一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土及其制备方法

本发明涉及建筑材料吸附重金属领域，具体涉及一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、由于交通运输、人类生活以及工业矿场等因素的影响，重金属在水中严重超标成为一个严重的环境问题。重金属长期积累在土壤、水体和大气中，会对生物体产生毒性作用，破坏生态系统平衡，影响生物多样性和生态功能。例如，铬会造成四肢的麻木、精神异常；镉可以导致高血压，引起心脑血管疾病，破坏骨钙，引起肾功能失调。这对城市居民的饮用水安全构成了严重挑战，也极大地阻碍工业和农业的健康发展。同时随着工业的发展会产生大量的工业废弃物，例如尾矿、钢渣、冶炼废渣、电石渣等。每年有十几亿吨固体废物未被利用，造成巨大环境压力。如何利用废弃物并改善生态问题为当下各个领域的急切需求。

2、混凝土是当今世界上用量最大的土木工程材料，体量占建筑工程中“三大材”的90%以上。制备一种混凝土消耗工业废弃物的同时将重金属吸附并封存以实现混凝土的环保制备和应用，有助于减少资源消耗和环境污染，促进可持续发展。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土及其制备方法，使用含钙工业废弃物敷裹浮石骨料并利用含磷溶剂浸泡以改性浮石骨料，同时利用改性剩余的溶液改性钢渣骨料，利用多孔浮石的吸附性及改性骨料的活性成分对重金属吸附，然后制备轻质混凝土，使结构更密实强化骨料的同时封存重金属元素。改性后的浮石及钢渣骨料孔隙被填充减少水泥的用量，节约成本，同时改性后浮石骨料表面结构平滑使得制备的混凝土流动性更强，防止轻质浮石骨料上浮，扩大施工的使用范围，提升混凝土的强度。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.配置浓度为1-3 mol/l磷酸氢二铵溶液，将磷酸氢二铵和水溶液混合搅拌使其充分溶解留置备用；

5、s2.将浮石粗骨料置于配置好的溶液中预湿，待骨料表层孔隙饱水后将骨料取出，并置于饱和面干状态；

6、s3.将饱和面干状态的浮石粗骨料置于自重式离心搅拌机内部，使用含钙工业废弃物粉体进行覆裹3-5分钟，使得浮石粗骨料开口孔隙及表面充满含钙工业废弃物粉体；

7、s4.取出浮石粗骨料后再返回到配置的磷酸氢二铵溶液中浸泡3-4天，制得改性浮石粗骨料；

8、s5.取出改性浮石粗骨料后，s4中浸泡改性浮石粗骨料所剩余的磷酸氢二铵废液，较s1中的磷酸氢二铵溶液其浓度降低至原浓度的20-40%，利用该废液继续浸泡钢渣细骨料2-4天，制得改性钢渣细骨料；

9、s6.将制得的改性浮石粗骨料放入重金属水体中2-4天使其充分吸附重金属后取出备用；

10、s7.按质量百分比将28-35wt%经过s5及s6步骤处理的改性浮石粗骨料与35-40wt%改性钢渣细骨料、18-22wt%水泥、8-11 wt%水、0.2wt%减水剂混合置于搅拌机中搅拌，搅拌均匀后的物料为轻质混凝土；

