摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶粒混凝土及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷良爸苽?，其特征是以再生粗骨料和陶粒為混凝土的粗骨料，摻入適量經(jīng)過預(yù)處理的工業(yè)廢料、農(nóng)業(yè)剩余物、以及生活垃圾等工農(nóng)業(yè)固體廢棄物作為摻合料，利用水泥、水、高效減水劑和增強(qiáng)料配制膠結(jié)料，通過預(yù)設(shè)的攪拌工藝和制備方法進(jìn)行拌合，生產(chǎn)出一種力學(xué)性能、透水性能和耐久性能俱佳的生態(tài)混凝土，該混凝土廢棄物利用率高達(dá)80%左右，綠色環(huán)保，可以就地取材，經(jīng)濟(jì)效益顯著，陶?？紫遁^小，能夠持續(xù)穩(wěn)定處理污水，因此該混凝土一般用于水環(huán)境綜合整治工程，除此之外，由于其輕質(zhì)高強(qiáng)，透水性好，也可用于人行道和停車場(chǎng)等透水路面工程，以及生態(tài)河道護(hù)坡和屋頂景觀種植等綠化工程。
【專利說明】摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷良爸苽?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷良爸苽?，具體是利用再生骨料、陶粒和工農(nóng)業(yè)固體廢棄物來制備透水混凝土，主要用于水資源綜合整治工程、透水路面工程和生態(tài)護(hù)坡工程等，屬于再生資源透水混凝土【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]從論文來看，中南大學(xué)巫昊峰2009年的碩士論文《綠色陶粒及其透水混凝土研究》中，采用廢瓷粉、紅泥、粉煤灰為原料燒制陶粒，研究原材料以及燒結(jié)制度對(duì)陶粒性能的影響，并采用陶粒作為透水混凝土的骨料，研究了透水混凝土孔隙率、透水系數(shù)、力學(xué)性能相互之間的關(guān)系；天津大學(xué)吳春雷2010年碩士學(xué)位論文《橡膠集料透水混凝土基本性能的試驗(yàn)研究》中，根據(jù)對(duì)橡膠集料混凝土耐久性的認(rèn)識(shí)，在透水混凝土中加入橡膠集料，制備橡膠集料透水混凝土，研究橡膠集料透水混凝土的強(qiáng)度、透水性能、抗凍性能和耐磨性能；但是，摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物、再生骨料以及陶粒的透水混凝土尚未有學(xué)者研究。
[0003]從已申請(qǐng)過的專利來看，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所在其2008年公開的專利《多介質(zhì)多孔水質(zhì)凈化透水材料》(101172822)中，以普通混凝土、農(nóng)林廢棄物和其他無機(jī)材料為基本原料，制造一種多介質(zhì)多孔水質(zhì)凈化透水材料，其中無機(jī)材料的權(quán)利要求中包含陶粒這種材料；廣西大學(xué)在其2014年公開的專利《一種陶粒再生混凝土及空心砌塊砌體和制備方法》(104150821A)中，陶粒再生混凝土是以陶粒為粗骨料、廢棄混凝土為再生細(xì)骨料，來制造綠色墻體材料；但是以再生骨料和陶粒為基本骨架，摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的透水混凝土尚未申請(qǐng)過專利。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷良爸苽?，本發(fā)明利用再生骨料、陶粒和工農(nóng)業(yè)固體廢棄物來制備透水混凝土，主要用于水資源綜合整治工程、透水路面工程和生態(tài)護(hù)坡工程等。