專利名稱：一種鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)固體廢物利用與水處理應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)就是以鋼渣、尾 礦或其它工業(yè)固體廢物為主要原料的一種鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品及其制備 方法。該鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品可在水體生態(tài)修復(fù)中廣泛應(yīng)用。
背景技術(shù)：
生態(tài)混凝土，就是通過材料篩選、添加功能性添加劑、采用特殊工藝制造出來(lái)的具 有特殊結(jié)構(gòu)與功能，能減少環(huán)境負(fù)荷，提高與生態(tài)環(huán)境的相協(xié)調(diào)性，并能為環(huán)保做出貢獻(xiàn)的 混凝土(1995.日本混凝土工學(xué)協(xié)會(huì))。生態(tài)混凝土及其制品是近來(lái)較為引人注目的一種新型環(huán)保產(chǎn)品。中國(guó)專利申請(qǐng) 200910157604. 6公開了一種生態(tài)混凝土，主要是通過增加混凝土內(nèi)部的空隙并在其中加入 一定量的有機(jī)肥料、植物種子等成分，以起到固岸護(hù)提、改善水體生態(tài)等作用，也有通過在 混凝土中拌入微生物和培養(yǎng)基來(lái)起到強(qiáng)化凈水的作用。但是在這些生態(tài)混凝土技術(shù)中，采 用的均為普通混凝土材料，加工成本較高，并且所用基本材料水泥、石子均源自不可再生資 源。鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，每1噸鋼約產(chǎn)生0. 1-0. 14噸鋼渣。2007年我 國(guó)鋼渣產(chǎn)生量已達(dá)6546萬(wàn)噸，且每年還在遞增，而利用率僅為10%，絕大部分鋼渣仍然棄 置，不僅占用農(nóng)田，而且污染環(huán)境。鋼渣大規(guī)模資源化的主要出路就是作為水泥原料和混凝 土集料。目前鋼渣利用率低的主要原因是由于鋼渣穩(wěn)定性不好，影響了其在工程建筑上的 正常使用。影響鋼渣穩(wěn)定性的因素很多，主要是由于在煉鋼過程中為了脫除雜質(zhì)，常加入高 鈣、高鎂材料作造渣劑。轉(zhuǎn)爐煉鋼采用濺渣護(hù)爐技術(shù)后，造渣劑中鎂質(zhì)成分增加，渣的粘度 變大。因此隨著冶煉時(shí)間縮短，鋼渣中的氧化鈣和氧化鎂不能和二氧化硅等成分充分反應(yīng)， 形成了游離氧化鈣(f-CaO)和游離氧化鎂(f-MgO)存在于鋼渣中，在作建材或工程材料使 用時(shí)遇水會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)f-Ca0+H20 — Ca (OH) 2 體積膨脹 98 % ；f-Mg0+H20 — Mg (OH) 2 體積膨脹 148 %。尤其是f-MgO，它在常溫下完全消解的時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)20年之久，由于上述原因?qū)е?使用鋼渣為原料的道路、建筑物或建材制品因開裂而破壞。但是，當(dāng)鋼渣用于水面以下的水 工混凝土?xí)r，長(zhǎng)期浸在水中的混凝土在一定程度上會(huì)被軟化，將使得這些破壞應(yīng)力得到抑 制。中國(guó)專利申請(qǐng)200810233945. 2介紹的水工鋼渣尾礦模袋混凝土就具有這樣的作用，但 因土工布模袋的阻擋作用，在土工布降解消失前，該混凝土中鋼渣對(duì)水體的有害離子吸附 和去害化作用得不到發(fā)揮。另外該混凝土為致密混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)中間部分鋼渣的 水體凈化作用也將得不到有效發(fā)揮。已有技術(shù)表明(見《過程工程學(xué)報(bào)》，2008年6月，499-503頁(yè))鋼渣對(duì)水體中的重 金屬離子和CODra有很好的去除效果，平均去除率大于90%。例如，利用鋼渣的堿性和吸附 性可去除水中的鎳、銅、鉛、六價(jià)鉻等離子，中和酸性廢物，還可去除廢水中砷、磷等陰離子，以及固定廢水中的碳。另外，鋼渣還可處理陽(yáng)離子染料廢水，吸附污染土壤的有機(jī)離子和無(wú) 機(jī)離子，對(duì)三氯甲烷的去除率也在70 %左右。雖然鋼渣有上述的凈化污染水作用，但是在目 前水處理中僅將鋼渣顆粒簡(jiǎn)單的作為污水過濾材料使用。如針對(duì)我國(guó)農(nóng)村每年都有大量生 活、工業(yè)污水產(chǎn)生的情況，寶鋼與同濟(jì)大學(xué)合作開展了“崇明島水資源保障與水體系生態(tài)修 復(fù)技術(shù)與示范”的項(xiàng)目研究，通過在河邊采用鋪設(shè)鋼渣，和設(shè)置人工濕地等措施，使河水經(jīng) 過濕地后達(dá)到凈化目標(biāo)。在沒有使用鋼渣凈化之前，水中的魚蝦等各種生物已基本滅絕，產(chǎn) 生的有害氣體常令附近居民苦不堪言；而通過鋼渣和植物等層層過濾和凈化后，生物多樣 性指標(biāo)出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)，可用于飲用水和水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)水源，水體生態(tài)系統(tǒng)有極大的改善。