一种生活垃圾焚烧炉渣再生骨料透水混凝土及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料及固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧炉渣再生骨料透水混凝土及其制备方法。

背景技术：

目前，生活垃圾焚烧炉渣在混凝土中主要用作以下两方面，一、使用垃圾焚烧炉渣生产免烧砖，主要采用水泥、混凝土胶结剂、水以及垃圾焚烧炉渣经加工、振动加压或其他成型工艺制成的，用于铺设城市道路人行道、城市广场等的混凝土路面及地面工程的块、板等；二、使用垃圾焚烧炉渣生产混凝土，主要采用水泥、混凝土胶结剂、水、天然骨料及垃圾焚烧炉渣等制成。

然而上述方法生产的垃圾焚烧炉渣路面砖为预制后现场铺设使用且透水能力较差，而垃圾焚烧炉渣混凝土为非透水结构。

生活垃圾焚烧炉渣再生骨料是生活垃圾焚烧发电厂产生的焚烧炉渣，经再焚烧、破碎、磁选、跳汰、沉淀及再筛选制得。

在生活垃圾焚烧发电厂的推广建设和天然骨料日益紧缺的大环境下，使用垃圾焚烧渣再生骨料代替天然骨料，可以在一定程度上缓解天然骨料紧缺的问题，降低生产成本；同时可以有效的处理城市垃圾处理时的二次污染浪费问题。

然而现阶段再生骨料主要用于铺设道路水稳层和生产免烧砖等较低附加值的建材制品，如申请号2015109428758的中国专利公开的一种利用垃圾焚烧的炉渣制作的透水砖，采用复合胶凝料、复合骨料和水混合制成，其中，复合胶凝料由水泥、矿质和乳胶粉配制而成，复合骨料由焚烧炉渣骨料、砂和粘合剂配制而成。申请号2018105981721的中国专利公开的一种利用生活垃圾焚烧炉渣生产免烧砖的制备工艺，其将经过预处理的生活垃圾焚烧炉渣、采用选矿炉渣和水泥按比例混合，搅拌均匀后采用高压成型工艺制备高强免烧砖产品。

上述透水砖和免烧砖的使用范围都有一定的限制，附加值较低，且铺设工艺繁琐。而再生骨料在其它制品中的应用尚处于研究和试验阶段，因此使用量较小，附加值很低。

透水混凝土又称多孔混凝土、无砂混凝土、透水地坪，是由骨料、水泥、增强剂和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料。透水混凝土具有使雨水透过路面从而补充地下水的功能，具有以下几个优点：

1)保护地下水资源：透水混凝土地面的特点就是其上的降水可以通过本身与地面下垫层相通的渗水路径渗入下部土壤，因而对于地下水资源保护起到积极的作用；

2)改善城市热环境：水体对改善城市的温、湿度及形成局部的地方风都有明显的作用。透水性混凝土地面由于自身一系列与外部空气及下部透水垫层相连通的多孔构造，雨过天晴以后，透水性地面下垫层土壤中丰富的毛细水通过自然蒸发和太阳辐射作用下的蒸腾作用使地表的温度降低，从而有效地缓解了城市热环境；

3)改善城市地表土壤生态环境：市区硬化地面常常出现雨水蓄积和漫流现象，这种情况下非透水性铺装无疑会加重城市排水系统的压力，它是很多城市夏季产生城区内涝的重要因素。不透水地面只能依靠表面汇水系统及城市排水管网排除地表降雨，在暴雨时这种地面径流急剧增高，很快出现峰值，流量急升急降。而透水混凝土地面由于自身良好的透水性能，能有效地缓解城市排水系统的泄洪压力，径流曲线平缓，其峰值较低，并且流量也是缓升缓降，这对于城市防洪无疑是有利的。因此，透水混凝土地面不失为城市广场防涝的积极措施。另外放置在水中的透水性混凝土为水生动植物提供了良好的生存空间，可以达到净化污水的作用；

4)水体净化和改善地表径流：透水性铺装兼有良好的渗水性及保湿性，它既兼顾了人类活动对于硬化地面的使用要求，又能通过自身性能接近天然草坪和土壤地面的生态优势减轻城市硬化地面对大自然的破坏程度，透水性地面铺装以下的动植物及微生物的生存空间得到有效的保护，体现了自然生物环境的可持续发展的要求。因而很好地体现了“与环境共生”的可持续发展理念。

