CN104478361A - 掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土及制备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土及制备，其特征是以再生粗骨料和陶粒为混凝土的粗骨料，掺入适量经过预处理的工业废料、农业剩余物、以及生活垃圾等工农业固体废弃物作为掺合料，利用水泥、水、高效减水剂和增强料配制胶结料，通过预设的搅拌工艺和制备方法进行拌合，生产出一种力学性能、透水性能和耐久性能俱佳的生态混凝土，该混凝土废弃物利用率高达80%左右，绿色环保，可以就地取材，经济效益显著，陶粒孔隙较小，能够持续稳定处理污水，因此该混凝土一般用于水环境综合整治工程，除此之外，由于其轻质高强，透水性好，也可用于人行道和停车场等透水路面工程，以及生态河道护坡和屋顶景观种植等绿化工程。
Description
技术领域
本发明涉及一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土及制备,具体是利用再生骨料、陶粒和工农业固体废弃物来制备透水混凝土，主要用于水资源综合整治工程、透水路面工程和生态护坡工程等，属于再生资源透水混凝土技术领域。
背景技术
从论文来看，中南大学巫昊峰2009年的硕士论文《绿色陶粒及其透水混凝土研究》中，采用废瓷粉、红泥、粉煤灰为原料烧制陶粒，研究原材料以及烧结制度对陶粒性能的影响，并采用陶粒作为透水混凝土的骨料，研究了透水混凝土孔隙率、透水系数、力学性能相互之间的关系；天津大学吴春雷2010年硕士学位论文《橡胶集料透水混凝土基本性能的试验研究》中，根据对橡胶集料混凝土耐久性的认识，在透水混凝土中加入橡胶集料，制备橡胶集料透水混凝土，研究橡胶集料透水混凝土的强度、透水性能、抗冻性能和耐磨性能；但是，掺入工农业固体废弃物、再生骨料以及陶粒的透水混凝土尚未有学者研究。
从已申请过的专利来看，中国科学院南京土壤研究所在其2008年公开的专利《多介质多孔水质净化透水材料》（101172822）中，以普通混凝土、农林废弃物和其他无机材料为基本原料，制造一种多介质多孔水质净化透水材料，其中无机材料的权利要求中包含陶粒这种材料；广西大学在其2014年公开的专利《一种陶粒再生混凝土及空心砌块砌体和制备方法》（104150821A）中，陶粒再生混凝土是以陶粒为粗骨料、废弃混凝土为再生细骨料，来制造绿色墙体材料；但是以再生骨料和陶粒为基本骨架，掺入工农业固体废弃物的透水混凝土尚未申请过专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土及制备，本发明利用再生骨料、陶粒和工农业固体废弃物来制备透水混凝土，主要用于水资源综合整治工程、透水路面工程和生态护坡工程等。废弃物综合利用率达到80%左右，并且这些废弃物都是可以就地取材，比如，再生骨料通过废弃混凝土破碎得到，陶粒可通过河底淤泥烧结或免烧得到，工农业固体废弃物经过简单无害化处理和破碎后就可利用，因此，这项技术应用性比较强，未来前景可观。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土，其特征在于，所述混凝土配合比按照体积法进行计算，粗骨料紧密堆积孔隙率在40%左右，设计孔隙率在15%-25%之间，水泥为普通硅酸盐水泥，水泥密度在3000 kg/m3左右，水灰比在0.25-0.35之间，减水剂掺量为水泥质量的1%，增强料掺量为水泥质量的2.1%-2.5%之间，每立方各原料的质量kg/m3为：再生粗骨料405-825、陶粒90-450、工农业固体废弃物20-200、水泥344-620、水120-155、减水剂3.4-6.2、增强料7.2-15.5。
所述的再生骨料是废弃混凝土破碎后、进行过筛水洗处理，选用粒径为4.75-9.5mm、9.5-19.0mm和19.0-26.5mm的单粒级再生粗骨料，各项性能指标符合《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）中Ⅱ类用石标准。