以上 僅將鋼渣作為濾料，而沒有將鋼渣的凈水作用最大化，同時(shí)也沒有利用到鋼渣的膠凝性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，提供一種由鋼渣、尾礦或其 它工業(yè)固體廢物為主要成分、有顯著生態(tài)修復(fù)作用的鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制 品。該混凝土及其制品具有較強(qiáng)的凈水性能，尤其是具有定向凈水性能和可施工性能、高機(jī) 械強(qiáng)度與水下穩(wěn)定性和低成本性。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品的制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品通過以 下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品皆是由集料、膠結(jié)料、水、高分子添 加劑、微生物、培養(yǎng)基制備而成，各組分重量配比、添加量范圍為(干基重量計(jì))1)集料膠結(jié)料=3 5 1 ；2)水膠結(jié)料=0. 25 0. 65 ；3)微生物和培養(yǎng)基為外加，微生物和培養(yǎng)基的配比為1 1 1 10，微生物和 培養(yǎng)基的合計(jì)加入量為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的0. 1 5% ；4)高分子添加劑加入量占物料中膠結(jié)料基準(zhǔn)量的0. 5 3%。所述的集料為鋼渣或尾礦，其中粒級(jí)5 15毫米含量(重量)彡90%。鋼渣為堆 積一年以上的轉(zhuǎn)爐渣，安定性檢驗(yàn)合格；尾礦的含硫量和含泥量分別小于和3. 5%。所述的膠結(jié)料為鋼渣、礦渣、粉煤灰、硅酸鹽水泥熟料、石膏再加入少量的堿性激 發(fā)劑經(jīng)混合磨細(xì)而成，也可以分別磨細(xì)后再混合。鋼渣為堆積半年以上的中、高鈣轉(zhuǎn)爐渣， 安定性檢驗(yàn)合格；粉煤灰為火力發(fā)電的燃燒系統(tǒng)電除塵裝置所回收的粉塵廢棄物；礦渣為 粒化水淬高爐礦渣；堿性激發(fā)劑為K0H、Na0H、Ca (OH) 2、NaSiO3. nH20、CaCl2等中的一種或一 種以上復(fù)合而成。其最佳組分含量(重量)范圍為(膠結(jié)料按100%計(jì))鋼渣40 70%， 粉煤灰0 20 %，硅酸鹽水泥熟料0 25 %，石膏5 10 %，礦渣15 30 %，堿性激發(fā)劑 外加，是膠結(jié)料為基準(zhǔn)量的0. 1 3%。所述的石膏通常為二水石膏，也可以加工成無(wú)水石膏使用，另外石膏還可以是它 的工業(yè)廢棄物替代品，如檸檬酸渣、脫硫石膏。所述磨細(xì)的粒度為比表面積大于3600cm2/g。所述的膠結(jié)料還可以為市售的32. 5MPa標(biāo)號(hào)的商品鋼礦渣水泥，水泥中的鋼渣含量?jī)?yōu)選應(yīng)大于50%，比表面積大于3600cm2/g。所述高分子添加劑主要是一些水溶性聚合物的粉體或它們的乳液，優(yōu)選的是PVA、 EVA、羧甲基纖維素納、聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素、苯丙乳液、可再分散干膠粉的一種或幾 種的混合物。所述的高分子添加劑和混凝土中其它成分具有兼容性，在膠結(jié)料水化后的堿性環(huán) 境中具有穩(wěn)定性，在形成生態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)具有流平、增粘、保濕和增強(qiáng)的作用。所述的微生物和培養(yǎng)基中，微生物主要是芽孢桿菌、硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、放線 菌、酵母菌、乳酸菌的菌群，菌群具有耐堿性；培養(yǎng)基主要是木屑、秸桿屑和紙屑任意一種或 一種以上的混合物。在所述的微生物菌群中，針對(duì)水體污染特點(diǎn)和污染物狀況，優(yōu)選的菌群以下列某 一特定的微生物為主，它的含量(重量)占總微生物量的30 60%，其余含量為剩余五種 微生物。對(duì)于受亞硝酸鹽污染為主的水體，優(yōu)選微生物菌群中的主要細(xì)菌為硝化細(xì)菌，它 們能將對(duì)水生物毒性較強(qiáng)的氨和亞硝酸鹽氧化成對(duì)水生物無(wú)害的硝酸鹽，從而起到凈化水 質(zhì)的作用。對(duì)于生物排泄物、殘?bào)w污染為主的水體，優(yōu)選微生物菌群中的主要細(xì)菌為牙孢桿 菌，它們能在水中分泌豐富的纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶等胞外酶系，使得上述污染物礦化 成單細(xì)胞藻類所需要的無(wú)機(jī)養(yǎng)分，減少了有機(jī)物在水體中的堆積及其耗氧，有效保證了水 體生態(tài)中有機(jī)物氧化、氨化、硝化、反硝化的正常循環(huán)。對(duì)于硫化氫污染為主的水體，優(yōu)選微生物菌群中的主要細(xì)菌為光合細(xì)菌，它們?cè)?厭氧光照的條件下進(jìn)行光合作用，以硫化氫或小分子有機(jī)體為氫源，以小分子有機(jī)體為碳 源，以氨基酸等作為氮源，從而能迅速消除硫化氫、氨氮、有機(jī)酸等有害物質(zhì)。對(duì)于氨氮較多的養(yǎng)殖等水體，優(yōu)選微生物菌群中的主要細(xì)菌為放線菌，它們能夠 降解水體中的氨氮，增加水體中的溶氧量，穩(wěn)定水體中的pH值。對(duì)于含糖類較多的水體，優(yōu)選微生物菌群中的主要細(xì)菌為酵母菌，它們能夠有效 分解溶解于水中的糖，起到迅速降低水中生物耗氧量的作用，同時(shí)在水體中繁殖出來(lái)的酵 母菌又可被生活在水體中的魚蝦作為飼料蛋白加以利用。