本發(fā)明涉及的是一種廢棄物利用和建筑新材料的混凝土及其制備方法，特別是一種夠提高水系連通工程等工程中開挖產(chǎn)生的大量粉細(xì)砂利用率的以廢棄粉細(xì)砂為主材的可預(yù)拌無水泥混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，在保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的背景下，傳統(tǒng)的開山取石的方式受到限制，同時江河湖泊總體來沙量持續(xù)減少，砂石資源缺口較大，砂石材料供需矛盾日益突出，給建筑行業(yè)帶來了一定的不利影響。與此同時，我國每年各種航道、河道疏浚工程都會產(chǎn)生大量的粉細(xì)砂，據(jù)調(diào)查，僅長江干流疏浚粉細(xì)砂年產(chǎn)量就達(dá)到了1000～3000萬方，對于如此大量的疏浚粉細(xì)砂，這種疏浚粉細(xì)砂傳統(tǒng)的處置方式是將其進(jìn)行水上外拋，這種處置方式不僅會造成水體污染，影響水下生態(tài)環(huán)境，同時也是礦產(chǎn)資源的一種極大浪費(fèi)。

2、此外，傳統(tǒng)的膠凝材料水泥由于其生產(chǎn)過程經(jīng)歷“兩磨一燒”，會排放大量的含碳、硫元素的有害氣體。新型堿激發(fā)膠凝材料是利用礦渣粉、粉煤灰等鋁硅質(zhì)材料在堿性介質(zhì)條件下形成，具有力學(xué)性能好，耐久性強(qiáng)，耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，同時，堿激發(fā)膠凝材料不同于普通硅酸鹽水泥，具有豐富的原料資源，能耗低，生產(chǎn)過程中幾乎無污染，是一種環(huán)保型綠色膠凝材料，符合國家綠色低碳的發(fā)展戰(zhàn)略，目前現(xiàn)有技術(shù)中缺少一種能夠?qū)U棄粉細(xì)砂與新型堿激發(fā)膠凝材料相結(jié)合的技術(shù)手段來克服上述的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以提高水系連通工程、運(yùn)河航道工程、水資源調(diào)配等工程中開挖產(chǎn)生的大量粉細(xì)砂的利用率，提高?；郀t礦渣粉、粉煤灰等大宗工業(yè)固廢資源化利用率的以廢棄粉細(xì)砂為主材的可預(yù)拌無水泥混凝土及其制備方法。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明包括一種以廢棄粉細(xì)砂為主材的可預(yù)拌無水泥混凝土，此混凝土由固體預(yù)拌料和液體添加料組成，固體預(yù)拌料按質(zhì)量份數(shù)由以下組分組成：礦渣粉15～25份，粉煤灰10～15份，粉細(xì)砂40～45份，碎石15～20份，生石灰粉1.5～2份，玄武巖短切纖維1～1.5份；

4、液體添加料按質(zhì)量份數(shù)由以下組分組成：堿性激發(fā)劑8～18份，水5～15份。

5、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，堿性激發(fā)劑組成成分包括水玻璃、氫氧化鈉。其中氫氧化鈉為固體，片狀，工業(yè)級，純度大于96％，水玻璃模數(shù)為2～3.5，波美度為30～60be。

6、更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，堿性激發(fā)劑的模數(shù)范圍在1～1.5，需通過向水玻璃中摻加氫氧化鈉的方式調(diào)節(jié)溶液的模數(shù)。按下列公式計算得到需摻入的氫氧化鈉固體的質(zhì)量：

7、

8、其中，g為需要摻入的氫氧化鈉的質(zhì)量，單位為kg；g1為需要調(diào)節(jié)的水玻璃的質(zhì)量，單位為kg；n為水玻璃中na2o的含量，單位為％；m1為水玻璃初始模數(shù)，m2為水玻璃最終模數(shù)，建議值為0.5～1.5；p為摻入的氫氧化鈉的純度，單位為％；

9、堿性激發(fā)劑中na2o質(zhì)量為礦渣粉和粉煤灰的質(zhì)量和的3％～6％，即

10、

11、其中，為na2o的質(zhì)量，單位為kg；m水玻璃為水玻璃的質(zhì)量，單位為kg；m氫氧化鈉為氫氧化鈉的質(zhì)量，單位為kg；m礦渣粉為礦渣粉的質(zhì)量，單位為kg；m粉煤灰為粉煤灰的質(zhì)量，單位為kg。

12、更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，堿性激發(fā)劑具體制備步驟為，按照上述計算步驟稱量氫氧化鈉、水玻璃的質(zhì)量配置得到設(shè)計模數(shù)的堿性激發(fā)劑，并注入一定量的水，其中注入的水為水蒸氣的形式。按照比例將固體氫氧化鈉和水玻璃放入陶瓷反應(yīng)釜中并將其密封，然后在反應(yīng)釜中通入水蒸氣，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)流量傳感器確保通入水蒸氣的質(zhì)量與所需的水的質(zhì)量相同。水蒸氣通入完畢后，反應(yīng)釜內(nèi)以5～20rpm的轉(zhuǎn)速將物料攪拌均勻，攪拌時間不低于30min，然后將反應(yīng)釜自然冷卻或通水將堿性激發(fā)劑冷卻至室溫。堿性激發(fā)劑配置過程添加水蒸氣，既可以縮短堿激發(fā)溶液的配置時間，加快固體氫氧化鈉的溶解速率，也可以減少堿性激發(fā)劑在后續(xù)運(yùn)輸和存儲過程中因溫度變化而產(chǎn)生的晶體析出現(xiàn)象。

