技术领域
[0001] 本
发明涉及建筑垃圾综合利用技术领域，特别是指一种利用砖渣再生骨料制备的透水混凝土及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着我国城市化
进程中城市
框架的快速扩张及建成区内建筑的更新，越来越多的城中村及老旧房屋被拆除，这些房屋多为老式的砖混结构。因此，拆迁现场产生大量的以粘土砖瓦、低强度混凝土为主的砖渣型建筑垃圾。这种砖渣型建筑垃圾由于自身强度低，吸水率高所制备的再生骨料性能较差，极大限制了此类固废的循环利用。从而在城市周边形成大量的呆滞堆积占用了宝贵的土地资源，同时对周边
土壤、大气带来较大的污染与破坏。
[0003] 另一方面,现代城市的地表逐步被
钢筋混凝土的房屋和不透水的混凝土路面
覆盖。虽然普通混凝土路面铺装简单，成本低廉，但给城市的生态环境带来了一些负面的影响。与自然的土壤相比，混凝土路面缺乏呼吸性，吸收热量和渗透雨水的能
力，随之带来了诸如城市热岛效应，城市路面积水及城市
地下水位下降等环境问题。
[0004] 透水性混凝土也被称为
多孔混凝土，它实质上是由单一级配骨料、胶结材料、水及添加剂等拌和成混合料，再经特殊工艺制成的非封闭型的多孔混凝土或制品。由于再生砖骨料透水混凝土具有轻量、透水、透气等优点被广泛的应用于市政建设等领域。因此，利用砖渣再生骨料来制备透水混凝土是一种可以大宗消纳建筑垃圾制备绿色再生建材的良好技术路径。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是针对砖混结构建筑在拆迁过程中产生的砖渣型建筑垃圾通过
破碎筛分制备成的废弃砖渣再生骨料，如何通过100％天然骨料替代率制备透水混凝土的技术方法。
[0006] 本发明的技术方案是这样实现的：一种利用砖渣再生骨料制备的透水混凝土，包括以下重量份的原料：废弃砖渣再生骨料1050份，四元复合
水泥胶结料390-420份，高效
减水剂1-2份，甲基
硅酸钠水溶液25-35份和水100-130份。
[0007] 进一步地，所述的四元复合水泥胶结料包括以下重量份的原料：普硅525水泥100份、硅灰26份、一级
粉煤灰24份以及活性
煅烧煤系
高岭土10.3份，活性煅烧煤系高岭土全文简称活性矿粉。
[0008] 进一步地，所述的废弃砖渣再生骨料的制备方法：将砖渣型建筑垃圾经过粗碎后破碎至﹣25mm，然后将粗碎后的﹣25mm物料投入
破碎机中以22r/min的转动速率，120mm:100mm:90mm:80mm＝2:2:2:1.5的钢球级配进行破碎，最后制得的废弃砖渣再生骨料的粒度范围控制在4.9-9.5mm之间，长径比在0.75-0.9之间，压碎值在25-35％之间，吸水率在11-
13％之间。所述的破碎机为建筑垃圾专用破碎机，
专利号：ZL201821614712.2。
[0009] 进一步地，所述的高效减水剂为聚
羧酸-
萘系复合减水剂，
聚羧酸减水剂：萘系减水剂的重量比为85:15。
[0010] 进一步地，甲基
硅酸钠水溶液为固含量大于30％的无色透明液体。
[0011] 进一步地，一种利用砖渣再生骨料制备的透水混凝土，还包括以下重量份的原料：钢
纤维25-55份。
[0012] 一种利用砖渣再生骨料制备透水混凝土的方法，包括以下步骤：
[0013] (1)废弃砖渣再生骨料憎
水处理：按照废弃砖渣再生骨料1050份和甲基硅酸钠水溶液25-35份的重量比，预先对废弃砖渣再生骨料进行浸渍，浸渍后的废弃砖渣再生骨料通过自然
风干或者加热干燥冷却后使用；
[0014] (2)四元复合水泥胶结料的配制：普硅525水泥100份、硅灰26份、一级粉煤灰24份和活性矿粉10.3份在高混机中混合均匀后作为胶结料整体使用；
