CN112159167A - 一种夹心泡沫陶粒混凝土制品及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种夹心泡沫陶粒混凝土制品及其制备方法与应用，所述混凝土制品包括主体和盖合于所述主体上的盖板，所述主体内设有容置腔，所述容置腔内容置有吸附体；所述混凝土制品的制备原料包括普通硅酸盐水泥、陶粒、砂、聚羟酸减水剂、发泡剂、小龙虾壳微粒和稻壳灰粉。本发明方案巧妙地将泡沫混凝土制品设置为夹心结构，其内部容置有吸附体，通过容置吸附体使得混凝土制品能够吸附的污染物种类更全面；同时，吸附体通过容置的方式置于混凝土制品内，可根据需要进行更换，不仅增强了其使用的灵活性，同时还大大延长了该装置整体的清洁周期。

Description

一种夹心泡沫陶粒混凝土制品及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种夹心泡沫陶粒混凝土制品及其制备方法与应用。
背景技术
随着科学技术不断发展，越来越多的物品需要依靠工业化生产，工业化生产过程中不可避免地产生含有各种重金属离子、含磷、硝基苯等污染环境的重度污水，这些污水若不加处理直接排放，则会造成生态系统的严重破坏，因此，污水净化技术对于人类社会的可持续发展具有重要意义。
泡沫陶粒混凝土是近年来出现的一种新型建筑材料，是一类利用发泡剂使材料内部产生泡沫而形成闭孔或联孔结构材料的物质，由于具有轻质高强、隔热保温性好等优点，其常被用于对保温要求较高的建筑工程等。中国发明专利申请文件CN10249161A公开了一种泡沫混凝土，具体公开了以水泥、粉煤灰、沙、陶粒、钢纤维、聚苯颗粒和发泡剂为原料，制得一种保温性能较好的泡沫陶粒混凝土。但尚未有将其应用于污染净化处理的相关研究。
生物质资源循环利用资源成为了近年来大力发展绿色经济的重要举措，因此，若能通过充分利用现有技术中生物质资源结合泡沫陶粒混凝土的多孔结构开发一种低成本污染净化处理技术具有广泛的社会、经济效益前景。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种夹心泡沫陶粒混凝土制品，生产成本低且对重金属离子具有良好的吸附能力。
本发明还提出一种上述夹心泡沫陶粒混凝土制品的制备方法。
本发明还提出一种上述夹心泡沫陶粒混凝土制品的应用。
根据本发明的第一方面实施方式的夹心泡沫陶粒混凝土制品，所述混凝土制品包括主体和盖合于所述主体上的盖板，所述主体内设有容置腔，所述容置腔内容置有吸附体；所述混凝土制品的制备原料包括普通硅酸盐水泥、陶粒、砂、聚羟酸减水剂、发泡剂、小龙虾壳微粒和稻壳灰粉；其中，所述普通硅酸盐水泥、陶粒、砂、聚羟酸减水剂、发泡剂、小龙虾壳微粒和稻壳灰粉的质量比为(350～450):(280～400):(400～500):(1～1.5)：(3.5～4.5):(35～45)。
根据本发明的一些实施方式，所述吸附体中含有吸附材料；优选地，所述吸附体为竹炭包。
根据本发明的一些实施方式，所述吸附体的体积为所述容置腔体积的1/2～2/3。将吸附体的体积控制在容置腔体积的1/2～2/3，使得吸附体既能自由浮动使得吸附的面源更广，同时，又使得其含有的吸附材料更多，提升净化效率和净化效果。
根据本发明的一些实施方式，所述砂选自天然河砂或机制砂，级配为中砂。
根据本发明的一些实施方式，所述普通硅酸盐水泥选自P.042.5普通硅酸盐水泥或P.052.5普通硅酸盐水泥。
根据本发明的一些实施方式，所述稻壳灰粉的粒径在7～100μm之间，比表面积在15～70m2/g之间。以该粒径范围及比表面积的稻壳灰粉可使其获得更好的吸附效果。掺入稻壳灰粉取代水泥，其具有大量的与普通水泥等同地活性二氧化硅材料，既可以减少水泥用量，还可以利用稻壳灰粉本身吸附废水重金属(如：铅、镉、锌、苯酚等)能力。
根据本发明的一些实施方式，所述小龙虾壳微粒的粒径在40～80目之间。小龙虾壳是一种环保、绿色的天然生物制品，可以提高混凝土制品耐高温能力，同时可以改善混凝土制品的重金属离子吸附能力。
