CN115504740B - 一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖及其制备方法，以重量份数计，包括以下组成成分：硅酸盐水泥20‑30份、钒钛铁尾矿10‑20份、细骨料60‑80份、膨胀珍珠岩5‑10份、煤气化灰渣5‑10份、生石灰5‑10份、聚合物乳液3‑6份、聚羧酸减水剂0.5‑1份、水25‑30份，本发明所制备透水砖的力学性能优良，抗压强度在40MPa左右，抗折强度在5MPa左右，透水率高，抗冻性能优良。

Description

一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体为一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖及其制备方法。
背景技术
建筑垃圾是工业化和城市化的副产物，我国人口众多，城市规模大，建筑垃圾问题尤为突出，据有关资料表明，我国建筑垃圾年排放量1.4亿吨，并且以每年8％-10％的速度递增。目前，建筑垃圾大都采用露天堆放或填埋的方式进行处理，大量建筑垃圾的堆放、填埋不但占用了大量土地、影响市容，同时也对土壤、水源等产生着严重污染，建筑垃圾的处理成为我们急需解决的难题。
建筑垃圾具有孔隙率高、透水性好的特点，利用建筑垃圾制备透水砖是一种变废为宝的有效方式，能够有效解决建筑垃圾的处理问题，目前建筑垃圾多经过粉碎后直接作为骨料制作透水砖，所制备的透水砖力学性能较差，使用场景受限。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖及其制备方法。
所采用的技术方案如下：
一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，以重量份数计，包括以下组成成分：
硅酸盐水泥20-30份、钒钛铁尾矿10-20份、细骨料60-80份、膨胀珍珠岩5-10份、煤气化灰渣5-10份、生石灰5-10份、聚合物乳液3-6份、聚羧酸减水剂0.5-1份、水25-30份；
所述细骨料为建筑垃圾经粗破、分选、磁选、细破、筛分、微生物改性后所获得的，粒径为0.5-4.5mm，表观密度2500-2750kg/m3，紧密堆积密度1450-1660kg/m3。
进一步地，微生物改性所用菌种为巴氏芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。
进一步地，微生物改性方法如下：
将经过粗破、分选、磁选、细破、筛分后的建筑垃圾依次加入巴氏芽孢杆菌菌液和地衣芽孢杆菌菌液中浸泡，再加入到含尿素、钙盐和释氧剂的溶液中或将含尿素、钙盐和释氧剂的溶液喷洒到附着有巴氏芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的建筑垃圾表面。
进一步地，所述巴氏芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌菌液的浓度为1×105-1×108cfu/mL。
进一步地，所述尿素、钙盐和释氧剂的质量比为1-5：1-5：0.1-0.2。
进一步地，所述钙盐为甲酸钙、乙酸钙、丙酸钙、硝酸钙中的任意一种或多种组合。
进一步地，所述释氧剂的制备方法如下：
将过氧化钙、乙基纤维素、火山渣混合后加入到聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀，蒸出溶剂，即得所述释氧剂。
进一步地，所述聚合物乳液为羧甲基纤维素接枝丙烯酸酯共聚物乳液。
进一步地，所述羧甲基纤维素接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法如下：
将羧甲基纤维素钠加入水中，50-55℃搅拌1-3h后升温至80-90℃，加入过硫酸钾反应10-20min后滴加由丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯组成的混合单体，滴毕后继续反应6-10h，用氨水调节体系pH至中性即可。
本发明还提供了一种利用建筑垃圾制备人行步道透水砖的方法：
