CN107857528A - 一种煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法 - Google Patents

一种煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，以煤矸石粗骨料为骨架结构，以水泥、粉煤灰作为胶凝材料，同时掺加外加剂减水剂，通过分步搅拌和振动成型，得到多孔混凝土，覆盖透明塑料薄膜，进行湿润养护，养护28d后，在多孔混凝土的表面喷洒的乙酸水溶液降碱处理，检测多孔混凝土表面pH值，pH值≤9时，停止喷洒乙酸水溶液，自然晾干，得到煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土。优点是：具有较高的抗压强度，连通空隙率大、透水性好、透气性能好，经过后期pH值降碱之后，可以很好的改善煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土空隙中的碱环境，满足植物生长的环境需求。

Description

一种煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及一种煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法。
背景技术
煤矸石来源于开采原煤和洗煤过程中排放出的工业固体废弃物，其量约占原煤开采量的15％-30％，也是我国排放及存储量最大的尾矿固体废弃物。据不完全统计，仅辽西北阜新地区煤矸石排放量已经达到了19.88亿吨。目前我国煤矸石大部分露天堆放，综合利用率不到10％。如何有效处理日益增加的煤矸石固体废弃物，不仅对地区经济发展有着重要的指导意义，也从可持续发展的长远目标来看，能够保护生态环境，节能、环保。
目前，关于植生多孔混凝土的研究主要集中在天然骨料的植生多孔混凝土方面，而对于煤矸石骨料无砂植生多孔混凝土的制备和物理力学性能的研究较少，再加上天然骨料并非是取之不尽，用之不完的资源，从保护生态环境、长远可持续发展的角度出发，煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的研究都是势在必行且很有意义的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，生产工艺简单，以煤矸石为骨料，原料来源广，成本低廉，节能环保，实现了煤矸石的综合利用。
本发明的技术解决方案是：
一种煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将工业固体废弃物煤矸石用颚式破碎机破碎、再经过筛分组配而成符合4.75～31.5mm连续级配要求的煤矸石粗骨料；
(2)配料
整个搅拌过程中各种材料的1m3用量如下：
水泥：(250～450)Kg；水：(100～190)Kg；粗骨料：(1100～1400)Kg；掺合料：(0～150)Kg；外加剂：(0.75～5.6)Kg；所述掺合料为粉煤灰，所述外加剂为减水剂；
(3)搅拌
将二分之一的煤矸石粗骨料和水泥、掺料加入强制搅拌机搅拌8秒～20秒；将二分之一水和二分之一外加剂加入混合搅拌15秒～30秒；再将剩余二分之一粗骨料与二分之一水、二分之一外加剂加入搅拌机混合搅拌15秒～30秒，得到混凝土，最后出料，装模成型；
(4)成型
将装有混凝土的模具放在在振动台上，在30Hz～50Hz频率下振动，振动时间为8s～30s；
(5)养护
振动成型后，经24小时～48小时拆模，得到多孔混凝土；在多孔混凝土表面覆盖透明塑料薄膜，进行湿润养护，每隔12小时对多孔混凝土表面进行喷水处理，使多孔混凝土保持湿润，养护28d后，在多孔混凝土的表面喷洒浓度为7％～10％的乙酸水溶液，每天喷洒2次～3次，使多孔混凝土保持湿润，并每隔12小时～24小时检测多孔混凝土pH值，pH值≤9时，停止喷洒乙酸水溶液，自然晾干，得到煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土。
进一步的，所述水泥为32.5-52.5的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或复合水泥。
进一步的，所述煤矸石为未燃的煤矸石或自燃的煤矸石。
进一步的，所述掺合料为拌制混凝土用粉煤灰的1级粉煤灰或2级粉煤灰，内掺等量取代水泥。
进一步的，所述外加剂为萘系高效减水剂或聚羧酸系高效减水剂。
进一步的，所述水泥与水、掺合料、外加剂、粗骨料质量比分别为1:(0.2～0.8)、1:(0～0.6)、1:(0.003～0.012)、1:(2.4～5.4)。
进一步的，使用自燃的煤矸石时，需要进行饱和风干处理，使煤矸石处于饱和面干的状态。
进一步的，装料成型时，振动次数为1次～2次，即一次装料并振动成型的振动次数为1次，均匀分两次装料并振动成型的振动次数为2次。
