CN106145784A - 以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土及其制备方法，属于新材料及环境保护与资源节约领域，所述混凝土是由固体废弃物、凝石成岩剂及海水混合拌制而成，该混凝土中原料及配方的重量百分比为：固体废弃物85～94％，凝石成岩剂1～5％，海水5～14％。所述制备方法为将适用于粉体物料的多种固体废弃物均匀混合后研磨成比表面积大于等于380m²/kg的粉状复合物料或将适用于粉体物料的固体废弃物分别研磨成粉后均匀混合；将上述粉状复合物料与凝石成岩剂、粗骨料、细骨料混合后，采用海水拌合养护制备高性能耐侵蚀混凝土；本发明的混凝土在常温下即可制备，不需要添加耗能大的胶凝材料，材料生产成本低，资源能源消耗低，对环境污染小，具有广阔的市场应用前景。

Description

以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于新材料及环境保护与资源节约领域，涉及一种海水拌养型混凝土的生产及应用。

背景技术

工业固体废弃物，又称工业废物或工业垃圾，是指机械、轻工及其他工矿企业在生产活动过程中排放出来的各种废渣、粉尘及其他固体废弃物。主要包括：尾矿、煤矸石、粉煤灰、炉渣、矿渣、工业副产石膏、赤泥、电石渣、硅酸盐工业的砖瓦碎块、废陶瓷、废玻璃等。固体废物数量庞大，成分复杂，种类繁多。随着工业生产的发展，工业废物数量日益增加，其消极堆放已给周边环境无形中带来了严重破坏，诸如占用土地，污染土壤、水源和大气，影响作物生长，危害人体健康等。如何实现固体废弃物的资源化、高值化、高利用率是确保社会健康、可持续发展的有力保障。

申请号为92104144的专利申请公开了一种煤渣水泥空心砖，其中以油页岩渣和煤渣作粗细骨料，以水泥和石灰作为胶凝材料生产空心砖的方法；申请号201310186175.1的专利申请公开了一种可使用海水海砂拌合的无机聚合物胶凝材料和混凝土，其中以氧化钙、氧化镁为胶凝材料，属于高耗能材料；申请号201210552560.9的专利申请公开了大宗固体废弃物高填充低比重复合材料及其制备方法，所述复合材料由固体废弃物与聚合物等组成，胶凝材料为聚乙烯类如高密度聚乙烯聚合物；申请号200919113222.3的专利公开了一种工业废渣生产复合胶凝材料的方法，所述的复合材料是由工业废弃物与水泥熟料、增强剂等多种活性混合物组成；申请号201410151597.X的专利申请公开了一种无机化学键合胶凝材料及其制备方法，所述的胶凝材料是由工业废渣与碱类如氢氧化钠激发剂组成，是对废渣的活化处理，工业应用已证实耐久性差；申请号201310554257.7的专利申请公开了一种利用固体废弃物制备保温砂浆，是由粉煤灰、硅酸盐水泥、废弃聚苯乙烯泡沫等组分组成；申请号201310278530.8的专利公开了一种碱激发胶凝材料及其制备方法，是由硅钙渣微粉和矿粉、超细矿粉组成的复合粉料在水玻璃激发下得到的，水玻璃为高耗能物料；申请号201410368072.1的专利公开了一种固体废弃物热解废渣烧结砖及其制备方法，所述烧结砖是由固体废弃物与粘土高温烧结而成；申请号201010147957.0的专利公开了抗多次冲击的防护工程材料及利用固体废弃物制备该材料的方法，该材料由水泥、活性工业废渣、超塑化剂、细骨料、粗骨料、增强纤维和水组成；申请号200810224376.5的专利公开了一种制备凝石胶凝材料的方法，是将尾矿与赤泥混合研磨制成料饼、料块、料球或料粉送入蚀变反应器内进行热液蚀变反应，热液蚀变反应的温度为200～900℃，反应的时间为0.6～800min，将经过热液蚀变反应预处理的物料、水泥熟料、高炉水淬矿渣、石膏、成岩剂混合研磨，得到凝石胶凝材料；申请号200810247563.5的专利公开了一种以油页岩废渣为主要原料的凝石胶凝材料的制备方法，是将油页岩废渣破碎成碎块，然后与水泥熟料、粉煤灰、高炉水淬矿渣或钢渣、石膏和成岩剂一起或分别磨细后混合，所得到的混合粉体经均化和检验后可作为凝石胶凝材料成品；

