CN103833322A - 一种利用钢渣泥和建筑垃圾生产混凝土人工鱼礁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用钢渣泥和建筑垃圾生产人工鱼礁的方法。首先按干基质量百分比的配比如下：钢渣泥10%-18%，矿渣超微细粉8%-14%，脱硫石膏3%-4%，建筑垃圾粗骨料40%-55%，建筑垃圾细骨料30%-45%，并保持粗骨料与细骨料之和为70%-85%，外加占上述物料干基质量8%-10%的水和占上述物料干基质量0.1%-0.2%的聚羧酸高效减水剂来制备混凝土。按实际海洋牧场的需求及生态需求设计人工鱼礁模具的形状和尺寸；将新拌混凝土注入模具，振捣成型或自流平成型，制备成形状人工鱼礁块体。本发明的方法100%利用固体废物，不使用任何天然原料，不使用水泥，具有低成本、高性能和节能减排量大的特点，为大量消纳难以资源化利用的钢渣泥和建筑垃圾提供一条新途经。

Description

一种利用钢渣泥和建筑垃圾生产混凝土人工鱼礁的方法

技术领域

本发明属于海洋工程领域和固废资源化领域，涉及一种利用钢渣泥和建筑垃圾为主要原料生产混凝土人工鱼礁的方法。 

背景技术

转炉钢渣经多道破碎多道磁选或热闷-磁选处理，选出所含的大部分金属铁后，一般还残留3%左右的金属铁微粒。这种残留3%左右的金属铁微粒的细颗粒状钢渣又叫“钢尾渣”。要想把“钢尾渣”中残留的3%左右的金属铁微粒彻底选出，湿磨和湿法磁选是最经济有效的方法。“钢尾渣”经湿磨和湿法磁选提铁后的固体废物叫钢渣泥。“钢尾渣”在湿磨和湿法磁选提铁的过程中大部分物相都已水化，不再具有水硬性，因此钢渣泥是难以利用的固体废弃物。由于钢渣泥是难以利用的固体废弃物，导致大量堆弃，也由此阻碍了从“钢尾渣”中彻底选出残留的3%左右的金属铁微粒的推进。 

建筑垃圾由于成分复杂，也是一种难以资源化利用的固体废物。建筑垃圾围城已成为中国大多数城市可持续发展的重大难题。即便是经过分选的以废旧混凝土和废砖瓦为主要成分的建筑垃圾，用于新的城市建设工程在经济和技术两方面也还存在众多难题。另一方面，普通硅酸盐水泥是单位GDP CO₂排放强度高的一种原材料。而由粒化高炉矿渣制成的矿渣微粉在一定程度上可以在混凝土中取代部分水泥已成为共识。实际上，由于矿渣中钙/硅摩尔比接近于1，而水泥熟料中的钙/硅摩尔比接近于3。因此，矿渣提供硅氧四面体的潜能是水泥熟料的2-3倍。但是过去采用立磨或管式球磨机只能将矿渣粉磨至比表面积450m²/kg左右，相当于D90≤30μm，D50≤10μm。而在水泥混凝土体系中，只有小于5μm的超微细矿渣粉颗粒才能在28天内100%参与水化反应。目前的商品矿渣粉应用于水泥混凝土体系中只有约20%～30%能够在28天内参与水化反应。最近，工业化过饱和蒸汽动力大型气流磨机的出现，可以实现以较低的能耗将矿渣粉磨细至比表面积800m²/kg以上，相当于D90≤8μm，D50≤3μm。而粉磨能耗和成本与采用立式磨将矿渣粉磨至比表面积450m2/kg左右相当。这就为矿渣超微细粉在水化过程中更多地释放出提供硅氧四面体的潜能和形成C-S-H凝胶奠定了物质基础。 

