一种用于滨海湿地护岸材料的生态透水混凝土的制备方法与流程

1.本发明涉及生态环境、生态修复工程领域和建筑材料领域，具体来说是一种用于滨海湿地的护岸材料，即基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土。


背景技术：

2.海岸带是水生生态系统与陆地生态系统的过渡带，也是地表径流进入河流的唯一通道，近年来，由于生产和生活污水的排放，滨海湿地生态环境逐渐受到不同程度的破坏，河口护岸已成为环境保护和生态修复领域的重要课题。地球表面的大型人类建筑干扰了自然水循环，硬化的护岸材料严重阻碍了湿地系统与海洋之间的水文和生物连通性，这就导致了海岸线逐渐衰退、有害元素聚集以及生物多样性减少尤其是在脆弱的沿海湿地。传统的护岸结构阻碍了岸坡和河流之间的水交换，显著影响了两栖动物的生活策略和微生物在水中的运动，因此，迫切需要一种兼具良好力学性能和生态性能的材料以满足滨海湿地生态护岸和修复的要求。
3.护岸墙中不透水的水泥会干扰地球的水文循环并阻碍海洋和陆地之间的物质交换，生态透水混凝土(epc)是一种可用于生态护岸的具有强大潜力的材料，其是在透水混凝土的基础上发展起来的，具有复杂的多孔结构，抗压强度为10
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15mpa，孔隙率为20
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35％，孔径范围为5
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10mm，可以为降水和径流提供进入地下的通道，从而产生渗透和蓄水等连通功能，同时也为植物生长和动物生命提供了理想的空间，从而产生了生物连通性。将epc与营养物质和植物结合使用，在滨海湿地的生态护岸和恢复方面具有很强的优势，其作为一种坚硬的材料，与传统的砖石笼子和木杆相比具有更高的稳定性，有效保护岸坡免受巨浪冲刷，epc水下由于沉淀、过滤、吸收和多种微生物作用，可发生氮和磷的分解，有利于水体的净化。
4.epc的制备通常由胶结材料、间隙级配骨料、外加剂、水和其他材料使用模具制备而成，与传统混凝土材料不同的是，epc材料不包含细骨料，使用较少量的胶凝材料填充骨料颗粒间的空隙使其具有多孔结构。此外，epc材料对抗压强度的要求相对较低，这提供了在epc材料生产中再利用废料的机会。现有技术中，使用的胶凝材料多为普通水泥，骨料多为天然骨料，与此同时透水混凝土内部有较多的连通孔隙使得混凝土的强度及耐久性等方面也存在诸多不足，在实际用中会受到诸多限制。因此，设计与改进生态透水混凝土的制备方法，是亟需解决的问题。
5.本发明的目的之一是设计与开发一种可持续的epc材料替代天然骨料，节省自然资源，缓解固体废物与建筑废物堆填给城市面积带来的压力；本发明的另一个目的是设计一种有效提高透水性和抗腐蚀性的生态混凝土材料，更好地将其用作滨海湿地的护岸材料。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种基于废弃玻璃碎片和复合胶
凝材料的生态透水混凝土的制备方法，通过使用农业固体废物黑稻壳灰来部分代替水泥作为主要胶凝材料，并掺入工业固体废物粉煤灰和钢渣粉等活性掺合配料作为辅助胶凝材料，从而配制复合胶凝材料，废弃玻璃破碎筛选后与再生混凝土骨料混合用于代替天然骨料矿物掺合料在一定掺量范围内能够改善透水混凝土的强度和耐久性，粉煤灰和废弃玻璃碎片等工业固体废物大幅度地使用，既能减少普通天然骨料以及水泥熟料的使用，节约资源、保护环境，又可更好地满足滨海湿地生态保护的需要，有利于生物连通性，具有显著的社会经济效益和应用前景。
7.本发明提出一种基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土的制备方法，
8.一种基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土，由下列物料按照重量分数组合而成，水泥150
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300份，活性矿物掺合料80
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120份，水90
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150份，废弃玻璃碎片骨料1150
‑
1500份。
9.具体包括如下步骤：
10.1)、将水泥和黑稻壳灰选用为主要胶凝材料，在研磨前将黑稻壳灰进行筛分以确保黑稻壳灰力度的均匀性，随后取出通过150μm筛子的黑稻壳灰进行不同时间的研磨以获得纳米尺寸的黑稻壳灰；
11.2)、将活性矿物掺合料作为辅助材料加入至步骤1)所述的胶凝材料中得到复合胶凝材料；
12.3)、将骨料和水混合并进行搅拌，得到本发明所述的再生骨料；
