铜矿渣粉-水泥复合胶凝材料生态混凝土及其制备方法
技术领域
[0001] 本
发明属于
建筑材料领域，涉及一种铜矿渣粉-
水泥复合胶凝材料生态混凝土及其制备方法。
背景技术
[0002] 铜矿渣是炼铜过程中产生的工业固体废弃物，2017年我国铜产量889万吨，每生产1吨铜可生产2.2吨铜矿渣，我国铜矿渣年
排放量达1800万吨，占用大量土地，对水质、
土壤造成严重污染。如何治理、利用铜矿渣是一个亟待解决的问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的就是为了克服上述
现有技术存在的
缺陷而提供一种铜矿渣粉-水泥复合胶凝材料生态混凝土及其制备方法。本发明的生态混凝土具有强度高、
植物适应性好等特点，并充分利用铜矿渣固体废弃物，实现炼铜地区经济、资源、环境的持续发展。
[0004] 生态混凝土指与植物相容性良好，可进行植被作业的混凝土，其具有改善生态环境和边坡防护双重作用。生态混凝土中具有许多的连通孔隙，使混凝土具有良好的透水透气特性，并且在这些孔隙中可填充植物基质，为植物生长提供养分的。同时，在植物与基质中，会存在许多
微生物及小动物，既保持了生物的多样性，又能间接地对水质进行
净化，具有显著的生态效应。
[0005] 铜矿渣的主要成分是Fe2O3，SiO2，等轴晶系，晶体常呈八面体或菱形十二面体。水淬铜矿渣粉中玻璃体含量较高，其键能低化学
稳定性差，具有较好的活性，可用与水泥作复合胶凝材料。另外，铜矿渣呈酸性，并可为植物提供必要的生长元素铜，利用铜矿渣粉-水泥复合胶凝材料可制备与植物有良好的适应性的生态混凝土，为铜矿渣粉等固体废弃物的处置提供了新的解决措施，对实现炼铜地区经济、资源、环境的持续发展有重要意义。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] 本发明一方面提供一种铜矿渣粉-水泥复合胶凝材料生态混凝土，由植生混凝土骨架、植物生长基质和种植植物
种子组成，所述的植生混凝土骨架由
硅酸盐水泥、铜矿渣粉、陶粒、
粉煤灰、生石灰、聚
羧酸系
减水剂和水组成，所述的植物生长基质由蛭石、营养土和长效有机
复合肥组成，所述的种植植物种子为高羊茅草种；
[0008] 各组分的重量份含量如下：
[0009]
[0010] 作为本发明优选的技术方案，该生态混凝土中，各组分的重量份含量如下：
[0011]
[0012]
[0013] 作为本发明优选的技术方案，所述的
硅酸盐水泥的各项性能符合国家标准对于硅酸盐水泥的要求。
[0014] 作为本发明优选的技术方案，所述的铜矿渣粉为铜矿渣的磨细粉末，平均粒径在70μm-75μm，Fe2O3含量在30％以上，SiO2和Al2O3的含量在40％以上。
[0015] 作为本发明优选的技术方案，所述的陶粒表观
密度在1-1.5g/cm3，吸水率在35-40％，平均粒径在6-8mm。
[0016] 作为本发明优选的技术方案，所述的粉煤灰为热电厂燃烧后在烟气中收集下来的细灰，外形为球状颗粒，SiO2和Al2O3的含量在60％以上，平均粒径在10μm-15μm。
[0017] 作为本发明优选的技术方案，所述的生石灰纯度85％以上，平均粒径在40μm-45μm。
[0018] 作为本发明优选的技术方案，所述的
聚羧酸系减水剂的减水率大于等于25％。
[0019] 作为本发明优选的技术方案，所述的水为
自来水。
[0020] 作为本发明优选的技术方案，所述的营养土由普通土壤与
肥料混合配制而成，含有多种养分，且保水保肥能
力强。
