CN115594446B - 一种基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法，包括以下步骤：步骤S1、淤泥预处理；步骤S2、废旧混凝土破碎；步骤S3、再生细骨料处理；步骤S4、再生粗骨料处理；步骤S5、制备绿色混凝土，本发明采用了大量废旧混凝土、江河湖海淤泥等建筑垃圾作原料，消纳了大量建筑垃圾，不仅实现了建筑垃圾的资源化再利用，还减少了传统方法产生的高能耗，是一种绿色的再生循环利用技术，发明的混凝土可用于农村水泥混凝土路面等结构，应用前景广泛、效益可观。
Description
技术领域
本发明涉及基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法领域。更具体地说，本发明涉及一种基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法。
背景技术
随着淤泥含水率大，组成成分复杂，容易产生二次污染，处置不当将对环境造成极为不利的影响，因而对疏浚河底淤泥的处理和处置就成了人们普遍关注的问题。现有淤泥的利用技术主要有固化土、烧结陶粒、免烧陶粒、淤泥砖、淤泥水泥等，而其中又以免烧陶粒的技术前景最广泛。废旧混凝土目前的再生利用路径较为清晰和成熟，拆除废旧混凝土经现场初步破碎后，运送至再生破碎料回收厂，通过精细化破碎得到粗骨料(碎石)和粉料(砂和水泥浆破碎料)，其中粗骨料掺入到新拌混凝土中制备混凝土、粉料掺入到基层材料中建造基层。
中国专利申请公布号CN 110156409 A公布了一种含有淤泥的混凝土及其制备方法，将水泥、淤泥、粉煤灰、玄武岩碎石、河砂、聚丙烯纤维、纳米增强剂加入混凝土搅拌机中搅拌混合均匀，然后加入混合液，搅拌均匀制得，其强度约为30-35MPa左右。中国专利授权公告号CN 103755267 B公布了一种淤泥混凝土及其制备方法，包括水泥、水、石子、粉煤灰、矿粉、砂和外加剂，并采用淤泥替代部分砂作为细骨料，最终强度约为35MPa。中国专利申请公布号CN 108558337 A公布了一种利用淤泥改良改性制备有机活性混凝土的方法，将淤泥进行除臭处理后与有机合成固化剂反应，再将改良淤泥、硅酸盐水泥、粉煤灰等混合得到有机活性混凝土。上述3项专利技术所得混凝土强度较低，且淤泥参与量较少，相对普通C30混凝土成本较高，附加值较低，市场竞争力差。
中国专利申请公布号114436601A公布了一种再生骨料自密实混凝土及其制备方法，将废弃混凝土经粉碎、分拣和过筛后，制成骨料颗粒；将水玻璃、PVA、纳米二氧化硅、磷酸和水混合均匀，制成复合液，将骨料颗粒置于复合液中，浸泡；将浸泡复合液后的骨料颗粒置于密闭容器中，抽真空，通入二氧化碳气体，升压至0.1-0.4MPa，保压20-24h，制成强化骨料颗粒；将强化骨料颗粒在水性有机硅树脂乳液中浸泡，干燥，最后搅拌成型自密实混凝土，具有结构致密，力学强度高，抗冻性强的优点。中国专利授权公告号CN113024199B公布了一种利用废旧建筑砼制备的再生混凝土及其制备方法，其制备方法为：1)将废旧建筑砼进行粉碎，清洗，筛分，得到再生骨料；2)将再生骨料与硫酸镁、碳酸锂、硫酸钠、磷酸二氢钾进行混合，得到混合物；3)将混合物与胶凝材料、粗骨料、细骨料、外加剂、增效剂与水进行混合，得到利用废旧建筑砼制备的再生混凝土，增大混凝土的抗渗性能，同时具有较好的抗裂性能。上述2项专利所用材料较多、制作过程繁琐，且仍然没有摆脱将粗骨料、细骨料区别对待的惯例，筛分后粗骨料分为20-30cm、10-20cm、5-10cm三种，分别加入不同等级的混凝土，一般不同时加入一种混凝土中；细骨料不能加入到混凝土中，一般加入到基层中(属于降级使用)，这样会造成大量粉料只能用于基层、砂浆等低等级建筑物。