上述专利所阐述的是固体废弃物的不同应用，有以下三点不足之处：

1、有一个共同特点就是固体废弃物是被动的粘合，是要靠胶凝材料-水泥、水玻璃、轻烧镁、碱金属氢氧化物等将其结合在一起的，而粘合固体废弃物的这类胶凝材料是耗能大户。

2、固体废弃物的利用率不高。

3、一般采用淡水混拌养护。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土及其制备方法，本发明提供的混凝土以固体废弃物为原料，以海水混拌，既扩展了混凝土生产的原料来源，又解决了固体废弃物的资源化利用问题。本发明提供的混凝土在常温下即可制备，不需要添加水泥、轻烧镁氧化钙等耗能大的胶凝材料，无需高温煅烧，材料制备的生产成本低，资源能源消耗低，对环境污染小。

本发明采用以下技术方案：

一种以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土,其特征在于，所述混凝土是由固体废弃物、凝石成岩剂及海水混合拌制而成，该混凝土中原料及配方的重量百分比为：固体废弃物85～94％，凝石成岩剂1～5％，海水5～14％。

所述固体废弃物为尾矿砂、煤矸石、粉煤灰、炉渣、矿渣、赤泥、钢渣、电石渣、石粉、页岩、砖瓦碎块、废陶瓷、废玻璃、海砂中的多种组合。

所述固体废弃物包括粉体物料、粗骨料和细骨料。

可用于所述粉体物料的固体废弃物包括矿渣、炉渣、粉煤灰、赤泥、电石渣、钢渣、煤矸石、石粉。

可用于所述粗骨料的固体废弃物包括煤矸石、页岩、钢渣、砖瓦碎块、废陶瓷、废玻璃，其粗骨料的最大粒径小于等于4cm。

可用于所述细骨料的固体废弃物包括海砂及尾矿砂。

一种所述以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)将适用于粉体物料的多种固体废弃物均匀混合后研磨成比表面积大于等于380m²/kg的粉状复合物料；

2)将上述粉状复合物料与凝石成岩剂、粗骨料、细骨料混合后，采用海水拌合养护制备高性能耐侵蚀混凝土；

另一种所述以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)将适用于粉体物料的固体废弃物分别研磨成粉后均匀混合成比表面积大于等于380m²/kg的粉状复合物料；

2)将上述粉状复合物料与凝石成岩剂、粗骨料、细骨料混合后，采用海水拌合养护制备高性能耐侵蚀混凝土。

本发明的技术特点及有益效果：

本发明在仿地学成岩材料设计理论的指导下，运用工业固废非晶态化改性技术和成岩流体复合协同技术，其固化反应机理和微观结构与硅酸盐类胶凝材料的水化二维结构完全不同。固体废弃物中硅铝类物质具有在成岩流体的作用下快速凝结硬化的特征，凝结硬化过程是靠成岩流体对硅铝类物质的溶蚀再聚合作用，溶蚀再结晶作用和次生加大作用形成的。在硅铝物质重组过程中，硅氧四面体对第三主族元素和第五主族元素具有四配位同构化效应，同时将海水中能够提供的第一、第二和第六、第七主族元素固定在网络体中以平衡由于四配位同构化效应所造成的电荷不平衡，从而使所形成的硅铝基胶凝材料硬化体不但具有很高的强度，而且还具有良好的稳定性与耐久性。成岩流体依靠盐类物质的多组分协同效应而具有很强的成岩能力。成岩流体不仅是成岩剂溶于水的简单组合，而且是在成岩过程中通过不断溶解经计算配合的主体物料，其自身的成份也在不断发生变化，成岩能力不断增强。

