分的原料制成：质量比为5~10：20~30：0.1~4：0.1~0.8的树脂发光材料、长余辉光致发光材料、防沉剂和偶联剂。
传统的混凝土方案中有单独具有透水或发光性能的混凝土，但是将此两种性能进行复合的混凝土方案还未见报道。使混凝土具有发光性能的方式有二：其一，在混凝土中混入发光材料；其二，在混凝土基层的表面涂覆发光材料。方式一中发光材料会填充于混凝土的透水孔隙之间，对透水性造成不良影响，且发光性能难以保证，同时会造成发光材料的浪费。方式二中发光材料在涂覆时也容易造成透水孔隙的掩埋，对施工者要求较高，且在长期使用过程中，发光材料容易剥离或随水流陷入基层中，发光性能受损。
基于此，本发明的技术方案在发光层中将发光材料与防沉剂、偶联剂进行合理复配，能够使制得的发光层具有快速成型的特点，由此在铺设时可避免因其流动性造成对透水孔隙的填充，同时将基层中的废陶瓷骨料和石子骨料进行合理配比，所形成的透气空隙能够与前述发光层的流动性相匹配，既对发光层形成良好支撑，又具有好的透气性，同时强度性能佳。另外，防沉剂和偶联剂的合理复配避免了其对发光材料发光特性的不良影响，且还可以使发光层紧密的贴合在基层的表面，不易剥离或随水流陷入基层中，使制得的混凝土具有优异持久的发光效果。
在其中一个具体的实施例中，所述基层由包括如下组分的原料制成：质量比为3~5：7：3：1~2：0.025~0.04：0.15~0.4的水泥、废陶瓷骨料、石子骨料、水、减水剂和活性掺合料；所述发光层由包括如下组分的原料制成：质量比为6~10：22~28：1~3：0.4~0.6的发光材料、防沉剂和偶联剂。
在其中一个具体的实施例中，所述偶联剂选自铬络合物偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和锆类偶联剂中的至少一种。在如下实施例中，所述铬络合物偶联剂为甲基丙烯酸氯化铬；所述硅烷偶联剂为KH550；所述钛酸酯偶联剂为钛酸四丁酯；所述锆类偶联剂为四正丙基锆酸酯。
作为优选地，所述偶联剂为铬络合物偶联剂和锆类偶联剂的混合物。更为优选地，所述偶联剂为重量比为1:1~3的铬络合物偶联剂和锆类偶联剂的混合物。
在其中一个具体的实施例中，所述防沉剂为有机膨润土、蓖麻油衍生物和气相二氧化硅中的至少一种。作为优选地，所述防沉剂为有机膨润土和蓖麻油衍生物的混合物。更为优选地，所述防沉剂为重量比为1:0.5~2的有机膨润土和蓖麻油衍生物的混合物。
在其中一个具体的实施例中，所述废陶瓷骨料的级配为5~10mm级。更为具体地，所述废陶瓷骨料由废弃陶瓷粉碎加工而成。
在其中一个具体的实施例中，所述石子骨料的级配为5~10mm级。
在其中一个具体的实施例中，所述水泥为硅酸盐水泥。
在其中一个具体的实施例中，所述发光材料可以为树脂发光材料和长余辉光致发光材料中的至少一种。树脂发光材料和长余辉光致发光材料均属于吸收可见光、紫外线等能量后，能将其储存起来，在黑暗环境下再将能量慢慢释放出来，且发光时长较久的发光材料。具体可如树脂发光石和长余辉光致发光石。
具体地，所述树脂发光材料由聚苯乙烯树脂和稀土长余辉夜光粉制备而成。所述长余辉光致发光材料选自硅酸盐体系、铝酸盐体系和硫化物体系中的至少一种，其中，所述硅酸盐体系可如(CaSr)MgSi2O7:Eu2+,Dy3+；所述铝酸盐体系可如SrAl2O4:Eu:Dy3+；所述硫化物体系可如CaS:Bi。所述树脂发光材料和述长余辉光致发光材料均为市售产品。在如下实施例中，所述长余辉光致发光材料采用铝酸盐体系SrAl2O4:Eu:Dy3+。
在其中一个具体的实施例中，所述减水剂选自木质素磺酸盐、萘磺酸盐减水剂、粉末聚羧酸酯和干酪素中的至少一种。