根据本发明的一些实施方式，所述发泡剂选自双氧水、铝粉、松香酸皂类发泡剂、树脂皂类发泡剂或植物蛋白发泡剂中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述主体中预埋有螺栓帽，所述盖板通过与所述螺栓帽形状相适配的螺栓可拆卸地盖合在所述主体上。通过螺栓和预埋的螺栓帽将盖板固定在主体上，完成封口，操作方便。
根据本发明的一些实施方式，所述主体壁上设有肋条；优选地，所述肋条包括竖筋和箍筋。设置肋条增强混凝土制品的力学性能。
根据本发明的一些实施方式，所述肋条为经过防腐处理的肋条。
根据本发明实施方式的夹心泡沫陶粒混凝土制品，至少具有如下有益效果：本发明方案巧妙地将泡沫混凝土制品设置为夹心结构，其内部容置有吸附体，通过容置吸附体使得混凝土制品能够吸附的污染物种类更全面；同时，吸附体通过容置的方式置于混凝土制品内，可根据需要进行更换，不仅增强了其使用的灵活性，同时还大大延长了该装置整体的清洁周期；本发明实施例方案的混凝土制品质量轻、环保且能够吸附多种类的重金属离子和有机污染物，以小龙虾壳微粒和稻壳灰粉等生物质资源代替天然砂、水泥，节约了成本，同时，还可以协同泡沫陶粒混凝土提升混凝土制品对重金属等污染离子的吸附作用。泡沫混凝土自身具有较强的离子吸附能力，而陶粒本身因其比表面积大，孔隙率高等物理因素，可作为良好的污水处理吸附物。通过稻壳灰粉取代水泥，既可以减少水泥用量，亦可以提高普通泡沫混凝土的吸附能力。外掺小龙虾壳微粒一方面可以改善混凝土的耐高温性能，又可以加强重金属离子的吸附功能。
根据本发明的第二方面实施方式的制备方法，包括以下步骤：
将发泡剂与部分水混合，搅拌至产生泡沫，得泡沫混合液；
将普通硅酸盐水泥、砂、剩余水、聚羟酸减水剂、陶粒、稻壳灰粉和小龙虾壳微粒混合搅拌，再将上述泡沫混合液混合，浇筑成型并进行养护，脱模后即得。
根据本发明的一些实施方式，所述小龙虾壳微粒的生产工艺为：将除杂干燥后的小龙虾壳置于300～400℃下，燃烧15～30分钟，冷却后研磨，即得。小龙虾壳粉作为厨余垃圾，其本身就具有耐高温、吸附性强等优点。将其经清洗，晾晒，高温，研磨后制成微粒或微粉，对天然砂、水泥进行取代或直接外掺，不仅可以改善混凝土制品的耐高温性能，又可以对废水中的重金属离子进行吸附。
根据本发明的一些实施方式，所述稻壳灰粉的生产工艺为：将除杂干燥后的稻壳，置于550～600℃下，充分燃烧1～3h，冷却后研磨，即得。利用稻壳灰粉取代水泥，具有节能减排，废物利用，环境改造的能力。而且相对水泥本身，稻壳灰粉自身具备吸附重金属离子以及苯酚等有机污染物的能力，可提高混凝土制品的吸附能力。
根据本发明的一些实施方式，所述养护条件为：先在室温下静置养护3～4h；再将温度调节至60～80℃，蒸汽养护5～8h；最后在30～40℃下，静置养护5～8h。
根据本发明的一些实施方式，所述室温为10～30℃；优选为25℃。
根据本发明实施方式的制备方法，至少具有如下有益效果：本发明方案操作简便，条件温和，具有广阔的工业应用前景。
根据本发明第三方面实施方式的应用，上述夹心泡沫陶粒混凝土制品在污水处理中的应用。
根据本发明的一些实施方式，所述应用包括以下步骤：将所述夹心泡沫陶粒混凝土制品制备成墙体。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例1的夹心泡沫陶粒混凝土制品的结构示意图；
图2为本发明实施例1的夹心泡沫陶粒混凝土制品的俯视图；
图3为图2的A-A向剖示图；
图4为图2的B-B向剖示图；
图5为图2的C-C向剖示图；
图6为本发明实施例1中盖板的结构示意图；
图7为本发明实施例1中盖板的俯视图；
图8为本发明实施例1中盖板的正面视图；
图9为本发明实施例1中盖板的侧视图。
标号说明：1、主体；2、盖板；3、螺栓；4、孔洞；5、竖筋；6、箍筋；7、螺栓帽。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。