廢棄物綜合利用率達(dá)到80%左右，并且這些廢棄物都是可以就地取材，比如，再生骨料通過廢棄混凝土破碎得到，陶粒可通過河底淤泥燒結(jié)或免燒得到，工農(nóng)業(yè)固體廢棄物經(jīng)過簡(jiǎn)單無害化處理和破碎后就可利用，因此，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用性比較強(qiáng)，未來前景可觀。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶粒混凝土，其特征在于，所述混凝土配合比按照體積法進(jìn)行計(jì)算，粗骨料緊密堆積孔隙率在40%左右，設(shè)計(jì)孔隙率在15%-25%之間，水泥為普通硅酸鹽水泥，水泥密度在3000kg/m3左右，水灰比在0.25-0.35之間，減水劑摻量為水泥質(zhì)量的1%，增強(qiáng)料摻量為水泥質(zhì)量的2.1%-2.5%之間，每立方各原料的質(zhì)量kg/m3為:再生粗骨料405-825、陶粒90-450、工農(nóng)業(yè)固體廢棄物20-200、水泥344-620、水120-155、減水劑3.4-6.2、增強(qiáng)料7.2-15.5。
[0006]所述的再生骨料是廢棄混凝土破碎后、進(jìn)行過篩水洗處理，選用粒徑為4.75-9.5mm、9.5-19.0mm和19.0-26.5mm的單粒級(jí)再生粗骨料，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177-2010)中II類用石標(biāo)準(zhǔn)。
[0007]所述的陶粒如下:粘土陶粒、粉煤灰陶粒、頁(yè)巖陶粒、垃圾陶粒、煤矸石陶粒、生物污泥陶粒、河底泥陶粒、海泥陶粒、硅藻土陶粒、玻璃陶粒、珍珠巖陶粒和尾礦粉陶粒，陶粒的成型方式包括燒脹型、燒結(jié)性、輕燒型和免燒型等，選用粒徑為4.75-9.5mm、
9.5-19.0mm和19.0-26.5mm的單粒級(jí)陶粒，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合《輕集料及其試驗(yàn)方法》(GB/T 17431.1-2010)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
[0008]所述的工農(nóng)業(yè)固體廢棄物如下:
(I)工業(yè)廢物；按照屬性進(jìn)行分類，一般包括:冶金廢渣，如高爐礦渣、鋼渣、各種有色金屬渣、鐵合金渣、化鐵爐渣和各種粉塵、污泥等；采礦廢渣，如各種廢石、煤矸石和尾礦等；燃料廢渣，如煤渣、煙道灰、煤粉渣和頁(yè)巖灰等；化工廢渣，硫酸礦燒渣、電石渣、堿渣、煤氣爐渣、磷渣、汞渣、鉻渣、鹽泥、污泥、硼渣、廢塑料以及橡膠碎屑等；其他，如玻璃廢渣、陶瓷廢渣、造紙廢渣和建筑廢材等。
[0009](2)農(nóng)業(yè)剩余物；按照屬性進(jìn)行分類，一般包括:農(nóng)田和果園殘留物，如秸桿、殘株、雜草、落葉、果實(shí)外殼、藤蔓、樹枝和其他廢物等；農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物，如肉食加工廢棄物、牧業(yè)加工廢棄物、林業(yè)加工廢棄物和漁業(yè)加工廢棄物等；甚至有機(jī)肥綜合利用，適量摻入混凝土中，也可以促進(jìn)水生植物和微生物的生長(zhǎng)，從而改善水質(zhì)凈化的效果。
[0010](3)生活垃圾；按照屬性進(jìn)行分類，一般包括:可回收垃圾，如紙類、金屬、木材、塑料和玻璃等；廚房垃圾，如剩菜剩飯、骨頭、菜根菜葉等食品類廢物；其他垃圾，如渣土、織物和橡I父等。
[0011]所有這些工農(nóng)業(yè)固體廢棄物，首先要對(duì)其進(jìn)行無害化處理，體積較大的個(gè)體要破碎成顆粒狀或纖維狀，然后按粒徑的大小來使用，如粒徑大于4.75mm就和再生骨料、陶粒一起作為粗骨料摻入，如粒徑小于4.75mm,就作為細(xì)骨料摻入。
[0012]再生骨料的緊密堆積密度在1350-1650 kg/m3之間，摻量在30%_50%之間；陶粒的緊密堆積密度在300-900 kg/m3之間，摻量在30%-50%之間；工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的的緊密堆積密度在100-1000 kg/m3之間，摻量為20%。