将硅酸盐水泥、钒钛铁尾矿、细骨料、膨胀珍珠岩、煤气化灰渣、生石灰、聚合物乳液、聚羧酸减水剂、水拌合均匀，得到混合料，将混合料置于模具中，振压成型，压强为5-8MPa，振动时间为10-15s，成型后脱模，所得坯体置于40-60℃的反应釜中，二氧化碳压力为0.2-0.4MPa下碳化养护8-14h，取出后放置24h洒水养护至规定龄期即可。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，其中细骨料为建筑垃圾经粗破、分选、磁选、细破、筛分、微生物改性后所获得，采用巴氏芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌诱导碳酸钙沉积于待修复材料的表面或内部微裂缝，从而对建筑垃圾进行再生并改善材料性能，相对于化学反应生成的碳酸钙，具有更复杂精细的多级结构且耐久性良好，与其余基材具有良好的契合性，钒钛铁尾矿成分均匀、稳定，其中的SiO2，Al2O3结构性成分含量较高，作为制作透水砖的原材料可以降低尾矿库存，解决尾矿库对环境的影响，聚合物乳液能够在水化产物表面成膜，对透水砖的抗压/抗折强度均有增强作用，可以有效实现透水砖力学性能与透水效果的匹配，保证了透水砖的连通空隙率，碳化养护所引入的二氧化碳与坯体中的残留的氧化钙发生反应，所生成的产物能够填补透水砖内部的空隙；也减少了易导致安定性不良的氧化钙含量，本发明所制备透水砖的力学性能优良，抗压强度在40MPa左右，抗折强度在5MPa左右，透水率高，抗冻性能优良。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备透水砖的照片。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术。
硅酸盐水泥：海螺牌P·O32.5复合硅酸盐水泥；
钒钛铁尾矿：取自湖南省茶陵县，各成分含量如下：
SiO2 41.13％、Al2O3 7.83％、Fe2O3 11.05％、CaO 20.38％、K2O 0.42％、MgO12.52％、Na2O 0.54％、P2O5 0.26％、TiO2 0.87％、余量为其他不可避免杂质。
膨胀珍珠岩：信阳市平桥区中正珍珠岩厂，30-50目；
煤气化灰渣：中盐安徽红四方股份有限公司；
生石灰：山东鸣威化工有限公司；
聚合物乳液：自制；
聚羧酸减水剂：上海亨创化工有限公司，PC-1022聚羧酸高性能减水剂。
实施例1：
一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，以重量份数计，包括以下组成成分：
硅酸盐水泥25份、钒钛铁尾矿20份、细骨料65份、膨胀珍珠岩8份、煤气化灰渣10份、生石灰5份、聚合物乳液5份、聚羧酸减水剂1份、水28份；
其中，细骨料为建筑垃圾经粗破、分选、磁选、细破、筛分、微生物改性后所获得的，粒径为0.5-4.5mm，表观密度2620kg/m3，紧密堆积密度1620kg/m3。
建筑垃圾的微生物改性方法如下：
分别将巴氏芽孢杆菌ATCC11859(购自上海保藏生物技术中心)和地衣芽孢杆菌CICC23584(购自中国工业微生物菌种保藏管理中心)接种到培养基上，在30℃的摇床上培养18h，培养基为：5g/L的美国BD234000培养基，5g/L的氯化钠和蒸馏水配制细菌液态培养基，并将培养基进行高温高压蒸汽消毒，离心得到菌体，加蒸馏水配制成相应浓度的菌液，将经过粗破、分选、磁选、细破、筛分后的建筑垃圾依次加入1×108cfu/mL巴氏芽孢杆菌菌液和1×108cfu/mL地衣芽孢杆菌菌液中浸泡24h，浸泡温度为28℃，将10g过氧化钙、3g乙基纤维素、2g火山渣混合后加入到20mL 5wt％聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后，80℃蒸出水，得到释氧剂，将18g尿素、45g乙酸钙和3.6g释氧剂、900mL水混合制成溶液，将建筑垃圾加入溶液中室温浸泡5d。
聚合物乳液为羧甲基纤维素接枝丙烯酸酯共聚物乳液，制备方法如下：
将20g羧甲基纤维素钠加入200mL水中，55℃搅拌2h后升温至85℃，加入8g过硫酸钾反应20min后滴加182g由5g丙烯酸、150g甲基丙烯酸甲酯、27g丙烯酸丁酯组成的混合单体，滴毕后继续反应8h，用氨水调节体系pH至中性即可。
上述用建筑垃圾制备人行步道透水砖的方法：
将硅酸盐水泥、钒钛铁尾矿、细骨料、膨胀珍珠岩、煤气化灰渣、生石灰、聚合物乳液、聚羧酸减水剂、水拌合均匀，得到混合料，将混合料置于模具中，振压成型，压强为6MPa，振动时间为15s，成型后脱模，所得坯体置于60℃的反应釜中，二氧化碳置换空气后，继续通入二氧化碳至反应釜压力为0.25MPa，保温保压碳化养护12h，取出后放置24h洒水养护28d。
