一种全洞渣混凝土及其制备方法与流程

本发明属于固废资源化利用，特别涉及一种全洞渣混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、大型工程建设中的混凝土对水泥、矿物掺合料和砂石骨料等地材的需求量激增。西部偏远地区环保要求高，砂石矿山少，水泥厂少，河流也处于上游，地材资源紧张，无法满足大型基础建设需要。如果地材从远距离采购运输，则成本大幅增加。这些因素的限制，都给西部偏远地区的混凝土地材供应带来巨大的挑战。

2、在西部偏远地区建设铁路、公路、水坝工程时，本身就有大量隧道工程的开挖。隧道开挖的洞渣主要成分为块状岩石、粒状石渣、有一定含水率的弃土，其产量大，成分复杂，目前隧道洞渣最主要的处理方式为外运至弃渣场作为尾矿废渣填埋，但外运需要大量的人力和物力，且还会对当地的生态环境造成污染。因此，隧道洞渣的资源化利用被认为是解决以上问题的最好方法。近年来，把隧道洞渣加工成机制砂和碎石用于制备混凝土，是资源化利用隧道洞渣的新方式。但存在对岩石质量要求高而使大部分洞渣不能有效利用，高含量的弃土和石粉降低了机制砂石的质量，不能利用的弃土、石粉和石渣污染环境等问题，而且外部采购水泥、矿物掺合料等大宗地材的成本高，增加了混凝土的制造成本。

3、在现有技术中，也有采用洞渣材料制备混凝土的先例，但部分技术中仍需要加入硅酸盐水泥，依然存在普通硅酸盐水泥依然需要从长距离采购和运输的问题，对某些极偏远地区来说，混凝土制造成本依然较高，例如公开号为cn112521089a专利中提出的全洞渣高性能混凝土及制备方法以及公开号为cn114276079a的专利中提出的一种洞渣石粉掺合料混凝土及其制备方法。而公开号为cn115536341a的专利中提出了一种全隧道洞渣骨料加热整形的混凝土及其制备方法，该专利中同样也需要加入硅酸盐水泥，且在制备过程中需要采用200～300℃的温度对隧道洞渣骨料进行干燥加热，能耗和成本过高。另外还有公开号为cn113738387b的专利中公开了一种tbm石渣就地洞内利用的方法及装置，该专利中可以有效就地洞内利用石渣，但该方法仍然存在水泥依然需要长距离采购和运输，洞渣中弃土未得到处理的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，一方面本发明提出了一种全洞渣混凝土，所述混凝土由以下重量份原料组成：

2、560～800份洞渣细骨料、60～120份细粒径的低吸附性石粉、130～200份洞渣质生石灰、200～300份火山灰质洞渣石粉、10～20份短切植物秸秆、150～180份水、720～1100份洞渣粗骨料。

3、进一步地，所述细粒径的低吸附性石粉由含泥石粉与泥土固化剂按照100:2～100:5的质量比混合得到。

4、进一步地，所述泥土固化剂为质量比为1:1:8的聚丙烯酸钾、硬脂酸钙和洞渣质生石灰的混合物。

5、进一步地，所述洞渣粗骨料的平均粒径为4.75～20mm，洞渣细骨料的平均粒径为0.15～4.75mm，含泥石粉为粒径小于0.15mm的筛底残余物。

6、进一步地，所述短切植物秸秆为洞渣中夹杂的树枝树干植物茎秆经切割形成长度为5～10cm的抗裂加强筋。

7、另一方面，本发明提出了一种全洞渣混凝土的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

8、对洞渣进行破碎和筛分处理，得到洞渣粗骨料、洞渣细骨料、含泥石粉和洞渣中夹杂的树枝树干植物茎秆；

9、将含泥石粉与泥土固化剂进行混合后放置7～14天得到低吸附性石粉，并将低吸附性石粉进行磨细，得到细粒径的低吸附性石粉；

10、从洞渣中筛选出高碳酸钙含量的洞渣细骨料进行煅烧，得到洞渣质生石灰；

11、从洞渣中筛选出火山灰活性合格的洞渣细骨料进行磨细，得到火山灰质洞渣石粉；

12、从洞渣中筛选出夹杂的树枝树干植物茎秆进行切割，得到短切植物秸秆；

13、将洞渣粗骨料、洞渣细骨料、细粒径的低吸附性石粉、洞渣质生石灰、火山灰质洞渣石粉和短切植物秸秆按比例混合均匀，得到干拌料后加入水，混合均匀后得到全洞渣混凝土。

14、进一步地，所述洞渣细骨料为560～800份、细粒径的低吸附性石粉60～120份、洞渣质生石灰130～200份、火山灰质洞渣石粉200～300份、短切植物秸秆10～20份、水150～180份和洞渣粗骨料720～1100份。

