CN111847995B - 一种赤泥基固废透水混凝土及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及透水混凝土技术领域，具体涉及一种赤泥基固废透水混凝土及其制备方法与应用。所述透水混凝土的原料包括以下重量份的组分：赤泥55～75份、高炉矿渣5～20份、电石渣0～30份、碱渣0～25份、泛碱抑制剂1～5份、胶结剂1～9份、减水剂0.5～1份、增强剂0.1～1份、骨料30～50份。本发明通过赤泥协同矿渣、电石渣、碱渣等多种固废，制备的赤泥基透水混凝土材料具有透气、透水、重量轻、高承载力、高散热性和耐磨等优良性能。另外，本发明采用的泛碱抑制剂通过化学键合的方式对碱性组分(Na、Ca)进行固定，可以有效控制赤泥基透水混凝土中碱性组分的浸出，解决了赤泥基固废透水混凝土容易泛碱和风化的问题。

Description

一种赤泥基固废透水混凝土及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及透水混凝土技术领域，具体涉及一种赤泥基固废透水混凝土及其制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
近年来，“海绵城市”的概念在城市规划建设中被不断提及，其符合城市发展要求以及居民居住需求，政府及各界学者给予了高度重视。透水混凝土作为海绵城市建设中的重要一环，具有可实现城市道路雨水快速下渗、减少城市发生内涝灾害的几率，调蓄净化水资源等重要作用。而相较与普通透水混凝土而言，以赤泥制备的透水混凝土，在赤泥综合治理、环境保护、减少资源浪费等方面都具有重大意义。然而，制备透水混凝土所需要的水泥是高能耗、高污染产业。水泥工业对资源的消耗也是巨大的，生产水泥所需的石灰石、粘土都是不可再生的资源。因此，制备一种新型环保的透水混凝土是海绵城市建设的关键。
随着我国经济的快速发展，工业的突飞猛进，推进了现代化建设的发展和人民生活的提高，舒适的环境越来越成为人们生活的需要，但在消耗了大量资源的同时，也产生了大量的废弃物。目前，我国工业固废排放量超过30亿吨/年，有效处置率只有60％左右。赤泥在建材领域主要应用于生产水泥、砌块、路面材料等方面，但因具有脱水困难、碱度高等问题，目前应用率不足1％。赤泥化学组成以Ca，Si，Fe，Al为主，具有制备胶凝材料的潜在胶凝活性，利用赤泥制备透水混凝土可以解决赤泥的堆存问题以及海绵城市建设问题。
发明内容
本发明进一步研究发现：尽管利用赤泥制备透水混凝土有助于提高对赤泥的资源化利用，但存在的问题是赤泥制备的透水混凝土存在风化、泛碱等问题。为了解决上述问题，本发明提出了一种赤泥基固废透水混凝土及其制备方法与应用，具体技术方案如下所示。
在本发明的第一方面，提供一种赤泥基固废透水混凝土，其原料包括以下重量份的组分：赤泥55～75份、高炉矿渣5～20份、电石渣0～30份、碱渣5～25份、泛碱抑制剂1～5份、胶结剂1～9份、减水剂0.5～1份、增强剂0.1～1份、骨料30～50份。
进一步地，所述赤泥基固废透水混凝土还包括水，按水胶比为0.15-0.3设计。
进一步地，所述赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣这些固废的比表面积均在360～420m2/kg之间。比表面积过小，容易造成透水混凝土强度下降，比表面积过大，材料易团聚，难以有效分散。可选地，所述赤泥为拜耳法、烧结法、联合法产生的赤泥中的任意一种。
进一步地，所述泛碱抑制剂包括明胶、黄原胶、瓜尔豆胶、聚合氧化铝、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等中的任意一种。本发明研究发现：这些泛碱抑制剂通过化学键合的方式对碱性组分(Na、Ca)进行固定，泛碱抑制剂中的阴离子与固废中的碱性阳离子发生络合反应，从而抑制泛碱问题，可以有效控制赤泥基透水混凝土中碱性组分(Na、Ca)的浸出，解决了激发型固废基胶凝材料泛碱和风化的问题。
进一步地，所述胶结剂包括氢氧化钠、硅酸钠、硫酸钠、偏铝酸钠等中任意一种。
