一种可净化雨水的透水混凝土路面、加工装置及制备方法与流程

1.本发明涉及功能性水泥基材料相关技术领域，具体是一种可净化雨水的透水混凝土路面、加工装置及制备方法。


背景技术：

2.随着社会经济的跨越式发展，城市化进程越来越快，工业化程度不断提高，社会经济发展与水资源和水环境承载力之间的矛盾凸显，水体污染、水资源短缺等问题层出不穷。城市化高速发展，雨水径流量随之快速增长，大气污染物和地表污染物被降水冲洗，使污染程度加剧。城市降雨径流污染已成为仅次于农业面源污染的第二大面源污染，粉尘污染、汽车轮胎的磨损、机动车尾气排放等均会造成雨水径流的污染。目前城市雨水径流中通常含有的污染物有：不溶的悬浮颗粒suspended solids(ss)、溶解的营养物质(总氮tn、总磷tp)、重金属离子、有机物(多环芳香烃poly aromatic hydrocarbons(pah)、矿物油碳氢化合物mineral oil hydrocarbons(moh))等。开发高效的雨水收集处理及回用方法，对于缓解用水危机和促进雨水资源化利用具有重要的意义。
3.随着城市化建设的不断进行以及城市道路的不断更新，城市既有老旧建筑物拆迁及水泥混凝土道路拆除过程中产生了大量的建筑垃圾，占城市垃圾总量的30％至40％，并且呈逐年增长趋势，目前这些垃圾大多被随意堆放，造成了环境的污染。因此对建筑垃圾进行资源化高效利用，不仅能减少环境污染，还能作为混凝土原材料的获取途径，具有重大的社会和经济意义。
4.透水混凝土是一种不含或含有少量细集料、具有较大连通孔隙体积分数的混凝土，它是建设“海绵城市”的重要途径之一。研究表明，由于透水混凝土的材料组成以及自身特殊的结构形式，其对雨水径流有一定的净化作用，透水混凝土可以对雨水径流进行收集、过滤处理然后渗入土壤，从而补充地下水，实现雨水的再利用。但由于雨水径流中污染物的复杂性，透水混凝土对其的净化作用有一定的局限性，因此在保证透水混凝土自身力学性能的前提下，进一步提高其对污染物的去除性能还需要进一步的研究


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可净化雨水的透水混凝土路面、加工装置及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种可净化雨水的透水混凝土路面，所述可净化雨水的透水混凝土路面包括透水混凝土下面层、处于所述透水混凝土下面层上部的透水混凝土上面层以及设置在所述透水混凝土上面层上表层的光催化罩面层；
8.其中，所述光催化罩面层包括如下重量份的原料组分：地坪漆9
‑
12份、固化剂0.5
‑
1.5份、稀释剂8
‑
10份、锐钛型纳米tio
2 0.5
‑
1.5份。
9.作为本发明进一步的方案：所述透水混凝土上面层包括如下重量份的原料组分：
再生粗骨料1300
‑
1350份、普通硅酸盐水泥400
‑
450份、硅灰13
‑
16份、水110
‑
130份、减水剂1
‑
2份。
10.作为本发明再进一步的方案：所述透水混凝土下面层包括如下重量份的原料组分：再生粗骨料1200
‑
1250份、普通硅酸盐水泥450
‑
500份、硅灰15
‑
18份、水120
‑
140份、减水剂1.5
‑
2.5份。
11.一种加工装置，所述加工装置用于对所述透水混凝土路面制作时的物料进行混合搅拌，所述加工装置包括两个支座、固定在两个所述支座上部的横板以及固定在所述横板上的搅拌箱，还包括：
12.搅拌叶，所述搅拌叶通过往复滑动机构活动设置在所述搅拌箱中，所述往复滑动机构用于驱动所述搅拌叶在所述搅拌箱中做直线往复运动，以扩大所述搅拌叶的搅拌范围；
13.驱动机构，所述驱动机构安装在所述搅拌箱的侧部，且与所述往复滑动机构连接，所述驱动机构还连接有安装在所述搅拌箱侧部上的循环机构，所述循环机构用于对所述搅拌箱中的物料进行循环；
