CN112777972B - 海水海砂混凝土级配设计方法 - Google Patents

海水海砂混凝土级配设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料的技术领域，公开了海水海砂混凝土级配设计方法，具体包括如下步骤：S1：对所收集的海水海砂混合物进行粉碎处理，消除海水海砂中的颗粒物杂质，使得海水海砂混合物粉碎后的物料粒径在0.12‑0.25mm；S2：将粉碎后的海水海砂混合物倒入至调节池内，并且调节调节池内的温度至30‑50℃、pH至7.5‑8.5，调节完毕后使海水海砂混合物在调节池内浸泡5‑8h；S3：将S2所浸泡后的海水海砂混合物排入至厌氧发酵罐内进行发酵，调节温度至50‑55℃，发酵时长3‑5h，并且回收发酵池内所排出的气体。本发明通过离子交换树脂与两性化合物的作用，大大提高了海水海砂混合物的回收使用率，同时也减小了海水的富营养化，在后续使用时能够混凝土的凝固力。

Description

海水海砂混凝土级配设计方法
技术领域
本发明专利涉及建筑材料的技术领域，具体而言，涉及海水海砂混凝土级配设计方法。
背景技术
我国面临资源与能源紧张的严峻形势，开发和利用海洋资源是实现可持续发展和解决新时代能源危机的切实可行之路，因此海洋及岛礁工程建设需求急迫，需要耐久性高、服役寿命长的海洋工程建筑材料。
目前海工混凝土的拌合均采用淡水和河砂，由于淡水及河砂的供给均需要从内陆运输，大大增加了建设成本，也使得远海岛礁的建设更为困难。另一方面，近年来我国建设规模迅速扩大，对混凝土的需求量逐年增加。但大量开采河砂耗费了土地资源，也破坏了涵养地下水资源的砂砾石层，随着环保要求的提高和河砂资源的枯竭，河砂的供应越来越不能满足社会经济发展的需要。
对于一些特殊需要的海事建设，如抢修抢建，淡水及河砂的运输时间长，难以满足工程的需要，因此，对于海水海砂混凝土的使用迫在眉睫，但是由于海水中含有大量有机物，在进行使用时有机物容易破坏混凝土的凝固力，从而导致海水海砂混凝土松软，且无法或者海水海砂混凝土的最佳级配比，所以对于海水海砂混凝土的使用，目前还存有大量的空白。
发明内容
本发明的目的在于提供海水海砂混凝土级配设计方法，通过离子交换树脂与两性化合物的作用，使得海水海砂混合物中的氮磷化合物的回收率达到88.3％，从而大大提高了海水海砂混合物的回收使用率，旨在解决现有技术中由于海水中含有大量有机物，在进行使用时有机物容易破坏混凝土的凝固力，从而导致海水海砂混凝土松软，且无法或者海水海砂混凝土的最佳级配比的问题。
本发明是这样实现的，海水海砂混凝土级配设计方法，具体包括如下步骤：
S1：对所收集的海水海砂混合物进行粉碎处理，消除海水海砂中的颗粒物杂质，使得海水海砂混合物粉碎后的物料粒径在0.12-0.25mm；
S2：将粉碎后的海水海砂混合物倒入至调节池内，并且调节调节池内的温度至30-50℃、pH至7.5-8.5，调节完毕后使海水海砂混合物在调节池内浸泡5-8h；
S3：将S2所浸泡后的海水海砂混合物排入至厌氧发酵罐内进行发酵，调节温度至50-55℃，发酵时长3-5h，并且回收发酵池内所排出的气体；
S4：将S3处理后的海水海砂混合物再排入好氧池内，并不断往好氧池内排入空气，调节好氧池内的温度为45-55℃，再次静置1.5-2h，所述好氧池内设置有嗜热菌；
S5：将S4所处理后的海水海砂混合物在排入至氮磷回收池内，通过往氮磷回收池内加入按重量份计：50-80份的氮回收剂、120-150份的磷回收剂，静置1-2h，所回收的氮磷元素进行肥料加工；