11、s8.步骤s5中浸泡钢渣细骨料后所剩余的废液，较s1中的磷酸氢二铵溶液其浓度降低至原浓度的5-15%，利用该废液养护混凝土，制得所述加固轻质混凝土。

12、优选的，s1中，所述磷酸氢二铵溶液可替换为磷酸氢二钾溶液、磷酸溶液中的一种；所述磷酸氢二钾溶液、磷酸溶液的浓度为1-3 mol/l。

13、优选的，s2中，所述浮石粗骨料的粒径范围为5-25 mm。

14、优选的，s3中，所述自重式离心搅拌机的转速为280-300 r/min。

15、优选的，s3中，所述含钙工业废弃物粉体选自电石渣、钢渣粉、高炉渣中的一种或多种；所述含钙工业废弃物粉体细度模数150-250。

16、优选的，s4、s5、s8中，所述改性浮石粗骨料、改性钢渣细骨料的制备过程及废液养护混凝土过程中，具体发生如下反应：

17、2hpo42-+3ca2++2oh-→ca3(po4)2(s)+ 2h2o；

18、3ca3(po4)2(s)+ ca2++2oh-→ca10(po4)6(oh)2(s)。

19、优选的，s5中，所述钢渣细骨料的粒径范围为0.1-4.75 mm。

20、一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土，根据所述制备方法制得。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1.本发明将工业废渣用于吸附重金属加固混凝土，可以实现对工业废弃物的资源化利用；引入的处理溶剂磷酸氢二铵是一种绿色的化学液，作为高浓度的速效肥料适用于各种作物和土壤，提高本发明的广泛性和安全性，处理骨料后的溶液可以回收用于施肥，且废液不会对环境造成污染。

23、2.使用天然浮石骨料是一种天然矿物，资源丰富且分布广泛，且开采过程相对环保，不会对环境造成过大影响；因此，使用天然浮石骨料符合可持续发展的要求，有利于环境保护和资源利用。

24、3.使用钢渣作为细骨料减少对自然资源的需求，钢渣通常具有较高的硬度和耐久性，使得混凝土在使用过程中能够更好地抵抗磨损，同时改性后的钢渣可以避免游离氧化钙在混凝土中膨胀产生的开裂。

25、4.对浮石骨料进行改性后其孔隙被沉淀物填充，可以减少5-10%水泥石的用量，同时浮石表面结构平滑使得混凝土流动性更强，改善和易性防止骨料上浮，扩大施工的使用范围。

26、5.骨料性能得到加强，活性层也有利于水泥浆和骨料界面的结合，提升混凝土强度15-25%。

27、6.利用浮石的多孔结构和活性沉淀物的化学性质，能够有效地吸附和固定重金属离子，从而减少环境污染和生态风险，混凝土的碱性环境也有利于重金属的沉淀和稳定，进一步降低其对环境的影响。

28、7.提出使用改性过程中的磷废液养护混凝土，使得整个过程不产生废弃污染溶液同时提高重金属的封存稳定性，进一步提升了环保性和资源利用效率。

技术特征：

1.一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土的制备方法，其特征在于，s1中，所述磷酸氢二铵溶液可替换为磷酸氢二钾溶液、磷酸溶液中的一种；所述磷酸氢二钾溶液、磷酸溶液的浓度为1-3 mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土的制备方法，其特征在于，s2中，所述浮石粗骨料的粒径范围为5-25 mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土的制备方法，其特征在于，s3中，所述自重式离心搅拌机的转速为280-300 r/min。

5.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土的制备方法，其特征在于，s3中，所述含钙工业废弃物粉体选自电石渣、钢渣粉、高炉渣中的一种或多种；所述含钙工业废弃物粉体细度模数150-250。

6.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土的制备方法，其特征在于，s4、s5、s8中，所述改性浮石粗骨料、改性钢渣细骨料的制备过程及废液养护混凝土过程中，具体发生如下反应：

7.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土的制备方法，其特征在于，s5中，所述钢渣细骨料的粒径范围为0.1-4.75 mm。

8.一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土，其特征在于，根据权利要求1-7任意一项所述制备方法制得。

技术总结本发明涉及建筑材料吸附重金属技术领域，具体涉及一种用于吸附重金属的加固轻质混凝土及其制备方法，本发明使用含钙工业废弃物敷裹浮石骨料并利用含磷溶剂浸泡以改性浮石骨料，同时利用改性剩余的溶液改性钢渣骨料，利用多孔浮石的吸附性及改性骨料的活性成分对重金属吸附，然后制备轻质混凝土，使结构更密实强化骨料的同时封存重金属元素。改性后的浮石及钢渣骨料孔隙被填充减少水泥的用量，节约成本，同时改性后浮石骨料表面结构平滑使得制备的混凝土流动性更强，防止轻质浮石骨料上浮，扩大施工的使用范围，提升混凝土的强度。技术研发人员：王海龙,叶雄,薛慧君受保护的技术使用者：内蒙古农业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29