對(duì)于受腐敗有機(jī)體污染的水體，優(yōu)選微生物菌群中的主要細(xì)菌為乳酸菌，它們能 夠抑制腐敗菌的繁殖，和消解腐敗菌產(chǎn)生的毒素，從而凈化水體，改善水質(zhì)。所述的微生物菌群中好氧菌和厭氧菌共存，能同時(shí)很好的抵抗高溫、干燥、化學(xué)物 質(zhì)等不利因素，從而在各種環(huán)境下都能保持良好的凈化狀態(tài)。本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土的制備方法為將集料、膠結(jié)料、高分子添加劑、水經(jīng)過攪 拌后，進(jìn)行澆注成型，并在所成型結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)留有空腔，硬化后成混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)中 的空隙率在25 % 40 %之間，空隙的直徑在0. 01 5毫米之間，并在預(yù)留的空腔內(nèi)填滿培 養(yǎng)基和微生物菌群的混合物，最后用砂漿封上空腔。這些空隙為四通八達(dá)的網(wǎng)絡(luò)狀通道，生 態(tài)混凝土標(biāo)號(hào)超過C15普通混凝土標(biāo)號(hào)，為水體護(hù)岸、護(hù)坡、護(hù)底和能凈化水體(尤其是被 污染的水體)的鋼渣生態(tài)混凝土。本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土制品的制備方法為將集料、膠結(jié)料、高分子添加劑、水經(jīng) 過攪拌后，在模具中進(jìn)行澆注成型，或在壓磚機(jī)上進(jìn)行加壓成型，成為結(jié)構(gòu)中留有空腔的混凝土預(yù)制塊、砌塊和磚，結(jié)構(gòu)中的空隙率在25% 40%之間，空隙的直徑在0. 01 5毫米 之間，硬化后在預(yù)留的空腔內(nèi)填滿培養(yǎng)基和菌群的混合物，并用砂漿封上空腔口，然后砌筑 成為水體護(hù)岸、護(hù)坡的混凝土結(jié)構(gòu)，或鋪在水體的底部。這些空隙為四通八達(dá)的網(wǎng)絡(luò)狀通 道，生態(tài)混凝土砌塊標(biāo)號(hào)超過MU5混凝土砌塊標(biāo)號(hào)。本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品硬化后，便可以直接具有凈化污水 的作用，一段時(shí)間后可使得被圍護(hù)的被污染水體中的生態(tài)系統(tǒng)得到平衡，并且能顯著減少 水體中的污泥產(chǎn)生量。本發(fā)明一種鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品，可以大量使用鋼渣、尾礦、粉 煤灰等工業(yè)固體廢物，多孔、易微生物生長(zhǎng)繁殖，具有生態(tài)修復(fù)功能，其加工成本將遠(yuǎn)小于 目前的生態(tài)混凝土。另外鋼渣等工業(yè)渣的資源循環(huán)率可達(dá)到90%以上，在施工后的混凝土 組成和結(jié)構(gòu)中，鋼渣的膠凝性能、凈水性能和含尾礦的鋼渣混凝土的生態(tài)修復(fù)功能得到了 最大程度的發(fā)揮，用于各種污染程度水體的護(hù)坡、護(hù)岸、護(hù)底工程后，能顯著改善被污染水 體和受影響區(qū)域的水、土質(zhì)量，減少水體中的污泥產(chǎn)生量，起到良好的生態(tài)修復(fù)功效。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品具有以下的 積極效果(1)因大量采用鋼渣、尾礦工業(yè)廢棄物，它能使生態(tài)混凝土的加工成本大幅度降 低。(2)因?yàn)殇撛w粒被加工成比表面積大于3600cm2/g的細(xì)顆粒，再加上生態(tài)混凝土 所具有的多孔結(jié)構(gòu)，使鋼渣中的凈水有效成分最大程度地暴露在水體中，即可以使鋼渣本 身所具有的凈水功能得到最大程度的發(fā)揮，因此比目前簡(jiǎn)單使用鋼渣粗顆粒作為凈水材料 的水處理效果更佳。(3)被培養(yǎng)在混凝土結(jié)構(gòu)空腔中的微生物菌群，不受混凝土攪拌過程和硬化過程 的化學(xué)反應(yīng)影響，它們擁有溫和的生長(zhǎng)和生活環(huán)境。本發(fā)明的生態(tài)混凝土和目前直接將微 生物攪拌入混凝土的微生物混凝土相比，微生物菌群具有更快的繁殖和生長(zhǎng)速度，再加上 通過混凝土結(jié)構(gòu)中四通八達(dá)的多孔通道，它們對(duì)水體中污染物的生物降解和去害化作用更 強(qiáng)，且能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)發(fā)揮作用。(4)在本發(fā)明的內(nèi)容中，巧妙地將鋼渣的集料作用、膠凝作用、凈水作用，以及生物 降解作用最大化的集成為一體，再加上顯著的資源循環(huán)所帶來(lái)的低成本，這使得本發(fā)明的 生態(tài)混凝土技術(shù)優(yōu)于已有的生態(tài)混凝土技術(shù)。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施方式
