[发明专利]基于兼性好氧微生物矿化的高性能绿色透水砖及制备方法

说明书

本发明公开一种基于兼性好氧微生物矿化的高性能绿色透水砖及制备方法，组分为载有兼性好氧微生物的再生骨料、天然骨料、水泥、兼性好氧微生物悬浊液、粉煤灰、水以及乳酸钙。制备过程中，以兼性好氧微生物作为性能加强剂，采用直接掺入微生物与以再生骨料为载体间接掺入微生物两种掺入方式。在有氧环境下，通过兼性好氧菌有氧代谢生成碳酸钙沉淀修复再生骨料自身的裂纹和孔洞，并增强再生骨料和新水泥基体之间的粘结薄弱区；在缺氧环境下，通过兼性好氧菌在无氧代谢生成碳酸钙沉淀修补透水砖中的闭合孔，从而保证在增强透水砖力学性能同时对透水性能不产生较大的不利影响，利用建筑垃圾制备出兼具优异的力学性能与透水性能的高性能绿色透水砖。

技术领域

本发明涉及透水砖技术领域，具体是基于兼性好氧微生物矿化方法和建筑垃圾制备的一种具备良好力学性能并且高透水性的高性能绿色透水砖。

背景技术

近年来，我国高度重视生态文明建设且在2013年首次提出发展海绵城市战略。透水砖作为发展海绵城市战略的重要手段，因其独特的孔隙结构，可以有效改善城市生态环境，使城市在适应环境变化以及面对自然灾害时具有良好的弹性。其优点主要表现为以下几个方面：（1）雨水可以通过透水砖的孔隙渗入地下，在雨量较小时，可以有效减少地表形成积水与地表径流，在雨量较大时，能够有效缩短洪峰时间和洪峰水量，减轻城市内涝问题；（2）补充城市地下水资源，透水砖能够将雨水渗入地下并保存起来，促进城市的水循环，有效解决由城市过度用水引发的地基沉降问题；（3）能够有效缓解城市的热岛效应，因为透水砖多孔的性质，在炎热时砖体储存的水分以及砖下土体的水分能够通过其孔隙蒸发到地面，降低城市的地表温度，从而缓解城市热岛效应。

目前，透水砖尚未得到大规模的推广是由于透水砖还存在以下一些缺陷：（1）透水系数与力学性能是一对矛盾指标，难以获得兼具优异力学性能与透水性能的透水砖；（2）目前制备的透水砖中存在大量的半连通孔与闭合孔，其存在对透水性能无明显有利影响，但会显著降低砖体力学性能；（3）透水砖由于具有一定的保水性，因此在北方寒冷地区，其抗冻性较低；（4）目前的透水砖性能增强方法，大多成本较高，难以在工程中推广应用。

国内外研究人员采取的透水砖性能强化方法主要有以下几种：（1）在透水砖中掺加PVA纤维。因为PVA纤维具有优异的抗拉强度，能够在砖体开裂后进一步限制裂缝的开展从而加强其力学性能，另一方面，PVA纤维分子表面裸露着羟基与水泥基体之间形成氢键产生键合作用，使更多的水泥浆体黏附在PVA纤维附近而不是散落在砖体内部，增加了砖体内部连通孔的数量，从而增加其透水性能。虽然PVA纤维解决了透水砖力学性能与透水性能的矛盾，但是PVA纤维费用较高，难以在工程中大规模应用。（2）在透水砖中掺加CaCO₃纳米浆液。CaCO₃纳米浆液能够填充骨料内部微裂缝以及在表面形成聚合物薄膜降低再生骨料的孔隙率来使吸水率降低，使浆体的整体流动性上升更多的分布在透水砖孔隙中，从而提高透水砖的力学性能但大幅度降低其透水性能。（3）将废弃橡胶粉作为性能加强剂。在一定废弃橡胶粉掺量范围内，废弃橡胶粉的粒径较小，能够填充骨料内细微的孔隙，以加强透水砖的力学性能但同时使得连通孔的数量显著减少从而降低了其透水性能。目前已有的性能加强手段大多是采用粒径较小的材料填充透水砖中的孔隙以加强透水砖的力学性能但这些加强手段往往不区分透水砖中的有利孔与有害孔，强化效果过于显著，在增强力学性能的同时对透水性能存在显著的不利影响。

当前，随着我国的现代化、工业化进程的加快以及老城区、年久道路的翻新改造，我国每年大约产生20~25亿吨的建筑垃圾，占城市固体废料的40%，然而我们国家的建筑垃圾大多采用露天堆放与填埋的处理方式，再次利用率不足10%，不符合国家的可持续发展战略要求。

发明内容

本发明目的是基于有效地利用建筑垃圾，解决当前透水砖力学性能与透水性能的突出矛盾，提出一种发挥兼性好氧微生物的矿化优势、兼具良好的力学性能与透水性能、绿色环保低成本的高性能透水砖；制备的透水砖属于绿色环保新型建材，以建筑垃圾、水泥、粉煤灰、矿化微生物以及营养物质等组成，在充分实现建筑垃圾再利用的同时，能够实现兼具良好的透水性和足够的力学性能。