14.齿合组件，所述齿合组件安装在所述往复滑动机构上，用于在所述搅拌叶做往复直线运动的过程中驱动其自转。
15.作为本发明再进一步的方案：所述驱动机构包括安装在所述搅拌箱侧部上的电机、连接所述电机输出端的蜗杆以及转动安装在所述搅拌箱的侧部上且与所述蜗杆啮合的蜗轮；
16.所述蜗轮与所述循环机构连接，所述蜗杆远离所述电机的一端上固定有一个与所述往复滑动机构配合的不完全锥齿轮。
17.作为本发明再进一步的方案：所述往复滑动机构包括安装在所述搅拌箱中且与所述不完全锥齿轮配合的往复转动结构和用于带动所述搅拌叶做往复直线运动的平移结构；
18.所述往复转动结构包括转动安装在所述搅拌箱中的圆盘、固定在所述圆盘上的固定杆，以及转动安装在所述搅拌箱中的传动轴；
19.所述传动轴的一端通过锥齿轮组与所述圆盘转动轴的末端连接，另一端上固定有两个与所述不完全锥齿轮配合的完全锥齿轮。
20.作为本发明再进一步的方案：所述平移结构包括固定在所述搅拌箱中的横板，所述横板上开设有一个通槽，且所述通槽中滑动嵌合有一个滑块，所述滑块的侧部上固定有一个贯穿所述横板侧部的突出柱，所述横板的侧部还开设有一个供所述突出柱运动的滑轨；
21.所述固定杆上开设有一个滑槽，所述突出柱贯穿所述滑槽且与所述固定杆滑动配合，且所述搅拌叶转动安装在所述滑块的上部。
22.作为本发明再进一步的方案：所述齿合组件包括固定在所述横板的上方且与之平行的齿条板以及固定在所述搅拌叶的驱动轴上的齿轮，所述齿轮与所述齿条板上的齿牙配合。
23.作为本发明再进一步的方案：所述循环机构包括安装在所述搅拌箱的侧部上用于对搅拌箱中的物料进行转移的输送泵，所述输送泵的进料口通过输送管道与所述搅拌箱的底部连通，出料口通过输送管道与设置在所述搅拌箱正上方的落料板连接；
24.所述输送泵的驱动轴通过传动带与所述蜗轮连接，且所述落料板的底面与所述搅拌箱相对应。
25.一种透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
26.步骤一，首先摊铺透水下面层，然后摊铺透水上面层，之后喷涂光催化剂罩面剂；
27.步骤二，先将再生骨料和50％用水量加入搅拌机拌合30s，使其初步混合后，加入水泥、硅灰、减水剂，再将剩余用水量的水分2
‑
3次加入继续进行搅拌约2.5
‑
3分钟。视搅拌均匀程度，可适当延长机械搅拌的时间，但不宜过长时间的搅拌；
28.步骤三，将混合物均匀摊铺在工作面上，用括尺找准平整度和控制一定的泛水度，然后采用低频平板振动器和专用滚压工具滚压施工，最后用抹合拍平；
29.步骤四，将地坪漆、固化剂、稀释剂按照10∶1∶9的比例混合均匀，然后掺入纳米，用高速搅拌器搅拌均匀，然后使用无气喷涂机将混合液均匀喷涂于透水上面层，光催化剂罩面剂喷涂层的用量为0.4
‑
0.8kg/m2。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.1、本发明的可净化雨水的透水混凝土路面提高了路面对雨水径流的净化能力，可有效地净化雨水径流中的不溶的悬浮颗粒、有机物、溶解的营养物质(氨氮、总磷)、重金属离子；
32.2、本发明的可净化雨水的透水混凝土路面可实现对建筑垃圾进行资源化高效利用，不仅能减少环境污染，还能作为混凝土原材料的获取途径，具有重大的社会和经济意义。
附图说明
33.图1为可净化雨水的透水混凝土路面的结构示意图。
34.图2为再生骨料对污染物去除率测试结果示意图。
35.图3为12h再生骨料混凝土对污染物去除率的测试结果示意图。
36.图4为48h再生骨料混凝土对污染物去除率的测试结果示意图。
37.图5为加工装置的结构示意图。
38.图6为图5中a处的结构放大图。
39.图7为加工装置一种实施例中齿条板与横板的装配示意图。
40.图中：1
‑