進(jìn)一步描述本發(fā)明，由技術(shù)常識(shí)可知，本發(fā)明也可以通過 其它的不脫離本發(fā)明技術(shù)特征的方案來(lái)描述，因此所有在本發(fā)明范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明 所包含。實(shí)施例11)按照如下的方法制備混合微生物菌粉以微生物活動(dòng)較為頻繁處的污泥或污水處理廠的活性污泥作為菌種的采集樣本， 然后通過已有的分離篩選技術(shù)，先定向分離出含有芽孢桿菌、硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、放線菌、 酵母菌、乳酸菌的菌群，并選出它們之間的優(yōu)勢(shì)菌群，然后進(jìn)行逐級(jí)耐堿性馴化，得到耐堿性的芽孢桿菌、硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌等六類微生物，最后是混合發(fā) 酵，發(fā)酵時(shí)針對(duì)要處理水體小分子有機(jī)物濃度過高的污染特點(diǎn)，以光合細(xì)菌作為主要細(xì)菌， 將得到的六類微生物分別進(jìn)行一級(jí)種子培養(yǎng)和二級(jí)增殖培養(yǎng)后，按照光合細(xì)菌30份、硝化 細(xì)菌20份、芽孢桿菌25份、放線菌15份、酵母菌5份、乳酸菌5份的重量配比將它們加入 到混合發(fā)酵罐中，發(fā)酵制得混合微生物菌液，再通過冷凍干燥制成專門處理小分子有機(jī)物 濃度過高水體的混合微生物菌粉。2)按照如下的方法制備混合微生物菌粉和培養(yǎng)基的混合漿液取上述的混合微生物菌粉、培養(yǎng)基秸桿粉、水以1 1 2的重量比例進(jìn)行配合， 并攪拌1小時(shí)，制得混合微生物菌粉和培養(yǎng)基的混合漿料。3)按照如下的方法制備本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土 將集料、膠結(jié)料、高分子添加劑PVA、水等四部分進(jìn)行攪拌混合，各組分含量(重 量)范圍為集料膠結(jié)料=4 1，水膠結(jié)料=0.35，高分子添加劑PVA的計(jì)量為外加， 占膠結(jié)料量的1. 5%，并事先溶解在水里。所用的集料為鋼渣顆粒，其中粒級(jí)5 15毫米含量(重量)彡90%。所用的膠結(jié)料為鋼渣、礦渣、52. 5MPa的硅酸鹽水泥熟料、二水石膏，外加入0. 1% (以膠結(jié)料量為基準(zhǔn))的堿性激發(fā)劑，經(jīng)混合磨細(xì)而成，比表面積為4000cm2/g，膠結(jié)料中鋼 渣為堆積半年左右的轉(zhuǎn)爐熱潑渣，堿度系數(shù)1. 6，礦渣為?；愀郀t礦渣，堿性激發(fā)劑為 Κ0Η。各組分組成為鋼渣60%、礦渣15%、熟料20%、石膏5%，這種膠結(jié)料制備工藝命名 為“粉磨前混合”。將上述鋼渣集料、膠結(jié)料、PVA的水溶液經(jīng)過攪拌后，按照普通混凝土的施工方法， 注入水體區(qū)域周邊的澆注模板所圍成的空間內(nèi)，并進(jìn)行振實(shí)，同時(shí)在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)留有 空腔，硬化后將上述的微生物菌群和培養(yǎng)基的混合漿液加入空腔，加入量為集料、膠結(jié)料合 計(jì)量的0. 1 % (按干基重量計(jì)算)，并用水泥砂漿進(jìn)行封口，成為了鋼渣生態(tài)混凝土水體周 邊護(hù)岸墻，一周后脫模即具有凈化水體的功能。半年后，水體由渾濁變清澈，有機(jī)小分子濃 度得到控制。另外將澆注的混凝土取樣制成150mmX150mmX150mm的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，在 水中養(yǎng)護(hù)28天后的標(biāo)號(hào)達(dá)到C20混凝土的標(biāo)號(hào)要求。實(shí)施例2制備微生物菌群、微生物菌群和培養(yǎng)基的混合漿料的方法基本同具體實(shí)施例1，所 不同的是混合發(fā)酵時(shí)各菌群比例有所差別。發(fā)酵時(shí)針對(duì)要處理亞硝酸鹽污染為主的水體污 染特點(diǎn)，以硝化細(xì)菌作為主要細(xì)菌，將得到的六類微生物分別進(jìn)行一級(jí)種子培養(yǎng)和二級(jí)增 殖培養(yǎng)后，按照硝化細(xì)菌45份、光合細(xì)菌15份、芽孢桿菌25份、放線菌5份、酵母菌5份、 乳酸菌5份的重量配比將它們加入到混合發(fā)酵罐中，發(fā)酵制得混合微生物菌液，再通過冷 凍干燥制成專門處理受亞硝酸鹽污染水體的混合微生物菌粉。取上述的混合微生物菌粉、培養(yǎng)基木屑、水以1 3 2的重量比例進(jìn)行配合，并 攪拌1小時(shí)，制得混合微生物菌粉和培養(yǎng)基的混合漿料。按照如下的方法制備本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土制品將集料、膠結(jié)料、高分子添加劑、水等四部分進(jìn)行攪拌混合，高分子添加劑為羧甲 基纖維鈉粉末，各組分含量(重量)范圍為集料膠結(jié)料=3.5 1，水膠結(jié)料=0.25， 羧甲基纖維 粉末的計(jì)量為外加，占膠結(jié)料量基準(zhǔn)的1%，并事先溶解在水里。
所用的集料為鐵礦尾礦顆粒，其中粒級(jí)5 15毫米含量(重量)> 90%。所用的膠結(jié)料為鋼渣、礦渣、粉煤灰、52. 5MPa的硅酸鹽水泥熟料、石膏，外加入膠 結(jié)料量的堿性激發(fā)劑NaOH，先分別磨細(xì)成比表面積為4200cm2/g左右的粉體，再按計(jì) 量配比后進(jìn)行混合而成，膠結(jié)料中鋼渣為堆積半年左右的轉(zhuǎn)爐熱潑渣，堿度系數(shù)1. 6，粉煤 灰為低鈣粉煤灰，礦渣為?；愀郀t礦渣。各組分組成為鋼渣50%，礦渣18%，粉煤灰 5 %，硅酸鹽水泥熟料20 %，石膏7 %，這種膠結(jié)料制備工藝命名為“粉磨后混合”將上述鐵礦尾礦集料、膠結(jié)料、羧甲基纖維鈉的水溶液經(jīng)過攪拌后，按照普通混凝 土砌塊的加工方法，先加工成內(nèi)有空腔的混凝土砌塊，硬化后將上述的微生物菌群和培養(yǎng) 基的混合漿料加入部分砌塊的空腔，加入量為為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的5% (按干基重量計(jì) 算)，并用水泥砂漿進(jìn)行封口，制備成本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土制品。