总之，现有技术或针对河湖底泥、或针对废旧混凝土，鲜有将两者合并使用的案例，没有实现淤泥、废旧混凝土等建筑垃圾在建筑工程、公路工程中最大化的绿色应用。
发明内容
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明的一优选实施方案提供了一种基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、淤泥预处理
将淤泥和生石灰搅拌，并静置干燥研磨，得到处理后的淤泥，并将其分两部分，分别为A部分和B部分；
步骤S2、废旧混凝土破碎
去除废旧混凝土中的杂物，并对其进行粉碎筛分，得到再生粗骨料和再生细骨料；
步骤S3、再生细骨料处理
将步骤S2得到的再生细骨料、步骤S1预处理得到的淤泥的A部分以及偏高岭土进行充分混合，再将混合料和水混合搅拌；
步骤S4、再生粗骨料处理
向步骤S2得到的再生粗骨料喷洒水，使再生粗骨料处于饱和面干状态；
步骤S5、制备绿色混凝土
将步骤S4处理得到的再生粗骨料、步骤S3处理得到的再生细骨料的B部分、步骤S1处理得到的淤泥以及水泥、水和减水剂混合搅拌，最终得到目标产物绿色混凝土。
优选地，所述步骤S1，将淤泥和生石灰搅拌，并静置干燥研磨，具体包括以下操作：
将淤泥进行过筛处理，过筛后的淤泥和生石灰按重量比100:6-16混合搅拌，静置干燥，待干燥后研磨至0.08mm后备用。
优选地，所述步骤S2，去除废旧混凝土中的杂物，并对其进行粉碎处理，得到再生粗骨料和再生细骨料，具体包括以下操作：
步骤S21、将废旧混凝土进行初步破碎，清理其中的杂物；
步骤S22、继续进行二次破碎，得到直径35cm以下的混合物；
步骤S23、将步骤S22得到的混合物进一步筛分，分别得到再生粗骨料和再生细骨料。
优选地，所述步骤S3，将步骤S2得到的再生细骨料、步骤S1预处理得到的淤泥的A部分以及偏高岭土进行充分混合，再将混合料和水混合搅拌，具体包括以下操作：
步骤S31、将步骤S2得到的再生细骨料、步骤S1预处理得到的淤泥以及偏高岭土、水泥按质量比100:5-10:0-5:2混合，得混合料；
步骤S32、将混合料和水按质量比100:1-4混合搅拌，其中，水以边搅拌边喷洒的方式加入，直至水添加完毕，养护至少7d后备用。
优选地，所述步骤S5，将步的B部分骤S4处理得到的再生粗骨料、步骤S3处理得到的再生细骨料、步骤S1处理得到的淤泥以及水泥、水和减水剂混合搅拌，最终得到目标产物绿色混凝土，具体包括以下步骤；
步骤S51、将步骤S4处理得到的再生粗骨料、步骤S3处理得到的再生细骨料充分搅拌；
步骤S52、继续加入步骤S1处理得到的淤泥，充分搅拌；
步骤S53、再加入水和减水剂，充分搅拌，最终得到目标产物绿色混凝土；
其中，步骤S4处理得到的再生粗骨料、步骤S3处理得到的再生细骨料、步骤S1处理得到的淤泥以及水泥、水和减水剂的重量比为65-75:190-200:20-30:90-110:35-40:2-4。
优选地，所述水泥为超细水泥，其中位粒径D50在1um以下，最大粒径不超过18um，80％以上颗粒尺寸在5um以下。
优选地，所述减水剂为抗泥型高效减水剂。
优选地，所述偏高岭土为高岭石粉磨后于600-900℃煅烧所得，细度为4000-18000m2/Kg。
优选地，A部分和B部分的重量比为100：(50-200)。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明采用了大量废旧混凝土、江河湖海淤泥等废弃物作原料，消纳了大量建筑垃圾，不仅实现了建筑垃圾的资源化再利用，还减少了传统方法产生的高能耗，是一种绿色的再生循环利用技术，发明的混凝土可用于农村水泥混凝土路面、低等级公路和非机构混凝土，应用前景广泛、效益可观。