进一步地，所述增强剂包括硅灰、铝灰、碳酸钙晶须等中任意一种。
进一步地，所述减水剂为奈系减水剂、聚羧酸系减水剂、氨基磺酸减水剂和脂肪族减水剂中的任意一种。
进一步地，所述骨料包括建筑垃圾、煤矸石、尾矿、碎石中至少一种。可选地，所述尾矿包括铁尾矿、铜尾矿、黄金尾矿、石灰石尾矿等中任意一种。
在本发明的第二方面，公开所述石灰石尾矿充填材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣分别烘干、过筛，然后按比例与胶结剂、泛碱抑制剂、减水剂、增强剂、减水混合，得混合粉体；
(2)将骨料用水浸润后加入步骤(1)的所述混合粉体中，加入水搅拌均匀，浇筑养护成型，即得。
在本发明的第三方面，公开所述赤泥基固废透水混凝土在道路建设等领域中的应用。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过赤泥协同矿渣、电石渣、碱渣等多种固废，制备的赤泥基透水混凝土材料具有透气、透水、重量轻、高承载力、高散热性和耐磨等优良性能。
(2)本发明大量利用固废作为主要原料，无需水泥成品，成本低，能耗低，产品性能优良，具有显著的经济效益和环境效益。
(3)本发明研究发现：电石渣和碱渣在体系中具有激发其余固废胶凝活性的作用，赤泥除了具有胶凝活性，还具有微集料效果，多种固废通过物理化学间的相互作用，提高了透水混凝土的工作性能。
(4)本发明采用的泛碱抑制剂通过化学键合的方式对碱性组分(Na、Ca)进行固定，可以有效控制赤泥基透水混凝土中碱性组分(Na、Ca)的浸出，解决了赤泥基固废透水混凝土容易泛碱和风化的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
正如前文所述，尽管利用赤泥制备透水混凝土有主题提高对赤泥的资源化利用，按存在的问题是赤泥制备的透水混凝土存在风化、泛碱等问题。为此，本发明提出了一种赤泥基固废透水混凝土及其制备方法，现结合具体实施方式对本发明进一步说明。
下列实施例中，所述赤泥来自魏桥创业集团公司的拜耳法赤泥。
下列实施例中，所述高炉矿渣来自鲁碧建材有限公司。
下列实施例中，所述电石渣来自临沂金鑫金属有限公司。
下列实施例中，所述碱渣来自山东纯碱厂公司。
第一实施例
一种赤泥基固废透水混凝土的制备，包括如下步骤：
A、将赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣烘干、过筛(得到比表面积为360-420m2/kg)，按比例称取以下几种固废：赤泥55重量份、高炉矿渣15重量份，电石渣15重量份，碱渣5重量份，备用。
B、将步骤A称取好的赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣与硅酸钠5重量份、明胶3重量份、聚羧酸减水剂1重量份、硅灰1重量份按比例混合，得混合粉体，备用。
C、选取粒径为9-13mm的煤矸石40重量份，用10份水浸润，然后加入步骤B的混合粉体，水胶比为0.15，浇筑养护成型，即得赤泥基固废透水混凝土砖，并按照GB28635～2012试验方法对其性能指标进行测试，具体结果如表1。
表1
Figure BDA0002513584680000041
第二实施例
一种赤泥基固废透水混凝土的制备，包括如下步骤：
A、将赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣烘干、过筛(360-420m2/kg)，按比例称取以下几种固废：赤泥65重量份、高炉矿渣5重量份，电石渣5重量份，碱渣15重量份，备用。
B、将步骤A称取好的赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣、氢氧化钠1重量份、黄原胶1重量份、奈系减水剂0.5重量份、碳酸钙晶须0.5重量份按比例混合，得混合粉体，备用。
C、选取9-13mm石灰石尾矿30重量份，加入10份水浸润，然后加入步骤B的混合粉体，加水至水胶比为0.2，浇筑养护成型，即可固废基透水混凝土，并按照GB28635～2012试验方法对其性能指标进行测试，具体结果如表2。
