一种利用赤泥基新型骨料制备混凝土路用构件的方法与流程

本发明涉及建筑材料回收利用，尤其涉及一种利用赤泥基新型骨料制备混凝土路用构件的方法。

背景技术：

1、随着基础设施建设快速发展，路缘石、边坡防护构件、防排水构件、路面砖等作为道路结构中重要组成部分，需求量也日益剧增。混凝土路用构件不仅起到警示、排水、护坡等作用，而且对保障路基路面的稳定性有一定帮助，其性能优劣关系着公路的畅通和运行安全。

2、现有轻骨料混凝土的制备技术方面，大多采用天然轻骨料如天然碎石、沙石料，但该类天然骨料开采量有限，成本也逐渐升高，因此，人们通过制备赤泥基轻骨料，在实现综合利用赤泥固废的基础上，替代天然轻骨料解决资源不足、成本高的问题。然而，现有赤泥基轻骨料的加工技术中，一般采用烧结赤泥骨料，且为了实现对赤泥的充分利用，逐渐提升了其用量，但在实际应用过程中发现，赤泥中因含有大量碱性物质，且容易析出，使材料表面出现泛碱现象；同时，赤泥的化学组成主要为al2o3、sio2、fe2o3，矿物组成为水钙沸石、钙霞石、方解石、伊利石、水合硅铝酸钠、赤铁矿等，胶凝活性较低，当赤泥在胶凝材料中的掺量高时，赤泥自身特性对产品性能影响也随之提升，不利于强度形成，导致材料强度不足，需要其他补救措施，增加了工艺复杂性，赤泥实际应用效率难以达成。因此，合适用量且持续的赤泥固废综合利用技术，相比单纯提升其在现有技术产品中用量占比，尚有技术研发空间。

3、专利《赤泥基胶凝材料、赤泥基轻骨料、赤泥基轻骨料混凝土及其制备方法》202011603760 3，针对赤泥利用率低、现有轻骨料混凝土制备主要采用烧结法制备存在的问题进行了改进，通过制备赤泥基胶凝材料，并与粉煤灰、赤泥混合粉磨并造粒、养护后制备赤泥基轻骨料，进一步制备赤泥基轻骨料混凝土。然而，该技术在赤泥基胶凝材料制备中，依旧采用了煅烧制备，难以避免制备中所带来了一系列环境及能耗污染问题，且其为了提高赤泥基轻骨料/轻骨料混凝土性的强度，在赤泥基胶凝材料基础上，增加利用了发泡剂、有机硅防水剂、地聚物胶结材料等。此外，其为实现对赤泥的多级迭代及综合利用，工艺中，赤泥用量相对较高。作为用于制备混凝土构件此类产品，由于泛碱造成的品质问题，难以消除。

4、为了提升赤泥基轻骨料的实际生产的应用价值和综合利用效果，减少环境负担，本技术探讨了更加切实有效的技术措施，在用到赤泥的产品制造工序中，合理控制赤泥含量，并利用固废免烧结制备赤泥基胶凝材料、赤泥基新型轻骨料等应用于工程建设，全程不烧，在保证赤泥基轻骨料强度的基础上，解决矿石资源短缺、能耗污染严重、生产工艺复杂等弊端，提高了混凝土构件生产效率及性能，助力节能减排的可持续发展，具有非常重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种利用赤泥基新型骨料制备混凝土路用构件的方法，采用制得的固废基快硬胶凝材料、赤泥基轻骨料一同制备混凝土路用构件，全程所有工序无烧结，保证了赤泥基轻骨料强度并得到了性能优异的混凝土路用构件，解决了现有技术中存在的问题。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种利用赤泥基新型骨料制备混凝土路用构件的方法，包括如下操作步骤：

4、(1)固废基快硬胶凝材料制备

5、将赤泥、石膏、粉煤灰、矿渣粉和高效胶结剂按5～15：10～20：15～25：20～30：25～35的重量比例投料，球磨混合；

6、(2)赤泥基轻骨料制备

7、将赤泥、固废基快硬胶凝材料、钢渣、煤矸石、粘结剂水溶液按40～60：15～30：5～20：0～20：4～6的重量比投料，造粒；

8、(3)混凝土路用构件制备

9、将步骤(1)制得的固废基快硬胶凝材料、铁尾矿混合砂、赤泥基轻骨料、水和外加剂按30～40：70～85：95～120：15～20：0.5～1投料，拌合、注入模具内振捣、脱模、养护，即得。

10、进一步地，所述固废基快硬胶凝材料以重量份数计，包括：矿渣粉20～30份，粉煤灰15～25份，石膏10～20份，赤泥5～15份，高效胶结剂25～35份；

11、所述赤泥基轻骨料以重量份数计，包括：赤泥40～60份、固废基快硬胶凝材料15～30份、钢渣5～20份、煤矸石0～20份、粘结剂水溶液4～6份；

12、所述混凝土路用构件以重量份数计，包括以下成分：固废基快硬胶凝材料340～400份、铁尾矿混合砂700～850份、赤泥基轻骨料950～1200份、水150～200份、外加剂5～10份。

13、进一步地，所述矿渣粉不低于s95级，密度≥2.80g/cm3，比表面积≥400m2/kg，含水率≤1.0％，符合《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定；所述粉煤灰不低于ⅱ级，密度≤2.50g/cm3，比表面积≥250m2/kg，含水率≤1.0％，符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定；所述石膏优选脱硫石膏，密度为1.8～2.5g/cm3，比表面积为260～310m2/kg，烘干含水率≤1.0％，符合《用于水泥中的工业副产石膏》的规定。