13.4)、将复合胶凝材料和水混合并搅拌，搅拌至胶凝材料均匀附着在再生骨料的表面后，得到所述的基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土；
14.5)、将步骤4)中所制备的生态透水混凝土浇注到模具中后脱模，最后在蒸汽室中进行固化。
15.所述的步骤1)中，水泥为astm i型普通硅酸盐水泥；
16.所述的步骤1)中，黑稻壳灰的用量为主要胶凝材料重量的10％
‑
90％；
17.所述的步骤2)中，活性矿物掺和料由粉煤灰和钢渣粉混合组成，粒径在5
‑
10mm之间；
18.所述的步骤2)中，活性矿物掺合料的掺合量为胶凝材料的20％
‑
50％；
19.所述的步骤3)中，再生骨料由再生混凝土骨料和研磨后的废弃玻璃碎片组成；
20.所述的步骤3)中，骨料中的废弃玻璃碎片与再生混凝土的质量比为1∶1
‑
1∶5；
21.所述的步骤3)中，废弃玻璃碎片的粒径在2.36
‑
5mm之间，再生混凝土的粒径在5
‑
10mm的粒径；
22.所述的步骤4)中，水与复合胶凝材料间的质量比为0.1∶1
‑
0.5∶1
23.所述的步骤4)中，再生骨料与复合胶凝材料的质量比为5∶1
‑
1∶1
24.所述的步骤5)中，蒸汽室温度在20℃
‑
80℃范围内。
25.本发明的原理是粉煤灰与水泥水化后生成氢氧化钙会增强材料的强度，添加的活性矿物掺合料可提高凝胶材料的流动性并减缓其水合作用，使凝胶材料可以更均匀地覆盖在骨料上，同时黑稻壳灰其较小的密度会使其相对于硅酸盐水泥有更大的体积，当其部分代替水泥时，凝胶材料在透水混凝土的界面过渡区中会有更大的厚度，对于提高生态透水
性混凝土的抗压强度有所助益。
26.本发明的有益效果为：保持了材料的良好孔隙率(大于20％)，透水性(透水系数大于0.5mm/s)以及抗压强度(不低于20mpa)，增强了砂浆的耐久性以及混凝土抗硫酸盐腐蚀性；使用了再生材料，实现了资源的再利用，符合环保政策以及可持续发展特性；可作为滨海湿地护岸材料，有利于生物连通性，对滨海湿地的生态保护与修复起到积极作用。
具体实施方式
27.实施例1
28.一种基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土，由下列物料按照重量分数组合而成，主要胶凝材料150份，粉煤灰40份，钢渣粉40份，水90份，骨料1150份，具体制备方法如下：
29.1.选择astm i型普通硅酸盐水泥和10wt％黑稻壳灰作为主要胶凝材料，在研磨前将黑稻壳灰进行筛分以确保黑稻壳灰力度的均匀性，随后取出通过150μm筛子的黑稻壳灰进行10min研磨以获得纳米尺寸的黑稻壳灰；
30.2.将粒径分别为5mm的粉煤灰和钢渣粉混合成为活性矿物掺合料加入至步骤1中所述的胶凝材料中得到复合胶凝材料，其中，活性矿物掺合料占20wt％；
31.3.将粒径为5mm的再生混凝土骨料和粒径为2.36mm的研磨后的废弃玻璃碎片等质量比混合后加入水进行搅拌，搅拌时间为10s；
32.4.将水与步骤2中得到的复合胶凝材料按质量比为0.1∶1进行混合并搅拌，搅拌至胶凝材料均匀覆着在再生骨料表面后，得到所述的基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土。
33.5.将该种生态透水混凝土浇注到模具中后脱模，最后在20℃的蒸汽室中进行固化，时间为7天。
34.随后对该种混凝土进行性能测试，测试结果表明其抗压强度为20.4mpa，透水系数为0.56mm/s，孔隙率为23％，100次冻融循环后的质量损失率为8％，耐久性和抗硫酸盐腐蚀性均良好，水文连通性和生物兼容性均良好，可更好地用于滨海湿地护岸材料。
35.实施例2
36.一种基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土，由下列物料按照重量分数组合而成，主要胶凝材料200份，粉煤灰40份，钢渣粉45份，水100份，骨料1200份，具体制备方法如下：
37.1.选择astm i型普通硅酸盐水泥和40wt％黑稻壳灰作为主要胶凝材料，在研磨前将黑稻壳灰进行筛分以确保黑稻壳灰力度的均匀性，随后取出通过150μm筛子的黑稻壳灰进行20min研磨以获得纳米尺寸的黑稻壳灰；
38.2.将粒径分别为5mm的粉煤灰和钢渣粉混合成为活性矿物掺合料加入至步骤1中所述的胶凝材料中得到复合胶凝材料，其中，活性矿物掺合料占30wt％；
39.3.将粒径为5mm的再生混凝土骨料和粒径为3.5mm的研磨后的废弃玻璃碎片等质量比混合后加入水进行搅拌，搅拌时间为30s；
40.4.将水与步骤2中得到的复合胶凝材料按质量比为0.25∶1进行混合并搅拌，搅拌至胶凝材料均匀覆着在再生骨料表面后，得到所述的基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的
生态透水混凝土。
41.5.将该种生态透水混凝土浇注到模具中后脱模，最后在30℃的蒸汽室中进行固化，时间为7天。