然而目前，垃圾焚烧渣再生骨料在透水混凝土中的应用极少见到报道。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种采用垃圾焚烧炉渣再生骨料完全替代天然骨料而制备的透水混凝土及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种透水混凝土，按重量份计，所述透水混凝土的原料配方包括以下组分：

其中，所述增强料为硅灰、粉煤灰和矿粉的组合。

根据本发明的一些实施方面，按质量百分含量计，所述增强料的成分为：硅灰70～90％，粉煤灰5～20％和矿粉5～20％。

根据本发明的一些实施方面，所述粉煤灰为i级粉煤灰，所述矿粉为s95矿粉。

根据本发明的一些实施方面，所述水泥与增强料的质量比为22～30:1。优选地，所述水泥与增强料的质量比为25～26:1。

根据本发明的一些实施方面，所述垃圾焚烧炉渣再生骨料的制备方法包括以下步骤：水洗、破碎、磁选、跳汰、沉淀及再筛选，筛选出粒径在0.25～0.5mm的颗粒即为所述垃圾焚烧炉渣再生骨料。所述垃圾焚烧炉渣再生骨料的制备经工艺改良，通过水洗、磁选、筛分等工序，处理过程去除了较大尺寸的砖块、石头、金属等杂质。所述垃圾焚烧炉渣再生骨料的组成以烧结产物为主，同时不可避免的含有少量的有机物不充分燃烧残渣(木头、塑料等)以及金属、玻璃、陶瓷等不燃物质的破碎颗粒。

根据本发明的一些实施方面，所述垃圾焚烧炉渣再生骨料的粒径为0.25～0.5mm。优选地，所述垃圾焚烧炉渣再生骨料为单粒级再生骨料。

根据本发明的一些实施例方面，所述垃圾焚烧炉渣再生骨料为生活垃圾焚烧炉渣再生骨料。

根据本发明的一些实施方面，所述水泥为52.5级及以上级的硅酸盐水泥或早强型硅酸盐水泥。

根据本发明的一些实施方面，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率大于等于20％。

本发明采取的另一技术方案：上述透水混凝土的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将垃圾焚烧炉渣再生骨料、水泥、增强料与部分水混合，搅拌均匀；

(2)将减水剂与剩余水混合后，加入步骤(1)得到的混合料中，搅拌均匀；

(3)将步骤(2)得到的混合料加入模具中，振动，成型，薄膜密封后进行养护，制得透水混凝土。

根据本发明的一些实施方面，步骤(2)中，所述搅拌时间为4～10min。

根据本发明的一些实施方面，步骤(3)中，所述养护在养护室养护，养护温度为20±2℃，相对湿度为95±2％。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明利用特定的垃圾焚烧炉渣再生骨料完全替代天然骨料，配合增强料、减水剂及水泥制备的透水混凝土，具有良好的透水性能和强度，达到了完全采用天然骨料的透水混凝土相当的强度和透水性，同时提高了垃圾焚烧炉渣的利用率，解决垃圾焚烧炉渣大量堆积对环境造成二次污染浪费问题，缓解了天然骨料紧缺的现象，为透水混凝土道路的发展提供了新方向，符合绿色发展的趋势和需求。

本发明透水混凝土路面铺设使用现浇混凝土相比砖块铺设更易于施工，使用范围更加广泛，节省人工成本和时间。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

以下实施例中使用的部分原料来源及型号/牌号如下：

水泥：p·ⅱ52.5普通硅酸盐水泥，购自深圳海星小野田水泥有限公司。

硅灰：购自埃肯国际贸易(上海)有限公司。

矿粉：s95矿粉，购自河北友胜耐火材料有限公司。

粉煤灰：i级粉煤灰。

减水剂：德国巴斯夫粉体聚羧酸减水剂，比重1.03-1.07，ph6-8，购自山东豪建国际贸易有限公司。

实施例1

本实施例提供的生活垃圾再生骨料透水混凝土，其原料配方由以下成分组成：356份水泥、110份水、14份增强料、1174份生活垃圾焚烧炉渣再生骨料和1.8份减水剂，其中，增强料采用硅灰25％、矿粉50％和粉煤灰25％。

本例中的生活垃圾焚烧炉渣再生骨料具体通过以下方法制备得到：水洗、破碎、磁选、跳汰、沉淀及再筛选，筛选出粒径为0.25～0.5mm的颗粒即为生活垃圾焚烧炉渣再生骨料。