所述的陶粒如下：粘土陶粒、粉煤灰陶粒、页岩陶粒、垃圾陶粒、煤矸石陶粒、生物污泥陶粒、河底泥陶粒、海泥陶粒、硅藻土陶粒、玻璃陶粒、珍珠岩陶粒和尾矿粉陶粒，陶粒的成型方式包括烧胀型、烧结性、轻烧型和免烧型等，选用粒径为4.75-9.5mm、9.5-19.0mm和19.0-26.5mm的单粒级陶粒，各项性能指标符合《轻集料及其试验方法》（GB/T 17431.1-2010）的相关标准。
所述的工农业固体废弃物如下：
（1）工业废物；按照属性进行分类，一般包括：冶金废渣，如高炉矿渣、钢渣、各种有色金属渣、铁合金渣、化铁炉渣和各种粉尘、污泥等；采矿废渣，如各种废石、煤矸石和尾矿等；燃料废渣，如煤渣、烟道灰、煤粉渣和页岩灰等；化工废渣，硫酸矿烧渣、电石渣、碱渣、煤气炉渣、磷渣、汞渣、铬渣、盐泥、污泥、硼渣、废塑料以及橡胶碎屑等；其他，如玻璃废渣、陶瓷废渣、造纸废渣和建筑废材等。
（2）农业剩余物；按照属性进行分类，一般包括：农田和果园残留物，如秸秆、残株、杂草、落叶、果实外壳、藤蔓、树枝和其他废物等；农产品加工废弃物，如肉食加工废弃物、牧业加工废弃物、林业加工废弃物和渔业加工废弃物等；甚至有机肥综合利用，适量掺入混凝土中，也可以促进水生植物和微生物的生长，从而改善水质净化的效果。
（3）生活垃圾；按照属性进行分类，一般包括：可回收垃圾，如纸类、金属、木材、塑料和玻璃等；厨房垃圾，如剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物；其他垃圾，如渣土、织物和橡胶等。
所有这些工农业固体废弃物，首先要对其进行无害化处理，体积较大的个体要破碎成颗粒状或纤维状，然后按粒径的大小来使用，如粒径大于4.75mm就和再生骨料、陶粒一起作为粗骨料掺入，如粒径小于4.75mm，就作为细骨料掺入。
再生骨料的紧密堆积密度在1350-1650 kg/m3之间,掺量在30%-50%之间；陶粒的紧密堆积密度在300-900 kg/m3之间，掺量在30%-50%之间；工农业固体废弃物的的紧密堆积密度在100-1000 kg/m3之间，掺量为20%。
配合比设计完成之后，就进入到一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土的制备，其特征是，所述制备步骤如下：
（1）先将CABR-HJ60型双卧轴混凝土搅拌机料仓用湿布擦拭干净，按配合比称好的再生粗骨料、陶粒、工农业固体废弃物和水泥一起加入容器内，边搅拌边加水，30s内加入50%的拌合用水，然后加入减水剂和增强料，搅拌30s后逐渐加入剩余的拌合用水，观察其表面色泽的变化，如出现金属光泽，说明此时混凝土具有较好的工作性，可以下料；
（2）混凝土成型时，可采用插捣成型或静压成型，插捣成型时利用插捣棒分两层振捣或插捣，振捣面或插捣面上的间距和力度均匀分布，并保持插捣棒垂直上下；静压成型时，成型压力在1.5MPa左右；最后用ZB5平板振动抹光机将表面抹平，覆膜养护；
在制备之前需要测定再生骨料和工农业固体废弃物各自的吸水率，在拌合用水中考虑附加吸水这一因素，由于陶粒孔隙较多，吸水性较大，在制备之前先将陶粒放在水中浸泡24h，使其吸水饱和，然后摊铺风干表面自由水。
本发明由于其质量较轻，透水性好，绿色环保以及具有过滤净化水质等功能，经检测，本发明抗压强度5-20MPa ，抗折强度 0.5-2MPa，有效孔隙率10%-30%，透水系数 0.5-5mm/s，可以广泛应用于园林轻载路面、人行道、停车场、生态护坡、屋顶绿化以及河塘沟渠护砌的水质净化等实际工程。在国家“节能减排”和“再生利用”等政策的引领下，该产品从市场推广方面来讲具有很大的优势。依托“十二五”国家科技支撑计划，利用太湖底泥生产陶粒，然后制备这种生态混凝土应用于水资源的综合整治工程，原材料成本较低，国家也给予相应税款减免政策，经济效益良好。一旦该产品形成产业化，有点及面进行示范，我们的环境将会有显著的改善，河水变干净了，垃圾变少了，空气变清新了，道路变舒适了，噪声变少了，那么我们的心情也会变得愉悦起来，让经济效益和社会效益达到一种共赢。