进一步的，煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的pH值为5～9。
本发明的有益效果：
(1)以煤矸石为多孔植生混凝土的骨料，原料来源广，成本低廉，生产工艺简单，节能环保，实现了煤矸石的综合利用。
(2)采用的分步搅拌工艺水泥、粉煤灰组成的胶浆材料与骨料充分接触，且胶浆材能够均匀地包裹煤矸石粗骨料，形成具有光泽的层包裹层，呈现出松散堆积的状态，这对增加升混凝土的连通空隙率和强度都具有非常积极地影响。
(3)采用振动台振动成型，使煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的胶结材料与煤矸石骨料形成自密实的结构，满足煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土适中的空隙率和适宜的强度的要求。
(4)采用的多孔混凝土表面覆盖塑料薄膜封闭养护，可以保障煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土内部的湿润，对早期强度的发展起到非常积极的作用。通过在煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的表面喷洒乙酸水溶液处理，使煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土PH值小于9.0，可以很好的改善煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土空隙中的碱环境，完全可以满足植物生长的环境需求。
附图说明
图1是本发明搅拌工艺流程图；
图2是本发明(对应实施例1)的出料后装模混凝土的照片；
图3是本发明(对应实施例4)的出料后装模混凝土的照片；
图4是本发明高羊茅种植试验植物生长28天的照片。
具体实施方式:
实施例1
本实施例中的水泥采用阜新产PO.42.5普通硅酸盐水泥。水泥的主要化学成分及技术参数如下表1、表2。
表1水泥的主要化学成分(％)
表2水泥的主要技术参数
粗骨料为分选不久的未燃煤矸石，用破碎机破碎、再经过筛分组配成粒径范围为4.75-31.5mm连续级配的粗骨料。未燃煤矸石的主要化学成分及基本物理、力学性能如下表3、表4所示。
表3未燃煤矸石的主要化学成分(％)
表4未燃煤矸石的基本物理、力学性能
外掺合料选用阜新电厂的2级粉煤灰。粉煤灰的主要化学成分如下表5
表5粉煤灰的主要化学成分(％)
外加剂为聚羧酸系高效减水剂；煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土拌合与养护用水均使用普通自来水。
煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将固体废弃物未燃煤矸石用颚式破碎机破碎、再经过筛分组配而成符合4.75-31.5mm连续级配的要求的煤矸石粗骨料；
(2)配料
整个搅拌过程中各种材料的1m3用量如下：
水泥：450Kg；水：100Kg；粗骨料：1400Kg；掺合料：150Kg；外加剂：5.2Kg；
(3)搅拌
将二分之一的煤矸石粗骨料和水泥、掺料加入强制搅拌机搅拌8秒；将二分之一水和二分之一外加剂加入混合搅拌30秒；再将剩余二分之一粗骨料与二分之一水、二分之一外加剂加入搅拌机混合搅拌15秒，出料制成150mm×150mm×150mm试块；
(4)成型
将装有混凝土的模具放在在振动台上一次装料并振动成型，在30HZ频率下振动，振动时间为30s；
(5)养护
振动成型后，经48小时拆模，得到多孔混凝土；在多孔混凝土表面覆盖透明塑料薄膜，进行湿润养护，每隔12小时对多孔混凝土表面进行喷水处理，使多孔混凝土保持湿润，养护28d后，在多孔混凝土的表面喷洒浓度为8％的乙酸水溶液，每天喷洒2次，使多孔混凝土保持湿润，并每隔12小时检测多孔混凝土pH值，喷完第5天，pH值≤9，停止喷洒乙酸水溶液，自然晾干，得到煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土；28d抗压强度为17.86Mpa。
实施例2
本实施例中的水泥采用阜新产PO.42.5普通硅酸盐水泥。水泥的主要化学成分及技术参数同实施例1；粗骨料为分选不久的未燃煤矸石，用破碎机破碎、再经过筛分组配成粒径范围为4.75-31.5mm连续级配的粗骨料。未燃煤矸石的主要化学成分及基本物理、力学性能同实施例1；
外加剂为萘系高效减水剂；煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土拌合与养护用水均使用普通自来水。
煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将固体废弃物未燃煤矸石用颚式破碎机破碎、再经过筛分组配而成符合4.75-31.5mm连续级配的要求的煤矸石粗骨料；