[0015] (3)将1-2份高效减水剂放入100-130份水中，均匀分散至完全溶解，获得减水剂溶液；
[0016] (4)将步骤(2)中配制的四元复合水泥胶结料390-420份放入水泥
砂浆搅拌机中低速搅拌，将步骤(3)中制备的减水剂溶液缓慢加入到水泥砂浆搅拌机中，当还剩20％的减水剂溶液将水泥砂浆搅拌机由低速搅拌切换成快速搅拌，等待30秒后，继续缓慢滴加剩余的减水剂溶液直至四元复合水泥胶结料完全形成
非牛顿
流体浆料，最后关闭水泥砂浆搅拌机；
[0017] (5)将步骤(1)中憎水处理后的废弃砖渣再生骨料导入步骤(4)中的
非牛顿流体浆料中，废弃砖渣再生骨料倒入后立即开启水泥砂浆搅拌机并设置为低速搅拌，搅拌90秒使非牛顿流体浆料充分包裹废弃砖渣再生骨料，获得透水混凝土。
[0018] 进一步地，步骤(5)中，先将钢纤维25-55份加入到非牛顿流体浆料中并低速搅拌60s使钢纤维均匀分散，然后停机加入步骤(1)中憎水处理后的废弃砖渣再生骨料。
[0019] 进一步地，步骤(4)中的快速搅拌的速度为120rpm，步骤(5)中的低速搅拌为50rpm。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 废弃砖渣再生骨料采用专用的建筑垃圾碎磨机制备，破碎机的授权专利号：ZL201821614712.2，该设备采用中心传动、单侧给料、周边卸料工作方式，以及双层结构设计。采用此设备加工砖渣有效减少过
粉碎，成品率高等优势。采用该设备产出的砖渣骨料具有粒径分布窄，粒形优化，压碎率降低的优势，为提高混凝土整体力学性能的提升提供更好的骨料产品。
[0022] 介于砖渣骨料吸水率较大的特点，而在透水混凝土体系中加水量为影响力学性能的关键因素。为此本发明采用了对砖渣骨料进行外部憎水加胶结料内部减水的协同处理方式，以最小化用水量需求。对废弃砖渣再生骨料采用甲基硅酸钠水溶液进行外部憎水，使其表面形成有机硅的活性点位，有机硅的活性点位可以与四元复合水泥胶结料中的无机复合凝胶发生聚合从而形成致密的界
面层，有利于协同增强透水混凝土的力学强度。
[0023] 本发明的四元复合水泥胶结料各组分具有：一级粉煤灰使混凝土拌和料和易性得到改善。硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体,活性煅烧煤系高岭与水泥净浆的
碱性环境中可发生碱激发反应与硅灰生成的胶凝体复合生成无机胶凝
聚合物互穿网络。该种复合凝胶与经过表面憎水处理后的废弃砖渣再生骨料活性硅进行聚合从而可以大幅提高混凝土整体的力学性能。
[0024] 本发明的制备方法减水剂溶液加入四元复合水泥胶结料中低速搅拌中先采用低速搅拌，避免胶结料粉体飞散，当剩下20％的减水剂溶液时，快速搅拌30s使减水剂溶液与胶结料充分剪切形成流体，继续缓慢滴加减水剂溶液，使胶结料完全形成非牛顿流体浆料。
附图说明
[0025] 为了更清楚地说明本发明
实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026] 图1为在固定活性矿粉用量条件下(活性矿粉取中心点值)，一级粉煤灰与硅灰对制品力学强度的曲面图；
[0027] 图2为在固定一级粉煤灰用量条件下(一级粉煤灰取中心点值)，活性矿粉与硅灰对制品力学强度的曲面图；
[0028] 图3为在固定硅灰用量条件下(硅灰取中心点值)，活性矿粉与一级粉煤灰对制品力学强度的曲面图。
具体实施方式
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 实施例一
[0031] 四元复合水泥胶结料包括以下原料：普硅525水泥、硅灰、一级粉煤灰和活性矿粉(煤系高岭土即矿粉产地山西朔州，在850℃下煅烧2小时后粉磨至325目)四种粉体组成，其中普硅525水泥为主胶结料，其余三种为水泥掺合料。由于在废弃砖渣再生骨料透水混凝土中，决定材料力学强度的因素为胶结料的力学性能和骨胶比。骨胶比越高材料的