本发明操作方便，该透水混凝土在保证其力学性能、透水性能和耐久性能的基础之上，最大程度利用了废弃物，并且具有净化水质的功能。
具体实施方式
实施例1：再生骨料紧密堆积密度为1450 kg/m3，掺量为30%；陶粒紧密堆积密度为500 kg/m3，掺量为50%；工农业固体废弃物选为玻璃废渣，其紧密堆积密度为800 kg/m3，掺量为20%；这三种材料构成100%的粗骨料，粒径为9.5-19mm，按比例拌匀后，测得粗骨料紧密堆积密度为845 kg/m3，紧密堆积孔隙率为40%；设计孔隙率为20%；水灰比为0.30；42.5水泥密度3100 kg/m3；减水剂掺量为水泥质量的1%；增强料掺量为水泥质量的2.3%。按照本专利制备工艺来制备混凝土，最终得到一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土的配合比，每立方米各种材料用量如下所示：再生骨料：陶粒：玻璃废渣：水泥：水：减水剂：增强料=435:250:160:477:143：4.77:10.97。制备步骤如下：
（1）先将CABR-HJ60型双卧轴混凝土搅拌机料仓用湿布擦拭干净，按配合比称好的再生粗骨料、陶粒、工农业固体废弃物和水泥一起加入容器内，边搅拌边加水，30s内加入50%的拌合用水，然后加入减水剂和增强料，搅拌30s后逐渐加入剩余的拌合用水，观察其表面色泽的变化，如出现金属光泽，说明此时混凝土具有较好的工作性，可以下料；
（2）混凝土成型时，可采用插捣成型或静压成型，插捣成型时利用插捣棒分两层振捣或插捣，振捣面或插捣面上的间距和力度均匀分布，并保持插捣棒垂直上下；静压成型时，成型压力在1.5MPa左右；最后用ZB5平板振动抹光机将表面抹平，覆膜养护；
在制备之前需要测定再生骨料和工农业固体废弃物各自的吸水率，在拌合用水中考虑附加吸水这一因素，由于陶粒孔隙较多，吸水性较大，在制备之前先将陶粒放在水中浸泡24h，使其吸水饱和，然后摊铺风干表面自由水。
实施例2：再生骨料紧密堆积密度为1550 kg/m3，掺量为40%；陶粒紧密堆积密度为700 kg/m3，掺量为40%；工农业固体废弃物选为树枝，其紧密堆积密度为500 kg/m3，掺量为20%；这三种材料构成100%的粗骨料，粒径为19-26.5mm，按比例拌匀后，测得粗骨料紧密堆积密度为1000 kg/m3，紧密堆积孔隙率为40%；设计孔隙率为25%；水灰比为0.35；42.5水泥密度3100 kg/m3；减水剂掺量为水泥质量的1%；增强料掺量为水泥质量的2.1%。按照本专利制备工艺来制备混凝土，最终得到一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土的配合比，每立方米各种材料用量如下所示：再生骨料：陶粒：玻璃废渣：水泥：水：减水剂：增强料=620:280:100:344:121：3.44:7.22。制备步骤同实施例2中的制备步骤。
Claims (8)
1.一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土，其特征在于，所述混凝土配合比按照体积法进行计算，粗骨料紧密堆积孔隙率在40%左右，设计孔隙率在15%-25%之间，水泥为普通硅酸盐水泥，水泥密度在3000 kg/m3左右，水灰比在0.25-0.35之间，减水剂掺量为水泥质量的1%，增强料掺量为水泥质量的2.1%-2.5%之间，每立方各原料的质量kg/m3为：再生粗骨料405-825、陶粒90-450、工农业固体废弃物20-200、水泥344-620、水120-155、减水剂3.4-6.2、增强料7.2-15.5。
2.根据权利要求1所述的掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土，其特征在于，所述的再生粗骨料是废弃混凝土经破碎、过筛水洗处理后粒径为4.75-9.5mm、9.5-19.0mm和19.0-26.5mm的单粒级料。