表2
Figure BDA0002513584680000051
第三实施例
一种赤泥基固废透水混凝土的制备，包括如下步骤：
A、将赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣烘干、过筛(360-420m2/kg)，按比例称取以下几种固废：赤泥75重量份、高炉矿渣20重量份，电石渣30重量份，碱渣25重量份，备用。
B、将步骤A称取好的赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣、偏铝酸钠9重量份、瓜尔豆胶5重量份、肪族减水剂0.8重量份、铝灰0.1重量份按比例混合，得混合粉体，备用。
C、选取9-13mm碎石50重量份，用10份水浸润，然后加入步骤B的混合粉体，加水至水胶比为0.3，浇筑养护成型，即得固废基透水混凝土，并按照GB28635～2012试验方法对其性能指标进行测试，具体结果如表3。
表3
Figure BDA0002513584680000061
第四实施例
一种赤泥基固废透水混凝土的制备，包括如下步骤：
A、将赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣烘干、(360-420m2/kg)，按比例称取以下几种固废：赤泥60重量份、高炉矿渣10重量份，电石渣20重量份，碱渣20重量份，备用。
B、将步骤A称取好的赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣、硫酸钠6重量份、聚乙烯醇3重量份、氨基磺酸减水剂0.6重量份、碳酸钙晶须0.8重量份按比例混合，得混合粉体，备用。
C、选取9-13mm石灰石尾矿45重量份，用10份水浸润，然后加入步骤B的混合粉体，加入水至水胶比为0.22，浇筑养护成型，即得赤泥基固废透水混凝土砖，并按照GB28635～2012试验方法对其性能指标进行测试，具体结果如表4。
表4
Figure BDA0002513584680000062
Figure BDA0002513584680000071
第五实施例
一种赤泥基固废透水混凝土的制备，包括如下步骤：
A、将赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣烘干、过筛(360-420m2/kg)，按比例称取以下几种固废：赤泥75重量份、高炉矿渣18重量份，电石渣25重量份，碱渣17重量份，备用。
B、将步骤A称取好的赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣、硅酸钠8重量份、聚丙烯酰胺4重量份、聚羧酸系减水剂0.8重量份、碳酸钙晶须0.5重量份按比例混合，得混合粉体，备用。
C、选取9-13mm的建筑垃圾45重量份，用10份水浸润，然后加入步骤B的混合粉体，加水至水胶比为0.22，搅拌，浇筑养护成型，即得赤泥基固废透水混凝土砖，并按照GB28635～2012试验方法对其性能指标进行测试，具体结果如表5。
表5
Figure BDA0002513584680000072
Figure BDA0002513584680000081
第六实施例
一种赤泥基固废透水混凝土的制备，包括如下步骤：
A、将赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣烘干、过筛(360-420m2/kg)，按比例称取以下几种固废：赤泥55重量份、高炉矿渣15重量份，电石渣15重量份，碱渣5重量份，备用。
B、将步骤A称取好的赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣、硅酸钠5重量份、聚羧酸减水剂1重量份、硅灰1重量份按比例混合，得混合粉体，备用。
C、选取9-13mm的煤矸石40重量份，用10份水浸润，然后加入步骤B的混合粉体，加水至水胶比为0.22，浇筑养护成型，即得赤泥基固废透水混凝土砖，并按照GB28635～2012试验方法对其性能指标进行测试，具体结果如表6。