S6：将S5处理后的海水海砂混合物与水泥、辅助剂不断进行混合处理实验，最后形成级配设计的海水海砂混凝土。
进一步地，在S3中，所述海水海砂混合物通过过滤排放至厌氧发酵罐内，所述调节池可去除海水海砂混合物中可溶于水的有机物，所述过滤所剩的上层滤渣用于排入厌氧发酵罐内。
进一步地，所述厌氧发酵罐的一侧连通有抽气泵，所述抽气泵的出口端连接燃气管道。
进一步地，在S5中，所述氮回收剂为苯乙烯树脂和丙烯酸树脂中的任意一种，所述磷回收剂为铝盐、铁盐、石灰中的一种或两种的混合物。
进一步地，所述铝盐为氢氧化铝、偏铝酸钠、氯化铝中的任意一种。
进一步地，在S6中，所述海水海砂混合物与水泥、辅助剂按重量份计为：海水海砂混合物100-250份、水泥30-70份、辅助剂20-45份。
进一步地，所述辅助剂按重量份计包括：石膏1-3份、碎石10-15份、减水剂0.5-1份、粉煤灰1-2份。
进一步地，所述海水海砂混凝土制备完成后分别对不同重量份原材料的海水海砂混凝土进行检测，检测出结果进行强度数据对比，最终测算出最佳级配的设计的海水海砂混凝土。
进一步地，所述海水海砂混凝土的检测数据分别为：维勃稠度、标准养护28天抗压强度、氯离子含量，通过三个数据的比对，测算出最佳级配的设计的海水海砂混凝土。
作用机理
氮回收剂是通过离子交换法对有机固体废物中的氮元素进行回收利用的，其原理为由于含有弱酸性基团，如羧基－COOH，能在海水中离解出H+而呈酸性，离子交换树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中起作用，并且离子交换树脂也是用酸进行再生，其成本较低；而磷回收剂是通过磷酸盐能够与一些两性化合物反应，生成沉淀，而沉淀物的粒径大于海砂，随意利用过滤即可实现分离，方便了磷元素的回收。
与现有技术相比，本发明提供的海水海砂混凝土级配设计方法，具备以下有益效果：。
1、通过离子交换树脂与两性化合物的作用，使得海水海砂混合物中的氮磷化合物的回收率达到88.3％，从而大大提高了海水海砂混合物的回收使用率，同时也减小了海水的富营养化，在后续使用时能够混凝土的凝固力；
2、通过好氧池内通入空气并且采用嗜热菌对海水海砂混合物进行分解，嗜热菌生长速度最快，同时嗜热菌细胞膜上有高比例的长脂肪链的脂类，可使其在高温下处于液晶态，通常嗜热菌的膜含有大量甘油脂，其生长温度的增加主要影响脂肪酰链组分，通常在生长温度时可观察到饱和程度、酰链长度和/或同分异构分支的增加，主要是通过使膜变得更硬，使自身的生命力更强，以便于提高对海水中的有机成分进行分解，以达到高效脱有机的条件。
附图说明
图1为本发明提出的海水海砂混凝土级配设计方法的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
参照图1所示，海水海砂混凝土级配设计方法，具体包括如下步骤：
S1：对所收集的海水海砂混合物进行粉碎处理，消除海水海砂中的颗粒物杂质，使得海水海砂混合物粉碎后的物料粒径在0.12mm；
S2：将粉碎后的海水海砂混合物倒入至调节池内，并且调节调节池内的温度至30℃、pH至7.5，调节完毕后使海水海砂混合物在调节池内浸泡5h；
S3：将S2所浸泡后的海水海砂混合物排入至厌氧发酵罐内进行发酵，调节温度至50℃，发酵时长3h，并且回收发酵池内所排出的气体；
S4：将S3处理后的海水海砂混合物再排入好氧池内，并不断往好氧池内排入空气，调节好氧池内的温度为45℃，再次静置1.5h，所述好氧池内设置有嗜热菌；