3.根据权利要求1所述的掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土，其特征在于，所述的陶粒如下：粘土陶粒、粉煤灰陶粒、页岩陶粒、垃圾陶粒、煤矸石陶粒、生物污泥陶粒、河底泥陶粒、海泥陶粒、硅藻土陶粒、玻璃陶粒、珍珠岩陶粒和尾矿粉陶粒，选用粒径为4.75-9.5mm、9.5-19.0mm和19.0-26.5mm的单粒级陶粒。
4.根据权利要求1所述的掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土，其特征在于，所述的工农业固体废弃物如下：
（1）工业废物；按照属性进行分类，一般包括：冶金废渣，如高炉矿渣、钢渣、各种有色金属渣、铁合金渣、化铁炉渣和各种粉尘、污泥；采矿废渣，如各种废石、煤矸石和尾矿；燃料废渣，如煤渣、烟道灰、煤粉渣和页岩灰；化工废渣，硫酸矿烧渣、电石渣、碱渣、煤气炉渣、磷渣、汞渣、铬渣、盐泥、污泥、硼渣、废塑料以及橡胶碎屑；其他，如玻璃废渣、陶瓷废渣、造纸废渣和建筑废材；
（2）农业剩余物；按照属性进行分类，一般包括：农田和果园残留物，如秸秆、残株、杂草、落叶、果实外壳、藤蔓、树枝和其他废物；农产品加工废弃物，如肉食加工废弃物、牧业加工废弃物、林业加工废弃物和渔业加工废弃物；甚至有机肥综合利用，适量掺入混凝土中，也可以促进水生植物和微生物的生长，从而改善水质净化的效果；
（3）生活垃圾；按照属性进行分类，一般包括：可回收垃圾，如纸类、金属、木材、塑料和玻璃；厨房垃圾，如剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶食品类废物；其他垃圾，如渣土、织物和橡胶。
5. 根据权利要求1或4所述的掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土，其特征在于，所述工农业固体废弃物，首先要进行无害化处理，体积较大的个体要破碎成颗粒状或纤维状，然后按粒径的大小来使用，粒径大于4.75mm的和再生粗骨料、陶粒一起作为粗骨料掺入，如粒径小于4.75mm，就作为细骨料掺入。
6.根据权利要求1所述的掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料的紧密堆积密度在1350-1650 kg/m3之间，掺量在30-50%之间；陶粒的紧密堆积密度在300-900 kg/m3之间，掺量在30-50%之间；工农业固体废弃物的的紧密堆积密度在100-1000 kg/m3之间，掺量为20%。
7.一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土的制备，其特征在于，所述制备包括如下步骤:
（1）先将CABR-HJ60型双卧轴混凝土搅拌机料仓用湿布擦拭干净，按配合比称好再生粗骨料、陶粒、工农业固体废弃物和水泥一起加入容器内，边搅拌边加水，30s内加入50%的拌合用水，然后加入配合比的减水剂和增强料，搅拌30s后逐渐加入剩余的拌合用水，观察其表面色泽的变化，如出现金属光泽，说明此时混凝土具有较好的工作性，可以下料；
（2）混凝土采用插捣成型或静压成型，插捣成型时，利用插捣棒分两层振捣或插捣，振捣面或插捣面上的间距和力度均匀分布，并保持插捣棒垂直上下；静压成型时，成型压力在1.5MPa左右，最后用ZB5平板振动抹光机将表面抹平，覆膜养护。
8.根据权利要求7所述的一种掺入工农业固体废弃物的再生骨料透水陶粒混凝土的制备，其特征在于，制备之前需要测定再生骨料和工农业固体废弃物各自的吸水率，在拌合用水中考虑附加吸水这一因素，由于陶粒孔隙较多，吸水性较大，在制备之前先将陶粒放在水中浸泡24h，使其吸水饱和，然后摊铺风干表面自由水。
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