空隙率越大，透水性能越好同时单位
质量骨料分配的胶结料就越少，伴随的就是材料力学强度的下降。为了解决这一矛盾，在固定骨胶比变量下优化出该四元胶结料的最佳力学性能就成为制备高性能透水混凝土的关键。
[0032] 本实施例利用中心点设计试验方法，固定水泥用量为100份，以硅灰(x1)，粉煤灰(x2)和活性矿粉(x3)的添加量为设计变量开展28天水泥抗压强度的响应面参数优化。响应面拟合方程为：
[0033]
[0034] 上式中，β0为拟合模型的截距，βj为第j个单因素的系数，βji、βjj双因素变量交互系数，为三因素交互的系数。
[0035] 试验设计配方表及7天抗压强度测试结果见下表：
[0036] 表1三种外掺料的中心点设计试验表及抗压强度测试结果
[0037]
[0038] 抗压强度的响应面拟合方程为：
[0039] P＝f(x1,x2,x3)＝87.5338+(0.83594)*x1+(-0.58698)*x2-0.77846*x3+(0.03421)*x1*x2+(0.033267)*x1*x3+(0.02227)*x2*x3-0.021898)*x12+(0.005724)*x22+(0.0094487)*x32+(-0.0016173)*x1*x2*x3
[0040] 由此公式可以分别绘制出固定水泥用量条件下，硅灰、粉煤灰、活性矿粉对抗压强度响应面，如图1-3所示。
[0041] 通过对上述拟合方程进行非线性优化求解。在硅灰、粉煤灰、活性矿粉三种组份含量在(0-30份)边界范围内，最优配比为26份，24份和10.3份，对应最高抗压强度为102MPa，该值与试验验证值偏差在5％以内。
[0042] 因此，本发明中采用的四元复合水泥胶结料组份确定为：水泥：100份，硅灰26份，一级粉煤灰24份，活性矿粉10.3份。
[0043] 实施例二
[0044] 一种利用砖渣再生骨料制备的透水混凝土，包括以下重量份的原料：废弃砖渣再生骨料1050份，四元复合水泥胶结料390份，高效减水剂1.56份，甲基硅酸钠水溶液25份和
自来水100份。
[0045] 所述的四元复合水泥胶结料包括以下重量份的原料：普硅525水泥100份、硅灰26份、一级粉煤灰24份以及活性矿粉10.3份。
[0046] 所述的废弃砖渣再生骨料的制备方法：将砖渣型建筑垃圾经过粗碎后破碎至﹣25mm，然后将粗碎后的﹣25mm物料投入破碎机(破碎机为建筑垃圾专用破碎机，专利号：
ZL201821614712.2)中以22r/min的转动速率，120mm:100mm:90mm:80mm＝2:2:2:1.5的钢球级配进行破碎，最后制得的废弃砖渣再生骨料的粒度范围控制在4.9-9.5mm之间，长径比在
0.75-0.9之间，压碎值在25-35％之间，吸水率在11-13％之间。
[0047] 所述的高效减水剂为聚羧酸-萘系复合减水剂，聚羧酸减水剂：萘系减水剂的重量比为85:15，4‰添加量实测水泥标准需水量为21.1％。
[0048] 甲基硅酸钠水溶液为固含量大于30％的无色透明液体。
[0049] 本实施例利用砖渣再生骨料制备透水混凝土的方法，包括以下步骤：
[0050] (1)废弃砖渣再生骨料憎水处理：按照废弃砖渣再生骨料1050份和甲基硅酸钠水溶液25-35份的重量比，预先对废弃砖渣再生骨料进行浸渍，浸渍后的废弃砖渣再生骨料通过自然风干或者加热干燥冷却后使用；
[0051] (2)四元复合水泥胶结料的配制：普硅525水泥100份、硅灰26份、一级粉煤灰24份和活性矿粉10.3份在高混机中混合均匀后作为胶结料整体使用；