在其中一个具体的实施例中，所述活性掺合料选自粉煤灰、矿渣微粉和硅灰中的两种或三种的混合物。混凝土反碱现象的出现与混凝土的水泥、骨料等原料的配伍关系密切。针对前述基层的原料体系，本发明进一步以粉煤灰、矿渣微粉和硅灰中的两种或三种的混合物作为活性掺合料，并以一定的比例加入，能有效地与水泥中的盐分发生二次反应，将氢氧化钙转化为硅酸钙凝胶，防止其游离到混凝土表面，避免泛碱现象出现，很好地预防和解决了混凝土易褪色易泛碱的问题。作为优选地，所述活性掺合料为粉煤灰、矿渣微粉和硅灰的混合物。更优选地，将粉煤灰、矿渣微粉和硅灰按照1:2~4:2~4的重量比混合使用。
上述透水发光混凝土的制备方法可包括如下步骤：
制备基层：按所述水泥、废陶瓷骨料、石子骨料、水、减水剂和活性掺合料的均匀搅拌后压制，得基层；
制备发光层：将所述发光材料、防沉剂和偶联剂混合后，铺设于所述基层表面。
在其中一个具体的实施例中，所述铺设的方法可为：先将不规则镂空模具置于所述基层上，然后将混合得到的物料通过填充所述镂空模具的方式进行涂抹覆盖，待发光层成型稳定后，取下所述不规则镂空模具。由此可形成所需的花纹图案，并进一步避免了对透水空隙的覆盖。
上述透水发光混凝土用于如公园路、人行道、非机动车道或广场步道等应用环境的道路铺装。
本发明实施例还提供一种道路铺装***，包括上述的透水发光混凝土制成的混凝土层。
在其中一个具体的实施例中，所述道路铺装***包括：素土夯实层、铺设于所述素土夯实层之上的碎石垫层、及铺设于所述碎石垫层之上的所述混凝土层。按照该层结构设置，可获得较佳的道路强度，且道路透水性能好。
在其中一个具体的实施例中，在铺装时，可采用规格为300~500mm× 300~500mm×250~300mm的上述透水发光混凝土制成的混凝土层作为一个铺装单元，其中，发光层厚度可设置为20~30mm。另外，发光层的表面起伏的幅度一般不大于3mm。
在其中一个具体的实施例中，所述的碎石垫层的厚度为100~150mm。
前述道路铺装***中可进一步加入水回收利用单元，以对道路表面和透过道路的水进行收集和利用。
在其中一个具体的实施例中，所述的道路铺装***还包括水回收利用单元；所述水回收利用单元包括：嵌设于所述素土夯实层的蓄排水池、水收集池和水利用单元；
所述蓄排水池设有连通至外界的虹吸式管，并通过排水管与所述水收集池相连通；所述排水管设有水过滤装置，用于过滤由所述蓄排水池流通至所述水收集池的水；所述水利用单元连接至所述水收集池，以利用所述水收集池中的水。
如下结合附图提供一具体的道路铺装***，如图1所示，所述道路铺装***包括素土夯实层101、铺设于素土夯实层101之上的碎石垫层102、及铺设于碎石垫层102之上的混凝土层103，混凝土层103即采用前述的透水发光混凝土制成，包括基层031和发光层032。另外，所述道路铺装***还设有水回收利用单元，该水回收利用单元包括：嵌设于素土夯实层101的蓄排水池201、水收集池202和水利用单元203。
蓄排水池201设有连通至外界的若干虹吸式管011，并通过排水管204与水收集池202相连通；排水管204设有水过滤装置205，用于过滤由蓄排水池201流通至水收集池202的水；水利用单元203连接至水收集池202，以利用水收集池202中的水。
进一步地，蓄排水池201的顶部设有盖板012，虹吸式管011设于盖板012之上，若干虹吸式管011通过虹吸排水槽014与排水板013连接，排水板013可将其表面的水（及渗透入道路铺装***的水的一部分）导流至虹吸排水槽014，由此可将渗透入道路铺装***的水和表面的水进行汇总收集，收集效果更佳。盖板012与排水板013之间还可设置防水层015，由此避免水积累在盖板012表面，有利于水的汇总收集。
更为具体地，虹吸式管011与外界连通的一端可为网状半球形管，管内用尼龙网兜装有吸附材料，可以更为快捷的对表面的水进行回收。所述吸附材料包括但不限于炉渣、陶粒和木炭颗粒中的至少一种。所述吸附材料的尼龙网兜可悬挂在虹吸式管螺丝口上端，方便定期取出虹吸式管，并对尼龙网兜中的吸附材料进行更换。