13、更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，礦渣粉為s95級或s105級，主要化學(xué)成分包括sio2、cao和al2o3,比表面積不小于400m2/kg，符合gb/t?18046的規(guī)定。

14、更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，粉煤灰為ⅱ級，主要化學(xué)成分包括sio2、al2o3和fe2o3，含碳量不得超過10％，符合dl/t?2297-2021的規(guī)定。

15、更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，粉細(xì)砂的主要化學(xué)成分包括sio2、al2o3、k2o、fe2o3、tio2等，細(xì)度模數(shù)在0.5～1.5之間，含泥(顆粒粒徑小于0.075mm)率一般不超過5％；碎石為粒徑5-20mm，級配均勻的石子。粉細(xì)砂及碎石的含水量不超過6％。

16、更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，水為城市自來水，且經(jīng)外摻后使得新拌混凝土的水灰比為0.52～0.54，即

17、m外摻水(包括水蒸氣)+m水玻璃中的液體含量+m骨料中的水分含量

18、＝0.52～0.54(m礦渣粉+m粉煤灰)

19、其中，m外摻水(包括水蒸氣)為外摻水(包括水蒸氣)的質(zhì)量，單位為kg；m水玻璃中的液體含量為水玻璃中的液體質(zhì)量，單位為kg；m骨料中的水分含量為骨料中的水分質(zhì)量，單位為kg；m礦渣粉為礦渣粉的質(zhì)量，單位為kg；m粉煤灰為粉煤灰的質(zhì)量，單位為kg。

20、更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，生石灰為工業(yè)級，含鈣率90％以上，白色或灰色顆粒狀；玄武巖短切纖維規(guī)格包括6mm、8mm、10mm、12mm。

21、更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，粉煤灰、礦渣粉、粉細(xì)砂、碎石、生石灰、玄武巖纖維均為干燥狀態(tài)。

22、本發(fā)明還包括一種以廢棄粉細(xì)砂為主材的可預(yù)拌無水泥混凝土的制備方法，包括以下步驟：

23、s1、提前24h制備堿性激發(fā)劑：

24、s2、按質(zhì)量份數(shù)稱取固體預(yù)拌料各組分原料：礦渣粉15～25份，粉煤灰10～15份，粉細(xì)砂40～45份，碎石15～20份，生石灰粉1.5～2份，玄武巖短切纖維1～1.5份；

25、s3、物料混合攪拌：按順序分別向混凝土攪拌機(jī)中加入稱量好的碎石、粉細(xì)砂、礦渣粉、粉煤灰、生石灰粉、玄武巖短切纖維并攪拌至均勻，攪拌時長為2～3min，得到固體預(yù)拌料；

26、s4、得到拌合物：在混合均勻的固體預(yù)拌料中加入配置好的堿性激發(fā)劑和水并攪拌至均勻，攪拌時長為3～5min，得到新拌混凝土。

27、s5、形成混凝土：將新拌混凝土倒入模具中置于混凝土振動臺上充分震動，將試樣抹平后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)24h后拆模，然后再次進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，可得到固化的混凝土。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果為：

29、第一、本發(fā)明制備的無水泥混凝土，實(shí)現(xiàn)了以廢棄粉細(xì)砂為主要原料制備混凝土替代普通混凝土應(yīng)用于道路、護(hù)坡、航道治理等領(lǐng)域，緩解了天然砂石材料的短缺，降低工程成本，為粉細(xì)砂的資源化提供有效途徑；

30、第二、新型綠色堿激發(fā)膠凝材料具有強(qiáng)度高，耐酸堿，耐高溫，耐久性好等優(yōu)良性能，可替代水泥，且該膠凝材料制備過程無需高溫煅燒，具有能耗低、排放少、污染小等優(yōu)點(diǎn)，符合國家綠色低碳的發(fā)展戰(zhàn)略；

31、第三、本發(fā)明以粉細(xì)砂為主材生產(chǎn)的混凝土產(chǎn)品易于攤鋪、成型密實(shí)，具有良好的流動性、黏聚性和保水性，澆筑施工效率與普通混凝土相比有較大提高，同時具有優(yōu)良的力學(xué)性能，有利于工程推廣；

32、第四、本發(fā)明所需原料來源廣泛，許多富含鋁硅質(zhì)大宗工業(yè)固廢均可作為原料，可實(shí)現(xiàn)建筑廢棄粉細(xì)砂與工業(yè)廢渣的雙廢利用；

33、第五、本發(fā)明可通過預(yù)拌的形式將以廢棄粉細(xì)砂為主材的可預(yù)拌無水泥混凝土應(yīng)用于商品混凝土行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了以廢棄粉細(xì)砂為主材的可預(yù)拌無水泥混凝土的產(chǎn)品化和生產(chǎn)制備過程的自動化，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。