CN117776658A - 碱激发固废基回填材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了碱激发固废基回填材料，回填材料包括如下组分：固废基复合材料、外加剂、泡花碱和水；其中，固废基复合材料包括如下组分：建筑垃圾细粉60‑75份；煅烧煤矸石微粉10‑20份；脱硫石膏粉5‑10份；生活垃圾焚烧灰渣微粉5‑15份；碱渣5‑15份。泡花碱的质量占所述固废基复合材料质量的百分比为1‑5％；水的质量占所述固废基复合材料质量的百分比为20‑30％。本申请以固废基复合材料为基础原料，将其与外加剂、泡花碱和水均匀混合，各原料共同发挥效用，制备出了自流平、自密实、强度和硬化时间可控的回填材料，本申请解决了现有技术中存在的固体废弃物利用不充分、消耗不足的问题，为固体废弃物资源化利用开拓了新的领域。
Description
技术领域
本发明属于固废处理领域，特别涉及碱激发固废基回填材料及其制备方法。
背景技术
我国目前大量的固体废弃物若要通过资源化利用来消纳，就产生了一个庞大的固体废弃物资源化利用市场。
由于存在行业特殊性，无论是原生材料加工成为建材，还是这些建材生命周期结束后再生成为建材再利用，以及尾矿等大宗工业固废资源化利用的过程，都存在着利用率提高的瓶颈问题，即资源化利用过程能耗高、性能差、产品应用窄、成本高等，这些制约了建材行业资源化利用固体废弃物的发展。
当前对管沟、沟槽、空洞、基础肥槽等的回填，多采用土壤分层填筑、分层压实的方法进行，填筑质量受填土质量、分层厚度、压实方法等因素影响显著，对边角、异形处难以保证填筑质量。
在建筑垃圾加工骨料过程中，在加工场粉尘收集***、振动筛筛余、骨料清洗池等处会产生大量粒径小于0.25mm的建筑垃圾细粉，相比于建筑垃圾再生粗、细集料，建筑垃圾细粉资源利用率不高；煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾；垃圾焚烧灰渣是垃圾焚烧后的主要产物，存在对垃圾焚烧灰渣利用不充分、消耗不足的问题；此外在工业生产中脱硫石膏、碱渣等固体废弃物，直接露天堆放或填埋处理，存在着占用土地、二次污染、利用不充分的问题。
发明内容
本发明提供了碱激发固废基回填材料及其制备方法，用以解决现有技术中固体废弃物利用不充分、消耗不足的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：碱激发固废基回填材料，所述回填材料包括如下组分：固废基复合材料、外加剂、泡花碱和水；其中，固废基复合材料包括如下组分：建筑垃圾细粉60-75份；煅烧煤矸石微粉10-20份；脱硫石膏粉5-10份；生活垃圾焚烧灰渣微粉5-15份；碱渣5-15份。
进一步，泡花碱的质量占所述固废基复合材料质量的百分比为1-5％；水的质量占所述固废基复合材料质量的百分比为20-30％；所述外加剂为抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂和甲酸钙，抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂质量占所述固废基复合材料的0.05％-0.1％；甲酸钙质量占所述固废基复合材料固废基复合材料的0.5％-2.5％。
进一步，抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂为粉体。
进一步，建筑垃圾细粉的粒径小于0.25mm。
进一步，所述煅烧煤矸石微粉为煤矸石经800℃-1000℃煅烧后，粉磨风选后产物，粒径小于0.075mm。
进一步，生活垃圾焚烧灰渣微粉为生活垃圾焚烧厂产生的底渣回收金属后，经露天环境熟化并过筛得到的余留物与生活垃圾焚烧飞灰按质量比5:1混合物，粒径小于0.075mm。
本发明还提供一种碱激发固废基回填材料的制备方法，制备方法包括如下步骤：
S1、按比例称量干燥状态的建筑垃圾细粉、煅烧煤矸石微粉、脱硫石膏粉、生活垃圾焚烧灰渣微粉、碱渣投入粉体混料机进行混料，得到固废基复合材料；
S2、在料筒中装入适量的水，依次将甲酸钙、抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂、泡花碱水按比例投入料筒，搅拌均匀；
S3、将固废基复合材料投入搅拌机，在搅拌机中投入料筒中的混合溶液，搅拌均匀后得到碱激发固废基回填材料成品。
进一步，步骤S1中的混料时间至少为3分钟。
进一步，步骤S2中的搅拌时间至少为3分钟。
进一步，步骤S3中的搅拌时间为3-5分钟。
本发明的有益效果体现在：
1)本发明公开的碱激发固废基回填材料，该材料以建筑垃圾细粉、煅烧煤矸石微粉、脱硫石膏粉、生活垃圾焚烧灰渣微粉、碱渣为基础原料，将其与抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)、甲酸钙、泡花碱和水均匀混合，通过调配各原料之间的配合比，使得各原料共同发挥效用；
