一种酸激发多元废弃物生态石笼用石及其制备方法与流程

1.本发明属于生态护岸领域，具体涉及一种酸激发多元废弃物生态石笼用石及其制备方法。


背景技术：

2.生态石笼起源于战国时期，李冰父子在都江堰中首次使用，是为防止河岸或构造物受水流冲刷而设置的装填石块的笼子。历经两千年的发展，如今生态石笼不仅承担着保护河床、治理滑坡、防治泥石流等防护作用，同时还具有环境治理、环境保护等生态功能。当前研究主要集中于石笼方面，石笼网格材料和结构形式不断创新，更加环保科学，然而石笼用石仍然以天然石材为主，耗费大量的自然资源，有违绿色发展理念。因此需要找到满足各项性能的人工石材作为天然石材替代品。
3.现有的人工石材直接用于生态石笼仍有一定的不足：例如，树脂型人造石材具有质量过轻的问题；传统水泥型人造石材和烧结型人造石材制造成本高，且原料生产能耗过高，不符合低碳环保理念；碱激发地质聚合物技术虽然在元素构成上最接近天然石材，但易发生碱骨料反应，且碱性环境也不适合周围植被的生长。


技术实现要素：

4.经研究，酸基地质聚合物是指以无机酸或酸式盐作为激发剂制备的地质聚合物，工艺简单、结构致密，具备强度高、耐腐蚀、抗冲刷、抗冻融性等优良性能，采用磷酸激发的地质聚合物能够为植物提供磷肥和弱碱环境，促进河岸植物生长。基于此，本发明提出一种酸激发多元废弃物生态石笼用石及其制备方法，既充分利用固废资源，成本低、能耗低，满足生态石笼用石的机械强度和性能要求，同时又具备良好的河道环境协调性和生物可适应性，兼顾社会效益、经济效益和生态效益。
5.本发明的目的是以下述方式实现的：一种酸激发多元废弃物生态石笼用石，由以下重量份的原料制备而成，废硅铝源260~296份、酸激发剂90~103份、废弃物骨料1625~1845份、水144~157份。
6.上述酸激发多元废弃物生态石笼用石，所述废硅铝源由如下重量百分比的原料组成：粒化高炉矿渣粉25~40%、循环流化床粉煤灰25~40%、电解锰渣粉5~10%、废红砖粉10~20%、废混凝土粉5~10%、蔗渣灰5~10%、稻壳灰5~10%。
7.上述酸激发多元废弃物生态石笼用石，所述酸激发剂为失效磷酸基抛光液，失效磷酸基抛光液由如下重量百分比的原料组成：65%-75%磷酸，10%-20%硫酸，3%-5%硝酸，同时含有2%-8%铝，1%-3%铁，1%-2%镍，0.5%-1%锌，0.01-0.5%铜，0.01%-0.5%镁。
8.上述酸激发多元废弃物生态石笼用石，所述废弃物骨料由如下重量百分比的原料组成：废尾矿砂12%~20%，废红砖砂12%~20%，再生混凝土粗骨料60%~76%。
9.所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石的制备方法，包括以下步骤：步骤1：按重量份数称取各原料，先将粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、废红砖
粉、电解锰渣粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰、和废尾矿砂、废红砖砂混合均匀；步骤2：将酸激发剂与水混合均匀，再向步骤1中加入混合好的液体混匀；步骤3：再向步骤2中加入再生混凝土粗骨料混匀；步骤4、将步骤3所得的混合物按混凝土分层装料的成型方式制备所需规格尺寸的生态石笼用石；步骤5、将步骤4所述的石笼用石，带模恒温养护，拆模后继续养护。
10.上述酸激发多元废弃物生态石笼用石的制备方法，所述步骤（5）中，带模恒温养护应满足的条件，恒温养护温度为60~80℃，恒温养护时间为12~24h。
11.上述酸激发多元废弃物生态石笼用石的制备方法，所述步骤（5）中，拆模后继续养护应满足的条件，养护时间≥28天。
12.相对于现有技术，本发明有以下技术效果：酸激发制备的石笼用石结构致密，机械强度高，耐冲磨、耐冻融性能、耐腐蚀性能好。
13.酸激发废硅铝源是以硅氧四面体，铝氧四面体和磷氧四面体通过桥氧键联成三维立体网络结构，本专利中所用废硅铝源为粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、电解锰渣粉、废红砖粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰等多种工业、农业废弃物的复合材料，均为经高温烧结过的丰富的硅铝质物质来源，所用酸性激发剂为失效磷酸基抛光液，失效磷酸基抛光液由磷酸，硫酸，硝酸，大量铝离子和其他金属离子组成。废硅铝源与酸激发剂混合，废硅铝源中的 sio2与al2o3会在溶液中形成游离的单体，溶液中含有大量al
3+
、h