光催化罩面层；2
‑
水混凝土上面层；3
‑
透水混凝土下面层；4
‑
支座；5
‑
底板；6
‑
搅拌箱；7
‑
阀门；8
‑
搅拌叶；9
‑
横板；10
‑
滑块；11
‑
驱动轴；12
‑
齿条板；13
‑
齿轮；14
‑
圆盘；15
‑
固定杆；16
‑
突出柱；17
‑
传动轴；18
‑
完全锥齿轮；19
‑
不完全锥齿轮；20
‑
蜗杆；21
‑
蜗轮；22
‑
电机；23
‑
输送泵；24
‑
落料板。
具体实施方式
41.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做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。
42.另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另
一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
43.实施例一
44.请参阅图1，一种可净化雨水的透水混凝土路面，所述可净化雨水的透水混凝土路面包括透水混凝土下面层3、处于所述透水混凝土下面层3上部的透水混凝土上面层2以及设置在所述透水混凝土上面层2上表层的光催化罩面层1；
45.其中，所述光催化罩面层1包括如下重量份的原料组分：地坪漆9份、固化剂0.5份、稀释剂8份、锐钛型纳米tio
2 0.5份。
46.所述透水混凝土上面层2包括如下重量份的原料组分：再生粗骨料1300份、普通硅酸盐水泥400份、硅灰13份、水110份、减水剂1份。
47.所述透水混凝土下面层3包括如下重量份的原料组分：再生粗骨料1200份、普通硅酸盐水泥450份、硅灰15份、水120份、减水剂1.5份。
48.实施例二
49.请参阅图1，一种可净化雨水的透水混凝土路面，所述可净化雨水的透水混凝土路面包括透水混凝土下面层3、处于所述透水混凝土下面层3上部的透水混凝土上面层2以及设置在所述透水混凝土上面层2上表层的光催化罩面层1；
50.其中，所述光催化罩面层1包括如下重量份的原料组分：地坪漆10份、固化剂1份、稀释剂9份、锐钛型纳米tio
2 1份。
51.所述透水混凝土上面层2包括如下重量份的原料组分：再生粗骨料1320份、普通硅酸盐水泥430份、硅灰15份、水120份、减水剂1.5份。
52.所述透水混凝土下面层3包括如下重量份的原料组分：再生粗骨料1225份、普通硅酸盐水泥460份、硅灰17份、水130份、减水剂2份。
53.实施例三
54.请参阅图1，一种可净化雨水的透水混凝土路面，所述可净化雨水的透水混凝土路面包括透水混凝土下面层3、处于所述透水混凝土下面层3上部的透水混凝土上面层2以及设置在所述透水混凝土上面层2上表层的光催化罩面层1；
55.其中，所述光催化罩面层1包括如下重量份的原料组分：地坪漆12份、固化剂1.5份、稀释剂10份、锐钛型纳米tio
2 1.5份。
56.所述透水混凝土上面层2包括如下重量份的原料组分：再生粗骨料1350份、普通硅酸盐水泥450份、硅灰16份、水130份、减水剂2份。
57.所述透水混凝土下面层3包括如下重量份的原料组分：再生粗骨料1250份、普通硅酸盐水泥500份、硅灰18份、水140份、减水剂2.5份。
58.以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步的限定。
59.再生骨料对雨水径流中污染物的净化试验，包括如下步骤：
60.(1)配制cod(有机物)、tp(总磷)、cu、cd、zn、pb浓度分别为394.20mg/l、0.46mg/l、0.21mg/l、0.97mg/l、0.98mg/l、1.31mg/l的溶液；
61.(2)分别移取150ml配制溶液于250ml锥形瓶中；