(2)本发明在解决废旧混凝土细集料、疏浚淤泥的技术中，避免了传统技术(如做陶粒、制砖、路基)存在的附加值低、能耗高、市场竞争激烈、需要下游工程接收的问题，实现了建筑垃圾价值最大化，经济效益明显。
(3)本发明利用淤泥中膨胀组分(若没有时则添加少量煅烧偏高岭土)，在再生细集料干混合填充细集料空隙，并通过少量喷洒水的方式实现空隙中膨胀组分的膨胀以提供膨胀力，实现细集料空隙的紧密填充，有效改善了再生细集料强度较低的问题。
(4)本发明的废旧混凝土是全级配利用，避免了传统利用方式中细集料用于基层的情况，降低了过程中反复运输费用和材料降级使用的附加值损失。
(5)本发明制备得到的混凝土在保证混凝土强度不低于30MPa的情况下，能消纳40％左右的废旧混凝土和5％以上的淤泥，相比于普通C30混凝土，本方法节约了45％的新建材。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
实施例1：
(1)淤泥的预处理：
将江河湖海疏浚底泥通过10cm筛网过滤后，每100份淤泥(含水重)加6份生石灰、搅拌后静置2天，待干化后粉磨至0.08mm以下备用，并将其分两部分，分别为A部分和B部分。
(2)废旧混凝土破碎
1)将废旧混凝土进行初步破碎，清理其中如钢筋等杂物；
2)将上述废旧混凝土进行二次破碎，得到直径35cm以下的混合物；
3)将上述混合物采用5mm方孔筛进行筛分，分别得到再生粗骨料和再生细骨料。
(3)再生细骨料处理
1)将再生细骨料与(1)中得到的预处理后淤泥的A部分按照细骨料：淤泥：水泥＝100:10:2的比例进行充分混合；
2)将上述混合物与水按100:3的比例进行搅拌，水采用喷洒的方式加入，边喷洒边搅拌，直至水添加完毕，养护至少7d后备用。
(4)再生粗骨料的处理
将再生粗骨料喷洒水，使再生粗骨料处于饱和面干状态。
(5)绿色混凝土制备
将(4)中再生粗骨料、普通骨料、(3)中再生细骨料、(1)中预处理淤泥的B部分、水泥、水和减水剂按照65:210:190:20:110:35:3的比例进行搅拌，搅拌时先将再生粗骨料、普通骨料、再生细骨料充分搅拌1分钟，然后依次加入淤泥、水泥搅拌1分钟，最后加入水和减水剂搅拌3分钟，制得含淤泥和全级配废旧混凝土的绿色混凝土。
最终制得含淤泥和全级配废旧混凝土的绿色混凝土，该实施例所消纳全级配废旧混凝土占总重约40.3％、绝干淤泥为总重量约5.9％，抗压强度约为39.5MPa。
实施例2：
(1)淤泥的预处理：
将江河湖海疏浚底泥通过10cm筛网过滤后，每100份淤泥(含水重)加:16份生石灰、搅拌后静置4天，待干化后粉磨至0.08mm以下备用，并将其分两部分，分别为A部分和B部分。
(2)废旧混凝土破碎
1)将废旧混凝土进行初步破碎，清理其中如钢筋等杂物；
2)将上述废旧混凝土进行二次破碎，得到直径35cm以下的混合物；
3)将上述混合物采用5mm方孔筛进行筛分，分别得到再生粗骨料和再生细骨料。
(3)再生细骨料处理
1)将再生细骨料与(1)中得到的预处理后淤泥的A部分按照细骨料：淤泥：偏高岭土：水泥＝100:5:5:2的比例进行充分混合；
2)将上述混合物与水按100:2的比例进行搅拌，水采用喷洒的方式加入，边喷洒边搅拌，直至水添加完毕，养护至少7d后备用。
(4)再生粗骨料的处理
将再生粗骨料喷洒水，使再生粗骨料处于饱和面干状态。
(5)绿色混凝土制备
