CN114538844A - 低碳混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低碳混凝土及其制备方法和用途，所述低碳混凝土包括淤泥黏土50‑70份；发电厂炉渣15‑30份；砂状骨料10‑25份；粉状胶凝材料3‑10份；固化剂0.3‑1份。本发明提供的低碳混凝土具有低碳环保、能耗低的优点，可替代市售低标号混凝土使用，该制备方法无需对淤泥黏土深度脱水，可直接使用并使各组分均匀混合，形成环保低负碳的新型建筑材料，可用于填海造地、围垦、基础回填、建筑工程。
Description
技术领域
本发明涉及废弃物回收利用技术领域，尤其涉及一种低碳混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
建筑材料是指构成建筑物本体的各种材料，随着人类社会生产力的发展和科学技术水平的提高，建筑材料在性能和种类上不断的取得改善和提高，目前常用的建筑材料为钢材、大理石、石灰石、砖、石膏、砂浆、水泥等，建筑工程对建筑材料的消耗极大，例如填海造地、围垦、基础回填、制造新型建材等，这些生产建筑材料通过挖矿开采源源不断地流向生产建筑材料的生产线，对大自然的生态环境造成了极大的破坏，各种自然资源和能源面临枯竭，目前，需要发展新的建筑材料以适应需求量越来越大的建筑材料市场，同时减少材料的生产和发展对环境造成的破坏。
鉴于随着工业化、城市化进程的加速，建筑业也同时快速发展，相伴而产生的建筑垃圾(指建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物、管网等进行建设、铺设或拆除、修缮过程中所产生的渣土、弃土、弃料、余泥及其他废弃物)日益增多，中国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的1/3以上。且城市生活垃圾焚烧发电作为近年来行之有效的垃圾处理减量化方法，其在焚烧发电过程中会排放两种炉渣，其一是由除尘器收集到的细微颗粒，称为粉煤灰；其二是由锅炉燃烧室底部收集到的炉底渣，主要含有氧化硅、氧化铝和氧化铁等成分，二者由灰浆泵经压力除灰管道送往灰场。这些建筑垃圾或炉渣还具有循环利用的价值，若直接被填埋或抛弃，不仅会对生态环境造成极大的破坏，还会违背低碳环保的宗旨，因此，目前有大量对其循环利用的研究，不仅可以减少对自然资源的开采，还能降低对环境的破坏，相应地，还有大量的其他废弃物，如城市污泥、钢渣、尾矿、工业固体废弃物等也被研究者考虑在内，不断地对其合理的循环利用进行优化。
但目前尚未有对淤泥黏土与上述废弃物综合循环利用的研究，这是因为淤泥黏土是天然含水率大于液限、天然孔隙比在1.0-1.5之间的粘性土。这种土壤主要分布在中国东南沿海地区以及中国内陆的河流、湖泊的沿线和周围，淤泥黏土具有高压缩性和低强度的特性，其沉降较大，且大部分不均匀沉降，直接用于建筑工程中很容易造成墙体开裂和建筑物的倾覆，若用作混凝土的原料，则因其自身的水分极难排出，因此无法直接与其他混合物充分混合并沉积和硬化，面对我国南方地区由建筑工程地基挖掘出来的或者由河道清淤产生的大量黏土淤泥，亟需进行合适的处理。
发明内容
本发明实施例的目的之一在于克服现有技术中无法对淤泥黏土资源化利用的缺陷，从而提供一种低碳混凝土，该低碳混凝土可将淤泥黏土与固体废弃物、发电厂炉渣等工业生产废弃物协同一体化处理，具有低碳环保、能耗低的优点，可替代市售低标号混凝土使用。且具体技术方案如下：
一种低碳混凝土，包括以下重量份的原料：
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明利用发电厂炉渣空隙多、体积大的特点，以砂状骨料(例如工业固体废弃物和/或建筑垃圾)为媒介，从而在搅拌的条件下打散淤泥黏土中的水分子，使与其结合的水分子排掉，进而使得固化剂与粉状胶凝材料能够渗入到由发电厂炉渣、固体废弃物和淤泥黏土组成的混合物中形成低碳混凝土，该低碳混凝土以淤泥黏土为主要原料同时处理多种工业生产废弃物，通过对工业生产废弃物种类的合理选择和搭配，无需对淤泥黏土深度脱水，可直接使用并使各组分均匀混合，形成环保低负碳的新型建筑材料。
在一些实施例中，所述工业固体废弃物选自高炉渣、钢渣、有色金属渣、煤渣、电石渣中的一种或几种，优选地，所述工业固体废弃物为钢渣。