中国公开发明申请201110425343.9《一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法（CN201110425343.9》，该发明涉及一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法，该方法将采用热闷法工艺处理的钢渣按照粒径分别用于粗、细骨料和胶凝材料原料，胶凝材料中还掺入矿渣、水泥熟料和脱硫石膏。该发明专利没有能够 解决钢渣泥和建筑垃圾难以资源化利用的难题。中国公开发明申请01210407860.8《一种以废弃混凝土制备超低水泥人工鱼礁混凝土的方法》，该发明涉及一种以废弃混凝土制备超低水泥人工鱼礁混凝土的方法，将烘干的海水湿排灰磨细至比表面积为500～700m2/kg，加入比表面积为350～410m2/kg的矿渣粉，与熟料、脱硫石膏一同混磨至比表面积450～550m2/kg，得到胶凝材料。将废弃混凝土进行破碎、自磨和筛分获得再生粗骨料和再生细骨料。按每立方米混凝土掺加量：胶凝材料300～350kg／m3，再生粗骨料800～1300kg／m3，再生细骨料500～800kg／m3，高效减水剂1～3.5kg／m3的配合比，水胶比为0.35～0.5配制低碱度的混凝土人工鱼礁。该发明虽然利用了废旧混凝土，但也没有解决混杂有大量废砖瓦的建筑垃圾和钢渣泥资源化利用的难题。除此之外，该专利还需使用一定量的水泥熟料。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种利用钢渣泥和建筑垃圾为主要原料并100%利用固体废物，不使用任何天然原料，不使用水泥，具有低成本高性能和节能减排量大等特点的生产人工鱼礁的方法。 

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种利用钢渣泥和建筑垃圾为主要原料生产混凝土人工鱼礁的方法，该工鱼礁的生产以破碎成普通混凝土粗骨料大小的废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾代替传统混凝土中的石子，以破碎成普通混凝土细骨料大小的废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾代替传统混凝土中的砂子，以钢渣泥、矿渣超微细粉、和脱硫石膏作为胶凝材料的主要成分。其中钢渣泥虽然大部分物相已经完成水化，但能够提供大量的作为主要碱性组分的Ca(OH)₂、Mg(OH)₂和Fe(OH)₂。矿渣超微细粉具有比水泥熟料高2-3倍的提供硅氧四面体和形成C-S-H凝胶的潜能，在钢渣泥和脱硫石膏的共同激发下，三者协同形成高性能胶凝材料，把建筑垃圾的粗骨料和细骨料稳定地结合在一起，形成高性能人工鱼礁混凝土。首先按干基质量百分比的配比：钢渣泥10%-18%，矿渣超微细粉8%-14%，脱硫石膏3%-4%，建筑垃圾粗骨料40%-55%，建筑垃圾细骨料30%-45%，并保持粗骨料与细骨料之和为70%-85%。外加占上述物料干基质量8%-10%的水和占上述物料干基质量0.1%-0.2%的聚羧酸高效减水剂制得新拌混凝土，该新拌混凝土具有自流平性能。人工鱼礁的形状和尺寸按实际海洋牧场的需求及生态需求设计模具。将上述搅拌均匀后所得新拌混凝土注入模具，振捣成型或自流平成型，制备成形状复杂的无筋混凝土人工鱼礁块体。所述钢渣泥为钢尾渣经湿磨和湿法磁选提铁后的固体废物，粒度为325目筛余5%-10%。所述矿渣超微细粉为过饱和蒸汽动力大型气流磨机磨制的矿渣超微细粉，比表面积为800-900m2/kg；所述脱硫石膏为以二 水硫酸钙或半水硫酸钙为主要成分的燃煤烟气脱硫石膏或制酸废气脱硫石膏。所述建筑垃圾粗骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分后得到的与普通混凝土粗骨料大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14685-2011《建设用卵石、碎石》国家标准规定；所述建筑垃圾细骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分后得到的与普通混凝土用砂子大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14684-2011《建设用砂》国家标准的规定。 

本发明的原理在于：由于钢渣泥中有大量的Ca（OH）₂和Mg（OH）₂，这些组分将对激发矿渣的火山灰活性反应起到积极作用。所加入的脱硫石膏会促进如下反应进行： 

${4H}_3{\mathrm{AlO}}_4^{2-}+{6\mathrm{CaO}}^{2+}+{6\mathrm{CaSO}}_4\·{2H}_{2}O+{4\mathrm{OH}}^{-}+{44H}_{2}O\→2(3\mathrm{CaO}\·{\mathrm{Al}}_2{O}_3\·{3\mathrm{CaSO}}_4\·{32H}_{2}O)---\left(1\right)$