+
、等离子和离子团，在酸激发作用下，氧原子的共价键断裂，这些离子及离子团可以通过桥氧互相连接构成分子链，各分子链之间再通过层间羟基形成氢键，连接成稳定的三维网状结构。 同时进入铝氧键可以平衡al
3+
呈电中性，并聚合形成致密稳定的三维网状结构。相较与其他酸性激发剂（纯磷酸、硫酸、硝酸），失效磷酸基抛光液中含有大量的al
3+
及其它金属离子，一些金属离子参与三维网络结构的成键反应，一些金属离子以物理吸附方式在三维网络结构中起平衡电荷的作用。在聚合反应中，al
3+
与溶液中的、h
+
和[h9si2o8]
+
等离子凝聚形成更多的凝胶相，显著増强了试样的抗压强度。
[0014]
此外，失效磷酸基抛光液中含有一定比例的硫酸，其中本发明中含有的粒化高炉矿渣呈碱性，在其中掺入适当浓度的硫酸可以适当降低其碱度，促进粒化矿渣的进一步溶解，有利于体系水化反应的进行。经硫酸激发过的矿渣含有大量 al2(so4)3、 fe2(so4)3、h2sio3等成分，这些物质在体系中发生水解，生成许多种类的络合物，这些络合物不断缩聚，互相连接形成絮状凝胶，聚合物与胶体之间有特殊的化学吸附与连结作用，可以减少开口孔隙产生，使体系的强度得到进一步加强，显著提升抗冲磨和抗冻融性能。
[0015]
本发明采用多种固体废弃物协同制备，采用酸激发的技术手段制备的石笼用石，内部低碱性环境，适合周边植物生长，具有较好的环境协调性能。
[0016]
目前较多生态护岸采用植生与石笼相结合的形式，植被型生态石笼具有较好的抗冲刷性能，上面的覆草具有缓冲性能。由于草根的“锚固”作用，抗滑力增加，草生根后，草、土、混凝土形成一体，更加提高了堤防边坡的稳定性。通过植被与土木机构相结合的方式，从而构建出同时拥有生态功能和景观功能的护岸。生态护岸与传统护岸最大的区别在于更加注重对于水陆之间的物质能量交互，能够为各类水生生物营造出更加适宜的生存环境。
这要求相应的石笼用石需满足植物生长的环境，一般植物生长在酸性土壤中，耐碱的植物生长所需的ph值也在7~9.0之间，而水泥混凝土属于强碱材料，碱度值一般达到12以上，传统水泥混凝土在水化硬化过程中，大约三分之一的cao会生成ca(oh)2，其中一部分的ca(oh)2在水泥浆体硬化中形成结晶，一部分以饱和水溶液的形式存在混凝土孔隙中，而饱和水溶液的这部分是混凝土空隙内碱环境的主要来源，所以需要采取一定的降碱措施进行处理。降碱措施会导致混凝土强度的降低，故利用酸激发多元废弃物制备的生态石笼用石，因其激发剂为失效磷酸基抛光液，在兼顾强度的同时保证了混凝土内部的低碱性环境，对周围植物的生长有利，可以促进石笼上层植被的生长。
[0017]
本发明制备的酸激发多元废弃物生态石笼用石采用全废弃物制备，综合利用了固体废弃物与液体废弃物，废弃物利用率达100%，环境协调性好，原料易得，节能环保，工艺简单，节能环保，是天然石材石笼用石的理想替代产品。
具体实施方式
[0018]
下面结合具体实施例，对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0019]
本发明公开一种酸激发多元废弃物生态石笼用石，由以下重量份的原料制备而成，废硅铝源260~296份、酸激发剂90~103份、废弃物骨料1625~1845份、水144~157份。
[0020]
本发明所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石，废硅铝源由如下重量百分比的原料组成：粒化高炉矿渣粉25~40%、循环流化床粉煤灰25~40%、电解锰渣粉5~10%、废红砖粉10~20%、废混凝土粉5~10%、蔗渣灰5~10%、稻壳灰5~10%。
[0021]
本发明所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石，酸激发剂为失效磷酸基抛光液，失效磷酸基抛光液由如下重量百分比的原料组成：65%-75%磷酸，10%-20%硫酸，3%-5%硝酸，同时含有2%-8%铝，1%-3%铁，1%-2%镍，0.5%-1%锌，0.01-0.5%铜，0.01%-0.5%镁。
[0022]
本发明所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石，废弃物骨料由如下重量百分比的原料组成：废尾矿砂12%~20%，废红砖砂12%~20%，再生混凝土粗骨料60%~76%。
[0023]