在一些实施例中，所述建筑垃圾选自渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂石、沥青块中的一种或几种，优选地，所述建筑垃圾为废砂石。
在一些实施例中，所述粉状胶凝材料包括硅酸盐水泥，所述粉状胶凝材料还可以包括以任意比例混合的半水石膏和/或石灰。优选地，所述硅酸盐水泥是由建筑垃圾制成的生态水泥，所述半水石膏由发电厂的余热煅烧脱硫石膏而得。
在一些实施例中，所述砂状骨料选自钢渣，所发电厂炉渣选自垃圾发电厂的炉底渣，所述低碳混凝土还包括10-25重量份的市政污泥。
在一些实施例中，所述砂状骨料选自建筑垃圾，所述低碳混凝土还包括10-20重量份的矿石粉。
本发明实施例还提供了一种所述低碳混凝土的制备方法，包括以下步骤：
选取工业固体废弃物和/或建筑垃圾进行破碎，形成砂状骨料；
对由所述砂状骨料和所述发电厂炉渣组成的固废材料的成分进行分析；
根据所述分析结果，将所述砂状骨料、发电厂炉渣、淤泥黏土、粉状胶凝材料和固化剂按上述重量份进行配比；
将各组分按所述配比进行混合搅拌，即可得到低碳混凝土。
本发明实施例还同时提供了一种所述制备方法或所述低碳混凝土在填海造地、围垦、基础回填、建筑工程的应用。
在一些实施例中，所述低碳混凝土用于制作路基、免烧砌块、透水砖、回填料、免烧集料或免烧砖。
在一些实施例中，所述免烧集料的制备方法为将所述低碳混凝土经过对辊压制挤压为指定粒径的颗粒。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的低碳混凝土的工艺流程图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的具体实施例进行说明，除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语给出定义。
(1)本发明实施例中，所述的“淤泥黏土”是指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并伴有微生物作用的一种结构性土。根据其成因分为滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积及沼泽沉积四种。在中国渤海、东海、黄海等沿海地区的天津、上海和广州等城市，长江中下游、珠江下游、淮河平原、松辽平原，洞庭湖、洪泽湖、太湖和鄱阳湖四周，以及昆明滇池地区，都埋藏有厚度达数米至数十米的淤泥及淤泥质土。它的含水量接近或超过液限；孔隙比大于1，有的高达2.5；压缩系数大于0.5×10帕，有的超过2×10帕，渗透系数为10～10厘米/秒，容许承载力一般为30～100千帕，其工程特性表现为三高两低：
①高含水量：w＝40～90％甚至100％；
②高压缩性、快、不均匀：a＝0.5～3.0MPa-1；
③高流变性：随时间的次固结量大；
④低强度；
⑤低渗透性：渗透系数为10-5～10-8cm/s，固结过程很慢。
(2)本发明实施例中，所述的“粉状胶凝材料”指的是无机矿物质粉状物，可以为气硬性胶凝材料也可以为水硬性胶凝材料，或者二者的混合物，在本申请中，粉状胶凝材料包括硅酸盐水泥，该硅酸盐水泥是由建筑垃圾制成的生态水泥，可选的还有气硬性胶凝材料半水石膏和/或石灰，其中半水石膏由发电厂的余热煅烧脱硫石膏而得。
(3)本发明实施例中，所述“固化剂”为市售混凝土固化剂，购自上海国林建材有限公司，型号为D3100水泥密封固化剂，主要是由无机物、化学活性物质和络合物等组成的树脂材料，是一种无色透明、使用方便、无毒不燃、渗透力极强的液体材料。本申请采用各原料按所述重量份混合，能使固化剂有效渗透，与混凝土中的其他成分发生化学、结晶反应，使混凝土的各成分固化成一个坚固实体，并阻塞混凝土的各大小细孔，得到一个无尘致密的整体，从而提高混凝土的耐磨性、抗压性和致密性。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