式（1）中的H₃AlO₄ ^2-主要由矿渣超微细粉在碱性溶液中的不断溶解来提供。而钢渣泥可提供源源不断的Ca₂+和OH-。式（1）反应中的形成物是钙矾石。在饱和Ca（OH）₂溶液中钙矾石具有极低的溶解度和离子积，其与H₃AlO₄ ^2-的平衡浓度比矿渣超微细粉与H₃AlO₄ ^2-的溶解平衡浓度低几十倍。因此，钙矾石的不断形成就能不断打破矿渣超微细粉与溶液中的H₃AlO₄ ^2-溶解平衡，促进矿渣超微细粉中的氧化铝不断溶解，而钙矾石不断形成。另一方面，在矿渣中氧化铝都是以铝氧四面体形式存在的，并以硅氧四面体连接成玻璃网络体。因此，铝氧四面体的溶出必定会使矿渣表面的玻璃体网络不断解离，释放出大量高活性的硅氧四面体或硅氧四面体团。它们会快速与溶液中的Ca²⁺及Mg²⁺反应形成含镁的C-S-H凝胶。因此，脱硫石膏的加入大大促进了矿渣超微细粉的水化和C-S-H凝胶与钙矾石的协同生长。是由于在式(1)反应的带动下促进了C-S-H凝胶与钙矾石的快速协同生长，导致矿渣的快速水化和混凝土强度的快速增长，同时充分发挥了矿渣超微细粉比水泥熟料可以多提供2-3倍硅氧四面体的潜能。此外，钢渣湿磨和湿法磁选过程中水化所形成的高钙高镁含铝C-S-H凝胶，也会由于式（1）的反应不断释放出H₃AlO₄ ^2-和Ca²⁺、Mg²⁺等离子，而使其中的硅氧四面体被重新活化，重新参与胶凝反应，对混凝土的强度增长做出贡献。 

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的优点：（1）本发明的工艺100%利用固体废物，不使用任何天然原料，不使用水泥，能够解决钢渣泥和建筑垃圾难以资源化利用的难题。 

（2）本发明的工艺方法与现有普通水泥混凝土人工鱼礁相比相比，节省了大量硅酸盐水泥，减排CO₂，更加环保节能。 

（3）本发明的工艺方法充分利用各种固体废弃物之间的相互反应与协同作用，促 进了固体废弃物的大宗高值利用。 

具体实施方式

（实施例1） 

本实施例人工鱼礁混凝土按干基质量百分比的配比如下：钢渣泥10%，矿渣超微细粉14%，脱硫石膏4%，建筑垃圾粗骨料40%，建筑垃圾细骨料32%，外加占上述物料干基质量10%的水和占上述物料干基质量0.2%的聚羧酸高效减水剂。将上述配料搅拌均匀后所得新拌混凝土具有自流平性能。人工鱼礁的形状和尺寸按实际海洋牧场的需求及生态需求设计模具。将上述搅拌均匀后所得新拌混凝土注入模具，自流平成型，制备成形状复杂的无筋混凝土人工鱼礁块体。所述钢渣泥为钢尾渣经湿磨和湿法磁选提铁后的固体废物，粒度为325目筛余10%。所述矿渣超微细粉为过饱和蒸汽动力大型气流磨机磨制的矿渣超微细粉，比表面积为860m2/kg；所述脱硫石膏为以二水硫酸钙或半水硫酸钙为主要成分的燃煤烟气脱硫石膏或制酸废气脱硫石膏。所述建筑垃圾粗骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分后得到的与普通混凝土粗骨料大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14685-2011《建设用卵石、碎石》国家标准规定；所述建筑垃圾细骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分后得到的与普通混凝土用砂子大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14684-2011《建设用砂》国家标准的规定。 