[0013]配合比設(shè)計(jì)完成之后，就進(jìn)入到一種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷恋闹苽?，其特征是，所述制備步驟如下:
(1)先將CABR-HJ60型雙臥軸混凝土攪拌機(jī)料倉(cāng)用濕布擦拭干凈，按配合比稱好的再生粗骨料、陶粒、工農(nóng)業(yè)固體廢棄物和水泥一起加入容器內(nèi)，邊攪拌邊加水，30s內(nèi)加入50%的拌合用水，然后加入減水劑和增強(qiáng)料，攪拌30s后逐漸加入剩余的拌合用水，觀察其表面色澤的變化，如出現(xiàn)金屬光澤，說明此時(shí)混凝土具有較好的工作性，可以下料；
(2)混凝土成型時(shí)，可采用插搗成型或靜壓成型，插搗成型時(shí)利用插搗棒分兩層振搗或插搗，振搗面或插搗面上的間距和力度均勻分布，并保持插搗棒垂直上下；靜壓成型時(shí)，成型壓力在1.5MPa左右；最后用ZB5平板振動(dòng)抹光機(jī)將表面抹平,覆膜養(yǎng)護(hù)；
在制備之前需要測(cè)定再生骨料和工農(nóng)業(yè)固體廢棄物各自的吸水率，在拌合用水中考慮附加吸水這一因素，由于陶?？紫遁^多，吸水性較大，在制備之前先將陶粒放在水中浸泡24h，使其吸水飽和，然后攤鋪風(fēng)干表面自由水。
[0014]本發(fā)明由于其質(zhì)量較輕，透水性好，綠色環(huán)保以及具有過濾凈化水質(zhì)等功能，經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明抗壓強(qiáng)度5-20MPa，抗折強(qiáng)度0.5_2MPa，有效孔隙率10%_30%，透水系數(shù)0.5-5mm/s，可以廣泛應(yīng)用于園林輕載路面、人行道、停車場(chǎng)、生態(tài)護(hù)坡、屋頂綠化以及河塘溝渠護(hù)砌的水質(zhì)凈化等實(shí)際工程。在國(guó)家“節(jié)能減排”和“再生利用”等政策的引領(lǐng)下，該產(chǎn)品從市場(chǎng)推廣方面來講具有很大的優(yōu)勢(shì)。依托“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃，利用太湖底泥生產(chǎn)陶粒，然后制備這種生態(tài)混凝土應(yīng)用于水資源的綜合整治工程，原材料成本較低，國(guó)家也給予相應(yīng)稅款減免政策，經(jīng)濟(jì)效益良好。一旦該產(chǎn)品形成產(chǎn)業(yè)化，有點(diǎn)及面進(jìn)行示范，我們的環(huán)境將會(huì)有顯著的改善，河水變干凈了，垃圾變少了，空氣變清新了，道路變舒適了，噪聲變少了，那么我們的心情也會(huì)變得愉悅起來，讓經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益達(dá)到一種共贏。
[0015]本發(fā)明操作方便，該透水混凝土在保證其力學(xué)性能、透水性能和耐久性能的基礎(chǔ)之上，最大程度利用了廢棄物，并且具有凈化水質(zhì)的功能。

【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1:再生骨料緊密堆積密度為1450 kg/m3，摻量為30% ;陶粒緊密堆積密度為500 kg/m3，摻量為50% ;工農(nóng)業(yè)固體廢棄物選為玻璃廢渣，其緊密堆積密度為800 kg/m3，摻量為20% ;這三種材料構(gòu)成100%的粗骨料，粒徑為9.5-19mm，按比例拌勻后，測(cè)得粗骨料緊密堆積密度為845 kg/m3，緊密堆積孔隙率為40% ;設(shè)計(jì)孔隙率為20% ;水灰比為0.30 ；42.5水泥密度3100 kg/m3;減水劑摻量為水泥質(zhì)量的1% ;增強(qiáng)料摻量為水泥質(zhì)量的2.3%。按照本專利制備工藝來制備混凝土，最終得到一種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶粒混凝土的配合比，每立方米各種材料用量如下所示:再生骨料:陶粒:玻璃廢渣:水泥:水:減水劑:增強(qiáng)料=435:250:160:477:143:4.77:10.97。制備步驟如下:
(1)先將CABR-HJ60型雙臥軸混凝土攪拌機(jī)料倉(cāng)用濕布擦拭干凈，按配合比稱好的再生粗骨料、陶粒、工農(nóng)業(yè)固體廢棄物和水泥一起加入容器內(nèi)，邊攪拌邊加水，30s內(nèi)加入50%的拌合用水，然后加入減水劑和增強(qiáng)料，攪拌30s后逐漸加入剩余的拌合用水，觀察其表面色澤的變化，如出現(xiàn)金屬光澤，說明此時(shí)混凝土具有較好的工作性，可以下料；
(2)混凝土成型時(shí)，可采用插搗成型或靜壓成型，插搗成型時(shí)利用插搗棒分兩層振搗或插搗，振搗面或插搗面上的間距和力度均勻分布，并保持插搗棒垂直上下；靜壓成型時(shí)，成型壓力在1.5MPa左右；最后用ZB5平板振動(dòng)抹光機(jī)將表面抹平,覆膜養(yǎng)護(hù)；
在制備之前需要測(cè)定再生骨料和工農(nóng)業(yè)固體廢棄物各自的吸水率，在拌合用水中考慮附加吸水這一因素，由于陶?？紫遁^多，吸水性較大，在制備之前先將陶粒放在水中浸泡24h，使其吸水飽和，然后攤鋪風(fēng)干表面自由水。
[0017]實(shí)施例2:再生骨料緊密堆積密度為1550 kg/m3，摻量為40% ;陶粒緊密堆積密度為700 kg/m3,摻量為40% ;工農(nóng)業(yè)固體廢棄物選為樹枝，其緊密堆積密度為500 kg/m3,摻量為20% ;這三種材料構(gòu)成100%的粗骨料，粒徑為19-26.5mm，按比例拌勻后，測(cè)得粗骨料緊密堆積密度為1000 kg/m3,緊密堆積孔隙率為40% ;設(shè)計(jì)孔隙率為25% ;水灰比為0.35 ；42.5水泥密度3100 kg/m3;減水劑摻量為水泥質(zhì)量的1% ;增強(qiáng)料摻量為水泥質(zhì)量的2.1%。按照本專利制備工藝來制備混凝土，最終得到一種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷恋呐浜媳?，每立方米各種材料用量如下所示:再生骨料:陶粒:玻璃廢渣:水泥:水:減水劑:增強(qiáng)料=620:280:100:344:121:3.44:7.22。制備步驟同實(shí)施例2中的制備步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷?，其特征在于，所述混凝土配合比按照體積法進(jìn)行計(jì)算，粗骨料緊密堆積孔隙率在40%左右，設(shè)計(jì)孔隙率在15%-25%之間，水泥為普通硅酸鹽水泥，水泥密度在3000 kg/m3左右，水灰比在0.25-0.35之間，減水劑摻量為水泥質(zhì)量的1%，增強(qiáng)料摻量為水泥質(zhì)量的2.1%-2.5%之間，每立方各原料的質(zhì)量kg/m3為:再生粗骨料405-825、陶粒90-450、工農(nóng)業(yè)固體廢棄物20-200、水泥344-620、水120-155、減水劑 3.4-6.2、增強(qiáng)料 7.2-15.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷粒涮卣髟谟?，所述的再生粗骨料是廢棄混凝土經(jīng)破碎、過篩水洗處理后粒徑為4.75-9.5mm、9.5-19.0mm 和 19.0-26.5mm 的單粒級(jí)料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷?，其特征在于，所述的陶粒如下:粘土陶粒、粉煤灰陶粒、頁(yè)巖陶粒、垃圾陶粒、煤矸石陶粒、生物污泥陶粒、河底泥陶粒、海泥陶粒、硅藻土陶粒、玻璃陶粒、珍珠巖陶粒和尾礦粉陶粒，選用粒徑為 4.75-9.5mm、9.5-19.0mm 和 19.0-26.5mm 的單粒級(jí)陶粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷?，其特征在于，所述的工農(nóng)業(yè)固體廢棄物如下: (1)工業(yè)廢物；按照屬性進(jìn)行分類，一般包括:冶金廢渣，如高爐礦渣、鋼渣、各種有色金屬渣、鐵合金渣、化鐵爐渣和各種粉塵、污泥；采礦廢渣，如各種廢石、煤矸石和尾礦；燃料廢渣，如煤渣、煙道灰、煤粉渣和頁(yè)巖灰；化工廢渣，硫酸礦燒渣、電石渣、堿渣、煤氣爐渣、磷渣、汞渣、鉻渣、鹽泥、污泥、硼渣、廢塑料以及橡膠碎屑；其他，如玻璃廢渣、陶瓷廢渣、造紙廢渣和建筑廢材； (2)農(nóng)業(yè)剩余物；按照屬性進(jìn)行分類，一般包括:農(nóng)田和果園殘留物，如秸桿、殘株、雜草、落葉、果實(shí)外殼、藤蔓、樹枝和其他廢物；農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物，如肉食加工廢棄物、牧業(yè)加工廢棄物、林業(yè)加工廢棄物和漁業(yè)加工廢棄物；甚至有機(jī)肥綜合利用，適量摻入混凝土中，也可以促進(jìn)水生植物和微生物的生長(zhǎng)，從而改善水質(zhì)凈化的效果； (3)生活垃圾；按照屬性進(jìn)行分類，一般包括:可回收垃圾，如紙類、金屬、木材、塑料和玻璃；廚房垃圾，如剩菜剩飯、骨頭、菜根菜葉食品類廢物；其他垃圾，如渣土、織物和橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷?，其特征在于，所述工農(nóng)業(yè)固體廢棄物，首先要進(jìn)行無害化處理，體積較大的個(gè)體要破碎成顆粒狀或纖維狀，然后按粒徑的大小來使用，粒徑大于4.75mm的和再生粗骨料、陶粒一起作為粗骨料摻入，如粒徑小于4.75mm,就作為細(xì)骨料摻入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶粒混凝土，其特征在于，所述再生粗骨料的緊密堆積密度在1350-1650 kg/m3之間，摻量在30-50%之間；陶粒的緊密堆積密度在300-900 kg/m3之間，摻量在30-50%之間；工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的的緊密堆積密度在100-1000 kg/m3之間，摻量為20%。
7.—種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶粒混凝土的制備，其特征在于，所述制備包括如下步驟: (I)先將CABR-HJ60型雙臥軸混凝土攪拌機(jī)料倉(cāng)用濕布擦拭干凈，按配合比稱好再生粗骨料、陶粒、工農(nóng)業(yè)固體廢棄物和水泥一起加入容器內(nèi)，邊攪拌邊加水，30s內(nèi)加入50%的拌合用水，然后加入配合比的減水劑和增強(qiáng)料，攪拌30s后逐漸加入剩余的拌合用水，觀察其表面色澤的變化，如出現(xiàn)金屬光澤，說明此時(shí)混凝土具有較好的工作性，可以下料； (2)混凝土采用插搗成型或靜壓成型，插搗成型時(shí)，利用插搗棒分兩層振搗或插搗，振搗面或插搗面上的間距和力度均勻分布，并保持插搗棒垂直上下；靜壓成型時(shí)，成型壓力在1.5MPa左右，最后用ZB5平板振動(dòng)抹光機(jī)將表面抹平，覆膜養(yǎng)護(hù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種摻入工農(nóng)業(yè)固體廢棄物的再生骨料透水陶?；炷恋闹苽?，其特征在于，制備之前需要測(cè)定再生骨料和工農(nóng)業(yè)固體廢棄物各自的吸水率，在拌合用水中考慮附加吸水這一因素，由于陶?？紫遁^多，吸水性較大，在制備之前先將陶粒放在水中浸泡24h，使其吸水飽和，然后攤鋪風(fēng)干表面自由水。
【文檔編號(hào)】C04B18/30GK104478361SQ201410812031
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】楊鼎宜, 朱金春, 張帥, 胡欣欣, 沈武, 張佩玲, 史振宇, 江虹, 孫飛進(jìn), 王長(zhǎng)江 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)