本例的透水混凝土通过以下方法制备得到：

在搅拌机中加入生活垃圾焚烧炉渣再生骨料和一半水，搅拌30s，然后加入水泥和增强料，搅拌30s，将减水剂溶于另一半水中后缓慢加入搅拌机中，搅拌6min，直至混凝土表面有较明显的光泽，停止搅拌，得到浆料。

将浆料分两层填入100mm×100mm×100mm的试模，每层用平板振动器振动10s，成型，然后用塑料薄膜密封后放入养护室(相对湿度是95％，养护温度是20±2℃)养护28d。

实施例2

本实施例提供的生活垃圾再生骨料透水混凝土，其原料配方由以下成分组成：400份水泥、100份水、14份增强料、1050份生活垃圾焚烧炉渣再生骨料和2份减水剂，其中，增强料采用硅灰25％、矿粉50％和粉煤灰25％。

本例的生活垃圾焚烧炉渣再生骨料和透水混凝土的制备同实施例1。

实施例3

本实施例提供的生活垃圾再生骨料透水混凝土，其原料配方由以下成分组成：356份水泥、140份水、16份增强料、1100份生活垃圾焚烧炉渣再生骨料和1.8份减水剂，其中，增强料采用硅灰25％、矿粉50％和粉煤灰25％。

本例的生活垃圾焚烧炉渣再生骨料和透水混凝土的制备同实施例1。

实施例4

本实施例提供的生活垃圾再生骨料透水混凝土，其原料配方由以下成分组成：380份水泥、120份水、15份增强料、1250份生活垃圾焚烧炉渣再生骨料和1.9份减水剂，其中，增强料采用硅灰25％、矿粉50％和粉煤灰25％。

本例的生活垃圾焚烧炉渣再生骨料和透水混凝土的制备同实施例1。

对比例1

本对比例将生活垃圾焚烧炉渣再生骨料全部采用天然骨料(i类天然河砂)代替，其他同实施例1。

对比例2

本对比例提供的混凝土，与实施例1的不同之处在于：生活垃圾焚烧炉渣再生骨料的制备方法不同。

本对比例的生活垃圾焚烧炉渣再生骨料通过以下方法制备得到：再焚烧、破碎、磁选、跳汰、沉淀及再筛选，筛选出粒径0.25～0.5mm的颗粒作为再生骨料使用。

对比例3

本对比例提供的混凝土中使用的生活垃圾焚烧炉渣再生骨料的制备方法与实施例1的类似，区别在于生活垃圾焚烧炉渣再生骨料的粒径不同。本对比例的生活垃圾焚烧炉渣再生骨料均由水洗分选的筛余部分组成，平均粒径为0.25mm以下。

对比例4

本对比例提供的混凝土中使用的生活垃圾焚烧炉渣再生骨料的制备方法与实施例1的类似，区别在于生活垃圾焚烧炉渣再生骨料的粒径不同。本对比例的生活垃圾焚烧炉渣再生骨料均未破碎，平均粒径为0.5mm以上。

性能测试

将实施例1～4和对比例1～4的透水混凝土进行抗压强度和透水系数检测，结果如表1所示，其中，抗压强度的检测参照t/cstm00040-2018《透水混凝土试验方法》标准，透水系数检测参照t/cstm00040-2018《透水混凝土试验方法》标准。

表1为实施例1～4和对比例1～4的透水混凝土的性能测试结果

由表1可见，实施例1～4制备的透水混凝土28d的抗压强度均超过15mpa，透水系数均大于10mm/s，其中实施例1与实施例2的透水系数和强度与完全采用天然骨料的透水混凝土大致相当。

本发明制备的生活垃圾再生骨料透水混凝土采用水洗、破碎、磁选、跳汰、沉淀及再筛选工艺，对比例2采用再焚烧工艺处理的再生骨料制备的透水混凝土的抗压强度和透水系数均明显低于前者(即实施例1)。

本发明制备的生活垃圾再生骨料透水混凝土选用平均粒径在0.25～0.5mm范围内的中砂及细砂为骨料，对比例3及对比例4采用小于0.25mm处理后筛余生活垃圾焚烧炉渣及大于0.5mm未破碎生活垃圾焚烧炉渣作为骨料时，其与实施例1相比透水系数及抗压强度均降低。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

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