实施例2：
一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，以重量份数计，包括以下组成成分：
硅酸盐水泥30份、钒钛铁尾矿20份、细骨料80份、膨胀珍珠岩10份、煤气化灰渣10份、生石灰10份、聚合物乳液6份、聚羧酸减水剂1份、水30份；
其中，细骨料为建筑垃圾经粗破、分选、磁选、细破、筛分、微生物改性后所获得的，粒径为0.5-4.5mm，表观密度2620kg/m3，紧密堆积密度1620kg/m3。
建筑垃圾的微生物改性方法和聚合物乳液的制备方法同实施例1；
上述用建筑垃圾制备人行步道透水砖的方法：
将硅酸盐水泥、钒钛铁尾矿、细骨料、膨胀珍珠岩、煤气化灰渣、生石灰、聚合物乳液、聚羧酸减水剂、水拌合均匀，得到混合料，将混合料置于模具中，振压成型，压强为8MPa，振动时间为15s，成型后脱模，所得坯体置于60℃的反应釜中，二氧化碳置换空气后，继续通入二氧化碳至反应釜压力为0.4MPa，保温保压碳化养护14h，取出后放置24h洒水养护28d。
实施例3：
一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，以重量份数计，包括以下组成成分：
硅酸盐水泥20份、钒钛铁尾矿10份、细骨料60份、膨胀珍珠岩5份、煤气化灰渣5份、生石灰5份、聚合物乳液3份、聚羧酸减水剂0.5份、水25份；
其中，细骨料为建筑垃圾经粗破、分选、磁选、细破、筛分、微生物改性后所获得的，粒径为0.5-4.5mm，表观密度2620kg/m3，紧密堆积密度1620kg/m3。
建筑垃圾的微生物改性方法和聚合物乳液的制备方法同实施例1；
上述用建筑垃圾制备人行步道透水砖的方法：
将硅酸盐水泥、钒钛铁尾矿、细骨料、膨胀珍珠岩、煤气化灰渣、生石灰、聚合物乳液、聚羧酸减水剂、水拌合均匀，得到混合料，将混合料置于模具中，振压成型，压强为5MPa，振动时间为10s，成型后脱模，所得坯体置于40℃的反应釜中，二氧化碳置换空气后，继续通入二氧化碳至反应釜压力为0.2MPa，保温保压碳化养护8h，取出后放置24h洒水养护28d。
实施例4：
一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，以重量份数计，包括以下组成成分：
硅酸盐水泥30份、钒钛铁尾矿10份、细骨料80份、膨胀珍珠岩5份、煤气化灰渣10份、生石灰5份、聚合物乳液6份、聚羧酸减水剂0.5份、水30份；
其中，细骨料为建筑垃圾经粗破、分选、磁选、细破、筛分、微生物改性后所获得的，粒径为0.5-4.5mm，表观密度2620kg/m3，紧密堆积密度1620kg/m3。
建筑垃圾的微生物改性方法和聚合物乳液的制备方法同实施例1；
上述用建筑垃圾制备人行步道透水砖的方法：
将硅酸盐水泥、钒钛铁尾矿、细骨料、膨胀珍珠岩、煤气化灰渣、生石灰、聚合物乳液、聚羧酸减水剂、水拌合均匀，得到混合料，将混合料置于模具中，振压成型，压强为5MPa，振动时间为15s，成型后脱模，所得坯体置于40℃的反应釜中，二氧化碳置换空气后，继续通入二氧化碳至反应釜压力为0.4MPa，保温保压碳化养护8h，取出后放置24h洒水养护28d。
实施例5：
一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，以重量份数计，包括以下组成成分：
硅酸盐水泥20份、钒钛铁尾矿20份、细骨料60份、膨胀珍珠岩10份、煤气化灰渣5份、生石灰10份、聚合物乳液3份、聚羧酸减水剂1份、水25份；
其中，细骨料为建筑垃圾经粗破、分选、磁选、细破、筛分、微生物改性后所获得的，粒径为0.5-4.5mm，表观密度2620kg/m3，紧密堆积密度1620kg/m3。
建筑垃圾的微生物改性方法和聚合物乳液的制备方法同实施例1；
上述用建筑垃圾制备人行步道透水砖的方法：
将硅酸盐水泥、钒钛铁尾矿、细骨料、膨胀珍珠岩、煤气化灰渣、生石灰、聚合物乳液、聚羧酸减水剂、水拌合均匀，得到混合料，将混合料置于模具中，振压成型，压强为8MPa，振动时间为10s，成型后脱模，所得坯体置于60℃的反应釜中，二氧化碳置换空气后，继续通入二氧化碳至反应釜压力为0.2MPa，保温保压碳化养护14h，取出后放置24h洒水养护28d。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，建筑垃圾经粗破、分选、磁选、细破、筛后直接加入作为细骨料。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，不经过巴氏芽孢杆菌菌液浸泡。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，不经过地衣芽孢杆菌菌液中浸泡。