2)碱激发固废基回填材料在制备时未使用水泥、石灰等传统胶凝材料，通过碱性激发剂激发的煅烧煤矸石微粉、脱硫石膏粉、生活垃圾焚烧灰渣微粉、碱渣的矿物活性，使材料无侧限抗压强度达到预期要求，节约成本，节能环保，为固体废弃物资源化应用提供新的方向；
3)本发明提供的在碱激发固废基回填材料制备时未使用天然骨料，减少了自然资源的利用。
4)本发明所制得的碱激发固废基回填材料强度适中、可调，便于二次开挖；自流平，可填充狭小空间；自密实，基本不需夯实，可替代传统回填材料，解决了现有技术中存在的固体废弃物利用不充分、消耗不足的问题，为固体废弃物资源化利用开拓了新的领域，提高了建筑垃圾、煤矸石、脱硫石膏、生活垃圾焚烧灰渣、碱渣等工业固体废弃物利用率及利用效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
具体实施方式
本发明提供了一种碱激发固废基回填材料，包括了固废基复合材料、外加剂、泡花碱和水。固废基复合材料具体包括以下重量份组分：建筑垃圾细粉60-75份；煅烧煤矸石微粉10-20份；脱硫石膏粉5-10份；生活垃圾焚烧灰渣微粉5-15份；碱渣5-15份。
泡花碱的质量占固废基复合材料质量的百分比为1-5％；水的质量占固废基复合材料质量的百分比为20-30％；外加剂为抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)和甲酸钙，抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)质量占固废基复合材料的0.05％-0.1％；甲酸钙质量占固废基复合材料固废基复合材料的0.5％-2.5％。
其中，建筑垃圾细粉为建筑垃圾加工骨料过程中，在粉尘收集***、振动筛筛余、骨料清洗池等处收集的粒径小于0.25mm的细粉，主要成分是砖渣和混凝土渣；煅烧煤矸石微粉为煤矸石经800℃-1000℃煅烧后，粉磨风选后产物，粒径小于0.075mm；脱硫石膏为市售脱硫石膏粉，主要成分为CaSO4·1/2H2O；生活垃圾焚烧灰渣微粉为生活垃圾焚烧厂产生的底渣回收金属后，经露天环境熟化并过筛得到的余留物与生活垃圾焚烧飞灰按质量比5:1混合物，粒径小于0.075mm。
其中，碱渣为市售碱渣、泡花碱为市售泡花碱粉末、外加剂为市售抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)和甲酸钙，
实施例1
本实施例提供一种碱激发固废基回填材料材料，其原料包括固废基复合材料、外加剂、泡花碱和水，固废基复合材料中各组分的质量配合比为：
泡花碱质量占所述固废基复合材料质量的百分比为3％；
抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)质量占所述固废基复合材料的0.07％；
甲酸钙质量占所述固废基复合材料固废基复合材料的1.0％。
水的质量占所述固体原料质量的百分比为25％。
进一步地，所述建筑垃圾细粉为建筑垃圾加工骨料过程中，在粉尘收集***、振动筛筛余、骨料清洗池等处收集的粒径小于0.25mm得细粉，主要成分是砖渣和混凝土渣。
所述煅烧煤矸石微粉为煤矸石经800℃-1000℃煅烧后，粉磨风选后产物，粒径小于0.075mm。
所述脱硫石膏为市售脱硫石膏粉，主要成分为CaSO4·1/2H2O。
所述生活垃圾焚烧灰渣为生活垃圾焚烧厂产生的底渣回收金属后，经露天环境熟化并过筛得到的余留物与生活垃圾焚烧飞灰按质量比5:1混合物，粒径小于0.075mm。
所述碱渣为市售碱渣。
所述泡花碱为市售泡花碱粉末。
所述外加剂为市售抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)和甲酸钙。
实施例2
本实施例提供一种碱激发固废基回填材料材料，其原料包括固废基复合材料、外加剂、泡花碱和水，固废基复合材料中各组分的质量配合比为：
泡花碱质量占所述固废基复合材料质量的百分比为4％；
抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)质量占所述固废基复合材料的0.1％；
甲酸钙质量占所述固废基复合材料固废基复合材料的2.0％。
水的质量占所述固体原料质量的百分比为20％。
进一步地，所述建筑垃圾细粉为建筑垃圾加工骨料过程中，在粉尘收集***、振动筛筛余、骨料清洗池等处收集的粒径小于0.25mm得细粉，主要成分是砖渣和混凝土渣。
所述煅烧煤矸石微粉为煤矸石经800℃-1000℃煅烧后，粉磨风选后产物，粒径小于0.075mm。
所述脱硫石膏为市售脱硫石膏粉，主要成分为CaSO4·1/2H2O。
所述生活垃圾焚烧灰渣为生活垃圾焚烧厂产生的底渣回收金属后，经露天环境熟化并过筛得到的余留物与生活垃圾焚烧飞灰按质量比5:1混合物，粒径小于0.075mm。
所述碱渣为市售碱渣。
所述泡花碱为市售泡花碱粉末。