15、进一步地，所述含泥石粉与泥土固化剂的混合质量比为100:2～100:5，所述泥土固化剂为质量比为1:1:8的聚丙烯酸钾、硬脂酸钙和洞渣熟石灰的混合物。

16、进一步地，所述高碳酸钙含量的洞渣细骨料是指碳酸钙含量高于75％的洞渣细骨料。

17、进一步地，采用球磨机将低吸附性石粉进行磨细，球磨转速为15～18r/min，球磨时间为40～60min；

18、采用球磨机将火山灰质洞渣细骨料进行磨细，球磨转速为22～25r/min，球磨时间为60～80min。

19、本发明的有益效果：

20、本发明采用洞渣破碎成机制砂石骨料，省去了长距离运输砂石骨料的费用；含泥石粉与泥土固化剂先混合再静置，使泥土内部结构密实，还增加了憎水性，降低了吸水率；高碳酸钙含量的洞渣细骨料进行煅烧得到的洞渣质生石灰本身具有一定的胶凝性能，而且能作为火山灰质洞渣石粉的化学活性激发剂，洞渣质生石灰和火山灰质洞渣石粉共同作为胶凝材料代替硅酸盐水泥作为混凝土的原料。采用洞渣中夹杂的树枝树干等植物茎秆切割形成的抗裂加强筋，能在全洞渣混凝土中跨越裂缝的两端，起到“桥接”的作用，防止全洞渣混凝土裂缝进一步发展，进而起到抗裂和替代钢筋的作用。本发明制成的全洞渣混凝土性能与硅酸盐水泥混凝土相当，既能充分利用隧道洞渣，提高洞渣的资源化利用率，又能解决偏远地区配制混凝土需要长距离采购和运输水泥、粗骨料、细骨料、矿物掺合料和钢筋的问题，是一种优质的绿色低碳建材，而且还省去了购买水泥的成本，极大降低了偏远地区隧道工程中混凝土的原材料成本。

21、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。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种全洞渣混凝土，其特征在于，所述混凝土由以下重量份原料组成：

2.根据权利要求1所述的全洞渣混凝土，其特征在于，所述细粒径的低吸附性石粉由含泥石粉与泥土固化剂按照100:2～100:5的质量比混合得到。

3.根据权利要求2所述的全洞渣混凝土，其特征在于，所述泥土固化剂为质量比为1:1:8的聚丙烯酸钾、硬脂酸钙和洞渣质生石灰的混合物。

4.根据权利要求1所述的全洞渣混凝土，其特征在于，所述洞渣粗骨料的平均粒径为4.75～20mm，洞渣细骨料的平均粒径为0.15～4.75mm，含泥石粉为粒径小于0.15mm的筛底残余物。

5.根据权利要求1所述的全洞渣混凝土，其特征在于，所述短切植物秸秆为洞渣中夹杂的树枝树干植物茎秆经切割形成长度为5～10cm的抗裂加强筋。

6.一种全洞渣混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的全洞渣混凝土的制备方法，其特征在于，所述洞渣细骨料为560～800份、细粒径的低吸附性石粉60～120份、洞渣质生石灰130～200份、火山灰质洞渣石粉200～300份、短切植物秸秆10～20份、水150～180份和洞渣粗骨料720～1100份。

8.根据权利要求6所述的全洞渣混凝土的制备方法，其特征在于，所述含泥石粉与泥土固化剂的混合质量比为100:2～100:5，所述泥土固化剂为质量比为1:1:8的聚丙烯酸钾、硬脂酸钙和洞渣熟石灰的混合物。

9.根据权利要求6或7所述的全洞渣混凝土的制备方法，其特征在于，所述高碳酸钙含量的洞渣细骨料是指碳酸钙含量高于75％的洞渣细骨料。

10.根据权利要求6所述的全洞渣混凝土的制备方法，其特征在于，采用球磨机将低吸附性石粉进行磨细，球磨转速为15～18r/min，球磨时间为40～60min；

技术总结本发明公开了一种全洞渣混凝土及其制备方法，属于固废资源化利用技术领域。本发明采用洞渣破碎成机制砂石骨料，省去了长距离运输砂石骨料的费用；含泥石粉与泥土固化剂先混合再静置，使泥土内部结构密实，还增加了憎水性，降低了吸水率；高碳酸钙含量的洞渣细骨料进行煅烧得到的洞渣质生石灰本身具有一定的胶凝性能，而且能作为火山灰质洞渣石粉的化学活性激发剂，洞渣质生石灰和火山灰质洞渣石粉共同作为胶凝材料代替硅酸盐水泥作为混凝土的原料。采用洞渣中夹杂的树枝树干等植物茎秆切割形成的抗裂加强筋，能在全洞渣混凝土中跨越裂缝的两端，起到“桥接”的作用，防止全洞渣混凝土裂缝进一步发展，进而起到抗裂和替代钢筋的作用。技术研发人员：彭建伟,李辉,范冬冬,章国辉,黄海,汪志勇,陈儀涛,吴成浩,路景海,孔云,李化建,易忠来,赵有明,王峰受保护的技术使用者：中铁四局集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19