将(4)中再生粗骨料、普通骨料、(3)中再生细骨料、(1)中预处理淤泥的B部分、水泥、水和减水剂按照75:190:200:30:110:40:4的比例进行搅拌，搅拌时先将再生粗骨料、普通骨料、再生细骨料充分搅拌1分钟，然后依次加入淤泥、水泥搅拌1分钟，最后加入水和减水剂搅拌3分钟，制得含淤泥和全级配废旧混凝土的绿色混凝土。
最终制得含淤泥和全级配废旧混凝土的绿色混凝土，该实施例所消纳全级配废旧混凝土占总重约43.4％、绝干淤泥为总重量约7.6％，抗压强度约为30.4MPa。
实施例3：
(1)淤泥的预处理：
将江河湖海疏浚底泥通过10cm筛网过滤后，每100份淤泥(含水重)加:10份生石灰、搅拌后静置4天，待干化后粉磨至0.08mm以下备用，并将其分两部分，分别为A部分和B部分。
(2)废旧混凝土破碎
1)将废旧混凝土进行初步破碎，清理其中如钢筋等杂物；
2)将上述废旧混凝土进行二次破碎，得到直径35cm以下的混合物；
3)将上述混合物采用5mm方孔筛进行筛分，分别得到再生粗骨料和再生细骨料。
(3)再生细骨料处理
1)将再生细骨料与(1)中得到的预处理后淤泥的A部分按照细骨料：淤泥：偏高岭土：水泥＝100:10:5:2的比例进行充分混合；
2)将上述混合物与水按100:3的比例进行搅拌，水采用喷洒的方式加入，边喷洒边搅拌，直至水添加完毕，养护至少7d后备用。
(4)再生粗骨料的处理
将再生粗骨料喷洒水，使再生粗骨料处于饱和面干状态。
(5)绿色混凝土制备
将(4)中再生粗骨料、普通骨料、(3)中再生细骨料、(1)中预处理淤泥的B部分、水泥、水和减水剂按照70:200:195:30:90:40:4的比例进行搅拌，搅拌时先将再生粗骨料、普通骨料、再生细骨料充分搅拌1分钟，然后依次加入淤泥、水泥搅拌1分钟，最后加入水和减水剂搅拌3分钟，制得含淤泥和全级配废旧混凝土的绿色混凝土。
最终制得含淤泥和全级配废旧混凝土的绿色混凝土，该实施例所消纳全级配废旧混凝土占总重约41.9％、绝干淤泥为总重量约8.8％，抗压强度约为31.2MPa。
实施例4：
(1)淤泥的预处理：
将江河湖海疏浚底泥通过10cm筛网过滤后，每100份淤泥(含水重)加:10份生石灰、搅拌后静置5天，待干化后粉磨至0.08mm以下备用，并将其分两部分，分别为A部分和B部分。
(2)废旧混凝土破碎
1)将废旧混凝土进行初步破碎，清理其中如钢筋等杂物；
2)将上述废旧混凝土进行二次破碎，得到直径35cm以下的混合物；
3)将上述混合物采用5mm方孔筛进行筛分，分别得到再生粗骨料和再生细骨料。
(3)再生细骨料处理
1)将再生细骨料与(1)中得到的预处理后淤泥的A部分按照细骨料：淤泥：偏高岭土：水泥＝100:5:5:2的比例进行充分混合；
2)将上述混合物与水按100:2的比例进行搅拌，水采用喷洒的方式加入，边喷洒边搅拌，直至水添加完毕，养护至少7d后备用。
(4)再生粗骨料的处理
将再生粗骨料喷洒水，使再生粗骨料处于饱和面干状态。
(5)绿色混凝土制备
将(4)中再生粗骨料、普通骨料、(3)中再生细骨料、(1)中预处理淤泥的B部分、水泥、水和减水剂按照70:205:190:20:100:35:4的比例进行搅拌，搅拌时先将再生粗骨料、普通骨料、再生细骨料充分搅拌1分钟，然后依次加入淤泥、水泥搅拌1分钟，最后加入水和减水剂搅拌3分钟，制得含淤泥和全级配废旧混凝土的绿色混凝土。
最终制得含淤泥和全级配废旧混凝土的绿色混凝土，该实施例所消纳全级配废旧混凝土占总重约41.1％、绝干淤泥为总重量约7.1％，抗压强度约为34.1MPa。
综上所述，从实施例1-4的数据可以看出，本发明制备得到的混凝土在保证混凝土强度不能低于30MPa的情况下，能消纳40％左右的废旧混凝土和5％以上的淤泥，相当于普通C30混凝土中，本方法节约了45％的建材，具有很好的应用前景。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (6)