本发明所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石的制备方法，包括以下步骤：步骤1：按重量份数称取各原料，先将粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、废红砖粉、电解锰渣粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰、和废尾矿砂、废红砖砂混合均匀；步骤2：将酸激发剂与水混合均匀，再向步骤1中加入混合好的液体混匀；步骤3：再向步骤2中加入再生混凝土粗骨料混匀；步骤4、将步骤3所得的混合物按混凝土分层装料的成型方式制备所需规格尺寸的生态石笼用石；步骤5、将步骤4所述的石笼用石，带模恒温养护，拆模后继续养护。
[0024]
本发明所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石的制备方法，所述步骤（5）中，带模恒温养护应满足的条件，恒温养护温度为60~80℃，恒温养护时间为12~24h。
[0025]
本发明所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石的制备方法，所述步骤（5）中，拆模后继续养护应满足的条件，养护时间≥28天。
[0026]
实施例1
一种酸激发多元废弃物生态石笼用石，各原料重量份数如下：粒化高炉矿渣粉104份、循环流化床粉煤灰65份、电解锰渣粉13份、废红砖粉26份、废混凝土粉26份、蔗渣灰13份、稻壳灰13份，失效磷酸基抛光液90份，废尾矿砂275份，废红砖砂325份，再生混凝土粗骨料1030份，水144份。
[0027]
实施步骤步骤1、按重量份数称取各原料，先将粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、电解锰渣粉、废红砖粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰、和废尾矿砂、废红砖砂混合均匀；步骤2、将酸激发剂与水混合均匀，再向步骤1中加入混合好的液体混匀；步骤3、再向步骤2中加入再生混凝土粗骨料混匀；步骤4、将步骤3所得的混合物按混凝土分层装料的成型方式制备所需规格尺寸的生态石笼用石；步骤5、将步骤四所述的石笼用石，带模温度为60℃，恒温养护24小时，拆模后继续养护28天，得到生态石笼用石。
[0028]
实施例2一种酸激发多元废弃物生态石笼用石，各原料重量份数如下：粒化高炉矿渣粉68份、循环流化床粉煤灰105份、电解锰渣粉14份、废红砖粉41份、废混凝土粉14份、蔗渣灰14份、稻壳灰14份，失效磷酸基抛光液94份，废尾矿砂306份，废红砖砂289份，再生混凝土粗骨料1105份，水148份。
[0029]
实施步骤步骤1、按重量份数称取各原料，先将粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、电解锰渣粉、废红砖粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰、和废尾矿砂、废红砖砂混合均匀；步骤2、将酸激发剂与水混合均匀，再向步骤1中加入混合好的液体混匀；步骤3、再向步骤2中加入再生混凝土粗骨料混匀；步骤4、将步骤3所得的混合物按混凝土分层装料的成型方式制备所需规格尺寸的生态石笼用石；步骤5、将步骤四所述的石笼用石，带模温度为70℃，恒温养护20小时，拆模后继续养护28天，得到生态石笼用石。
[0030]
实施例3一种酸激发多元废弃物生态石笼用石，各原料重量份数如下：粒化高炉矿渣粉84份、循环流化床粉煤灰84份、电解锰渣粉28份、废红砖粉42份、废混凝土粉14份、蔗渣灰14份、稻壳灰14份，失效磷酸基抛光液98份，废尾矿砂264份，废红砖砂264份，再生混凝土粗骨料1232份，水152份。
[0031]
实施步骤步骤1、按重量份数称取各原料，先将粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、电解锰渣粉、废红砖粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰、和废尾矿砂、废红砖砂混合均匀；步骤2、将酸激发剂与水混合均匀，再向步骤1中加入混合好的液体混匀；步骤3、再向步骤2中加入再生混凝土粗骨料混匀；步骤4、将步骤3所得的混合物按混凝土分层装料的成型方式制备所需规格尺寸的生态石笼用石；
步骤5、将步骤四所述的石笼用石，带模温度为80℃，恒温养护16小时，拆模后继续养护28天，得到生态石笼用石。
[0032]
