本發(fā)明涉及輕質(zhì)泡沫混凝土和固體廢棄物綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種煤氣化渣基自發(fā)泡輕質(zhì)混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)和社會的迅速發(fā)展，對于煤能源的需求日益增加。作為實現(xiàn)煤炭清潔利用的有力手段，煤氣化是現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭技術(shù)，在生產(chǎn)過程中導(dǎo)致煤氣化渣的大量產(chǎn)生。由于煤氣化渣中碳灰結(jié)合方式復(fù)雜、鉻汞鉛等重金屬離子污染危害大、殘?zhí)挤磻?yīng)活性低，導(dǎo)致其大規(guī)模分質(zhì)及資源化利用困難，僅有部分被用來進(jìn)行殘?zhí)既紵谩⒅圃旖üそú?、土壤水體改良及高值化利用等，其余仍以堆存、填埋等處置方式為主。

2、泡沫混凝土通常采用氣泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到由水泥、集料、摻合料、外加劑和水等制成的漿料中，經(jīng)混合攪拌、澆注成型、養(yǎng)護(hù)而成的輕質(zhì)多孔混凝土，具有良好的輕質(zhì)、保溫、隔熱耐火、隔音和抗凍性能。

3、水泥在生產(chǎn)過程中會消耗大量不可再生的自然資源和能源，并產(chǎn)生大量的有毒金屬，同時每生產(chǎn)1噸opc將向空氣中釋放700kg的co2以及部分氮硫氧化物，這些污染物質(zhì)將會導(dǎo)致非生物枯竭、全球變暖、損害人類健康等。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種煤氣化渣基自發(fā)泡輕質(zhì)混凝土及其制備方法，以解決現(xiàn)有煤氣化灰渣規(guī)?；?、無害化處置難題和泡沫混凝土強(qiáng)度低、裂縫多、成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重、制備工藝復(fù)雜等問題，其具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、隔音降噪、防水防火，施工便捷等特點。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種煤氣化渣基自發(fā)泡輕質(zhì)混凝土，所述煤氣化渣基自發(fā)泡輕質(zhì)混凝土包括如下重量組分：煤氣化細(xì)渣50~60份、垃圾焚燒底灰20~30份、復(fù)合摻合料10~30份、復(fù)合激發(fā)劑5~20份、細(xì)骨料20~40份、水40~60份、乳酸鈉0.3~0.5份、減水劑0.3~0.5份、纖維素醚0.3~0.7份、可再分散乳膠粉0.3~0.5份。

3、進(jìn)一步地，所述煤氣化細(xì)渣以重量百分比計，揮發(fā)分5~7%，殘?zhí)己?2~15%，灰分80~83%；所述灰分化學(xué)成分如下：sio2?45~50%、al2o3?16.5～18%、fe2o3?10.5～11%、cao17.3～20%；首先將煤氣化底渣過20目篩得到煤氣化細(xì)渣，通過機(jī)械研磨的方式對煤氣化細(xì)渣進(jìn)行粉磨和活化，利用行星式球磨機(jī)加入減水劑進(jìn)行360°濕法研磨，得到煤氣化細(xì)渣漿料，控制轉(zhuǎn)速為340~380r/min，球料比為3:1~4:1，水料比2:1~3:1，研磨時間為40~80min；然后將煤氣化細(xì)渣漿料烘干至含水率不大于1%，進(jìn)行微波活化處理，最終得到煤氣化細(xì)渣粉，細(xì)度滿足過200目篩，控制加熱溫度為400~800℃，保溫時間為2~4h，微波頻率為2450mhz，微波功率為400～1000w。

4、進(jìn)一步地，所述垃圾焚燒底灰含有不同類型的殘留物，包括玻璃碎玻璃、金屬、陶瓷和礦物，細(xì)度滿足90%過40目篩；所述垃圾焚燒底灰以重量百分比計，化學(xué)成分如下：sio245~50.5%、al2o3?10.2～12.5%、fe2o3?5.1～6.9%、cao?16.3～17.5%、mgo?2.1~3%。

5、進(jìn)一步地，所述復(fù)合摻合料由40%稻殼灰和60%偏高嶺土組成；所述稻殼灰以重量百分比計，化學(xué)成分如下：sio2?88.5~90%、al2o3?0.3～0.5%、fe2o3?0.5～0.8%、cao?1.3～2%；所述偏高嶺土以重量百分比計，化學(xué)成分如下：sio2?55~58.5%、al2o3?44～47.4%、fe2o3?0.7～1%。

6、進(jìn)一步地，所述復(fù)合激發(fā)劑由55%電石渣和45%脫硫石膏組成；所述電石渣以重量百分比計，化學(xué)成分如下：sio2?2.1~3.5%、al2o3?0.5～1%、cao?93~96%；所述脫硫石膏以重量百分比計，化學(xué)成分如下：sio2?5.5~6.7%、cao?39~42.3%、so3?40.2～42.5%。

7、進(jìn)一步地，所述細(xì)骨料由0.6~2.36mm的煤氣化粗渣和煤矸石細(xì)渣組成，并采用5%濃度的聚乙烯醇溶液浸泡1d后烘干至含水率不大于1%；所述煤氣化粗渣為煤氣化渣20目篩余殘渣。