(2)配料
整个搅拌过程中各种材料的1m3用量如下：
水泥：250Kg；水：190Kg；粗骨料：1100Kg；掺合料：20Kg；外加剂：0.75Kg；
(3)搅拌
将二分之一的煤矸石粗骨料和水泥、掺料加入强制搅拌机搅拌20秒；将二分之一水和二分之一外加剂加入混合搅拌15秒；再将剩余二分之一粗骨料与二分之一水、二分之一外加剂加入搅拌机混合搅拌30秒，出料制成150mm×150mm×150mm试块；
(4)成型
将装有混凝土的模具放在在振动台上一次装料并振动成型，在50HZ频率下振动，振动时间为8s；
(5)养护
振动成型后，经24小时拆模，得到多孔混凝土；在多孔混凝土表面覆盖透明塑料薄膜，进行湿润养护，每隔12小时对多孔混凝土表面进行喷水处理，使多孔混凝土保持湿润，养护28d后，在多孔混凝土的表面喷洒浓度为10％的乙酸水溶液，每天喷洒3次，使多孔混凝土保持湿润，并每隔12小时检测多孔混凝土pH值，喷完第5天，检测pH值≤9，停止喷洒乙酸水溶液，自然晾干，得到煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土；28d抗压强度为10.38MPa。
实施例3
本实施例中的水泥采用阜新产PO.42.5普通硅酸盐水泥。水泥的主要化学成分及技术参数同实施例1；粗骨料为分选不久的未燃煤矸石，用破碎机破碎、再经过筛分组配成粒径范围为4.75-31.5mm连续级配的粗骨料。未燃煤矸石的主要化学成分及基本物理、力学性能同实施例1；
外加剂为萘系高效减水剂；煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土拌合与养护用水均使用普通自来水。
煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将固体废弃物未燃煤矸石用颚式破碎机破碎、再经过筛分组配而成符合4.75-31.5mm连续级配的要求的煤矸石粗骨料；
(2)配料
整个搅拌过程中各种材料的1m3用量如下：
水泥：300Kg；水：180Kg；粗骨料：1370Kg；掺合料：60Kg；外加剂：3.5Kg；
(3)搅拌
将二分之一的煤矸石粗骨料和水泥、掺料加入强制搅拌机搅拌15秒；将二分之一水和二分之一外加剂加入混合搅拌20秒；再将剩余二分之一粗骨料与二分之一水、二分之一外加剂加入搅拌机混合搅拌20秒，出料制成150mm×150mm×150mm试块；
(4)成型
将装有混凝土的模具放在在振动台上一次装料并振动成型，在40HZ频率下振动，振动时间为15s；
(5)养护
振动成型后，经48小时拆模，得到多孔混凝土；在多孔混凝土表面覆盖透明塑料薄膜，进行湿润养护，每隔12小时对多孔混凝土表面进行喷水处理，使多孔混凝土保持湿润，养护28d后，在多孔混凝土的表面喷洒浓度为7％的乙酸水溶液，每天喷洒2次，使多孔混凝土保持湿润，并每隔24小时检测多孔混凝土pH值，喷完第5天，检测pH值≤9，停止喷洒乙酸水溶液，自然晾干，得到煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土；28d抗压强度为5.98MPa。
本发明方法制备的未燃煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的理化指标测试：
采用实施例3的所制备的未燃煤矸石骨料无砂多孔混凝土的配合比设计及强度由表6所示。
表6未燃煤矸石骨料无砂多孔混凝土的配合比设计及强度
实施例4
本实施例中的水泥采用阜新产PO.42.5普通硅酸盐水泥。指标同实施例1，如表1和表2所示。
粗骨料为自燃煤矸石，用破碎机破碎、再经过筛分组配成粒径范围为4.75-31.5mm连续级配的粗骨料。自燃煤矸石的主要化学成分及基本物理、力学性能如下表7、表8所示。
表7自燃煤矸石的主要化学成分(％)
表8自燃煤矸石的基本物理、力学性能
外掺合料选用阜新电厂的2级粉煤灰。粉煤灰的主要化学成分同实施例1，如表5所示。
外加剂为萘系高效减水剂；煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土拌合与养护用水均使用普通自来水。
煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将固体废弃物自燃煤矸石
用颚式破碎机破碎、再经过筛分组配而成符合4.75-31.5mm连续级配的要求的煤矸石粗骨料。
(2)配料
整个搅拌过程中各种材料的用量如表9所示：在搅拌前对自燃煤矸石骨料进行饱和风干处理，使煤矸石处于饱和面干状态。
(3)搅拌
将二分之一的煤矸石粗骨料和水泥、掺料加入强制搅拌机搅拌10秒；将二分之一水和二分之一外加剂加入混合搅拌20秒；再将剩余二分之一粗骨料与二分之一水、二分之一外加剂加入搅拌机混合搅拌20秒，出料制成150mm×150mm×150mm试块。
(4)成型
