本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，同時還涉及一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土的制備方法，該生態(tài)透水混凝土可用作非高強(qiáng)承壓路面材料，具體涉及到小區(qū)路面、道路人行道、非機(jī)動車道、部分機(jī)動車道和綠地廣場路面等。有助于雨水資源的收集再利用，節(jié)約水資源。

背景技術(shù)：

中國的道路路面大多是傳統(tǒng)的不透水路面，主要由瀝青、水泥和磚石鋪設(shè)而成。這種不透水路面雖然在抗壓強(qiáng)度性能上較為優(yōu)異，但不具備透水性能，不能有效緩解城市內(nèi)澇，雨水資源不能有效補(bǔ)給地下水，造成了水資源的浪費(fèi)?！昂＞d城市”是中國近年來提出的關(guān)于新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的新概念，目的在于有效緩解城市內(nèi)澇，削減城市徑流污染，節(jié)約水資源。透水混凝土不僅具備較好的抗壓強(qiáng)度，同時兼具優(yōu)異的透水性能，能夠作為道路建材的同時滲透雨水，是“海綿城市”建設(shè)中重要的功能建筑材料之一，開發(fā)和制備具備高強(qiáng)高透水的生態(tài)型透水混凝土是研究的重點和熱點，不僅能夠提供具有優(yōu)異性能的材料，同時可實現(xiàn)廢棄物的資源化利用。中國污泥產(chǎn)量劇增，2015年中國污水處理能力達(dá)到1.62億m³/d，比上年增加1.72％，隨之產(chǎn)生的污泥突破了3000萬t/a(含水率按80％計)，“水十條”提出在2020年，全國所有縣城和重點鎮(zhèn)具備污水收集處理能力，縣城和城市污水處理能力分別達(dá)到85％和95％左右。城市污泥無害化處理處置率達(dá)到90％以上。污泥合理有效的處理處置已成為亟待解決的問題。污泥焚燒能夠極大減量化和無害化，是極具前景的污泥處理方式之一。污泥焚燒伴生的污泥焚燒灰呈現(xiàn)塑形特性，不適合土地填埋，但污泥焚燒灰具備潛在的火山灰活性，作為水泥摻和料用作建筑材料是實現(xiàn)其資源化很好的選擇，而將其應(yīng)用于透水混凝土，可以基于透水混凝土本身結(jié)構(gòu)的特殊性，充分發(fā)揮污泥灰特性的天然優(yōu)勢，制備出高強(qiáng)高透水的生態(tài)透水混凝土。目前，用于水泥摻和料的外加劑主要是以粉煤灰為主，以粉煤灰為摻和料制備的透水混凝土在透水性能和吸附性能表現(xiàn)上不突出，而能夠顯示出優(yōu)異性能的粉煤灰基透水混凝土則需要較為嚴(yán)格的外加條件和過程控制參數(shù)，這限制了其在實際情況中的應(yīng)用。粉煤灰顆粒大多呈球形，污泥焚燒灰顆粒呈現(xiàn)不規(guī)則、表面粗糙且多孔狀。研究指出碎石骨料配制的透水混凝土總孔隙率和透水系數(shù)明顯大于卵石骨料配制的透水混凝土。在形態(tài)上，粉煤灰顆粒類似于卵石，污泥焚燒灰類似于碎石，因此，從材料的微集料效應(yīng)出發(fā)，污泥焚燒灰對于生態(tài)透水混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙率和試件透水系數(shù)的提升均優(yōu)于粉煤灰。污泥焚燒灰顆粒不僅具備火山灰活性，同時具有微集料效應(yīng)和填充效應(yīng)。從微觀角度出發(fā)，污泥焚燒灰顆粒的微觀形貌使得其二次水化反應(yīng)界面較大，反應(yīng)活性位點多，能夠充分發(fā)揮其火山灰活性；其次，污泥焚燒灰顆粒作為膠凝體系的微骨料，所形成的總孔隙率大于粉煤灰顆粒，從而實現(xiàn)透水混凝土更加豐富的內(nèi)部孔隙，提高了透水系數(shù)；最后是污泥焚燒灰較大的比表面積，使得透水混凝土具備一定程度的對于地表徑流污染物的吸附作用。污泥焚燒灰用作水泥摻和料制備生態(tài)透水混凝土，可以實現(xiàn)污泥焚燒灰的資源化利用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)之義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在于提供了一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，配方合理，使用方便，一種兼具較好抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)，再利用污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，實現(xiàn)了污泥焚燒灰在透水材料領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用，該生態(tài)透水混凝土資源化利用污泥焚燒灰代替了部分水泥，從原材料上節(jié)約了水泥耗量，利用污泥焚燒灰不規(guī)則且粗糙多孔的微觀形貌和潛在的火山灰活性，可使生態(tài)透水混凝土顯示出優(yōu)良的抗壓強(qiáng)度、優(yōu)異的透水系數(shù)和良好的吸附性能。該生態(tài)透水混凝土的28d抗壓強(qiáng)度能夠滿足《透水混凝土路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T135-2009)中的C20和C30要求，透水系數(shù)相對提高8％左右，降低水泥材料成本約10％，具有較高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明的另一個目的是在于提供了一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土的制備方法，方法易行，操作簡便，該方法所需裝置簡單，利用傳統(tǒng)混凝土制備裝置即可生產(chǎn)，無需外加其他裝置，投資省，在攪拌時間上具有一定的調(diào)節(jié)彈性，攪拌效果可以直觀判斷，根據(jù)攪拌效果，還可以通過調(diào)節(jié)攪拌時間和原料用量進(jìn)行微調(diào)。該方法可以制備出兼具較高抗壓強(qiáng)度和優(yōu)異透水性能及良好吸附性能的生態(tài)透水混凝土，28d抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)32.0MPa，透水系數(shù)達(dá)2.02-2.18mm/s。