本发明提供了一种以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土及其制备方法。与现有技术相比，本发明提供的混凝土是以固体废弃物为原料，在凝石成岩剂作用下，可以海水混拌而成的混凝土，不使用水泥、轻烧镁氧化钙等耗能大的胶凝材料，节约能源。既扩展了混凝土生产的原料来源，又解决了固体废弃物的资源化利用问题，同时又与海水共存，有利于海洋工程建设。同时，由于其具有独特的、致密的岩石结构，可以解决目前普通混凝土多孔性、施工易产生裂纹导致其在自然环境中混凝土剥蚀、开裂以及钢筋锈蚀等不足。另一方面，本发明提供的混凝土在常温下即可制备，不需要添加水泥、轻烧镁氧化钙等耗能大的胶凝材料，无需高温煅烧，材料生产成本低，资源能源消耗低，对环境污染小。此外，本发明提供的混凝土具备优良的力学性能。因此，本发明提供的混凝土及其制备方法具有广阔的市场应用前景。可广泛用于建筑工程、交通工程、水利工程和海洋工程等领域，特别是可以用海水混拌使之在岛礁、海上石油钻井平台、港口深水航道、防波堤、跨海桥隧和海底线路管道等重大海洋工程建设领域具有广泛的应用前景。

具体实施方法

以下用实施例对本发明中的以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土及其制备方法作进一步说明。另外，本发明并不限于这些实施例的方式。

实施例1

本实施例的海水拌养型混凝土是由固体废弃物、凝石成岩剂及海水混合拌制而成，其中，固体废弃物、凝石成岩剂、海水的重量百分比分别为：固体废弃物85％，凝石成岩剂5％，海水10％。

固体废弃物包括尾矿砂、煤矸石、粉煤灰、矿渣、赤泥、钢渣、石粉、砖瓦碎块、海砂。根据各固体废弃物的特性，可分为粉体物料、粗骨料和细骨料。其中，矿渣、粉煤灰、赤泥、钢渣和石粉作为粉体物料；煤矸石和砖瓦碎块作为粗骨料，粒径为3～4cm；海砂和尾矿砂作为细骨料。

本实施例的制备方法包括：

1)将矿渣、粉煤灰、赤泥、钢渣和石粉均匀混合后研磨成比表面积为380m2/kg的粉状复合物料；

2)将上述粉状复合物料、粗骨料(煤矸石和砖瓦碎块)、细骨料(海砂和尾矿砂)与凝石成岩剂(由北京清山怡和新材料技术开发有限公司提供)混合后，采用海水拌合养护制备高性能耐侵蚀混凝土。

所制备的海水拌养型混凝土的主要性能如表1所示。

表1 实施例1海水拌养型混凝土的主要性能

实施例2

本实施例的海水拌养型混凝土是由固体废弃物、凝石成岩剂及海水混合拌制而成，其中，固体废弃物、凝石成岩剂、海水的重量百分比分别为：固体废弃物94％，凝石成岩剂1％，海水5％。

固体废弃物包括尾矿砂、炉渣、矿渣、钢渣、电石渣、页岩、海砂。根据各固体废弃物的特性，可分为粉体物料、粗骨料和细骨料。其中，炉渣、矿渣和电石渣作为粉体物料；钢渣和页岩作为粗骨料，粒径为2～3cm；海砂和尾矿砂作为细骨料。

本实施例的制备方法包括：

1)将炉渣、矿渣和电石渣均匀混合后研磨成比表面积为400m2/kg的粉状复合物料；

2)将上述粉状复合物料、粗骨料(钢渣和页岩)、细骨料(海砂和尾矿砂)与凝石成岩剂(由北京清山怡和新材料技术开发有限公司提供)混合后，采用海水拌合养护制备高性能耐侵蚀混凝土。

所制备的海水拌养型混凝土的主要性能如表2所示。

表2 实施例2海水拌养型混凝土的主要性能

实施例3

本实施例的海水拌养型混凝土是由固体废弃物、凝石成岩剂及海水混合拌制而成，其中，固体废弃物、凝石成岩剂、海水的重量百分比分别为：固体废弃物90％，凝石成岩剂3％，海水7％。

固体废弃物包括煤矸石、粉煤灰、矿渣、赤泥、钢渣、废陶瓷、废玻璃和海砂。根据各固体废弃物的特性，可分为粉体物料、粗骨料和细骨料。其中，煤矸石、粉煤灰、矿渣和赤泥作为粉体物料；钢渣、废陶瓷和废玻璃作为粗骨料，粒径为1～3cm；尾矿砂和海砂作为细骨料。