实施例4一种酸激发多元废弃物生态石笼用石，各原料重量份数如下：粒化高炉矿渣粉87份、循环流化床粉煤灰87份、电解锰渣粉15份、废红砖粉58份、废混凝土粉17份、蔗渣灰15份、稻壳灰17份，失效磷酸基抛光液103份，废尾矿砂222份，废红砖砂222份，再生混凝土粗骨料1401份，水157份。
[0033]
实施步骤步骤1、按重量份数称取各原料，先将粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、电解锰渣粉、废红砖粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰、和废尾矿砂、废红砖砂混合均匀；步骤2、将酸激发剂与水混合均匀，再向步骤1中加入混合好的液体混匀；步骤3、再向步骤2中加入再生混凝土粗骨料混匀；步骤4、将步骤3所得的混合物按混凝土分层装料的成型方式制备所需规格尺寸的生态石笼用石；步骤5、将步骤四所述的石笼用石，带模温度为70℃，恒温养护20小时，拆模后继续养护28天，得到生态石笼用石。
[0034]
实施例5一种酸激发多元废弃物生态石笼用石，各原料重量份数如下：粒化高炉矿渣粉98份、循环流化床粉煤灰70份、电解锰渣粉14份、废红砖粉42份、废混凝土粉23份、蔗渣灰19份、稻壳灰14份，失效磷酸基抛光液100份，废尾矿砂270份，废红砖砂270份，再生混凝土粗骨料1260份，水150份。
[0035]
实施步骤步骤1、按重量份数称取各原料，先将粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、电解锰渣粉、废红砖粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰、和废尾矿砂、废红砖砂混合均匀；步骤2、将酸激发剂与水混合均匀，再向步骤1中加入混合好的液体混匀；步骤3、再向步骤2中加入再生混凝土粗骨料混匀；步骤4、将步骤3所得的混合物按混凝土分层装料的成型方式制备所需规格尺寸的生态石笼用石；步骤5、将步骤四所述的石笼用石，带模温度为65℃，恒温养护18小时，拆模后继续养护28天，得到生态石笼用石。
[0036]
其中具体实施例1~5中的原材料优选其中的至少一种，具体包括：粒化高炉矿渣粉的比表面积≥750m2/kg，烧失量≤5%，含水率≤1%，流动度比≥105%，28天活性指数≥95%。
[0037]
循环流化床粉煤灰，比表面积≥750m2/kg，烧失量≤5%，含水率≤1%，需水量比≤95%，28天活性指数≥85%。
[0038]
废红砖粉的比表面积≥750m2/kg，含水率≤1%，需水量比≤95%，28天活性指数≥75%。
[0039]
废混凝土粉的比表面积≥750m2/kg，含水率≤1%，需水量比≤95%，28天活性指数≥75%。
[0040]
电解锰渣粉比表面积≥750m2/kg，含水率≤1%，需水量比≤95%，28天活性指数≥75%。
[0041]
蔗渣灰比表面积≥750m2/kg，28天活性指数≥70%。
[0042]
稻壳灰比表面积≥750m2/kg，28天活性指数≥70%。
[0043]
红砖砂为满足gb/t 25176《混凝土和砂浆用再生细骨料》的二类再生细骨料。
[0044]
再生混凝土粗骨料为满足gb/t 25177《混凝土用再生粗骨料》的二类再生粗骨料。
[0045]
效果例在相同的常规试验条件下，分别检测实施例1~5组分制成的一种酸激发多元废弃物生态石笼用石；抗压强度、抗冲磨强度、50次冻融循环后质量损失和抗压强度损失均按照sl352-2006《水工混凝土试验规程》进行成型和测试，ph值测定：当生态石笼用石养护到相应龄期后，按照水固比10:1将生态石笼用石粉末浸泡在蒸馏水中，每隔30min摇匀一次，2h后，采用ph仪测定溶液的ph值，每个样品测试3次，取平均值。
[0046]
试验结果见表1.表1 一种酸激发多元废弃物生态石笼用石的性能由表1试验结果可知，本发明制备的生态石笼用石，强度高，具有良好的抗冻性和抗冲磨性，外观平整无泛霜情况，且水溶后ph呈弱碱性，利于生态护岸上的植株生长，环境协调性好。与现有其他技术对比如下：（1）文献《无机人造石材的制备研究》（熊春杨等.江西建材,2022.）利用白水泥、石英砂粉、减水剂、乳液等材料通过真空振动压制成型制备无机人造石，产品压缩强度高，但对传统胶凝材料依赖度大，原材料生产能耗高，不利于环保。与该文献技术相比，本发明技术的原材料生产能耗低，储量巨大易于获得，产品强度高，利于环保，实现固废的高值化利用。
[0047]
（2）文献《酸激发地质聚合物的制备及其催化性能研究》（冯凯.西安建筑科技大学,2022.）以锌渣和偏高岭土为原料，以磷酸溶液作为酸激发剂，制备了不同锌渣掺量的酸激发锌渣/偏高岭土地质聚合物，产品强度低，石笼用石功能难以实现。与该文献技术相比，