S5：将S4所处理后的海水海砂混合物在排入至氮磷回收池内，通过往氮磷回收池内加入按重量份计：50份的氮回收剂、120份的磷回收剂，静置1h，所回收的氮磷元素进行肥料加工；
S6：将S5处理后的海水海砂混合物与水泥、辅助剂不断进行混合处理实验，最后形成级配设计的海水海砂混凝土。
在S5中，所述氮回收剂为苯乙烯树脂，所述磷回收剂为铝盐。
所述铝盐为氢氧化铝。
在S6中，所述海水海砂混合物与水泥、辅助剂按重量份计为：海水海砂混合物100份、水泥30份、辅助剂20份。
所述辅助剂按重量份计包括：石膏1份、碎石10份、减水剂0.5份、粉煤灰1份。
实施例2
参照图1所示，海水海砂混凝土级配设计方法，具体包括如下步骤：
S1：对所收集的海水海砂混合物进行粉碎处理，消除海水海砂中的颗粒物杂质，使得海水海砂混合物粉碎后的物料粒径在0.15mm；
S2：将粉碎后的海水海砂混合物倒入至调节池内，并且调节调节池内的温度至35℃、pH至7.5，调节完毕后使海水海砂混合物在调节池内浸泡6h；
S3：将S2所浸泡后的海水海砂混合物排入至厌氧发酵罐内进行发酵，调节温度至52℃，发酵时长4h，并且回收发酵池内所排出的气体；
S4：将S3处理后的海水海砂混合物再排入好氧池内，并不断往好氧池内排入空气，调节好氧池内的温度为45℃，再次静置1.5h，所述好氧池内设置有嗜热菌；
S5：将S4所处理后的海水海砂混合物在排入至氮磷回收池内，通过往氮磷回收池内加入按重量份计：60份的氮回收剂、125份的磷回收剂，静置1h，所回收的氮磷元素进行肥料加工；
S6：将S5处理后的海水海砂混合物与水泥、辅助剂不断进行混合处理实验，最后形成级配设计的海水海砂混凝土。
在S5中，所述氮回收剂为丙烯酸树脂，所述磷回收剂为铁盐、石灰，混合比例1:1。
在S6中，所述海水海砂混合物与水泥、辅助剂按重量份计为：海水海砂混合物120份、水泥40份、辅助剂25份。
所述辅助剂按重量份计包括：石膏1份、碎石11份、减水剂0.5份、粉煤灰1份。
实施例3
参照图1所示，海水海砂混凝土级配设计方法，具体包括如下步骤：
S1：对所收集的海水海砂混合物进行粉碎处理，消除海水海砂中的颗粒物杂质，使得海水海砂混合物粉碎后的物料粒径在0.18mm；
S2：将粉碎后的海水海砂混合物倒入至调节池内，并且调节调节池内的温度至40℃、pH至8，调节完毕后使海水海砂混合物在调节池内浸泡6h；
S3：将S2所浸泡后的海水海砂混合物排入至厌氧发酵罐内进行发酵，调节温度至52℃，发酵时长4h，并且回收发酵池内所排出的气体；
S4：将S3处理后的海水海砂混合物再排入好氧池内，并不断往好氧池内排入空气，调节好氧池内的温度为45℃，再次静置1.5h，所述好氧池内设置有嗜热菌；
S5：将S4所处理后的海水海砂混合物在排入至氮磷回收池内，通过往氮磷回收池内加入按重量份计：60份的氮回收剂、130份的磷回收剂，静置1.5h，所回收的氮磷元素进行肥料加工；
S6：将S5处理后的海水海砂混合物与水泥、辅助剂不断进行混合处理实验，最后形成级配设计的海水海砂混凝土。
在S5中，所述氮回收剂为苯乙烯树脂，所述磷回收剂为铝盐、铁盐，混合比例1:1。
所述铝盐为偏铝酸钠。
在S6中，所述海水海砂混合物与水泥、辅助剂按重量份计为：海水海砂混合物150份、水泥50份、辅助剂30份。
所述辅助剂按重量份计包括：石膏2份、碎石12份、减水剂0.7份、粉煤灰1.2份。
实施例4
参照图1所示，海水海砂混凝土级配设计方法，具体包括如下步骤：
S1：对所收集的海水海砂混合物进行粉碎处理，消除海水海砂中的颗粒物杂质，使得海水海砂混合物粉碎后的物料粒径在0.20mm；