所述外加剂为市售抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)和甲酸钙。
实施例3
本实施例提供一种碱激发固废基回填材料材料，其原料包括固废基复合材料、外加剂、泡花碱和水，固废基复合材料中各组分的质量配合比为：
泡花碱质量占所述固废基复合材料质量的百分比为2％；
抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)质量占所述固废基复合材料的0.05％；
甲酸钙质量占所述固废基复合材料固废基复合材料的0.5％。
水的质量占所述固体原料质量的百分比为30％。
进一步地，所述建筑垃圾细粉为建筑垃圾加工骨料过程中，在粉尘收集***、振动筛筛余、骨料清洗池等处收集的粒径小于0.25mm得细粉，主要成分是砖渣和混凝土渣。
所述煅烧煤矸石微粉为煤矸石经800℃-1000℃煅烧后，粉磨风选后产物，粒径小于0.075mm。
所述脱硫石膏为市售脱硫石膏粉，主要成分为CaSO4·1/2H2O。
所述生活垃圾焚烧灰渣为生活垃圾焚烧厂产生的底渣回收金属后，经露天环境熟化并过筛得到的余留物与生活垃圾焚烧飞灰按质量比5:1混合物，粒径小于0.075mm。
所述碱渣为市售碱渣。
所述泡花碱为市售泡花碱粉末。
所述外加剂为市售抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)和甲酸钙。
对比例1
本对比例提供一种碱激发固废基回填材料材料与实施例1形成对比，其原料包括固废基复合材料、外加剂、泡花碱和水，固废基复合材料中各组分的质量配比中碱渣4％，其他成分配比与实施例1一致。
本发明还提供上述碱激发固废基回填材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按比例称量干燥状态的建筑垃圾细粉、煅烧煤矸石微粉、脱硫石膏粉、生活垃圾焚烧灰渣微粉、碱渣投入粉体混料机进行混料，得到固废基复合材料；混料时间不小于3分钟。
S2、在料筒中装入适量的水，依次将甲酸钙、抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)、泡花碱水按比例投入料筒，搅拌均匀，搅拌时间不小于3分钟；
S3、将固废基复合材料投入搅拌机，在搅拌机中投入料筒中的混合溶液，搅拌3-5分钟，均匀后得到碱激发固废基回填材料成品。
对比例2
本对比例提供一种水泥基回填材料与实施例3形成对比，其原料包括水泥、外加剂、建筑垃圾细粉和水，各组分的质量配合比为：。
建筑垃圾细粉70％；
水泥30％。
抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)质量占所述水泥0.05％；
甲酸钙质量占所述水泥的0.5％。
水的质量占所述固体原料质量的百分比为30％。
水泥为市售32.5矿渣硅酸盐水泥。
其他材料与实施例3一致。
制备方法，包括以下步骤：
S1、按比例称量干燥状态的建筑垃圾细粉、水泥投入粉体混料机进行混料，得到水泥基复合材料；混料时间不小于3分钟。
S2、在料筒中装入适量的水，依次将甲酸钙、抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)按比例投入料筒，搅拌均匀，搅拌时间不小于3分钟；
S3、将水泥基复合材料投入搅拌机，在搅拌机中投入料筒中的混合溶液，搅拌3-5分钟，均匀后得到水泥基回填材料成品。
实施例1-3、对比例1-2的参数如下：
| 实施例序号 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| S1步骤中混料时间 | 4分钟 | 4分钟 | 4分钟 | 4分钟 | 4分钟 |
| S2步骤中搅拌时间 | 3分钟 | 3分钟 | 3分钟 | 3分钟 | 3分钟 |
| S3步骤中搅拌时间 | 4分钟 | 4分钟 | 4分钟 | 4分钟 | 4分钟 |
性能测试
1.对实施例1-3、对比例1-2制得的回填材料成品的各项性能进行工作性能测试，其中无侧限抗压强度按照ASTM D4832-16e1进行测试，流动度按照ASTM D6103/D6103M-17进行测试，凝结时间按照ASTM D6024/D6024M-16进行测试；具体的测试结果如表1所示。
表1工作性能测试结果
通过表1可以看出，本申请提供的碱激发固废基回填材料具有如下特点：
(1)3天无侧限抗压强度的范围为0.23-0.45Mpa，早期强度高；28天无侧限抗压强度的范围为1.27-2.14Mpa，既满足回填材料所需要的强度，又方便二次开挖；
(2)流动度大于200mm，具有较好的自流平性能，自密实，适合填充狭窄空间；
(3)初凝结时间小于6h，回填后可快速衔接后续施工过程，加快施工进度；
(4)对比例1的碱渣用量低于5％，拌合物碱性弱，工作性能较实施例1明显变差，部分指标达不到指标值要求；
(4)对比例2为水泥基回填材料，工作性能与实施例3差异明显，指标达不到指标值要求。