本发明的实施例一为：一种夹心泡沫陶粒混凝土制品，如图1-5所示，混凝土制品包括主体1和盖合于主体1上的盖板2，主体壁上设有肋条；肋条包括竖筋5和箍筋6。主体壁上预埋有螺栓帽7。如图6-9所示，盖板2上设有供螺栓3穿过的孔洞4，盖板2通过螺栓3与预埋在主体中的螺栓帽7配合安装在主体上。主体1内设有容置腔，容置腔内容置有占容置腔体积3/5的吸附体(竹炭包)；混凝土制品的制备原料由普通硅酸盐水泥(P.042.5普通硅酸盐水泥)、陶粒、砂(天然河砂，中砂)、聚羟酸减水剂(ADVA-109)、发泡剂(植物蛋白发泡剂)、小龙虾壳微粒(50目筛)和稻壳灰粉(50微米左右，比表面积在25m2/g左右)和水组成；其中，普通硅酸盐水泥、陶粒、砂、聚羟酸减水剂、发泡剂、小龙虾壳微粒、稻壳灰粉和水的质量比为350:280:400:1：3.5:45：330。
本发明的实施例二为：一种夹心泡沫陶粒混凝土制品，混凝土制品包括主体1和盖合于主体1上的盖板2，主体壁上设有肋条；肋条包括竖筋5和箍筋6。主体壁上预埋有螺栓帽7。盖板2上设有供螺栓3穿过的孔洞4，盖板2通过螺栓3与预埋在主体中的螺栓帽7配合安装在主体上。主体1内设有容置腔，容置腔内容置有占容置腔体积2/3的吸附体(竹炭包)；混凝土制品的制备原料由普通硅酸盐水泥(P.042.5普通硅酸盐水泥)、陶粒、砂(天然河砂，中砂)、聚羟酸减水剂(ADVA-109)、发泡剂(植物蛋白发泡剂)、小龙虾壳微粒(50目筛)和稻壳灰粉(50微米左右，比表面积在25m2/g左右)和水组成；其中，普通硅酸盐水泥、陶粒、砂、聚羟酸减水剂、发泡剂、小龙虾壳微粒、稻壳灰粉和水的质量比为450:400:500:1.5：4.5:35：210。
本发明的实施例三为：一种夹心泡沫陶粒混凝土制品，混凝土制品包括主体1和盖合于主体1上的盖板2，主体壁上设有肋条；肋条包括竖筋5和箍筋6。主体壁上预埋有螺栓帽7。盖板2上设有供螺栓3穿过的孔洞4，盖板2通过螺栓3与预埋在主体中的螺栓帽7配合安装在主体上。主体1内设有容置腔，容置腔内容置有占容置腔体积1/2的吸附体(竹炭包)；混凝土制品的制备原料由普通硅酸盐水泥(P.042.5普通硅酸盐水泥)、陶粒、砂(天然河砂，中砂)、聚羟酸减水剂(ADVA-109)、发泡剂(植物蛋白发泡剂)、小龙虾壳微粒(50目筛)和稻壳灰粉(50微米左右，比表面积在25m2/g左右)和水组成；其中，普通硅酸盐水泥、陶粒、砂、聚羟酸减水剂、发泡剂、小龙虾壳微粒、稻壳灰粉和水的质量比为400:350:450:1.2：4:40：280。
本发明对比例一为：一种泡沫陶粒混凝土制品，其与实施例3的区别仅在于内部为实心，不设有空腔，也不设有竹炭包。
本发明对比例二为：一种泡沫陶粒混凝土制品，其与实施例3的区别在于：不含有稻壳灰粉，采用等量水泥替代。
本发明对比例三为：一种泡沫陶粒混凝土制品，其与实施例3的区别在于：不含有小龙虾壳微粒，采用等量水泥替代。
上述泡沫陶粒混凝土制品的制备方法，包括如下步骤：
将发泡剂与部分水(40vol％)混合，搅拌至产生泡沫，得泡沫混合液；
将普通硅酸盐水泥、砂、剩余水、聚羟酸减水剂、陶粒、稻壳灰粉和小龙虾壳微粒混合搅拌，再将上述泡沫混合液混合，浇筑成型，插入肋条，并进行养护(先在室温(25℃)下静置养护3.5h；再将温度调节至70℃，蒸汽养护6h；最后在35℃下，静置养护6h)，脱模后即得。
将上述方案制得的混凝土制品按照JC/T 2459-2018标准进行性能测试，经检测，上述实施例和对照例制得的混凝土制品均可满足JC/T 2459-2018的要求。对其耐高温性能及污水处理能力进行测试，具体如下：
1、耐高温性能测试
上述实施例和对比例制得的混凝土制品分别在25℃、200℃、500℃的高温试验，将混凝土制品在目标温度下恒温处理3小时后冷却。每个目标温度下放置两块立方体试块，冷却后测试立方体试块的抗压强度，结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002662451240000061