经申请人长期研究发现，目前我国淤泥黏土堆积量较大，尤其是江浙一带，由河道清淤或者由建筑工程地基挖掘出来的淤泥黏土因其自身含水量极高，难以排水，压缩性很大，且难以渗透，流变性较高，所以不宜直接作为天然地基，也难以与其他材料掺和均匀形成新的建筑材料，因此大多未得到合理的循环利用，虽然目前有部分对淤泥黏土的再利用，但其工艺复杂，往往需要对淤泥黏土进行深度脱水，成本较高。而且随着近两年我国垃圾焚烧炉发电厂数量及规模的不断增加，相对于炉渣的规范化利用，也成为焚烧厂重点关注的问题之一。垃圾焚烧炉在焚烧过程产生的灰渣(包括炉渣和飞灰)一般为无机物质，它们主要是金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐以及硅酸盐。其中含有重金属化合物的灰渣，对环境会造成很大危害。
基于上述所述存在的问题，本申请提出了一种利用淤泥黏土与固废材料配比形成的低碳混凝土，具体方案为：
一种低碳混凝土，包括以下重量份的原料：
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明利用发电厂炉渣空隙多、体积大的特点，以砂状骨料(例如工业固体废弃物和/或建筑垃圾)为媒介，从而在搅拌的条件下打散淤泥黏土中的水分子，使与其结合的水分子排掉，进而使得固化剂与粉状胶凝材料能够渗入到由发电厂炉渣、固体废弃物和淤泥黏土组成的混合物中形成低碳混凝土，该低碳混凝土以淤泥黏土为主要原料同时处理多种工业生产废弃物，通过对工业生产废弃物种类的合理选择和搭配，无需对淤泥黏土深度脱水，可直接使用并使各组分均匀混合，形成环保低负碳的新型建筑材料。
在这些实施例中，工业固体废弃物选自高炉渣、钢渣、有色金属渣、煤渣、电石渣中的一种或几种，优选为钢渣，钢渣坚硬、清洁、级配良好，在混合物中用作骨架，起支撑作用，从而使各物料混合成型。建筑垃圾选自渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂石、沥青块中的一种或几种，优选为废砂石，废砂石可以为建筑材料中废弃的天然砂或人工砂，天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。在本申请中砂状骨料由工业固体废弃物和/或建筑垃圾经机械破碎、筛分制成，其粒径不大于4.75mm。
在一些实施例中，所述粉状胶凝材料包括硅酸盐水泥，所述粉状胶凝材料还可以包括以任意比例混合的半水石膏和/或石灰。优选地，所述硅酸盐水泥是由建筑垃圾制成的生态水泥，所述半水石膏由发电厂的余热煅烧脱硫石膏而得。又称胶结料。在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质。在本申请中优选半水石膏和废弃的硅酸盐水泥。石膏石或工业副产石膏是以二水硫酸钙形式存在，其分子式中有两个结晶水，只有脱去一个半结晶水生成半水硫酸钙(半水石膏)才有胶凝性质。本申请的胶凝材料选择石膏和硅酸盐水泥可以初凝时间。初凝时间是指从水泥加水到开始失去塑性的时间，国标《通用硅酸盐水泥》GB175-2007规定：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。
在一些实施例中，所述砂状骨料选自工业固体废弃物，优选为钢渣，所述发电厂炉渣选自垃圾发电厂的炉底渣，所述低碳混凝土还包括10-25重量份的市政污泥。采用垃圾发电厂的炉底渣作为疏散物质，可以对垃圾厂的废弃物进行深度处理，进一步降低环境污染，同时当向原料中增加所述重量份的市政污泥时，选用炼钢厂的钢渣作为砂状骨料，不会影响成品性能，同时能协同处理市政污泥，进一步降低对环境的污染。
在一些实施例中，所述砂状骨料选自建筑垃圾，所述低碳混凝土还包括10-20重量份的矿石粉。当砂状骨料选择建筑垃圾，例如废砂石时，可以同时增加所述重量份的矿石粉，从而增加成品的强度。
本发明实施例还提供了一种所述低碳混凝土的制备方法，请参阅图1，包括以下步骤：
1、选取工业固体废弃物和/或建筑垃圾进行破碎和筛选，形成砂状骨料；
2、对由所述砂状骨料和所述发电厂炉渣组成的固废材料的成分进行分析；
3、根据所述分析结果，将所述砂状骨料、发电厂炉渣、淤泥黏土、粉状胶凝材料和固化剂按上述重量份进行配比；
4、将各组分按所述配比进行混合搅拌，即可得到低碳混凝土。
本申请的制备过程包括对砂状骨料的破碎和筛选，获得粒径不大于4.75mm的砂状骨料，接着对固废材料进行分析，并对各组分进行配比，从而实现保证原料的确定性和配比的准确性，采用所述的组分和配比经过混配最终获得低碳低标号的混凝土，该制备过程工艺简单，无需对淤泥黏土进行深度处理，所制得的混凝土可替代市售低标号混凝土建材。
