基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土及其制备方法与应用与流程

1.本公开涉及混凝土技术领域，尤其是一种基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土及其制备方法与应用。


背景技术：

2.随着经济发展和城镇化的加快，人们越来越多的干预河流自然状态，致使河流水环境污染状况日益加剧。随着人民对美好生活的向往越来越迫切，城市河道质量的好坏与人们的生活品质密不可分，作为拦截雨水径流的一道屏障，河道坡岸同时也影响着城市生态环境的质量。现已有研究发现，生态混凝土护坡因可实现动植物、河道、坡岸、水组成整体，结合当地环境、地形、地貌等自然因素形成河道生态圈被广泛关注。
3.现有的生态护坡技术大多以石子作为骨料支架，以胶结材料包裹骨料，实现具有一定强度和孔隙率，并可实现表面覆土后植物生长的生态混凝土护坡。但是，该类生态混凝土往往水质净化能力较差，通常把主骨料中掺杂具有多孔的吸附材料来提升水质净化效果，但会致使生态混凝土强度的下降，导致传统生态混凝土结构性能与水质净化性能不可兼得。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土及其制备方法与应用，以解决传统生态混凝土结构性能与水质净化性能不可兼得的问题。
6.(二)技术方案
7.本公开的第一方面，提供了一种基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土，所述生态混凝土包括按质量份数计的以下成分：石灰石480-600份，普通硅酸盐水泥50-60份，水16-30份，赤泥8-12份，粉煤灰16-24份，以及外用添加剂1-2份。
8.根据本公开的实施例，在所述生态混凝土中，水灰比0.25-0.28，灰骨比(1.0-1.5)∶(8-12)，孔隙率在20％-30％，胶结浆体用量200-210kg/m3，水用量50-60kg/m3，外用添加剂用量8.0-9.0kg/m3。
9.根据本公开的实施例，在所述生态混凝土中，采用赤泥与粉煤灰取代部分胶结浆体，赤泥在胶结浆体中占比10％-20％，粉煤灰占比20％-40％。
10.根据本公开的实施例，所述石灰石的粒径为16mm-26.5mm。
11.根据本公开的实施例，所述外用添加剂包括按质量份数计的以下成分：碳酸氢铵5-14份，腐殖质55-75份，以及有机质15-20份。
12.根据本公开的实施例，所述外用添加剂用于除碱保水，为生物生长提供养分。
13.本公开的另一方面，提供了一种所述的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的制备方法，包括：
14.步骤一、称量：将称量好的石灰石、普通硅酸盐水泥、赤泥、粉煤灰和外用添加剂倒
入滚筒搅拌机中，同时加入所需质量1/2的水；
15.步骤二、搅拌：采用灰料预裹法充分搅拌一分钟，加入所需质量1/2的胶结材料，搅拌2分钟；加入外用添加剂、所需质量1/4的胶结材料和所需质量1/4的水，搅拌1-2分钟混合均匀；加入剩余胶结材料和剩余水，搅拌1-2分钟，直到混合物完全均匀；
16.步骤三、压模振动：将搅拌均匀后的混凝土拌合物分三次装入规格为150mm
×
150mm
×
150mm的膜具内，第一次先装入总质量1/3的混凝土拌合物并用捣锤把其捣紧实，然后再加入总质量1/3混凝土拌合物后将膜具放到振动台上振动10秒，然后加入后续拌合物，将制成生态混凝土试块的平面与膜具抹平。
17.根据本公开的实施例，该方法还包括：保湿养护：当抹平试块表面后用保鲜膜把表面包裹并撒上少量水保湿，先在室内阴凉处将其放置24-36小时后，将成型的制成生态混凝土试块取出放入混凝土养护室进行养护。
18.本公开的另一方面，提供了一种所述的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的应用，将所述生态混凝土作为人工湿地潜流层、地下土壤渗滤层中的基质。
19.(三)有益效果
20.根据本公开的实施例，本公开提供的这种基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土及其制备方法与应用，解决了传统生态混凝土结构性能与水质净化性能不可兼得的问题，既保持生态混凝土的结构性能，又具备较好的水质净化性能，实现入河前污染物的拦截净化，具有以下优点及有益效果：
21.1、实现赤泥、粉煤灰等废弃物的资源化利用，变废为宝，并减少凝胶材料的使用，降低了生态混凝土的生产成本。
22.2、采用赤泥取代凝胶材料可加强生态混凝土强度，制成生态混凝土抗压强度为7.92-8.29mpa，孔隙率为21.3％-21.6％，透水系数为13.11-13.21mm/s，满足生态混凝土的工程应用。
23.3、采用粉煤灰对重金属等污染物有一定吸附作用，制成生态混凝土进行静态吸附实验表明，对氨氮去除率为43.42-57.45％；总氮去除率为14.71-40.2％；总磷去除率为61.05-68.55％，可实现水体中污染物的净化效果。
24.4、采用本公开提供的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土，改善了植生型生态混凝土的生长条件，提高了植物存活率。
附图说明
25.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
26.图1示意性示出了根据本公开实施例的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的制备方法流程图；
27.图2示出了本公开实施例中的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的结构性能示意图；
28.图3示出了本公开实施例中的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的去除氨氮净化性能示意图；
29.图4示出了本公开实施例中的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的去除总氮净化性
能示意图；
30.图5示出了本公开实施例中的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的去除总磷净化性能示意图。
具体实施方式
31.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
32.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
33.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
34.实施例一：基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土
35.本公开的实施例提供了一种基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土及其制备方法与应用。其中，该基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土包括按质量份数计的以下成分：石灰石480-600份，普通硅酸盐水泥50-60份，水16-30份，赤泥8-12份，粉煤灰16-24份，以及外用添加剂1-2份。
36.在该基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土中，采用赤泥与粉煤灰取代部分胶结浆体，赤泥在胶结浆体中占比10％-20％，粉煤灰占比20％-40％。
37.在该基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土中，水灰比0.25-0.28，灰骨比(1.0-1.5)∶(8-12)，孔隙率在20％-30％，胶结浆体用量200-210kg/m3，水用量50-60kg/m3，外用添加剂用量8.0-9.0kg/m3。
38.在该基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土中，所述石灰石的粒径为16mm-26.5mm。所述普通硅酸盐水泥采用p.o42.5的普通硅酸盐水泥。所述外用添加剂包括按质量份数计的以下成分：碳酸氢铵5-14份，腐殖质55-75份，以及有机质15-20份。所述外用添加剂用于除碱保水，为生物生长提供养分。
39.实施例二：基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土
40.本实施例中提供的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土，原料包括石灰石、水泥、赤泥、粉煤灰、外用添加剂和水，配合比为：水灰比0.26，灰骨比1∶8，孔隙率在20％左右，胶结浆体用量208.3kg/m3，水用量54.2kg/m3，外用添加剂用量8.3kg/m3；所述的石灰石粒径为石灰石粒径为16mm-26.5mm，采用p.o42.5普通硅酸盐水泥。所述的赤泥在胶结浆体内占比10％，粉煤灰占比20％。所述的添加剂为gfc-2添加剂，所用的水为生活自来水。
41.实施例三：基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的制备方法
42.图1示意性示出了根据本公开实施例的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的制备方法流程图，具体包括以下步骤：
43.步骤1：称量：将称量好的石灰石、普通硅酸盐水泥、赤泥、粉煤灰和外用添加剂倒入滚筒搅拌机中，同时加入所需质量1/2的水；
44.步骤2：搅拌：采用灰料预裹法充分搅拌一分钟，加入所需质量1/2的胶结材料，搅拌2分钟；加入外用添加剂、所需质量1/4的胶结材料和所需质量1/4的水，搅拌1-2分钟混合均匀；加入剩余胶结材料和剩余水，搅拌1-2分钟，直到混合物完全均匀；
45.步骤3：压模振动：将搅拌均匀后的混凝土拌合物分三次装入规格为150mm
×
150mm
×
150mm的膜具内，第一次先装入总质量1/3的混凝土拌合物并用捣锤把其捣紧实，然后再加入总质量1/3混凝土拌合物后将膜具放到振动台上振动10秒，然后加入后续拌合物，将制成生态混凝土试块的平面与膜具抹平；
46.步骤4：保湿养护：当抹平试块表面后用保鲜膜把表面包裹并撒上少量水保湿，先在室内阴凉处将其放置24-36小时后，将成型的制成生态混凝土试块取出放入混凝土养护室进行养护。
47.实施例四：基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的制备方法
48.将称量好的粗骨料一次性全部倒入滚筒搅拌机中，同时加入所需水量的1/2左右，搅拌1分钟；在充分搅拌一分钟后，加入胶结材料量的1/2左右，搅拌2分钟；加入外用添加剂，1/4的胶结材料和1/4的所需水，搅拌2分钟混合均匀；加入剩余胶结材料和剩余的水，搅拌1-2分钟，直到混合物完全均匀；将搅拌均匀后的混凝土拌合物分三次装入规格为150mm
×
150mm
×
150mm的膜具内，第一次先装入1/3左右的混凝土拌合物并用捣锤把其捣紧实，然后再加入1/3混凝土拌合物后将膜具放到振动台上振动10s，然后加入后续拌合物，将制成生态混凝土试块的平面与膜具抹平。当抹平试块表面后用保鲜膜把表面包裹并撒上少量水保湿，先在室内阴凉处将其放置24-36h后，将成型的制成生态混凝土试块取出放入混凝土养护室进行养护。
49.实施例五：基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的应用
50.在本公开的实施例中，还提供了一种基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的应用，将所述生态混凝土作为人工湿地潜流层、地下土壤渗滤层中的基质。具体地，将该生态混凝土作为人工湿地潜流层基质，形成生态混凝土、植物、微生物三位一体的人工湿地净水强化系统。将该生态混凝土作为地下土壤渗滤沟层基质，形成植物、生态混凝土、土壤三位一体的地下土壤渗滤水质净化系统。
51.采用本公开实施例中的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土作为人工湿地潜流层或地下土壤渗滤层中的基质，改善了水质净化效果的同时，将生态混凝土作为人工湿地与地下土壤渗滤系统中的模块化基质，方便定时更换，提高经济效益，是生态混凝土水质净化技术在人工湿地与地下土壤渗滤工程领域中的一次尝试。
52.实施例一至五所对应的生态混凝土的物理性能测试参数
53.图2示出了本公开实施例中的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的结构性能示意图。本公开实施例提供的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土，采用赤泥取代凝胶材料可加强生态混凝土强度，制成生态混凝土抗压强度为7.92-8.29mpa，孔隙率为21.3％-21.6％，透水系数为13.11-13.21mm/s，满足生态混凝土的工程应用。
54.图3至图5示出了本公开实施例中的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土的净化性能示意图。本公开实施例提供的基于赤泥和粉煤灰的生态混凝土，采用粉煤灰对重金属等污
染物有一定吸附作用，制成生态混凝土进行静态吸附实验表明，对氨氮去除率为43.42-57.45％，如图3所述；总氮去除率为14.71-40.2％，如图4所述；总磷去除率为61.05-68.55％，如图5所述，可实现水体中污染物的净化效果。
55.至此，已经结合附图对本公开进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。
56.需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
57.当然，根据实际需要，本公开还可以包含其他的部分，由于同本公开的创新之处无关，此处不再赘述。
58.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
59.此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
60.除非存在技术障碍或矛盾，本公开的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本公开的保护范围中。
61.虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本公开的限制。
62.虽然本公开总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体公开构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。
63.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。