將這些砌塊和未加入混合漿料的砌塊組合匹配后，鋪砌在被污染水體四周或其經(jīng) 過通道兩側(cè)和底部，形成圍護(hù)結(jié)構(gòu)和護(hù)底結(jié)構(gòu)，鋪成后即可具有凈化水體的功能，其中護(hù)底 的砌塊采用表面有防阻塞層的砌塊。半年后，水體由渾濁變清澈，亞硝酸鹽污染得到控制， 并且水體底部沒有污泥產(chǎn)生。經(jīng)檢測(cè)這些砌塊的28天齡期強(qiáng)度達(dá)到了 MulO普通混凝土砌 塊的要求。實(shí)施例3針對(duì)要處理氨氮較多的養(yǎng)殖水體污染特點(diǎn)，以放線菌作為主要細(xì)菌，將得到的六 類微生物分別進(jìn)行一級(jí)種子培養(yǎng)和二級(jí)增殖培養(yǎng)后，按照放線菌35份、光合細(xì)菌15份、芽 孢桿菌20份、硝化細(xì)菌20份、酵母菌5份、乳酸菌5份的重量配比將它們加入到混合發(fā)酵 罐中，發(fā)酵制得混合微生物菌液，再通過冷凍干燥制成專門處理氨氮較多的養(yǎng)殖水體污染 的混合微生物菌粉。取上述的混合微生物菌粉、培養(yǎng)基紙屑、水以1 5 3的重量比例進(jìn)行配合，并 攪拌1小時(shí)，制得混合微生物菌粉和培養(yǎng)基的混合漿料。按照如下的方法制備鋼渣生態(tài)混凝土制品將集料、膠結(jié)料、高分子添加劑、水等四部分進(jìn)行攪拌混合，高分子添加劑為聚丙 烯酰胺，各組分含量(重量)范圍為集料膠結(jié)料=4 1，水膠結(jié)料=0.4，聚丙烯酰胺 的計(jì)量為外加，占膠結(jié)料量的2%。膠結(jié)料制備工藝為“粉磨前混合”。將上述鐵礦尾礦集料、膠結(jié)料、聚丙烯酰胺、水、經(jīng)過攪拌后，按照普通混凝土砌塊 的加工方法，先加工成內(nèi)有空腔的混凝土砌塊，硬化后將上述的微生物菌群和培養(yǎng)基的混 合漿料加入部分砌塊的空腔，加入量為為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的1. 5% (按干基重量計(jì)算)， 先加入部分砌塊，并用水泥砂漿進(jìn)行封口，制備出鋼渣生態(tài)混凝土制品。將這些砌塊和未加入微生物菌群的砌塊進(jìn)行組合，鋪砌在被污染水體四周、底部 或其經(jīng)過通道兩側(cè)，形成圍護(hù)結(jié)構(gòu)和護(hù)底結(jié)構(gòu)，鋪成后即可具有凈化水體的功能。半年后， 水體由渾濁變清澈，氨氮較多的養(yǎng)殖水體污染得到控制，魚、蝦、蟹等水體生物產(chǎn)量大增，并 且水體底部?jī)H有少量污泥產(chǎn)生。經(jīng)檢測(cè)這些砌塊的28天齡期強(qiáng)度達(dá)到Mul5普通混凝土砌 塊的要求。實(shí)施例4針對(duì)生物排泄物、有機(jī)殘?bào)w污染為主的水體，以牙孢桿菌作為主要細(xì)菌，將得到的六類微生物分別進(jìn)行一級(jí)種子培養(yǎng)和二級(jí)增殖培養(yǎng)后，按照牙孢桿菌40份、光合細(xì)菌15 份、放線菌10份、硝化細(xì)菌15份、酵母菌10份、乳酸菌10份的重量配比將它們加入到混合 發(fā)酵罐中，發(fā)酵制得混合微生物菌液，再通過冷凍干燥制成專門處理生物排泄物、有機(jī)殘?bào)w 污染為主的水體污染用混合微生物菌粉。取上述的混合微生物菌粉、培養(yǎng)基紙屑、水以1 10 5的重量比例進(jìn)行配合，并 攪拌1小時(shí)，制得混合微生物菌粉和培養(yǎng)基的混合漿料。按照如下的方法制備本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土 將集料、膠結(jié)料、高分子添加劑、水等四部分進(jìn)行攪拌混合，高分子添加劑為EVA， 各組分含量(重量)范圍為集料膠結(jié)料=5 1，水膠結(jié)料=0. 3,EVA的計(jì)量為外加， 占膠結(jié)料量的2.5%。膠結(jié)料制備工藝為“粉磨前混合”。將上述鐵礦尾礦集料、膠結(jié)料、EVA、水經(jīng)過攪拌后，按照普通混凝土的加工和施工 方法，注入水體區(qū)域周邊的澆注岸墻用模板所圍成的空間內(nèi)，并進(jìn)行振實(shí)，同時(shí)在混凝土結(jié) 構(gòu)內(nèi)預(yù)留有空腔，硬化后將上述的微生物菌群和培養(yǎng)基的混合漿料加入空腔，加入量為為 集料、膠結(jié)料合計(jì)量的1. 5% (按干基重量計(jì)算)，并用水泥砂漿進(jìn)行封口，成為了水體周邊 的鋼渣生態(tài)混凝土護(hù)岸墻，一周后脫模即具有凈化水體的功能。3個(gè)月后，水體漸漸由渾濁 變清澈，水體的生物排泄物、有機(jī)殘?bào)w污染得到根治，水體中溶氧量增加。另外將澆注的混 凝土取樣，制成150mmX 150mmX 150mm的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，在水中養(yǎng)護(hù)28天后，標(biāo)號(hào)達(dá)到了 C25混凝土的標(biāo)號(hào)要求。實(shí)施例5針對(duì)受腐敗有機(jī)體污染為主的水體，以乳酸菌作為主要細(xì)菌，將得到的六類微生 物分別進(jìn)行一級(jí)種子培養(yǎng)和二級(jí)增殖培養(yǎng)后，按照乳酸菌30份、光合細(xì)菌20份、放線菌10 份、硝化細(xì)菌15份、酵母菌5份、牙孢桿菌20份的重量配比將它們加入到混合發(fā)酵罐中，發(fā) 酵制得混合微生物菌液，再通過冷凍干燥制成專門處理受腐敗有機(jī)體污染為主水體的混合 微生物菌粉。