将装有混凝土的模具放在在振动台上，在40HZ频率下振动，振动时间为15s；对于振动成型的试件应该严格控制振动时间和振动次数，振动时间太久会导致试件底部被胶凝浆体堵塞，影响透水性能，振动时间太短会导致多孔植生混凝土内部结构疏松，不利于强度的发展。此外，对于多孔植生混凝土而言，胶结浆体的流动性以及胶结浆体的胶凝材料保有量对振动时间有很大影响。成型工艺是制备煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的一个关键环节。由于煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的胶结材料与煤矸石骨料摩擦力较大，粘性较高，无法形成自密实的结构；
(5)养护
养护工艺的选择对多孔混凝土后期强度的增长起着至关重要的作用。由于煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的孔隙数量较多，保湿性能差，孔隙结构中的水分容易蒸发，因此要选择相对湿度较高的养护环境进行养护。因煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的早期强度较低，多孔植生混凝土装入模具后经48小时后拆模。将多孔混凝土表面覆盖透明塑料薄膜，进行湿润养护，防止孔隙水分挥发过快，每隔12小时对多孔混凝土表面进行细水流喷水处理，使多孔植生混凝土保持湿润。煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土中水泥水化反应时产生大量的氢氧化钙，经过前期PH的实验测定，煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的PH值接近13。
振动成型后，经48小时拆模，得到多孔混凝土；在多孔混凝土表面覆盖透明塑料薄膜，进行湿润养护，每隔12小时对多孔混凝土表面进行喷水处理，使多孔混凝土保持湿润，养护28d后，在多孔混凝土的表面喷洒浓度为7％的乙酸水溶液，每天喷洒3次，使多孔混凝土保持湿润，并每隔12小时检测多孔混凝土pH值，喷洒5天后，经检测pH值≤9，停止喷洒乙酸水溶液，自然晾干，得到煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土。
实施例4制备的煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的理化指标测试：
所制备的自燃煤矸石骨料无砂多孔混凝土的配合比设计及强度由表9所示。
表9自燃煤矸石骨料无砂多孔混凝土的配合比设计及强度
化学降碱方法
经过前期大量实验研究之后本发明采用化学方法中和碱的方式来降低煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的碱性，为植物的生长提供适宜的生存环境。本发明在酸的选择上，选取了弱酸性乙酸，配制成乙酸溶液，乙酸溶液浓度为7％-10％，如乙酸浓度过高，将会导致煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的强度下降。乙酸与碱环境中Ca(OH)2反应，生成溶于水的白色粉末乙酸钙，进而起到降低煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土碱性的目的。
具体化学方程式如下：
2CH3COOH+Ca(OH)2＝(CH3COO)2Ca+2H2O
通过本发明上述方法处理之后，测得PH值小于9.0，可以很好的改善煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土空隙中的碱环境，完全可以满足植物生长的环境需求。
表10不同植物生长土壤的PH范围
煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的植生实验
煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土作为一种三维空间结构的多孔植生材料，具有优良的透水性、透气性和养分蓄积能力，因此、可以在多孔混凝土空隙间填充营养基质(如土壤、有机肥料等)，在多孔混凝土表面进行植物种植，经过一段养护龄期之后，植物根系穿过煤矸石骨料无砂多孔混凝土的联通空隙，扎根于多孔植生混凝土下方的土壤中。
植物选择
为了促进工程实际应用，植生草本植物的选择应该符合以下几个原则：(1)种子成本低；(2)抗环境能力强(如抗寒，抗旱，抗病虫害等)；(3)根系发达，且能在短期内成坪；(4)适应当地的土壤环境及气候条件；(5)循环生命周期要长。
本发明根据以上原则，植生植物选取了高羊茅。高羊茅为丛生型，须根发达，耐热性、耐寒能力强，抗践踏能力强、抗病能力强，具有广泛的适应性。高羊茅草种的通常播种量为25g/m2-40g/m2，可广泛用于公路护坡等。
高羊茅的种植试验