8、一種煤氣化渣基自發(fā)泡輕質(zhì)混凝土制備方法，具體包括如以下步驟：

9、步驟1，按照所述重量份數(shù)稱取各組分并烘干至含水率不大于1%;

10、步驟2，將煤氣化渣原料過20目篩，通過行星式球磨機(jī)加入減水劑進(jìn)行360°濕法研磨40~80min，得到煤氣化細(xì)渣漿料，然后將煤氣化細(xì)渣漿料烘干至含水率不大于1%，進(jìn)行微波活化處理2~4h，最終得到煤氣化細(xì)渣；

11、步驟3，將煤氣化粗渣和煤矸石細(xì)渣浸泡于5%濃度的聚乙烯醇溶液1d后利用微波活化余熱進(jìn)行烘干，得到細(xì)骨料；

12、步驟4，將煤氣化細(xì)渣、垃圾焚燒底灰、復(fù)合摻合料、復(fù)合激發(fā)劑和乳酸鈉加入攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，按同一重量份計加入水后充分?jǐn)嚢?，得到膠凝材料混合漿料；

13、步驟5，在膠凝材料混合漿料中加入細(xì)骨料、纖維素醚和可再分散乳膠粉進(jìn)行高速攪拌1~3min，倒入模具內(nèi)靜停發(fā)氣24h，隨后脫模放入溫度為60~80℃、濕度95~98%的蒸汽養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)72h，制得所述煤氣化渣基自發(fā)泡輕質(zhì)混凝土；

14、進(jìn)一步地，所有材料可利用步驟2中微波活化的余熱進(jìn)行烘干。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點：

16、1.本發(fā)明與常規(guī)泡沫混凝土發(fā)泡方式不同，采用自發(fā)泡方式進(jìn)行發(fā)泡，垃圾焚燒底灰組分中含有的金屬鋁，能夠與水在堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)，生成的氫氣立即溶解于液相中，當(dāng)達(dá)到一定的過飽和度時，會在顆粒表面形成一個或數(shù)個氣泡核。另一方面垃圾焚燒底灰具有豐富的鋁硅酸鹽成分，可以作為膠凝材料前驅(qū)體，反應(yīng)生成大量的水化產(chǎn)物，形成骨架支撐結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)度。

17、2.本發(fā)明基于原材料的理化特性和多源固廢協(xié)同耦合作用機(jī)制，采用富硅相稻殼灰+富鋁相偏高嶺土的高活性復(fù)合摻合料，能夠在堿性條件下釋放出活性離子，進(jìn)一步調(diào)控整個體系中鈣硅鋁硫的元素比例，優(yōu)化水化產(chǎn)物（c-s-h和aft）的生成類型和含量，促進(jìn)形成致密的微觀結(jié)構(gòu)，從而確保強(qiáng)度的發(fā)展。

18、3.本發(fā)明與常規(guī)采用強(qiáng)堿激發(fā)固廢方式不同，采用固廢源堿-鹽聯(lián)合激發(fā)的方式，利用電石渣中的ca(oh)2和脫硫石膏中的caso4能夠有效促進(jìn)膠凝材料前驅(qū)體中的鋁硅酸鹽發(fā)生解聚，進(jìn)一步發(fā)生縮聚反應(yīng)，生成大量的c-s-h和aft。此外，復(fù)合激發(fā)劑能夠為體系提供大量的鈣源，能夠提高溶液中鈣離子的過飽和度，加速水化反應(yīng)的進(jìn)行，提供較高的早期強(qiáng)度。

19、4.由于煤氣化渣中碳灰結(jié)合方式復(fù)雜、殘?zhí)驾^多導(dǎo)致其活性較低，本發(fā)明采用機(jī)械活化+熱活化的預(yù)處理手段對煤氣化渣進(jìn)行處理。采用加入減水劑濕磨的方式可以顯著降低磨粉的表面結(jié)合能，克服磨粉間的吸引力，減小粉碎阻力，防止糊球糊磨，提高磨粉的流動性，從而降低磨機(jī)功耗，提高粉磨效率，優(yōu)化顆粒粒徑分布，進(jìn)一步通過微波活化可去除殘?zhí)?，同時提高煤氣化渣的反應(yīng)活性。

20、5.由于煤氣化粗渣和煤矸石細(xì)渣結(jié)構(gòu)多孔、易吸水，本發(fā)明采用濃度5%的聚乙烯醇溶液對細(xì)骨料進(jìn)行預(yù)處理，可以增加骨料的致密性，增強(qiáng)界面過渡區(qū)的結(jié)合，防止?jié){體的流變性減小、粘聚度降低。

21、6.與現(xiàn)有技術(shù)采用相比，本發(fā)明提供了一種煤氣化渣基自發(fā)泡輕質(zhì)混凝土及其制備方法，具有制造成本低、環(huán)境污染小、工藝流程簡單、養(yǎng)護(hù)方式多，同時產(chǎn)品各方面性能優(yōu)異，可替代傳統(tǒng)泡沫混凝土使用，能夠有效減少水泥基膠凝材料的使用，促進(jìn)固廢材料的資源化、規(guī)?；谩?/p>