為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，由以下重量份的原料組成：

一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，由以下重量份的原料組成(優(yōu)選范圍)：

一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，由以下重量份的原料組成(較好范圍)：

一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，由以下重量份的原料組成(最好范圍)：

一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，由以下重量份的原料組成(具體值)：

所述的污泥焚燒灰是由烘干污泥球磨過篩后在溫度不超過900℃下焚燒2h后得到，經(jīng)激光粒度儀測定平均粒徑為18-20um。

所述的水泥選用42.5普通硅酸鹽水泥。

所述的減水劑選用SBTJM-B型萘系高效減水劑或PCA(I)型羧酸高效減水劑中的一種，減水率>20％。

所述的碎石粒徑為5-10mm，碎石緊密堆積密度與表觀密度的百分比為55.52％，即碎石緊密堆積孔隙率為44.48％。

一種摻入焚燒污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土的制備方法，其步驟是：

1)將污泥焚燒灰和水泥按比例預(yù)先混合均勻；

2)加入一定比例的水和減水劑，在混凝土攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杈鶆颍瑫r間控制在60-80s；

3)加入一定比例的碎石，攪拌至漿體能均勻包裹于碎石表面，不會產(chǎn)生漿體積聚，時間控制在120-150s；

4)出料壓力成型并于溫度為18－22℃，濕度為95％的標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至26－30d，即可用作路面材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：

利用污泥焚燒后的污泥焚燒灰為原料，用作生態(tài)透水混凝土的制備，一方面解決了污泥焚燒灰顆粒由于其塑形特性而不適合進(jìn)入填埋場的問題，另一方面增加了污泥焚燒灰用作建筑材料的新方向，而且污泥焚燒灰的微觀特性使得其在透水混凝土方向上的應(yīng)用具備傳統(tǒng)粉煤灰不具備的優(yōu)勢，即豐富的結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙、較大的二次水化反應(yīng)面積和一定程度的對地表徑流中污染物的吸附性能。利用污泥焚燒灰作為水泥摻和料，不僅降低了生產(chǎn)成本，同時所制備的生態(tài)透水混凝土綜合性能優(yōu)異，其28d抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)32.0MPa，透水系數(shù)達(dá)2.02-2.18mm/s。其制備方法操作靈活，實施簡單，參數(shù)具有調(diào)控彈性，可根據(jù)攪拌效果實現(xiàn)攪拌效果的微調(diào)。

附圖說明

圖1為一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土制備方法工藝流程圖。

圖2為一種污泥焚燒灰與氫氧化鈣飽和溶液反應(yīng)過程中電導(dǎo)率變化趨勢圖。

溶液電導(dǎo)率的降低是由于自由鈣離子含量的減少，火山灰材料中活性物質(zhì)與氫氧化鈣反應(yīng)生成C-S-H膠凝物質(zhì)或其他膠凝產(chǎn)物，將導(dǎo)致溶液電導(dǎo)率的降低。圖2反映了80ml飽和氫氧化鈣溶液與2.0g污泥焚燒灰在26±1℃溫度下密閉反應(yīng)4h的電導(dǎo)率變化趨勢圖?？梢钥闯?，溶液電導(dǎo)率顯著降低，這表明污泥焚燒灰中含有一定數(shù)量活性物質(zhì)，污泥焚燒灰具備潛在的火山灰活性。