42.随后对该种混凝土进行性能测试，测试结果表明其抗压强度为21.8mpa，透水系数为0.62mm/s，孔隙率为26％，100次冻融循环后的质量损失率为9％，耐久性和抗硫酸盐腐蚀性均良好，水文连通性和生物兼容性均良好，可更好地用于滨海湿地护岸材料。
43.实施例3
44.一种基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土，由下列物料按照重量分数组合而成，主要胶凝材料240份，粉煤灰50份，钢渣粉50份，水100份，骨料1350份，具体制备方法如下：
45.1.选择astm i型普通硅酸盐水泥和50wt％黑稻壳灰作为主要胶凝材料，在研磨前将黑稻壳灰进行筛分以确保黑稻壳灰力度的均匀性，随后取出通过150μm筛子的黑稻壳灰进行30min研磨以获得纳米尺寸的黑稻壳灰；
46.2.将粒径分别为5mm的粉煤灰和钢渣粉混合成为活性矿物掺合料加入至步骤1中所述的胶凝材料中得到复合胶凝材料，其中，活性矿物掺合料占30wt％；
47.3.将粒径为5mm的再生混凝土骨料和粒径为3.5mm的研磨后的废弃玻璃碎片等质量比混合后加入水进行搅拌，搅拌时间为60s；
48.4.将水与步骤2中得到的复合胶凝材料按质量比为0.34∶1进行混合并搅拌，搅拌至胶凝材料均匀覆着在再生骨料表面后，得到所述的基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土。
49.5.将该种生态透水混凝土浇注到模具中后脱模，最后在50℃的蒸汽室中进行固化，时间为7天。
50.随后对该种混凝土进行性能测试，测试结果表明其抗压强度为23.4mpa，透水系数为0.75mm/s，孔隙率为28％，100次冻融循环后的质量损失率为9％，耐久性和抗硫酸盐腐蚀性均良好，水文连通性和生物兼容性均良好，可更好地用于滨海湿地护岸材料。
51.实施例4
52.一种基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土，由下列物料按照重量分数组合而成，主要胶凝材料280份，粉煤灰55份，钢渣粉50份，水120份，骨料1400份，具体制备方法如下：
53.1.选择astm i型普通硅酸盐水泥和70wt％黑稻壳灰作为主要胶凝材料，在研磨前将黑稻壳灰进行筛分以确保黑稻壳灰力度的均匀性，随后取出通过150μm筛子的黑稻壳灰进行50min研磨以获得纳米尺寸的黑稻壳灰；
54.2.将粒径分别为5mm的粉煤灰和钢渣粉混合成为活性矿物掺合料加入至步骤1中所述的胶凝材料中得到复合胶凝材料，其中，活性矿物掺合料占45wt％；
55.3.将粒径为5mm的再生混凝土骨料和粒径为3.5mm的研磨后的废弃玻璃碎片等质量比混合后加入水进行搅拌，搅拌时间为30s；
56.4.将水与步骤2中得到的复合胶凝材料按质量比为0.4∶1进行混合并搅拌，搅拌至胶凝材料均匀覆着在再生骨料表面后，得到所述的基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土。
57.5.将该种生态透水混凝土浇注到模具中后脱模，最后在60℃的蒸汽室中进行固化，时间为7天。
58.随后对该种混凝土进行性能测试，测试结果表明其抗压强度为22.5mpa，透水系数为0.58mm/s，孔隙率为24％，100次冻融循环后的质量损失率为9％，耐久性和抗硫酸盐腐蚀性均良好，水文连通性和生物兼容性均良好，可更好地用于滨海湿地护岸材料。
59.实施例5
60.一种基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土，由下列物料按照重量分数组合而成，主要胶凝材料300份，粉煤灰60份，钢渣粉60份，水150份，骨料1500份，具体制备方法如下：
61.1.选择astm i型普通硅酸盐水泥和90wt％黑稻壳灰作为主要胶凝材料，在研磨前将黑稻壳灰进行筛分以确保黑稻壳灰力度的均匀性，随后取出通过150μm筛子的黑稻壳灰进行60min研磨以获得纳米尺寸的黑稻壳灰；
62.2.将粒径分别为5mm的粉煤灰和钢渣粉混合成为活性矿物掺合料加入至步骤1中所述的胶凝材料中得到复合胶凝材料，其中，活性矿物掺合料占50wt％；
63.3.将粒径为7mm的再生混凝土骨料和粒径为5mm的研磨后的废弃玻璃碎片等质量比混合后加入水进行搅拌，搅拌时间为60s；
64.4.将水与步骤2中得到的复合胶凝材料按质量比为0.5∶1进行混合并搅拌，搅拌至胶凝材料均匀覆着在再生骨料表面后，得到所述的基于废弃玻璃碎片和复合胶凝材料的生态透水混凝土。
65.5.将该种生态透水混凝土浇注到模具中后脱模，最后在80℃的蒸汽室中进行固化，时间为7天。
66.随后对该种混凝土进行性能测试，测试结果表明其抗压强度为21.6mpa，透水系数为0.63mm/s，孔隙率为24％，100次冻融循环后的质量损失率为7％，耐久性和抗硫酸盐腐蚀性均良好，水文连通性和生物兼容性均良好，可更好地用于滨海湿地护岸材料。
67.本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。本发明未尽事宜属于公知技术。