[0021] 作为本发明优选的技术方案，所述的蛭石粉是镁
铝硅酸盐的水合物，密度80kg/cm3，吸水的
质量达自身质量的1.5～8倍。
[0022] 作为本发明优选的技术方案，所述的长效有机复合肥含有有机质和氮、磷、
钾、硫、硅等多种营养成分，肥效长久稳定。
[0023] 作为本发明优选的技术方案，所述的高羊茅草种用于生长成为高羊茅，高羊茅属冷季型早本植物，最适生长
温度范围为15℃～25℃，具有显著的抗践踏、抗热、抗干旱能力，同时适度耐荫。
[0024] 本发明还提供所述的铜矿渣粉-水泥复合胶凝材料生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0025] (1)按照配比称取各原料；
[0026] (2)将陶粒投入
搅拌机，加入部分水进行预湿搅拌，使陶粒表面湿润；
[0027] (3)依次加入硅酸盐水泥、铜矿渣粉、粉煤灰和生石灰搅拌，使陶粒表面均匀包裹上一层浆壳；
[0028] (4)将剩余的水和聚羧酸系减水剂加入进行搅拌直至均匀，使陶粒表面浆壳均匀变厚，形成拌合料；
[0029] (5)将拌合料分层浇入模具内，每
层压平
压实，轻度振捣以减少粒间距离，增强浆料与陶粒颗粒的粘结，但注意不可过度用力，防止陶粒颗粒之间堆积紧密，应保证陶粒颗粒之间有足够的孔隙；
[0030] (6)养护后
拆模，得到植生混凝土骨架，其孔隙率在20％～30％，满足要求后并进行洒水养护；
[0031] (7)拆模后将蛭石粉、营养土、长效有机复合肥按配比混合，配制成植物生长基质，同时加入高羊茅草种混合拌匀，形成基质与草种的混合物；
[0032] (8)将基质与草种的混合物
覆盖在
骨料层上，耙平，尽可能使混合物
挤压进植生混凝土骨架孔隙中，得到所述的铜矿渣粉-水泥复合胶凝材料生态混凝土。之后定期浇水养护至植被长出且覆盖良好，即可。
[0033] 作为本发明优选的技术方案，步骤(2)中加入的水的量为水总量的40％。
[0034] 作为本发明优选的技术方案，步骤(2)中预湿搅拌时间为1.5min。
[0035] 作为本发明优选的技术方案，步骤(3)中搅拌时间为1min。
[0036] 作为本发明优选的技术方案，步骤(5)中拌合料分三次浇筑到模上。
[0037] 作为本发明优选的技术方案，步骤(6)中养护7d后拆模。
[0038] 本发明中采用铜矿渣粉、硅灰、粉煤灰均为工业固体废弃物，绿色环保。其中，铜矿渣粉作为掺合料，可减少水泥用量其吸水率较低，不会与其它吸水率较大的掺合料(比如硅灰、水泥)争夺水分，并且可为植物提供必要的生长元素铜；粉煤灰作为掺合料，粒径较细，可以改善新拌混凝土和易性，并且可填充其他掺合料的孔隙，使浆料更加密实，提高植生混凝土的耐久性能，并且为整个胶凝体系提供硅质化合物，有助于生成更多的
水化硅酸钙等水化产物；；生石灰和水泥作为
碱激发剂，为激活各掺合料的胶凝活性提供了必要的碱性环境，促进各掺合料发生
火山灰反应，并且为体系增加了钙质化合物，有助于产生更多的水化产物，以提高混凝土各项性能。
[0039] 本发明中采用的植生混凝土骨架是生态混凝土的主要强度来源，使生态混凝土具有较高孔隙率的同时兼具较高强度，保证生态混凝土的强度和稳定性满足要求；植物生长基质一方面可用于填充骨架孔隙，使生态混凝土的基体更加密实，提高其抗压强度，另一方面也为植物提供了必要的营养成分和适宜的生长环境；种植植物不仅体现出生态混凝土与植物适应性强、环境友好的特点，并提高了生态混凝土的观赏性，同时其根系的交错生长可以增强生态混凝土整体的稳定性，有利于将生态混凝土用于护坡、护岸等防护工程。与现有技术相比，本发明的铜矿渣粉-水泥复合胶凝材料生态混凝土具有强度高、植物适应性好等特点，可支护边坡，防止雨水冲刷发生泥石流等灾害，并