圖3為一種污泥焚燒灰的掃描電鏡圖(放大1000倍)。

圖3顯示了污泥焚燒灰的微觀形貌。可看出污泥焚燒灰顆粒外形呈不規(guī)則狀態(tài)，表面粗糙，顆粒尺寸較多為十幾微米，污泥焚燒灰顆粒具有較大比表面積。作為水泥的摻和料，其具有較大的二次水化反應(yīng)面積，在保證透水混凝土強(qiáng)度的前提下，可以豐富結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙，提高透水能力，并兼具一定程度的對地表徑流污染物的吸附性能。

具體實施方式

下述非限制性實施例可以使本領(lǐng)域的研究人員更加全面理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

實施例1：

一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，由以下重量份的原料組成：

一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土的制備方法，其步驟是：

1)將污泥1在105℃電熱恒溫干燥箱內(nèi)烘干2至3或4d，取烘干后的干污泥置于球磨機(jī)中球磨3約10min，用80um方孔篩將球磨后的污泥灰過篩4，將水泥6和在溫度不超過900℃下焚燒5了1-3h的污泥焚燒灰7按408:63(份)的比例預(yù)先混合均勻8；

2)向混合料中加入4.5份SBTJM-B型萘系高效減水劑9和139份水10，在混凝土攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杈鶆?，時間11控制在60或70或80s；

3)接著向上述漿體中加入1459份碎石12，攪拌至漿體能均勻包裹于碎石表面，不會產(chǎn)生漿體積聚，時間13控制在120或130或140或150s；

4)所得混凝土拌合料通過壓力成型14，并在溫度為20±2℃，濕度為95％的標(biāo)準(zhǔn)條件下15養(yǎng)護(hù)至26或28或30d，可得生態(tài)透水混凝土16用作路面材料。

所用污泥焚燒灰的比表面積為13.5m²/g(13500m²/kg)，相當(dāng)于粉煤灰比表面積的18.6-31.3倍左右，較大的比表面積使得污泥焚燒灰具備更多的反應(yīng)活性位點，潛在的火山灰活性能得到充分的發(fā)揮，對材料的強(qiáng)度貢獻(xiàn)也更充分，彌補(bǔ)了污泥焚燒灰潛在火山灰活性弱于粉煤灰的不足。在此配比下，利用污泥焚燒灰制備的生態(tài)透水混凝土的28d強(qiáng)壓強(qiáng)度為26.9MPa，達(dá)到在相同制備參數(shù)下由粉煤灰制備的透水混凝土28d抗壓強(qiáng)度的95％，這可以較好的保證生態(tài)透水混凝土的強(qiáng)度性能，使其滿足作為路面材料的強(qiáng)度要求；其次污泥焚燒灰制備的生態(tài)透水混凝土的透水系數(shù)相比較于粉煤灰制備的透水混凝土有顯著的提高，28d透水系數(shù)由0.92mm/s提高至0.99mm/s，提高率達(dá)到7.6％，其具備更加優(yōu)異的透水性能；最后，污泥焚燒灰制備的生態(tài)透水混凝土具備對地表徑流中污染物質(zhì)(氮、磷)一定程度的吸附能力，對總磷和總氮的28d吸附去除率分別達(dá)到76％和52％，相比較于粉煤灰分別提高約46.1％和48.1％，其在26d、27d、29d和30d對總磷和總氮吸附的相對提高率分別為46.7％和48.9％、46.5％和48.6％、45.5％和47.4％、44.8％和46.4％。此外，在其制備方法上，攪拌時間具有一定的調(diào)節(jié)彈性，此例中攪拌時間1可控制在65或70或75s，攪拌時間2相應(yīng)地可調(diào)節(jié)為120或125或130s，制備過程靈活，操作方便，攪拌效果亦可直觀判斷。

總體而言，實施例1中的生態(tài)透水混凝土具備以下幾點重要的獨(dú)特優(yōu)勢：其一是抗壓強(qiáng)度較高，依靠污泥焚燒灰較大的比表面積和較多的反應(yīng)活性位點，可充分發(fā)揮其潛在火山灰活性；其二，透水性能優(yōu)異，28d透水系數(shù)相對提高7.6％；其三，吸附性能突出，對總磷和總氮的28d吸附率分別相對提高46.1％和48.1％，對地表徑流的水質(zhì)有初步凈化作用；其四，制備過程靈活，具有微調(diào)攪拌效果的優(yōu)勢。

一種摻入污泥焚燒灰的生態(tài)透水混凝土，由以下重量份的原料組成：

從實施例2到實施例5所用減水劑種類分別為：SBTJM-B型萘系高效減水劑、PCA(I)型羧酸高效減水劑、PCA(I)型羧酸高效減水劑、PCA(I)型羧酸高效減水劑。

測試方法：試塊28d抗壓強(qiáng)度按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)進(jìn)行；試塊28d透水系數(shù)采用“固定水位高度法”進(jìn)行測試。

其制備步驟與實施例1相同。