本发明技术采用酸激发制备多元废弃物生态石笼用石强度高，抗冻性能好，耐水冲磨，满足使用要求。
[0048]
（3）文献《固废基人造石材的制备与性能研究》（刘强.山西大学,2021.）选择以全固废复合粉为原料制备胶凝试块，通过添加其他组分（纤维、矿棉、炉渣）和使用有机溶剂（苯丙乳液、环氧树脂）来提高试块的抗压强度，该文限所用粘结剂为有机类粘结剂，对于后续材料的降解及植物生长不利，该文献相比，本发明所用原材料均为无机废弃物，多种固废材料的结合，具有较好的环境协调性。
[0049]
显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0050]
因此，以上提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式，基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种酸激发多元废弃物生态石笼用石，其特征在于：由以下重量份的原料制备而成，废硅铝源260~296份、酸激发剂90~103份、废弃物骨料1625~1845份、水144~157份。2.根据权利要求1所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石，其特征在于：所述废硅铝源由如下重量百分比的原料组成：粒化高炉矿渣粉25~40%、循环流化床粉煤灰25~40%、电解锰渣粉5~10%、废红砖粉10~20%、废混凝土粉5~10%、蔗渣灰5~10%、稻壳灰5~10%。3.根据权利要求1所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石，其特征在于：所述酸激发剂为失效磷酸基抛光液，失效磷酸基抛光液由如下重量百分比的原料组成：65%-75%磷酸，10%-20%硫酸，3%-5%硝酸，同时含有2%-8%铝，1%-3%铁，1%-2%镍，0.5%-1%锌，0.01-0.5%铜，0.01%-0.5%镁。4.根据权利要求1所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石，其特征在于：所述废弃物骨料由如下重量百分比的原料组成：废尾矿砂12%~20%，废红砖砂12%~20%，再生混凝土粗骨料60%~76%。5.上述权利要求1-3中任一项所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按重量份数称取各原料，先将粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、废红砖粉、电解锰渣粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰、和废尾矿砂、废红砖砂混合均匀；步骤2：将酸激发剂与水混合均匀，再向步骤1中加入混合好的液体混匀；步骤3：再向步骤2中加入再生混凝土粗骨料混匀；步骤4、将步骤3所得的混合物按混凝土分层装料的成型方式制备所需规格尺寸的生态石笼用石；步骤5、将步骤4所述的石笼用石，带模恒温养护，拆模后继续养护。6.根据权利要求4所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，带模恒温养护应满足的条件，恒温养护温度为60~80℃，恒温养护时间为12~24h。7.根据权利要求4所述的酸激发多元废弃物生态石笼用石的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，拆模后继续养护应满足的条件，养护时间≥28天。

技术总结
本发明公开一种酸激发多元废弃物生态石笼用石及其制备方法，由以下重量份的原料制备而成，废硅铝源260~296份、酸激发剂90~103份、废弃物骨料1625~1845份、水144~157份。其制备方法包括以下步骤：按重量份数称取各原料，先将粒化高炉矿渣粉、循环流化床粉煤灰、废红砖粉、电解锰渣粉、废混凝土粉、蔗渣灰、稻壳灰、和废尾矿砂、废红砖砂混合均匀；将酸激发剂与水混合均匀，混匀；再加入再生混凝土粗骨料混匀；将所得的混合物式制备所需规格尺寸的生态石笼用石，带模恒温养护。本发明既充分利用固废资源，成本低、能耗低，满足生态石笼用石的机械强度和性能要求。强度和性能要求。


技术研发人员：卢洪波 廖清泉 杜晓蒙 郭佳 卢鹏 廖亦聪
受保护的技术使用者：郑州鼎盛高新能源工程技术有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/9/20