2.浸出浓度试验，通过电感耦合等离子体发射光谱仪测定碱激发固废基回填材料的Zn、Pb、Ni、Cd、TCr、Cu的浸出浓度，具体的测试结果如表2、3所示。
表2 30天浸出浓度试验结果
表3 90天浸出浓度试验结果
通过表2、3可以看出，本申请提供的对实施例1-3、对比例1碱激发固废基回填材料具有如下特点：30、90天碱激发固废基回填材料的Zn、Pb、Ni、Cd、TCr、Cu的浸出浓度均远远小于填埋场浸出液污染物重金属质量浓度限值，满足《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB 16889-2008)要求，对环境是友好、安全的；对比例1数据相较于实施例1有明显上升；对比例2为水泥基回填材料，基本未检出重金属。
本申请提供的碱激发固废基回填材料，以建筑垃圾细粉、煅烧煤矸石微粉、脱硫石膏粉、生活垃圾焚烧灰渣微粉、碱渣为基础原料，将其与抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂(粉体)、甲酸钙、泡花碱和水均匀混合，通过调配各原料之间的配合比，使得各原料共同发挥效用，制得的回填材料强度既能满足回填需要，又便于二次开挖；可自动填充狭小空间；不需夯实。
本申请所制得的碱激发固废基回填材料，在制备时未使用水泥、石灰等传统胶凝材料，通过碱性激发剂激发的煅烧煤矸石微粉、脱硫石膏粉、生活垃圾焚烧灰渣微粉、碱渣的矿物活性，使材料的无侧限抗压强度、流动度、初凝时间、浸出液污染物重金属质量浓度达到预期要求，节约成本，节能环保，为固体废弃物资源化应用提供新的方向；
在碱激发固废基回填材料制备时未使用天然骨料，充分利用了建筑垃圾细粉，既解决了固体废弃物占地问题，又减少了自然资源的使用，保护了环境。
综上，本发明提供的碱激发固废基回填材料及其制备方法，为固体废弃物资源化利用开拓了新的领域，提高了煤矸石、脱硫石膏、生活垃圾焚烧灰渣、碱渣等工业固体废弃物利用率及利用质量。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.碱激发固废基回填材料，其特征在于，所述回填材料包括如下组分：固废基复合材料、外加剂、泡花碱和水；其中，固废基复合材料包括如下组分：建筑垃圾细粉60-75份；煅烧煤矸石微粉10-20份；脱硫石膏粉5-10份；生活垃圾焚烧灰渣微粉5-15份；碱渣5-15份。
2.如权利要求1所述的碱激发固废基回填材料，其特征在于，泡花碱的质量占所述固废基复合材料质量的百分比为1-5％；水的质量占所述固废基复合材料质量的百分比为20-30％；所述外加剂为抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂和甲酸钙，抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂质量占所述固废基复合材料的0.05％-0.1％；甲酸钙质量占所述固废基复合材料固废基复合材料的0.5％-2.5％。
3.如权利要求2所述的碱激发固废基回填材料，其特征在于，抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂为粉体。
4.如权利要求1所述的碱激发固废基回填材料，其特征在于，建筑垃圾细粉的粒径小于0.25mm。
5.如权利要求1所述的碱激发固废基回填材料，其特征在于，所述煅烧煤矸石微粉为煤矸石经800℃-1000℃煅烧后，粉磨风选后产物，粒径小于0.075mm。
6.如权利要求1所述的碱激发固废基回填材料，其特征在于，生活垃圾焚烧灰渣微粉为生活垃圾焚烧厂产生的底渣回收金属后，经露天环境熟化并过筛得到的余留物与生活垃圾焚烧飞灰按质量比5:1混合物，粒径小于0.075mm。
7.如权利要求1-6任一项所述的碱激发固废基回填材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
S1、按比例称量干燥状态的建筑垃圾细粉、煅烧煤矸石微粉、脱硫石膏粉、生活垃圾焚烧灰渣微粉、碱渣投入粉体混料机进行混料，得到固废基复合材料；
S2、在料筒中装入适量的水，依次将甲酸钙、抗黏土型聚羧酸系高性能减水剂、泡花碱水按比例投入料筒，搅拌均匀；
S3、将固废基复合材料投入搅拌机，在搅拌机中投入料筒中的混合溶液，搅拌均匀后得到碱激发固废基回填材料成品。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中的混料时间至少为3分钟。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中的搅拌时间至少为3分钟。
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中的搅拌时间为3-5分钟。
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