水过滤装置205具体可为无纺布。蓄排水池201与水收集池202之间可设置观察井，以对水回收情况进行观测。水利用单元203具体可为喷灌装置，将回收到的水用于植物或土地的喷灌。
更为具体地，混凝土层103与周边环境道路相衔接的边缘设置有路沿石封边033，路沿石封边033的下端延伸至碎石垫层102。由此可避免水向周边环境道路渗透，有利于汇总收集。
如下为前述透水发光混凝土的具体实施例，各实施例均可以应用于前述的道路铺装***。
实施例1-6和对比例1-3中采用的水泥均为P·O42.5普通硅酸盐水泥；废陶瓷骨料和石子骨料的级配均为5~10mm。
实施例1-6和对比例1-3的透水发光混凝土的原料组成（kg）和性能测试结果如下表1和2所示：
性能测试标准参考CJJT35-2009透水水泥混凝土路面技术规程，标准指标（C20）为：抗压强度（28d）≥20.0MPa；弯拉强度（28d）≥2.5MPa；连续孔隙率11~17%；透水系数≥0.5mm/s。
表1
Figure 113365DEST_PATH_IMAGE001
表2
Figure 689840DEST_PATH_IMAGE002
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种透水发光混凝土，其特征在于，包括基层和铺设在所述基层之上的发光层；
所述基层由包括如下组分的原料制成：质量比为3~5：7：3：1~2：0.025~0.04：0.15~0.4的水泥、废陶瓷骨料、石子骨料、水、减水剂和活性掺合料；
所述发光层由包括如下组分的原料制成：质量比为6~10：22~28：1~3：0.4~0.6的树脂发光材料、长余辉光致发光材料、防沉剂和偶联剂；
所述树脂发光材料由聚苯乙烯树脂和稀土长余辉夜光粉制备而成；
所述偶联剂为甲基丙烯酸氯化铬和四正丙基锆酸酯的混合物；
所述防沉剂为有机膨润土和蓖麻油衍生物的混合物。
2.根据权利要求1所述的透水发光混凝土，其特征在于，所述偶联剂为重量比为1:1~3的铬络合物偶联剂和锆类偶联剂的混合物。
3.根据权利要求1所述的透水发光混凝土，其特征在于，所述防沉剂为重量比为1:0.5~2的有机膨润土和蓖麻油衍生物的混合物。
4.根据权利要求1所述的透水发光混凝土，其特征在于，所述长余辉光致发光材料选自硅酸盐体系、铝酸盐体系和硫化物体系中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的透水发光混凝土，其特征在于，所述活性掺合料选自粉煤灰、矿渣微粉和硅灰中的两种或三种的混合物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的透水发光混凝土，其特征在于，所述废陶瓷骨料的级配为5~10mm级。
7.根据权利要求1-5任一项所述的透水发光混凝土，其特征在于，所述石子骨料的级配为5~10mm级。
8.权利要求1-7任一项所述的透水发光混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按所述基层的原料混合后压制，得基层；
将所述发光层的原料混合后，铺设于所述基层之上。
9.一种道路铺装***，其特征在于，包括由权利要求1-7任一项所述的透水发光混凝土制成的混凝土层。
10.根据权利要求9所述的道路铺装***，其特征在于，包括：素土夯实层、铺设于所述素土夯实层之上的碎石垫层、铺设于所述碎石垫层之上的所述混凝土层、以及水回收利用单元；所述水回收利用单元包括：嵌设于所述素土夯实层的蓄排水池、水收集池和水利用单元；
所述蓄排水池设有连通至外界的虹吸式管，并通过排水管与所述水收集池相连通；所述排水管设有水过滤装置，用于过滤由所述蓄排水池流通至所述水收集池的水；所述水利用单元连接至所述水收集池，以利用所述水收集池中的水。
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