回收利用了各种工业固体废料，减少了对环境的污染，对炼铜地区的经济发展、环境保护及废弃资源利用有重要意义。
具体实施方式
[0040] 下面结合具体
实施例对本发明进行详细说明。
[0041] 一、下列实施例及对比例中涉及的各组分中：
[0042] 硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥，各项性能符合国家标准对于硅酸盐水泥的要求。
[0043] 铜矿渣粉为铜矿渣的磨细粉末，平均粒径在70μm-75μm，Fe2O3含量在30％以上，SiO2和Al2O3的含量在40％以上。
[0044] 陶粒表观密度在1-1.5g/cm3，吸水率在35-40％，平均粒径在6-8mm。。
[0045] 粉煤灰为热电厂燃烧后在烟气中收集下来的细灰，外形为球状颗粒，SiO2和Al2O3的含量在60％以上，平均粒径在10μm-15μm。
[0046] 生石灰纯度85％以上，平均粒径在40μm-45μm。
[0047] 聚羧酸系减水剂得减水率大于等于25％。
[0048] 水为自来水。
[0049] 营养土由普通土壤与肥料混合配制而成，含有多种养分，且保水保肥能力强。
[0050] 蛭石粉是镁铝硅酸盐的水合物，密度80kg/cm3，吸水的质量达自身质量的1.5～8倍。
[0051] 长效有机复合肥含有有机质和氮、磷、钾、硫、硅等多种营养成分，肥效长久稳定。
[0052] 高羊茅草种用于生长成为高羊茅，高羊茅属冷季型早本植物，最适生长温度范围为15℃～25℃，具有显著的抗践踏、抗热、抗干旱能力，同时适度耐荫。
[0053] 二、以下各实施例中的铜矿渣粉-水泥复合胶凝材料生态混凝土的制备方法包括以下步骤：
[0054] (1)按照配比称取各原料；
[0055] (2)将陶粒投入搅拌机，加入部分水进行预湿搅拌，使陶粒表面湿润；
[0056] (3)依次加入硅酸盐水泥、铜矿渣粉、粉煤灰和生石灰搅拌，使陶粒表面均匀包裹上一层浆壳；
[0057] (4)将剩余的水和聚羧酸系减水剂加入进行搅拌直至均匀，使陶粒表面浆壳均匀变厚，形成拌合料；
[0058] (5)将拌合料分层浇入模具内，每层压平压实，轻度振捣以减少粒间距离，增强浆料与陶粒颗粒的粘结，但注意不可过度用力，防止陶粒颗粒之间堆积紧密，应保证陶粒颗粒之间有足够的孔隙；
[0059] (6)养护后拆模，得到植生混凝土骨架，其孔隙率应在21％～30％，满足要求后并进行洒水养护；
[0060] (7)拆模将蛭石粉、营养土、长效有机复合肥按配比混合，配置成植物生长基质，同时加入高羊茅草种混合拌匀，形成基质与草种的混合物；
[0061] (8)将基质与草种的混合物覆盖在骨料层上，耙平，尽可能使混合物挤压进植生混凝土骨架孔隙中，得到所述的铜矿渣粉-水泥复合胶凝材料生态混凝土，之后应定期浇水养护至植被长出且覆盖良好，即可。
[0062] 各对比例中，缺少某种组分时，在相应步骤不加入该组分即可。
[0063] 实施例1
[0064] 按重量份计，原料由硅酸盐水泥100，陶粒80，铜矿渣粉100，粉煤灰70，生石灰50，水80，聚羧酸系减水剂0.8，营养土100，蛭石粉60，长效有机复合肥10，高羊茅草种25组成。性能测试结果见表2。
[0065] 实施例2
[0066] 按重量份计，原料由硅酸盐水泥100，陶粒80，铜矿渣粉120，粉煤灰70，生石灰30，水80，聚羧酸系减水剂0.8，营养土100，蛭石粉60，长效有机复合肥10，高羊茅草种25组成。性能测试结果见表2。
[0067] 实施例3
[0068] 按重量份计，原料由硅酸盐水泥100，陶粒70，铜矿渣粉120，粉煤灰80，生石灰30，水80，聚羧酸系减水剂0.8，营养土100，蛭石粉60，长效有机复合肥10，高羊茅草种25组成。性能测试结果见表2。
[0069] 对比例1
[0070] 按重量份计，原料由硅酸盐水泥100，陶粒80，铜矿渣粉140，粉煤灰0，生石灰80，水80，聚羧酸系减水剂0.8，营养土100，蛭石粉60，长效有机复合肥10，高羊茅草种25组成。性能测试结果见表2。
[0071] 对比例2
[0072] 按重量份计，原料由硅酸盐水泥100，陶粒80，铜矿渣粉140，粉煤灰80，生石灰0，水80，聚羧酸系减水剂0.8，营养土100，蛭石粉60，长效有机复合肥10，高羊茅草种25组成。性能测试结果见表2。
[0073] 将各实施例的配合比汇总于表1。
[0074] 表1实施例1～4及对比例1～2试验配合比
[0075] 水泥 陶粒 铜矿渣粉 粉煤灰 生石灰 水 减水剂 营养土 蛭石 复合肥 草种实施例1 100 80 100 70 50 80 0.8 100 60 10 25实施例2 100 80 120 70 30 80 0.8 100 60 10 25
实施例3 100 70 120 80 30 80 0.8 100 60 10 25
对比例1 100 80 140 0 80 80 0.8 100 60 10 25
对比例2 100 80 140 80 0 80 0.8 100 60 10 25
[0076] 表2实施例1～4及对比例1～2性能测试结果
[0077]
[0078] 根据表2可得：实施例1所得混凝土试件的孔隙率适中，坍落度较小，抗压强度较高；对比例1的试验结果表明，体系中缺失粉煤灰时，混凝土流动性下降，即坍落度减小，同时由于硅质组分减少，生成的水化产物减少，导致混凝土抗压强度下降；对比例2的试验结果表明，体系中缺失生石灰时，由于碱性激发剂的用量减少，铜矿渣粉与粉煤灰的火山灰活性较弱，且体系缺少钙质组分，生成的水化产物进一步减少，混凝土的强度大幅下降。
[0079] 实施例4
[0080] 按重量份计，原料由硅酸盐水泥100，陶粒90，铜矿渣粉80，粉煤灰90，生石灰15，水102，聚羧酸系减水剂0.4，营养土100，蛭石粉80，长效有机复合肥5，高羊茅草种30组成。
[0081] 实施例5
[0082] 按重量份计，原料由硅酸盐水泥100，陶粒60，铜矿渣粉160，粉煤灰50，生石灰60，水50，聚羧酸系减水剂0.9，营养土100，蛭石粉56，长效有机复合肥20，高羊茅草种10组成。
[0083] 实施例6
[0084] 按重量份计，原料由硅酸盐水泥100，陶粒85，铜矿渣粉80，粉煤灰85，生石灰20，水95，聚羧酸系减水剂0.4，营养土100，蛭石粉75，长效有机复合肥8，高羊茅草种28组成。
[0085] 实施例7
[0086] 按重量份计，原料由硅酸盐水泥100，陶粒65，铜矿渣粉145，粉煤灰65，生石灰55，水65，聚羧酸系减水剂0.8，营养土100，蛭石粉60，长效有机复合肥12，高羊茅草种15组成。
[0087] 上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种
修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