62.(3)称取15g再生骨料置于锥形瓶中，摇动使试样完全浸泡于配置溶液中，密封瓶
口。置于恒温振荡器上，调节振荡器转速至220r/min，控制温度为25
±
1℃，持续振荡12h；
63.(4)逐一取出锥形瓶，立即用滤纸过滤溶液100ml于烧杯中待测；
64.(5)测量振荡后溶液中cod、tp、cu、cd、zn、pb的浓度，请参阅图2。再生骨料透水混凝土对雨水径流中污染物的净化试验，包括如下步骤：
65.(1)按照表1中配合比将再生骨料替代部分碎石掺入透水混凝土中，制成100*100*100mm3的透水混凝土试块，ra40、ra60、ra100分别表示再生骨料的替代率为40％、60％、100％；
[0066][0067][0068]
(2)配制cod、tp、cu、cd、zn、pb浓度分别为394.20mg/l、0.46mg/l、0.21mg/l、0.97mg/l、0.98mg/l、1.31mg/l的溶液；
[0069]
(3)将配置溶液倒入置有透水混凝土块的容器中，试件下放3个垫块，以求试件充分和配置的溶液接触，之后用保鲜膜将容器密封，防止水分蒸发；
[0070]
(4)静置12h、48h后分别取样测定溶液中cod、tp、cu、cd、zn、pb的浓度，请参阅图3与图4。
[0071]
请参阅图5
‑
7，本发明实施例中，一种加工装置，所述加工装置包括两个支座4、固定在两个所述支座4上部的横板5以及固定在所述横板5上的搅拌箱6，还包括：
[0072]
搅拌叶8，所述搅拌叶8设置有至少三组，所述搅拌叶8通过往复滑动机构活动设置在所述搅拌箱6中，所述往复滑动机构用于驱动所述搅拌叶8在所述搅拌箱6中做直线往复运动，以扩大所述搅拌叶8的搅拌范围；
[0073]
驱动机构，所述驱动机构安装在所述搅拌箱6的侧部，且与所述往复滑动机构连接，所述驱动机构还连接有安装在所述搅拌箱6侧部上的循环机构，所述循环机构用于对所述搅拌箱6中的物料进行循环；
[0074]
齿合组件，所述齿合组件安装在所述往复滑动机构上，用于在所述搅拌叶8做往复直线运动的过程中驱动其自转。
[0075]
在本发明实施例中，所述搅拌箱6的底部还设置有一个可开闭的阀门，以便于物料的输出。
[0076]
在使用时，将待混合搅拌的物料输入至搅拌箱6中，驱动机构工作，带动往复滑动机构运动，往复滑动机构驱动搅拌叶8在搅拌箱6中做往复直线运动，且在此过程中，齿合组件触发运动，使得搅拌叶8自转，与此同时，驱动机构带带动循环机构工作，将搅拌箱6中的物料进行不断地循环；
[0077]
如此一来，由于装置在工作时，搅拌叶8做往复直线运动，且搅拌箱6中的物料不断地被循环，如此一来，保证了对物料混合搅拌的充分性，保证了最终路面的合格。
[0078]
作为本发明的一种实施例，所述驱动机构包括安装在所述搅拌箱6侧部上的电机22、连接所述电机22输出端的蜗杆20以及转动安装在所述搅拌箱6的侧部上且与所述蜗杆20啮合的蜗轮21；
[0079]
所述蜗轮21与所述循环机构连接，所述蜗杆20远离所述电机22的一端上固定有一个与所述往复滑动机构配合的不完全锥齿轮19。
[0080]
需要说明的是，所述不完全锥齿轮19上一半为有齿设置，另一半为无齿设置；
[0081]
在本发明实施例中，电机22在工作时，驱动蜗杆20与蜗轮21转动，从而，蜗轮21带动循环机构工作，使得搅拌箱6中的物料得到有效循环，所述不完全锥齿轮19转动并与所述往复滑动机构运动，使得搅拌叶8在水平方向上往复移动，不断改变搅拌的位置，因此，驱动机构为装置的工作提供了有效动力，保证了装置的正常工作运行。
[0082]
作为本发明的一种实施例，所述往复滑动机构包括安装在所述搅拌箱6中且与所述不完全锥齿轮19配合的往复转动结构和用于带动所述搅拌叶8做往复直线运动的平移结构；
[0083]
所述往复转动结构包括转动安装在所述搅拌箱6中的圆盘14、固定在所述圆盘14上的固定杆15，以及转动安装在所述搅拌箱6中的传动轴17；