对比例4：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入释氧剂。
对比例5：
与实施例1基本相同，区别在于，不经过碳化养护处理。
性能测试：
将本发明实施例1-5及对比例1-5中所制备透水砖作为试样进行性能测试；
试样的强度、透水/保水性能参照JC/T945-2005《透水砖》进行测试；
采用GB28635-2012附录E所述方法研究试样的抗冻性能，进行抗冻性实验时对试件进行50次冻融循环，冻融循环结束后，试件的抗压强度损失和抗折强度损失均不超过20％算合格，如果至少有一项损失超过20％为不合格。
测试结果如下表1所示：
表1：
由上表1可知，本发明所制备透水砖的力学性能优良，抗压强度在40MPa左右，抗折强度在5MPa左右，透水率高，抗冻性能优良。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，其特征在于，以重量份数计，由以下组成成分构成：
硅酸盐水泥20-30份、钒钛铁尾矿10-20份、细骨料60-80份、膨胀珍珠岩5-10份、煤气化灰渣5-10份、生石灰5-10份、聚合物乳液3-6份、聚羧酸减水剂0.5-1份、水25-30份；
所述细骨料为建筑垃圾经粗破、分选、磁选、细破、筛分、微生物改性后所获得的，粒径为0.5-4.5mm，表观密度2500-2750 kg/m3，紧密堆积密度1450-1660 kg/m3；
微生物改性所用菌种为巴氏芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌；
微生物改性方法如下：
将经过粗破、分选、磁选、细破、筛分后的建筑垃圾依次加入巴氏芽孢杆菌菌液和地衣芽孢杆菌菌液中浸泡，再加入到含尿素、钙盐和释氧剂的溶液中或将含尿素、钙盐和释氧剂的溶液喷洒到附着有巴氏芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的建筑垃圾表面；
所述释氧剂的制备方法如下：
将过氧化钙、乙基纤维素、火山渣混合后加入到聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀，蒸出溶剂，即得所述释氧剂；
所述聚合物乳液为羧甲基纤维素接枝丙烯酸酯共聚物乳液；
所述羧甲基纤维素接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法如下：
将羧甲基纤维素钠加入水中，50-55℃搅拌1-3h后升温至80-90℃，加入过硫酸钾反应10-20min后滴加由丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯组成的混合单体，滴毕后继续反应6-10h，用氨水调节体系pH至中性即可。
2.如权利要求1所述的利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，其特征在于，巴氏芽孢杆菌菌液、地衣芽孢杆菌菌液的浓度为1×105-1×108cfu/mL。
3.如权利要求1所述的利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，其特征在于，所述尿素、钙盐和释氧剂的质量比为1-5：1-5：0.1-0.2。
4.如权利要求1所述的利用建筑垃圾制备的人行步道透水砖，其特征在于，所述钙盐为甲酸钙、乙酸钙、丙酸钙、硝酸钙中的任意一种或多种组合。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的利用建筑垃圾制备人行步道透水砖的方法，其特征在于，将硅酸盐水泥、钒钛铁尾矿、细骨料、膨胀珍珠岩、煤气化灰渣、生石灰、聚合物乳液、聚羧酸减水剂、水拌合均匀，得到混合料，将混合料置于模具中，振压成型，压强为5-8MPa，振动时间为10-15s，成型后脱模，所得坯体置于40-60℃的反应釜中，二氧化碳压力为0.2-0.4MPa下碳化养护8-14h，取出后放置24h洒水养护至规定龄期即可。
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