1.一种基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、淤泥预处理
将淤泥和生石灰搅拌，并静置干燥研磨，得到处理后的淤泥，并将其分两部分，分别为A部分和B部分；
步骤S2、废旧混凝土破碎
去除废旧混凝土中的杂物，并对其进行粉碎筛分，得到再生粗骨料和再生细骨料；
步骤S3、再生细骨料处理
将步骤S2得到的再生细骨料、步骤S1预处理得到的淤泥的A部分以及偏高岭土、水泥进行充分混合，再将混合料和水混合搅拌；
步骤S4、再生粗骨料处理
向步骤S2得到的再生粗骨料喷洒水，使再生粗骨料处于饱和面干状态；
步骤S5、制备绿色混凝土
将步骤S4处理得到的再生粗骨料、普通骨料、步骤S3处理得到的再生细骨料、步骤S1处理得到的淤泥的B部分以及水泥、水和减水剂按照70:200:195:30:90:40:4的重量比例混合搅拌，最终得到目标产物绿色混凝土；
所述步骤S3，将步骤S2得到的再生细骨料、步骤S1预处理得到的淤泥的A部分以及偏高岭土进行充分混合，再将混合料和水混合搅拌，具体包括以下操作：
步骤S31、将步骤S2得到的再生细骨料、步骤S1预处理得到的淤泥以及偏高岭土、水泥按质量比100:10:5:2混合，得混合料；
步骤S32、将混合料和水按质量比100:3混合搅拌，其中，水以边搅拌边喷洒的方式加入，直至水添加完毕，养护至少7d后备用；
所述步骤S1，将淤泥和生石灰搅拌，并静置干燥研磨，具体包括以下操作：
将淤泥进行过筛处理，过筛后的淤泥和生石灰按重量比100:10混合搅拌，静置干燥，待干燥后研磨至0.08mm后备用；所述偏高岭土为高岭石粉磨后于600-900℃煅烧所得；A部分和B部分的重量比为100：(50-200)；所述绿色混凝土的抗压强度不低于30MPa。
2.根据权利要求1所述的基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S2，去除废旧混凝土中的杂物，并对其进行粉碎处理，得到再生粗骨料和再生细骨料，具体包括以下操作：
步骤S21、将废旧混凝土进行初步破碎，清理其中的杂物；
步骤S22、继续进行二次破碎，得到直径35mm以下的混合物；
步骤S23、将步骤S22得到的混合物进一步筛分，分别得到再生粗骨料和再生细骨料。
3.根据权利要求1所述的基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S5，具体包括以下步骤；
步骤S51、将步骤S4处理得到的再生粗骨料、普通骨料、步骤S3处理得到的再生细骨料充分搅拌；
步骤S52、继续加入步骤S1处理得到的淤泥，充分搅拌；
步骤S53、再加入水和减水剂，充分搅拌，最终得到目标产物绿色混凝土。
4.根据权利要求1所述的基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法，其特征在于，所述水泥为超细水泥，其中位粒径D50在1um以下，最大粒径不超过18um，80％以上颗粒尺寸在5um以下。
5.根据权利要求1所述的基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法，其特征在于，所述减水剂为抗泥型高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的基于淤泥和废旧混凝土的绿色混凝土的制备方法，其特征在于，所述偏高岭土细度为4000-18000m2/Kg。
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