S2：将粉碎后的海水海砂混合物倒入至调节池内，并且调节调节池内的温度至45℃、pH至8，调节完毕后使海水海砂混合物在调节池内浸泡7h；
S3：将S2所浸泡后的海水海砂混合物排入至厌氧发酵罐内进行发酵，调节温度至53℃，发酵时长4h，并且回收发酵池内所排出的气体；
S4：将S3处理后的海水海砂混合物再排入好氧池内，并不断往好氧池内排入空气，调节好氧池内的温度为50℃，再次静置1.8h，所述好氧池内设置有嗜热菌；
S5：将S4所处理后的海水海砂混合物在排入至氮磷回收池内，通过往氮磷回收池内加入按重量份计：70份的氮回收剂、140份的磷回收剂，静置1.5h，所回收的氮磷元素进行肥料加工；
S6：将S5处理后的海水海砂混合物与水泥、辅助剂不断进行混合处理实验，最后形成级配设计的海水海砂混凝土。
在S5中，所述氮回收剂为丙烯酸树脂，所述磷回收剂为铝盐、石灰，混合比例1：1。
所述铝盐为氯化铝。
在S6中，所述海水海砂混合物与水泥、辅助剂按重量份计为：海水海砂混合物200份、水泥60份、辅助剂40份。
所述辅助剂按重量份计包括：石膏2份、碎石13份、减水剂1份、粉煤灰1.5份。
实施例5
参照图1所示，海水海砂混凝土级配设计方法，具体包括如下步骤：
S1：对所收集的海水海砂混合物进行粉碎处理，消除海水海砂中的颗粒物杂质，使得海水海砂混合物粉碎后的物料粒径在0.25mm；
S2：将粉碎后的海水海砂混合物倒入至调节池内，并且调节调节池内的温度至50℃、pH至8.5，调节完毕后使海水海砂混合物在调节池内浸泡8h；
S3：将S2所浸泡后的海水海砂混合物排入至厌氧发酵罐内进行发酵，调节温度至55℃，发酵时长5h，并且回收发酵池内所排出的气体；
S4：将S3处理后的海水海砂混合物再排入好氧池内，并不断往好氧池内排入空气，调节好氧池内的温度为55℃，再次静置2h，所述好氧池内设置有嗜热菌；
S5：将S4所处理后的海水海砂混合物在排入至氮磷回收池内，通过往氮磷回收池内加入按重量份计：80份的氮回收剂、150份的磷回收剂，静置2h，所回收的氮磷元素进行肥料加工；
S6：将S5处理后的海水海砂混合物与水泥、辅助剂不断进行混合处理实验，最后形成级配设计的海水海砂混凝土。
在S5中，所述氮回收剂为苯乙烯树脂，所述磷回收剂为铝盐、铁盐，混合比例1:1。
所述铝盐为氢氧化铝。
在S6中，所述海水海砂混合物与水泥、辅助剂按重量份计为：海水海砂混合物250份、水泥70份、辅助剂45份。
所述辅助剂按重量份计包括：石膏3份、碎石15份、减水剂1份、粉煤灰2份。
测试例
对于混凝土的硬度测试，本技术领域人员所测试的指标数据如下：
1、维勃稠度：指按指标准方法成型的截头圆锥形混凝土拌合物，经震动至摊平状态的时间，测定混凝土拌合物黏稠程度的指标混凝土拌合物维勃稠度越大，其坍落度越小，维勃稠度主要应用于评定拌合物的性能是否符合混凝土的施工要求。
2、标准养护28天抗压强度：混凝土抗拉强度是指混凝土轴心抗拉强度，即混凝土试件受拉力后断裂时所承受的最大负荷载除以截面积所得的应力值，国家现行检测标准中规定的，以混凝土试块养护到28天龄期的强度作为现场混凝土构件的强度值进行验收，以判定现场混凝土的强度是否合格。
3、氯离子含量：指国家标准中各种不同混凝土允许标准体积最大氯离子重量百分率。氯离子半径小、活性大，易穿透混凝土钝化膜，造成钢筋锈蚀，生成的氢氧化亚铁分解为水和带结晶水的氧化亚铁致使体积膨胀耐久性降低，故检测混凝土中氯离子含量是保证结构耐久性的重要措施。
现针对实施例1-5与现有技术中的海水海砂混凝土进行测试，测试出的数据如下表所示：