适宜的温度、充足的阳光、良好的空气及水环境、合理的酸碱度是植物生长必须的外部条件。本发明具体种植步骤：将植生基材(主要是土壤及有机肥)注入煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土内部空隙，待填充完毕后，接着在煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土表面铺设厚度为30mm-50mm混合有高羊茅草种的植生基材，本次试验以30mm为例，高羊茅播种量为25g/m2-40g/m2，本次试验以25g/m2为例。
当完成高羊茅的种植后，放在光照充足的环境中，避免暴晒。为了防止水分蒸发过快，用洒水枪喷雾洒水，并观察高羊茅的发芽情况，保证高羊茅正常发芽。待高羊茅发芽后，适当进行施肥，每隔半个月-1个月施肥一次，本次试验以每隔半个月施肥一次为例，同时要进行除杂草工作。当高羊茅长到10cm以上，要定期对高羊茅进行修剪和浇水，监测高羊茅生长状况。经过14天，高羊茅可以长到10cm-15cm，经28天，高羊茅可以长到25cm-30cm。

Claims (9)

1.一种煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，其特征是：
(1)将工业固体废弃物煤矸石用颚式破碎机破碎、在经过筛分组配而成符合4.75～31.5mm连续级配要求的煤矸石粗骨料；
(2)配料
整个搅拌过程中各种材料的1m3用量如下：
水泥：(250～450)Kg；水：(100～190)Kg；粗骨料：(1100～1400)Kg；掺合料：(0～150)Kg；外加剂：(0.75～5.6)Kg；
所述掺合料为粉煤灰，所述外加剂为减水剂；
(3)搅拌
将二分之一的煤矸石粗骨料和水泥、掺料加入强制搅拌机搅拌8秒～20秒；将二分之一水和二分之一外加剂加入混合搅拌15秒～30秒；再将剩余二分之一粗骨料与二分之一水、二分之一外加剂加入搅拌机混合搅拌15秒～30秒，得到混凝土，最后出料，装模成型；
(4)成型
将装有混凝土的模具放在在振动台上，在30HZ～50HZ频率下振动，振动时间为8s～30s；
(5)养护
振动成型后，经24小时～48小时拆模，得到多孔混凝土；在多孔混凝土表面覆盖透明塑料薄膜，进行湿润养护，每隔12小时对多孔混凝土表面进行喷水处理，使多孔混凝土保持湿润，养护28d后，在多孔混凝土的表面喷洒浓度为7％-10％的乙酸水溶液，每天喷洒2次～3次，使多孔混凝土保持湿润，并每隔12小时～24小时检测多孔混凝土pH值，pH值≤9时，停止喷洒乙酸水溶液，自然晾干，得到煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土。
2.根据权利要求1所述的煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，其特征是：所述水泥为32.5-52.5的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或复合水泥。
3.根据权利要求1所述的煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，其特征是：所述煤矸石为未燃的煤矸石或自燃的煤矸石。
4.根据权利要求1所述的煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，其特征是：所述掺合料为拌制混凝土用粉煤灰的1级粉煤灰或2级粉煤灰，内掺等量取代水泥。
5.根据权利要求1所述的煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，其特征是：所述外加剂为萘系高效减水剂或聚羧酸系高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，其特征是：所述水泥与水、掺合料、外加剂、粗骨料质量比分别为1:(0.2～0.8)、1:(0～0.6)、1:(0.003～0.012)、1:(2.4～5.4)。
7.根据权利要求1所述的煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，其特征是：使用自燃的煤矸石时，需要进行饱和风干处理，使煤矸石处于饱和面干的状态。
8.根据权利要求1所述的煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，其特征是：装料成型时，振动次数为1次～2次，即一次装料并振动成型的振动次数为1次，均匀分两次装料并振动成型的振动次数为2次。
9.根据权利要求1所述的煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的制备方法，其特征是：煤矸石骨料无砂多孔植生混凝土的pH值为5～9。
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