本实施例所得人工鱼礁混凝土的主要性能如表1所示。 

表1 

（实施例2） 

本实施例人工鱼礁混凝土按干基质量百分比的配比如下：钢渣泥18%，矿渣超微细粉8%，脱硫石膏3%，建筑垃圾粗骨料40%，建筑垃圾细骨料31%，外加占上述物料干基质量10%的水和占上述物料干基质量0.2%的聚羧酸高效减水剂。将上述配料搅 拌均匀后所得新拌混凝土具有自流平性能。人工鱼礁的形状和尺寸按实际海洋或湖泊牧场的需求及生态需求设计模具。将上述搅拌均匀后所得新拌混凝土注入模具，振捣成型或自流平成型，制备成形状复杂的无筋混凝土人工鱼礁块体。所述钢渣泥为钢尾渣经湿磨和湿法磁选提铁后的固体废物，粒度为325目筛余5%。所述矿渣超微细粉为过饱和蒸汽动力大型气流磨机磨制的矿渣超微细粉，比表面积为810m2/kg；所述脱硫石膏为以二水硫酸钙或半水硫酸钙为主要成分的燃煤烟气脱硫石膏或制酸废气脱硫石膏。所述建筑垃圾粗骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分后得到的与普通混凝土粗骨料大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14685-2011《建设用卵石、碎石》国家标准规定；所述建筑垃圾细骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分后得到的与普通混凝土用砂子大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14684-2011《建设用砂》国家标准的规定。本实施例所得人工鱼礁混凝土的主要性能如表2所示。 

表2 

（实施例3） 

本实施例人工鱼礁混凝土按干基质量百分比的配比如下：钢渣泥13%，矿渣超微细粉9%，脱硫石膏3%，建筑垃圾粗骨料40%，建筑垃圾细骨料35%。外加占上述物料干基质量9%的水和占上述物料干基质量0.15%的聚羧酸高效减水剂。将上述配料搅拌均匀后所得新拌混凝土具有自流平性能。人工鱼礁的形状和尺寸按实际海洋或湖泊牧场的需求及生态需求设计模具。将上述搅拌均匀后所得新拌混凝土注入模具，振捣成型或自流平成型，制备成形状复杂的无筋混凝土人工鱼礁块体。所述钢渣泥为钢尾渣经湿磨和湿法磁选提铁后的固体废物，粒度为325目筛余8%。所述矿渣超微细粉为过饱和蒸汽动力大型气流磨机磨制的矿渣超微细粉，比表面积为890m2/kg；所述脱硫石膏为以二水硫酸钙或半水硫酸钙为主要成分的燃煤烟气脱硫石膏或制酸废气脱硫石膏。所述建筑垃圾粗骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分后得到的与普通混凝土粗骨料大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14685-2011《建设用卵石、碎石》国家标准规定；所述建筑垃圾细骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分 后得到的与普通混凝土用砂子大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14684-2011《建设用砂》国家标准的规定。本实施例所得人工鱼礁混凝土的主要性能如表3所示。 

表3 

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种利用钢渣泥和建筑垃圾生产混凝土人工鱼礁的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：按干基质量百分比的配比：钢渣泥10%-18%，矿渣超微细粉8%-14%，脱硫石膏3%-4%，建筑垃圾粗骨料40%-55%，建筑垃圾细骨料30%-45%，并保持粗骨料与细骨料之和为70%-85%；外加占上述物料干基质量8%-10%的水和占上述物料干基质量0.1%-0.2%的聚羧酸高效减水剂搅拌均匀得到新拌混凝土

步骤二：按实际海洋牧场的需求及生态需求设计人工鱼礁模具的形状和尺寸；

步骤三：将步骤一中的新拌混凝土注入步骤二的模具，振捣成型或自流平成型，制备成形状人工鱼礁块体。

2.如权利要求1所述的一种利用钢渣泥和建筑垃圾生产混凝土人工鱼礁的方法，其特征在于，所述钢渣泥为钢尾渣经湿磨和湿法磁选提铁后的固体废物，粒度为325目筛余5%-10%；所述矿渣超微细粉为过饱和蒸汽动力大型气流磨机磨制的矿渣超微细粉，比表面积为800-900m²/kg；所述脱硫石膏为以二水硫酸钙或半水硫酸钙为主要成分的燃煤烟气脱硫石膏或制酸废气脱硫石膏；所述建筑垃圾粗骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分后得到的与普通混凝土粗骨料大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14685-2011《建设用卵石、碎石》国家标准规定；所述建筑垃圾细骨料为废旧混凝土和废砖瓦混合建筑垃圾经破碎和筛分后得到的与普通混凝土用砂子大小相同的混合体，其粒级分布符合GBT14684-2011《建设用砂》国家标准的规定。