表6
Figure BDA0002513584680000082
第七实施例
一种赤泥基固废透水混凝土的制备，包括如下步骤：
A、将赤泥、高炉矿渣烘干、过筛(360-420m2/kg)，按比例称取以下几种固废：赤泥65重量份、高炉矿渣5重量份，备用。
B、将步骤A称取好的赤泥、高炉矿渣、氢氧化钠1重量份、黄原胶1重量份、奈系减水剂0.5重量份、碳酸钙晶须0.5重量份按比例混合，得混合粉体，备用。
C、选取15-20mm的石灰石尾矿30重量份，用10份水浸润，然后加入步骤B的混合粉体，加水至水胶比为0.22，搅拌浇筑养护成型，即得赤泥基固废透水混凝土砖，并按照GB28635～2012试验方法对其性能指标进行测试，具体结果如表7。
表7
Figure BDA0002513584680000091
由实施例分析可知，本发明制备的赤泥基透水混凝土符合国家规范要求，这是由于赤泥、高炉矿渣中的化学组成以二氧化硅和氧化铝为主，在激发剂作用下可以形成地聚物凝胶；电石渣主要为钙质组分，可以为赤泥-矿粉体系提供钙源；碱渣中含有碱性激发剂，其中的盐类组分具有盐激发的作用效果。由实施例还可以知道，赤泥基透水混凝土的抗风化性能和泛碱问题得到了有效控制，这是因为胶凝体系中加入了超细集料以及泛碱抑制剂，超细集料可以提高结石体的致密度，从而防止二氧化碳的进入和碱性组分的浸出，泛碱抑制剂通过化学络合作用提高了透水混凝土的抗风化效果。此外，由第六、第七实施例可知，多类型固废的复合使用，可以提高赤泥基透水混凝土的性能，超细集料和泛碱抑制剂的使用可以有效提高赤泥基透水混凝土的抗风化效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种赤泥基固废透水混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：赤泥55~75份、高炉矿渣5~20份、电石渣0~30份、碱渣5~25份、泛碱抑制剂1~5份、胶结剂1~9份、减水剂0.5~1份、增强剂0.1~1份、骨料30~50份；
所述泛碱抑制剂为明胶、黄原胶、瓜尔豆胶、聚合氧化铝、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的任意一种；
胶结剂包括氢氧化钠、硅酸钠、硫酸钠、偏铝酸钠中任意一种；
增强剂包括硅灰、铝灰、碳酸钙晶须中任意一种。
2.根据权利要求1所述的赤泥基固废透水混凝土，其特征在于，所述赤泥基固废透水混凝土还包括水，设计水胶比为0.15-0.3。
3.根据权利要求2所述的赤泥基固废透水混凝土，其特征在于，所述赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣这些固废的比表面积均在360~420m2/kg之间。
4.根据权利要求2所述的赤泥基固废透水混凝土，其特征在于，所述赤泥为拜耳法、烧结法、联合法产生的赤泥中的任意一种。
5.根据权利要求2所述的赤泥基固废透水混凝土，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂、氨基磺酸减水剂和脂肪族减水剂中的任意一种。
6.根据权利要求2所述的赤泥基固废透水混凝土，其特征在于，所述骨料包括建筑垃圾、煤矸石、尾矿、碎石中至少一种。
7.根据权利要求2所述的赤泥基固废透水混凝土，其特征在于，所述尾矿包括铁尾矿、铜尾矿、黄金尾矿、石灰石尾矿中任意一种。
8.权利要求2-7任一项所述的赤泥基固废透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将赤泥、高炉矿渣、电石渣、碱渣分别烘干、过筛，然后按比例与胶结剂、泛碱抑制剂、减水剂、增强剂混合，得混合粉体；
（2）将骨料用水浸润后加入步骤（1）的所述混合粉体中，加入水搅拌均匀，浇筑养护成型，即得。
9.权利要求1-7任一项所述的赤泥基固废透水混凝土或权利要求8所述的方法制备的赤泥基固废透水混凝土在道路建设领域中的应用。
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