取上述的混合微生物菌粉、培養(yǎng)基紙屑和木屑、水以1 2.5 2. 5的重量比例進(jìn) 行配合，并攪拌1小時(shí)，制得混合微生物菌粉和培養(yǎng)基的混合漿料。按照如下的方法制備本發(fā)明鋼渣生態(tài)混凝土 將集料、膠結(jié)料、高分子添加劑、水等四部分進(jìn)行攪拌混合，高分子添加劑為可再 分散干膠粉，各組分含量(重量)范圍為集料膠結(jié)料=4.5 1，水膠結(jié)料=0.45，可 再分散干膠粉的計(jì)量為外加，占膠結(jié)料量的2. 5%。膠結(jié)料制備工藝為“粉磨后混合”。將上述鐵礦尾礦集料、膠結(jié)料、可再分散干膠粉、水、經(jīng)過攪拌后，按照普通混凝土 的加工和施工方法，注入水體區(qū)域周邊的岸墻體澆注模板所形成的空間內(nèi)，并進(jìn)行振實(shí)，同 時(shí)在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)留有空腔，硬化后將上述的微生物菌群和培養(yǎng)基的混合漿液加入空 腔，加入量為為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的2% (按干基重量計(jì)算)，并用水泥砂漿進(jìn)行封口，成 為了鋼渣生態(tài)混凝土水體周邊護(hù)岸墻，一周后脫模即具有凈化水體的功能。3個(gè)月后，水體 漸漸由渾濁變清澈，水體受腐敗有機(jī)體污染的狀況得到根治，水體中溶氧量增加。另外將澆 注的混凝土取樣制150mmX 150mmX 150mm的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊。在水中養(yǎng)護(hù)28天后，標(biāo)號(hào)達(dá)到了 C20混凝土的標(biāo)號(hào)要求。實(shí)施例6針對(duì)糖類污染為主的水體，以酵母菌作為主要細(xì)菌，將得到的六類微生物分別進(jìn) 行一級(jí)種子培養(yǎng)和二級(jí)增殖培養(yǎng)后，按照酵母菌30份、光合細(xì)菌15份、放線菌10份、硝化 細(xì)菌15份、乳酸菌5份、牙孢桿菌25份的重量配比將它們加入到混合發(fā)酵罐中，發(fā)酵制得 混合微生物菌液，再通過冷凍干燥制成專門處理糖類污染為主的混合微生物菌粉。取上述的混合微生物菌粉、培養(yǎng)基木屑、水以1 2.5 5的重量比例進(jìn)行配合， 并攪拌1小時(shí)，制得混合微生物菌粉和培養(yǎng)基的混合漿料。按照如下的方法制備鋼渣生態(tài)混凝土 將集料、膠結(jié)料、高分子添加劑、水等四部分進(jìn)行攪拌混合，高分子添加劑為改性 聚丙烯酸樹脂，各組分含量(重量)范圍為集料膠結(jié)料=3. 8 1，水膠結(jié)料=0.6，改 性聚丙烯酸樹脂乳液的計(jì)量為外加，乳液的固含量50%，高分子添加劑占膠結(jié)料量基準(zhǔn)的5%。膠結(jié)料制備工藝為“粉磨后混合”將上述鐵礦尾礦集料、膠結(jié)料、改性聚丙烯酸樹脂乳液、水、經(jīng)過攪拌后，按照普通 混凝土的加工和施工方法，注入水體區(qū)域周邊的岸墻體澆注模板所圍成的空間內(nèi)，以及水 體底部護(hù)底澆注模板所圍成的空間內(nèi)，并進(jìn)行振實(shí)，同時(shí)在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)留有空腔，硬化 后將上述的微生物菌群和培養(yǎng)基的混合漿液加入空腔，加入量為為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的 0.5% (按干基重量計(jì)算)，并用水泥砂漿進(jìn)行封口，成為了鋼渣生態(tài)混凝土水體周邊護(hù)岸 墻和護(hù)底層，一周脫模后，砂漿層硬化后即具有凈化水體的功能。3個(gè)月后，水體漸漸由渾濁 變清澈，水體受糖類嚴(yán)重污染的狀況得到根治，水體中溶氧量增加，污泥量顯著減少，水體 中開始有魚蝦出現(xiàn)。另外將澆注的混凝土取樣150mmX 150mmX 150mm的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊。 在水中養(yǎng)護(hù)28天后的標(biāo)號(hào)達(dá)到C20混凝土的標(biāo)號(hào)要求。實(shí)施例7針對(duì)通常各類污染成分均較為突出的被污染水體，將得到的六類微生物分別進(jìn)行 一級(jí)種子培養(yǎng)和二級(jí)增殖培養(yǎng)后，按照乳酸菌10份、光合細(xì)菌15份、放線菌15份、硝化細(xì) 菌30份、酵母菌5份、牙孢桿菌25份的重量配比將它們加入到混合發(fā)酵罐中，發(fā)酵制得混 合微生物菌液，再通過冷凍干燥制成專門處理上述污染水體的混合微生物菌粉。取上述的混合微生物菌粉、培養(yǎng)基紙屑、水以1 3 5的重量比例進(jìn)行配合，并 攪拌1小時(shí)，制得混合微生物菌粉和培養(yǎng)基的混合漿料。按照如下的方法制備鋼渣生態(tài)混凝土 將集料、膠結(jié)料、高分子添加劑、水等四部分進(jìn)行攪拌混合，高分子添加劑為羥乙 基纖維素(HEC)，各組分含量(重量)范圍為集料膠結(jié)料=3 1，水膠結(jié)料=0. 4，羥 乙基纖維素的計(jì)量為外加，占膠結(jié)料量為基準(zhǔn)的0. 5%。膠結(jié)料制備工藝為“粉磨前混合”。