[0084]
所述传动轴17的一端通过锥齿轮组与所述圆盘14转动轴的末端连接，另一端上固定有两个与所述不完全锥齿轮19配合的完全锥齿轮18。
[0085]
其中，需要说明的是，上述所述的锥齿轮组(图中未示出)由两个相互啮合的锥齿轮组成，二者分别固定在所述传动轴17远离所述完全锥齿轮18的一端上和固定在所述圆盘14转动轴的末端上；
[0086]
在本发明实施例中，驱动机构工作时，不完全锥齿轮19与连个完全锥齿轮18配合，使得传动轴17通过锥齿轮组带动圆盘14往复性的来回转动，并通过固定杆15带动平移结构运动，使得搅拌叶8做水平往复往复直线运动。
[0087]
作为本发明的一种实施例，所述平移结构包括固定在所述搅拌箱6中的横板9，所述横板9上开设有一个通槽，且所述通槽中滑动嵌合有一个滑块10，所述滑块10的侧部上固定有一个贯穿所述横板9侧部的突出柱16，所述横板9的侧部还开设有一个供所述突出柱16运动的滑轨；
[0088]
所述固定杆15上开设有一个滑槽，所述突出柱16贯穿所述滑槽且与所述固定杆15滑动配合，且所述搅拌叶8转动安装在所述滑块10的上部。
[0089]
在本发明实施例中，圆盘14往复来回转动的过程中，固定杆15通过突出柱16与滑块10进行滑动配合，使得滑块10带动搅拌叶8沿着横板9来回滑动，实现了搅拌位置的改变。
[0090]
作为本发明的一种实施例，所述齿合组件包括固定在所述横板9的上方且与之平行的齿条板12以及固定在所述搅拌叶8的驱动轴11上的齿轮13，所述齿轮13与所述齿条板12上的齿牙配合。
[0091]
在本发明实施例中，搅拌叶8在做往复直线运动的过程中，齿轮13与齿条板12上的齿牙配合而发生转动，从而给使得搅拌叶8转动，如此一来，保证了搅拌叶8对物料搅拌的有效性。
[0092]
作为本发明的一种实施例，所述循环机构包括安装在所述搅拌箱6的侧部上用于对搅拌箱6中的物料进行转移的输送泵23，所述输送泵23的进料口通过输送管道与所述搅拌箱6的底部连通，出料口通过输送管道与设置在所述搅拌箱6正上方的落料板24连接；
[0093]
所述输送泵23的驱动轴通过传动带与所述蜗轮21连接，且所述落料板24的底面与所述搅拌箱6相对应。
[0094]
在本发明实施例中，驱动机构工作时，蜗轮21通过传动带带动输送泵23工作，从而输送泵23将搅拌箱6底部的物料通过管道与落料板24转移至所述搅拌箱6的上部，如此循环往复，使得搅拌箱6中的物料得到不断的循环，确保了搅拌叶8对搅拌箱6中物料搅拌的全面性。
[0095]
一种透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0096]
步骤一，首先摊铺透水下面层，然后摊铺透水上面层，之后喷涂光催化剂罩面剂；
[0097]
步骤二，先将再生骨料和50％用水量加入搅拌机拌合30s，使其初步混合后，加入水泥、硅灰、减水剂，再将剩余用水量的水分2
‑
3次加入继续进行搅拌约2.5
‑
3分钟。视搅拌均匀程度，可适当延长机械搅拌的时间，但不宜过长时间的搅拌；
[0098]
步骤三，将混合物均匀摊铺在工作面上，用括尺找准平整度和控制一定的泛水度，然后采用低频平板振动器和专用滚压工具滚压施工，最后用抹合拍平；
[0099]
步骤四，将地坪漆、固化剂、稀释剂按照10∶1∶9的比例混合均匀，然后掺入纳米，用高速搅拌器搅拌均匀，然后使用无气喷涂机将混合液均匀喷涂于透水上面层，光催化剂罩面剂喷涂层的用量为0.4
‑
0.8kg/m2。
[0100]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0101]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。