[0052] (3)将1.56份高效减水剂放入100份自来水中，均匀分散至完全溶解，获得减水剂溶液；
[0053] (4)将步骤(2)中配制的四元复合水泥胶结料390-420份放入水泥砂浆搅拌机中低速搅拌(50rpm)，将步骤(3)中制备的减水剂溶液缓慢加入到水泥砂浆搅拌机中，当还剩20％的减水剂溶液将水泥砂浆搅拌机由低速搅拌切换成快速搅拌(120rpm)，等待30秒后，继续缓慢滴加剩余的减水剂溶液直至四元复合水泥胶结料完全形成非牛顿流体浆料，最后关闭水泥砂浆搅拌机；
[0054] (5)将步骤(1)中憎水处理后的废弃砖渣再生骨料导入步骤(4)中的非牛顿流体浆料中，废弃砖渣再生骨料倒入后立即开启水泥砂浆搅拌机并设置为低速搅拌(50rpm)，搅拌90秒使非牛顿流体浆料充分包裹废弃砖渣再生骨料，关闭水泥砂浆搅拌机，获得透水混凝土。
[0055] 实施例三
[0056] 本实施例与实施例二基本相同，不同之处在于：一种利用砖渣再生骨料制备的透水混凝土，包括以下重量份的原料：废弃砖渣再生骨料1050份，四元复合水泥胶结料404份，高效减水剂1.6份，甲基硅酸钠水溶液30份和自来水115份。
[0057] 实施例四
[0058] 本实施例与实施例二基本相同，不同之处在于：一种利用砖渣再生骨料制备的透水混凝土，包括以下重量份的原料：废弃砖渣再生骨料1050份，四元复合水泥胶结料420份，高效减水剂1.68份，甲基硅酸钠水溶液35份和自来水130份。
[0059] 实施例五
[0060] 本实施例与实施例三基本相同，不同之处在于：一种利用砖渣再生骨料制备的透水混凝土，包括以下重量份的原料：废弃砖渣再生骨料1050份，四元复合水泥胶结料404份，高效减水剂1.6份，甲基硅酸钠水溶液30份、自来水115份和钢纤维40.5份，所述钢纤维为WFS0213型直钢纤维，WFS0213型直钢纤维的长度20mm，直径0.2mm。
[0061] 制备方法中，步骤(5)，先将钢纤维25-55份加入到非牛顿流体浆料中并低速搅拌60s使钢纤维均匀分散，然后停机加入步骤(1)中憎水处理后的废弃砖渣再生骨料，搅拌90秒使非牛顿流体浆料充分包裹废弃砖渣再生骨料，关闭水泥砂浆搅拌机，获得透水混凝土。
[0062] 实施例六
[0063] 本实施例与实施例五相同，不同之处在于：一种利用砖渣再生骨料制备的透水混凝土，包括以下重量份的原料：废弃砖渣再生骨料1050份，四元复合水泥胶结料420份，高效减水剂1.68份，甲基硅酸钠水溶液35份、自来水130份和钢纤维40.5份，所述钢纤维为WFS01208型直钢纤维，WFS01208型直钢纤维的长度8mm，直径0.12。
[0064] 实施例七至九
[0065] 实施例与实施例六基本相同，不同之处在于：钢纤维的用量依次分别为25份、35份和55份。
[0066] 将实施例二至六中制备的透水混凝土转移至100方的塑料模具中，当拌合料上表面居模口面约为模具高度的4/5时，开启
振动台进行振实，同时继续向模具中添加拌合料直至填满，最后抹平上表面。注模完毕后的试样用塑料布封闭24小时待试样完成初期硬化后，脱模将试样转移至水泥养护箱中，养护
温度20℃，养护湿度98％，养护周期28天。养护完成的透水混凝土试
块，开展抗压强度，连续空隙率和透水系数的测试，测试结果如表2所示：
[0067] 表2不同实施例制备的透水混凝土主要性能表
[0068]
[0069] 从表2中可以看出，在增加四元复合水泥胶结料的使用量时，虽提高了透水混凝土的抗压强度，但是透水混凝土的连续孔隙率则在下降，透水系统减小；在透水混凝土中增加了钢纤维，不仅有利于抗压强度的增加，也有利于增加连续孔隙率和透水系数。
[0070] 以上所述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。