將上述鐵礦尾礦集料、膠結(jié)料、HEC、水、經(jīng)過攪拌后，按照普通混凝土的加工和施 工方法，注入水體區(qū)域周邊的岸墻體澆注用模板所圍成的空間內(nèi)，并進(jìn)行振實(shí)，同時(shí)在混凝 土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)留有空腔，硬化后將上述的微生物菌群和培養(yǎng)基的混合漿液加入空腔，加入量 為為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的(按干基重量計(jì)算)，并用水泥砂漿進(jìn)行封口，成為了水體周邊的鋼渣生態(tài)混凝土護(hù)岸墻，一周后即具有凈化水體的功能。3個(gè)月后，水體漸漸由渾濁變 清澈，水體受嚴(yán)重污染的狀況得到根治，水體中溶氧量增加，污泥量顯著減少，水體中開始 有魚蝦出現(xiàn)。另外將澆注的混凝土取樣制成150mmX150mmX 150mm的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊。在 水中養(yǎng)護(hù)28天后的標(biāo)號(hào)達(dá)到C25混凝土的標(biāo)號(hào)要求，砌塊的標(biāo)號(hào)達(dá)到了 MU15標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)施例3-7與實(shí)施例1或2及本發(fā)明內(nèi)容中介紹的工藝步驟基本相同，其組分和 重量(％)如表1(表中所列的礦渣為?；愀郀t礦渣，尾礦為鐵礦尾礦，石膏可以是二水 石膏、脫硫石膏和檸檬酸渣)，NaSiO3. IiH2O (水玻璃)的模數(shù)為1，實(shí)施例7中的鋼礦渣水泥 為32. 5MPa標(biāo)號(hào)的商品鋼礦渣水泥。表1列示了鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣鋼渣生態(tài)混凝土的組分與重量(％ )。
權(quán)利要求
一種鋼渣生態(tài)混凝土，其特征在于它是由集料、膠結(jié)料、水、高分子添加劑、微生物、培養(yǎng)基制備而成，各組分重量配比、添加量范圍為(干基重量計(jì))1)集料∶膠結(jié)料＝3～5∶1；2)水∶膠結(jié)料＝0.25～0.65；3)微生物和培養(yǎng)基為外加，微生物和培養(yǎng)基的配比為1∶1～1∶10，微生物和培養(yǎng)基的合計(jì)加入量為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的0.1～5％；4)高分子添加劑加入量占物料中膠結(jié)料基準(zhǔn)量的0.5～3％；所述的集料為鋼渣或尾礦，其中粒級(jí)5～15毫米含量(重量)≥90％；所述的膠結(jié)料為鋼渣、礦渣、粉煤灰、硅酸鹽水泥熟料、石膏再加入少量的堿性激發(fā)劑經(jīng)混合磨細(xì)或分別磨細(xì)后再混合而成，其組分含量(重量)范圍為(膠結(jié)料按100％計(jì))鋼渣40～70％，粉煤灰0～20％，硅酸鹽水泥熟料0～25％，石膏5～10％，礦渣15～30％，堿性激發(fā)劑外加，是膠結(jié)料為基準(zhǔn)量的0.1～3％；所述高分子添加劑為與其它成分具有兼容性、在膠凝材料水化后的堿性環(huán)境中具有穩(wěn)定性的水溶性聚合物的粉體或它們的乳液；所述的微生物是包含芽孢桿菌、硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌的菌群，所述的培養(yǎng)基是木屑、秸桿屑和紙屑任意一種或一種以上的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼渣生態(tài)混凝土，其特征在于所述的集料鋼渣為為堆積一年 以上的轉(zhuǎn)爐渣；所述磨細(xì)的粒度為比表面積大于3600cm2/g。
3.如權(quán)利要求1所述的鋼渣生態(tài)混凝土，其特征在于所述的集料為含硫量和含泥量 分別小于和3. 5%的尾礦；所述磨細(xì)的粒度為比表面積大于3600cm2/g。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的鋼渣生態(tài)混凝土，其特征在于所述的膠結(jié)料中的鋼渣 為堆積半年以上的中、高鈣轉(zhuǎn)爐渣；粉煤灰為火力發(fā)電的燃燒系統(tǒng)電除塵裝置所回收的粉 塵廢棄物；礦渣為?；愀郀t礦渣；堿性激發(fā)劑為K0H、Na0H、Ca (OH) 2、NaSiO3. nH20,CaCl2 等中的一種或一種以上復(fù)合而成；所述的石膏為二水石膏或無(wú)水石膏。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的鋼渣生態(tài)混凝土，其特征在于所述的高分子添加劑是 PVA、EVA、羧甲基纖維素納、聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素、苯丙乳液、可再分散干膠粉的一種 或幾種的混合物。
6.如權(quán)利要求4所述的鋼渣生態(tài)混凝土，其特征在于所述的高分子添加劑是PVA、 EVA、羧甲基纖維素納、聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素、苯丙乳液、可再分散干膠粉的一種或幾 種的混合物。