14、进一步地，步骤(1)固废基快硬胶凝材料制备操作如下：

15、s1、将赤泥、石膏湿料进行翻拌晾晒、挤压破碎，先将赤泥烘干使水分降低至2.0％以下，备用；再将石膏烘干使水分降低至1.0％以下，备用；粉煤灰、矿渣粉干料备用；

16、s2、将水玻璃粉体、高强熟料按比例搅拌均匀得高效胶结剂，备用；

17、s3、将前述各材料按比例投料，进行球磨混合，比表面积控制在360～450m2/kg。

18、进一步地，步骤(1)s2中高强熟料与水玻璃粉体的质量比为2:1～4:1，水玻璃模数为1.5～2.0。

19、进一步地，高强熟料为不低于52.5级的硅酸盐水泥熟料。

20、进一步地，步骤(1)固废基快硬胶凝材料制备用赤泥为拜耳法赤泥，粒径≥100目，烘干含水率≤2.0％，堆存时间≥6个月；步骤(2)赤泥基轻骨料制备用赤泥为拜耳法赤泥，经过晾晒、破碎、烘干、粉磨，使水分降低至2.0％，粒径过100目筛(≥100目)。

21、进一步地，所述固废基快硬胶凝材料的3d抗压强度≥42.5mpa，3d抗折强度≥6.5mpa。

22、进一步地，步骤(2)赤泥基轻骨料制备操作如下：

23、s1、赤泥精晾晒、破碎、烘干、粉磨，备用；煤矸石、钢渣精破碎、筛分、烘干、粉磨后备用；固废基快硬胶凝材料备用；

24、s2、将上述各材料按比例投料，搅拌10～15min，粉体陈化3～7天；

25、s3、胶结剂水溶液制备后备用；

26、s4、将s2粉体材料添加s3胶结剂水溶液造粒并形成小球粒，筛选符合5～20nm的球粒出料；

27、s5、合格球粒在室温条件下自然养护至相应龄期，筛分得到粒径5～10nm、10～20nm的赤泥基轻骨料。

28、进一步地，步骤(2)所述钢渣为转炉钢渣，经过破碎、筛分、烘干、粉磨，使水分降低至1.0％，粒径过100目筛；所述煤矸石为掘进矸石，经过破碎、筛分、烘干、粉磨，使水分降低至1.0％，粒径过100目筛。

29、进一步地，步骤(2)所述粘结剂水溶液为羧甲基纤维素或聚乙烯醇与水混合配制成的糊状胶液，粘结剂与水的质量比为0.1:100～0.5:100。

30、进一步地，所述粘结剂水溶液制备至溶液中无颗粒状物体，不存在固-液分离现象为宜。

31、进一步地，步骤(3)混凝土路用构件制备操作如下：

32、s1、将固废基快硬胶凝材料、铁尾矿混合砂、赤泥基轻骨料按比例投料搅拌并振捣，干拌3～5min，将外加剂用水稀释后配置成水溶液，在物料拌合均匀后徐徐加入，温拌3～5min，得到赤泥基轻骨料混凝土；

33、s2、将赤泥基轻骨料混凝土注入构件模具内，边振捣边注入，振捣20～30s后养生收面，至达到强度后脱模；

34、s3、将脱模后的赤泥基混凝土路用构件进行标准养护，龄期1、3、28天，达到龄期后进行性能检测验证。

35、进一步地，步骤(3)所述铁尾矿混合砂为铁尾矿砂与天然砂的混合物，铁尾矿砂与天然砂的质量比为1:1～3:1。经处理后符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》。

36、进一步地，步骤(3)所述外加剂为减水剂、防冻剂、光亮剂；所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，防冻剂为氯盐阻锈类防冻剂，光亮剂为高分子聚合物类光亮剂，

37、进一步地，减水剂掺量为固废基快硬胶凝材料重量的0.5％～1.5％；防冻剂掺量为固废基快硬胶凝材料重量的0.5％～1.5％；光亮剂掺量为固废基快硬胶凝材料重量的0％～1.0％。

38、本发明的有益效果：

39、1.本发明方法中固废基胶凝材料制备利用合理配比的赤泥、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣粉等固废之间的相互协同激发作用和机械力活化作用，形成水硬性胶凝性能，其矿物组成与快硬硫铝酸盐水泥相似，具有快硬、早强、高强等优良特性，能够弥补普通硅酸盐水泥的不足，能够大幅缩短凝结时间，提高了后续混凝土构件制备的生产效率，制备中无需煅烧操作，实现了大量消纳工业固废、减少环境污染和安全隐患的实际应用价值。

40、2.本发明方法中赤泥基轻骨料作为一种新型轻骨料，以赤泥、钢渣、煤矸石等为主要原材料，以固废基快硬胶凝材料替代传统水泥，采用烘干、粉磨、造粒、养护、筛分等免烧结技术制备。与现有需要进行烧结技术相比，具有赤泥基轻骨料力学强度高、固废占比多、投资成本低、能源消耗少等优势。在赤泥基轻骨料制备过程中，采用本发明特制的固废基快硬胶凝材料，和粘结剂水溶液配合有助于粉体混合料更快地粘结、迅速产生胶凝性，有利于缩短造粒时间，提高赤泥基轻骨料的成球效率。

41、3.本发明方法制得的赤泥基轻骨料，密度低、强度高、抗冻性好、抗碱集料反应优异，泛碱现象得以较好的解决。采用其制得的混凝土路用构件，整体质量轻、承载力高、成本低，不仅实现了赤泥等固废的有效利用、节约原生矿产资源，而且提升了混凝土路用构件的性能和生产效率，具有良好的环境效益和市场应用前景。