本发明实施例所提供的制备方法或低碳混凝土可用于填海造地、围垦、基础回填或建筑工程；具体地，所述低碳混凝土可用于制作路基、免烧砌块、透水砖、回填料、免烧集料或免烧砖。以免烧集料为例，其制备方法为将所述低碳混凝土经过对辊压制挤压为指定粒径的颗粒。此处的指定颗粒是指粒径大于2.36mm以上的颗粒，可用做混凝土中的粗骨料；或者指粒径小于2.36mm的颗粒，可用作混凝土中的细骨料。
实施例1
本实施例提供了一种低碳混凝土，包括以下重量份的原料：
所述低碳混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1、选取工业固体废弃物和建筑垃圾进行破碎，并筛选出粒径小于4.75mm的原料形成砂状骨料；
2、对由砂状骨料、发电厂炉渣、矿石粉组成的固废材料的成分进行分析；
3、根据分析结果，将砂状骨料、发电厂炉渣、淤泥黏土、粉状胶凝材料、固化剂、市政污泥和矿石粉按上述重量份进行配比；
4、将各组分按所述配比进行混合搅拌，即可得到低碳混凝土。
将由实施例1所制得的低碳混凝土修筑路基，经检测该混凝土符合T/CBCA010-2021。
实施例2
本实施例提供了一种低碳混凝土，包括以下重量份的原料：
所述低碳混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1、选取等比例混合的高炉渣、钢渣和废砂石进行破碎，并筛选出粒径小于4.75mm的原料形成砂状骨料；
2、对由砂状骨料和垃圾发电厂炉底渣组成的固废材料的成分进行分析；
3、根据分析结果，将砂状骨料、垃圾发电厂炉底渣、淤泥黏土、硅酸盐水泥、市政污泥和固化剂按上述重量份进行配比；
4、将各组分按所述配比进行混合搅拌，即可得到低碳混凝土。
将由实施例2所制得的低碳混凝土制作免烧砖，经检测该免烧砖符合JG/T575。
实施例3
本实施例提供了一种低碳混凝土，包括以下重量份的原料：
所述低碳混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1、选取等比例混合的混凝土块、碎石块与砖瓦碎块进行破碎，并筛选出粒径小于4.75mm的原料形成砂状骨料；
2、对由砂状骨料和发电厂炉渣组成的固废材料的成分进行分析；
3、根据分析结果，将由混凝土块、碎石块和砖瓦碎块等比例混合组成的砂状骨料、以及发电厂炉渣、淤泥黏土、和由半水石膏、硅酸盐水泥等比例混合组成的粉状胶凝材料、以及固化剂按上述重量份进行配比；
4、将各组分按所述配比进行混合搅拌，即可得到低碳混凝土。
将由实施例3所制得的低碳混凝土用作回填料以填海造地，经检测其符合国家和行业标准。
将由实施例3所制得的低碳混凝土经过对辊压制挤压为粒径大于2.36mm以上的颗粒，用于混凝土中的粗骨料，或者挤压为粒径小于2.36mm的颗粒，用作混凝土中的细骨料，经检测其均符合国家和行业标准。
实施例4
本实施例提供了一种低碳混凝土，包括以下重量份的原料：
| 组分 | 成分 | 质量(g) |
| 淤泥黏土 | 淤泥质黏土 | 60 |
| 发电厂炉渣 | 发电厂炉渣 | 25 |
| 建筑垃圾 | 废砂石 | 25 |
| 粉状凝胶材料 | 硅酸盐水泥、石灰(等比例混合) | 8 |
| 固化剂 | 市售混凝土固化剂 | 10 |
| 其他 | 矿石粉 | 20 |
所述低碳混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1、将废砂石进行破碎并筛选出粒径小于4.75mm的原料形成砂状骨料；
2、对由废砂石、发电厂炉渣和矿石粉组成的固废材料的成分进行分析；
3、根据所述分析结果，将废砂石、发电厂炉渣、淤泥黏土、粉状胶凝材料、固化剂和矿石粉按上述重量份进行配比；
4、将各组分按所述配比进行混合搅拌，即可得到低碳混凝土。
将由实施例4所制得的低碳混凝土制作透水砖，经检测该透水砖符合国家和行业标准。
实施例5
本实施例提供了一种低碳混凝土，包括以下重量份的原料：
| 组分 | 成分 | 质量(g) |
| 淤泥黏土 | 淤泥质黏土 | 70 |
| 发电厂炉渣 | 垃圾发电厂炉底渣 | 30 |
| 工业固体废弃物 | 电石渣 | 25 |
| 粉状凝胶材料 | 石灰 | 10 |
| 固化剂 | 市售混凝土固化剂 | 1 |