7.—種鋼渣生態(tài)混凝土，其特征在于它是由集料、膠結(jié)料、水、高分子添加劑、微生物、 培養(yǎng)基制備而成，各組分重量配比、添加量范圍為(干基重量計(jì))1)集料膠結(jié)料=3 5 1 ；2)水膠結(jié)料=0.25 0. 65 ；3)微生物和培養(yǎng)基為外加，微生物和培養(yǎng)基的配比為1 1 1 10，微生物和培養(yǎng) 基的合計(jì)加入量為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的0. 1 5% ；4)高分子添加劑加入量占物料中膠結(jié)料基準(zhǔn)量的0.5 3% ；所述的集料為鋼渣或尾礦，其中粒級(jí)5 15毫米含量(重量)> 90% ；所述的膠結(jié)料為為市售的32. 5MPa標(biāo)號(hào)的商品鋼礦渣水泥，水泥中的鋼渣含量大于50%，比表面積大于3600cm2/g ；所述的高分子添加劑是PVA、EVA、羧甲基纖維素納、聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素、苯丙乳 液、可再分散干膠粉的一種或幾種的混合物。所述的微生物是包含芽孢桿菌、硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌的菌群， 所述的培養(yǎng)基是木屑、秸桿屑和紙屑任意一種或一種以上的混合物。
8.—種鋼渣生態(tài)混凝土制品，其特征在于它是由集料、膠結(jié)料、水、高分子添加劑、微 生物、培養(yǎng)基制備而成，各組分重量配比、添加量范圍為(干基重量計(jì))1)集料膠結(jié)料=3 5 1 ；2)水膠結(jié)料=0.25 0. 65 ；3)微生物和培養(yǎng)基為外加，微生物和培養(yǎng)基的配比為1 1 1 10，微生物和培養(yǎng) 基的合計(jì)加入量為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的0. 1 5% ；4)高分子添加劑加入量占物料中膠結(jié)料基準(zhǔn)量的0.5 3% ；所述的集料為鋼渣或尾礦，其中粒級(jí)5 15毫米含量(重量)>90% ；所述的膠結(jié)料為鋼渣、礦渣、粉煤灰、硅酸鹽水泥熟料、石膏再加入少量的堿性激發(fā)劑 經(jīng)混合磨細(xì)或分別磨細(xì)后再混合而成，磨細(xì)的粒度為比表面積大于3600cm2/g，其組分含量 (重量)范圍為(膠結(jié)料按100%計(jì))鋼渣40 70%，粉煤灰0 20%，硅酸鹽水泥熟料 0 25%，石膏5 10%，礦渣15 30%，堿性激發(fā)劑外加，是膠結(jié)料為基準(zhǔn)量的0. 1 3% ；鋼渣為堆積半年以上的中、高鈣轉(zhuǎn)爐渣，粉煤灰為火力發(fā)電的燃燒系統(tǒng)電除塵裝置所 回收的粉塵廢棄物，礦渣為?；愀郀t礦渣，堿性激發(fā)劑為KOH、NaOH, Ca (OH) 2、NaSiO3. nH20、CaCl2等中的一種或一種以上復(fù)合而成)，石膏為二水石膏或無(wú)水石膏；所述的高分子高分子添加劑是PVA、EVA、羧甲基纖維素納、聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素、 苯丙乳液、可再分散干膠粉的一種或幾種的混合物；所述的微生物是包含芽孢桿菌、硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌的菌群， 所述的培養(yǎng)基是木屑、秸桿屑和紙屑任意一種或一種以上的混合物。
9.如權(quán)利要求1、2、3或7所述的鋼渣生態(tài)混凝土的制備方法，其特征在于將集料、膠 結(jié)料、高分子添加劑、水經(jīng)過攪拌后，進(jìn)行澆注成型，并在所成型結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)留有空腔，硬化后 成混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)中的空隙率在25% 40%之間，空隙的直徑在0. 01 5毫米之 間，并在預(yù)留的空腔內(nèi)填滿培養(yǎng)基和微生物菌群的混合物，最后用砂漿封上空腔。
10.如權(quán)利要求8所述的鋼渣生態(tài)混凝土制品的制備方法，其特征在于將集料、膠結(jié) 料、高分子添加劑、水經(jīng)過攪拌后，在模具中進(jìn)行澆注成型，或在壓磚機(jī)上進(jìn)行加壓成型，成 為結(jié)構(gòu)中留有空腔的混凝土預(yù)制塊、砌塊和磚，結(jié)構(gòu)中的空隙率在25% 40%之間，空隙 的直徑在0. 01 5毫米之間，硬化后在預(yù)留的空腔內(nèi)填滿培養(yǎng)基和菌群的混合物，并用砂 漿封上空腔口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼渣生態(tài)混凝土、鋼渣生態(tài)混凝土制品及其制備方法，它是由集料、膠結(jié)料、水、高分子添加劑、微生物、培養(yǎng)基制備而成，各組分重量配比、添加量范圍為(干基重量計(jì))集料∶膠結(jié)料＝3～5∶1，水∶膠結(jié)料＝0.25～0.65，微生物和培養(yǎng)基為外加，微生物和培養(yǎng)基的配比為1∶1～1∶10，微生物和培養(yǎng)基的合計(jì)加入量為集料、膠結(jié)料合計(jì)量的0.1～5％；高分子添加劑加入量占物料中膠結(jié)料基準(zhǔn)量的0.5～3％。將上述組分經(jīng)過攪拌后，進(jìn)行澆注成型，或在壓磚機(jī)上進(jìn)行加壓成型，制成結(jié)構(gòu)中留有空腔的混凝土或混凝土預(yù)制塊、砌塊和磚，結(jié)構(gòu)中的空隙率在25％～40％之間，空隙的直徑在0.01～5毫米之間。本發(fā)明具有定向凈水性能、可施工性能、高機(jī)械強(qiáng)度與水下穩(wěn)定性、低成本性，可在水體生態(tài)修復(fù)中廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)C04B28/14GK101880147SQ20101017268
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月1日
發(fā)明者何業(yè)俊, 樊傳剛, 范曉鳴, 魯廷桂 申請(qǐng)人:馬鞍山市黃河水處理工程有限公司