从上表可以看出，本发明实施例方案及对比例1方案制得的混凝土制品均具有较好的耐高温性能，而添加稻壳灰粉或小龙虾壳微粒的混凝土制品的耐高温性能则较差，在高温下抗压强度显著下降。
2、污水处理能力测试
将上述实施例和对比例制得的混凝土制品置于水(pH为3)中3h，该水中添加有Cd2+(50mg/L)、Pb2+(50mg/L)和Cr2+(50mg/L)，用ICP-MS测试吸附完后水体中的Cd2+、Pb2+和Cr2+，计算去除率(％)，结果如下表2所示：
表2
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
Cd<sup>2+</sup> 98.28 99.07 99.84 90.64 75.23 78.29
Pb<sup>2+</sup> 98.80 98.86 99.59 90.52 76.35 75.77
Cr<sup>2+</sup> 99.78 99.83 97.57 91.38 78.52 73.35
重复上述实验10次后，实施例1～3制得的混凝土制品的去除率均仍可达90％以上，而对比例1在第4次时，对三种重金属的去除率均仅达60％左右，到第10次时，去除率在20～30％之间；对比例2和3在第7次时，对三种重金属离子的去除率均仅达60％左右，到第10次时，去除率在40～50％之间。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种夹心泡沫陶粒混凝土制品，其特征在于：所述混凝土制品包括主体和盖合于所述主体上的盖板，所述主体内设有容置腔，所述容置腔内容置有吸附体；所述混凝土制品的制备原料包括普通硅酸盐水泥、陶粒、砂、聚羟酸减水剂、发泡剂、小龙虾壳微粒和稻壳灰粉；其中，所述普通硅酸盐水泥、陶粒、砂、聚羟酸减水剂、发泡剂、小龙虾壳微粒和稻壳灰粉的质量比为(350～450):(280～400):(400～500):(1～1.5)：(3.5～4.5):(35～45)。
2.根据权利要求1所述的夹心泡沫陶粒混凝土制品，其特征在于：所述吸附体中含有吸附材料。
3.根据权利要求1所述的夹心泡沫陶粒混凝土制品，其特征在于：所述吸附体的体积为所述容置腔体积的1/2～2/3。
4.根据权利要求1所述的夹心泡沫陶粒混凝土制品，其特征在于：所述普通硅酸盐水泥选自P.042.5普通硅酸盐水泥或P.052.5普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的夹心泡沫陶粒混凝土制品，其特征在于：所述稻壳灰粉的粒径在7～100μm之间，比表面积在15～70m2/g之间。
6.根据权利要求1所述的夹心泡沫陶粒混凝土制品，其特征在于：所述小龙虾壳微粒的粒径在40～80目之间。
7.根据权利要求1所述的夹心泡沫陶粒混凝土制品，其特征在于：所述发泡剂选自双氧水、铝粉、松香酸皂类发泡剂、树脂皂类发泡剂或植物蛋白发泡剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的夹心泡沫陶粒混凝土制品，其特征在于：所述主体内部设有肋条；优选地，所述肋条包括竖筋和箍筋。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的夹心泡沫陶粒混凝土制品的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将发泡剂与部分水混合，搅拌至产生泡沫，得泡沫混合液；
将普通硅酸盐水泥、砂、剩余水、聚羟酸减水剂、陶粒、稻壳灰粉和小龙虾壳微粒混合搅拌，再将上述泡沫混合液混合，浇筑成型并进行养护，脱模后即得。
10.如权利要求1至8任一项所述的夹心泡沫陶粒混凝土制品在污水处理中的应用。
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