本实施例的制备方法包括：

1)将煤矸石、粉煤灰、矿渣和赤泥分别研磨成粉后均匀混合成比表面积为450m2/kg的粉状复合物料；

2)将上述粉状复合物料、粗骨料(钢渣、废陶瓷和废玻璃)、细骨料(尾矿砂和海砂)与凝石成岩剂(由北京清山怡和新材料技术开发有限公司提供)混合后，采用海水拌合养护制备高性能耐侵蚀混凝土。

所制备的海水拌养型混凝土的主要性能如表3所示。

表3 实施例3海水拌养型混凝土的主要性能

实施例4

本实施例的海水拌养型混凝土是由固体废弃物、凝石成岩剂及海水混合拌制而成，其中，固体废弃物、凝石成岩剂、海水的重量百分比分别为：固体废弃物85％，凝石成岩剂1％，海水14％。

固体废弃物包括尾矿砂、煤矸石、粉煤灰、炉渣、矿渣、电石渣、石粉、页岩、砖瓦碎块、废陶瓷、废玻璃和海砂。根据各固体废弃物的特性，可分为粉体物料、粗骨料和细骨料。其中，煤矸石、粉煤灰、炉渣、矿渣、电石渣和石粉作为粉体物料；煤矸石、页岩、砖瓦碎块、废陶瓷和废玻璃作为粗骨料，粒径为1～4cm；尾矿砂和海砂作为细骨料。

本实施例的制备方法包括：

1)将煤矸石、粉煤灰、炉渣、矿渣、电石渣和石粉分别研磨成粉后均匀混合成比表面积为420m²/kg的粉状复合物料；

2)将上述粉状复合物料、粗骨料(煤矸石、页岩、砖瓦碎块、废陶瓷和废玻璃)、细骨料(尾矿砂和海砂)与凝石成岩剂(由北京清山怡和新材料技术开发有限公司提供)混合后，采用海水拌合养护制备高性能耐侵蚀混凝土。

所制备的海水拌养型混凝土的主要性能如表4所示。

表4 实施例4海水拌养型混凝土的主要性能

Claims (8)

1.一种以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土,其特征在于，所述混凝土是由固体废弃物、凝石成岩剂及海水混合拌制而成，该混凝土中原料及配方的重量百分比为：固体废弃物85～94％，凝石成岩剂1～5％，海水5～14％。

2.根据权利要求1所述的以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土，其特征在于，所述固体废弃物为尾矿砂、煤矸石、粉煤灰、炉渣、矿渣、赤泥、钢渣、电石渣、石粉、页岩、砖瓦碎块、废陶瓷、废玻璃、海砂中的多种组合。

3.根据权利要求1所述的以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土，其特征在于，所述固体废弃物包括粉体物料、粗骨料和细骨料。

4.根据权利要求3所述的以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土，其特征在于，可用于所述粉体物料的固体废弃物包括矿渣、炉渣、粉煤灰、赤泥、电石渣、钢渣、煤矸石、石粉。

5.根据权利要求3所述的以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土，其特征在于，可用于所述粗骨料的固体废弃物包括煤矸石、页岩、钢渣、砖瓦碎块、废陶瓷、废玻璃，其粗骨料的最大粒径小于等于4cm。

6.根据权利要求3所述的以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土，其特征在于，可用于所述细骨料的固体废弃物包括海砂及尾矿砂。

7.一种根据权利要求1所述的以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)将适用于粉体物料的多种固体废弃物均匀混合后研磨成比表面积大于等于380m²/kg的粉状复合物料；

2)将上述粉状复合物料与凝石成岩剂、粗骨料、细骨料混合后，采用海水拌合养护制备高性能耐侵蚀混凝土。

8.一种根据权利要求1所述的以固体废弃物为原料的海水拌养型混凝土的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)将适用于粉体物料的固体废弃物分别研磨成粉后均匀混合成比表面积大于等于380m²/kg的粉状复合物料；

2)将上述粉状复合物料与凝石成岩剂、粗骨料、细骨料混合后，采用海水拌合养护制备高性能耐侵蚀混凝土。