Figure BDA0002955407000000121
Figure BDA0002955407000000131
由上表可得出，本发明的海水海砂混凝土级配设计方法，其氮磷比下降了0.2-0.6，从而提高了氮磷回收率，节约了资源，并且通过不同级配进行实验，在本实施例3中的海水海砂混凝土表现最好，其中维勃稠度在9s，使得坍落度在230mm，混凝土的混凝土拌合物维勃稠度越大，其坍落度越小，同时标准养护28天抗压强度高达29.3MPa，所以针对于本发明的实施例1-5而言，实施例3最为最优级的海水海砂混凝土级配设计，同时对于海水海砂混合物的脱有机处理，能够有效提高混凝土的凝固力，更具有推广优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.海水海砂混凝土级配设计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1：对所收集的海水海砂混合物进行粉碎处理，消除海水海砂中的颗粒物杂质，使得海水海砂混合物粉碎后的物料粒径在0.12-0.25mm；
S2：将粉碎后的海水海砂混合物倒入至调节池内，并且调节调节池内的温度至30-50℃、pH至7.5-8.5，调节完毕后使海水海砂混合物在调节池内浸泡5-8h；
S3：将S2所浸泡后的海水海砂混合物排入至厌氧发酵罐内进行发酵，调节温度至50-55℃，发酵时长3-5h，并且回收发酵池内所排出的气体；
S4：将S3处理后的海水海砂混合物再排入好氧池内，并不断往好氧池内排入空气，调节好氧池内的温度为45-55℃，再次静置1.5-2h，所述好氧池内设置有嗜热菌；
S5：将S4所处理后的海水海砂混合物在排入至氮磷回收池内，通过往氮磷回收池内加入按重量份计：50-80份的氮回收剂、120-150份的磷回收剂，静置1-2h，所回收的氮磷元素进行肥料加工；
S6：将S5处理后的海水海砂混合物与水泥、辅助剂不断进行混合处理实验，所述海水海砂混凝土制备完成后分别对不同重量份原材料的海水海砂混凝土进行检测，检测数据分别为：维勃稠度、标准养护28天抗压强度、氯离子含量，通过三个数据的比对，测算出最佳级配的设计的海水海砂混凝土，检测出结果进行强度数据对比，最终测算出最佳级配的设计的海水海砂混凝土；
在S5中，所述氮回收剂为苯乙烯树脂和丙烯酸树脂中的任意一种，所述磷回收剂为铝盐、铁盐、石灰中的一种或两种的混合物；
所述辅助剂按重量份计包括：石膏1-3份、碎石10-15份、减水剂0.5-1份、粉煤灰1-2份。
2.如权利要求1所述的海水海砂混凝土级配设计方法，其特征在于，在S3中，所述海水海砂混合物通过过滤排放至厌氧发酵罐内，所述调节池可去除海水海砂混合物中可溶于水的有机物，所述过滤所剩的上层滤渣用于排入厌氧发酵罐内。
3.如权利要求2所述的海水海砂混凝土级配设计方法，其特征在于，所述厌氧发酵罐的一侧连通有抽气泵，所述抽气泵的出口端连接燃气管道。
4.如权利要求3所述的海水海砂混凝土级配设计方法，其特征在于，所述铝盐为氢氧化铝、偏铝酸钠、氯化铝中的任意一种。
5.如权利要求4所述的海水海砂混凝土级配设计方法，其特征在于，在S6中，所述海水海砂混合物与水泥、辅助剂按重量份计为：海水海砂混合物100-250份、水泥30-70份、辅助剂20-45份。
6.如权利要求1-5任一项所述的海水海砂混凝土级配设计方法在海水海砂混凝土制作中的应用。
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