所述低碳混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1、选取电石渣进行破碎，并筛选出粒径小于4.75mm的原料形成砂状骨料；
2、对由砂状骨料和发电厂炉渣组成的固废材料的成分进行分析；
3、根据分析结果，将砂状骨料、垃圾发电厂炉底渣、淤泥黏土、石灰和固化剂按上述重量份进行配比；
将各组分按所述配比进行混合搅拌，即可得到低碳混凝土。
将由实施例5所制得的低碳混凝土用作围垦，经检测其可替换市售低标号混凝土，符合国家和行业标准。
实施例6
本实施例提供了一种低碳混凝土，包括以下重量份的原料：
所述低碳混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1、选取工业固体废弃物和建筑垃圾进行破碎，并筛选出粒径小于4.75mm的原料形成砂状骨料；
2、对由砂状骨料、垃圾发电厂炉底渣和矿石粉组成的固废材料的成分进行分析；
3、根据分析结果，将砂状骨料、发电厂炉渣、淤泥黏土、粉状胶凝材料、固化剂、市政污泥和矿石粉按上述重量份进行配比；
4、将各组分按所述配比进行混合搅拌，即可得到低碳混凝土。
将由实施例6所制得的低碳混凝土制作免烧砌块，经检测该免烧砌块符合JG/T575。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，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 (10)
1.一种低碳混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：
2.根据权利要求1所述的低碳混凝土，其特征在于，所述砂状骨料选自工业固体废弃物和/或建筑垃圾。
3.根据权利要求2所述的低碳混凝土，其特征在于，所述工业固体废弃物选自高炉渣、钢渣、有色金属渣、煤渣、电石渣中的一种或几种，优选为钢渣；
所述建筑垃圾选自渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂石、沥青块中的一种或几种，优选为废砂石。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的低碳混凝土，其特征在于，所述粉状胶凝材料包括硅酸盐水泥，所述粉状胶凝材料还可以包括以任意比例混合的半水石膏和/或石灰。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的低碳混凝土，其特征在于，所述砂状骨料选自钢渣，所发电厂炉渣选自垃圾发电厂的炉底渣，所述低碳混凝土还包括10-25重量份的市政污泥。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的低碳混凝土，其特征在于，所述砂状骨料选自建筑垃圾，所述低碳混凝土还包括10-20重量份的矿石粉。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述低碳混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取工业固体废弃物和/或建筑垃圾进行破碎，形成砂状骨料；
对由所述砂状骨料和所述发电厂炉渣组成的固废材料的成分进行分析；
根据所述分析结果，将所述砂状骨料、发电厂炉渣、淤泥黏土、粉状胶凝材料和固化剂按上述重量份进行配比；
将各组分按所述配比进行混合搅拌，即可得到低碳混凝土。
8.一种如权利要求7所述的制备方法，或者如权利要求1-8中任一项所述低碳混凝土在填海造地、围垦、基础回填、建筑工程的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述低碳混凝土用于制作路基、免烧砌块、透水砖、回填料、免烧集料或免烧砖。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述免烧集料的制备方法为将所述低碳混凝土经过对辊压制挤压为指定粒径的颗粒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220527 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |