一种工业建筑固废负碳路基填料及其制备方法

技术领域

本发明属于路基填料技术领域，具体涉及一种工业建筑固废负碳路基填料及其制备方法。

背景技术

近年来，全球环境污染问题日趋突出，气候变暖带来的极端天气事件频发、多发，使得世界各国不得不慎重对待温室气体排放问题，并共同制定了“碳达峰碳中和3060”发展目标，成为社会经济可持续发展重点关注对象。而在工程领域，如何减少水泥消耗（即减少碳排放）、并在工程建设中实现负碳、固碳，对于实现双碳发展目标意义重大。

现代工业、城市发展产生了大量钢渣、粉煤灰和煤矸石等工业固体废弃物（简称工业固废）和建筑固体废弃物（简称建筑固废），不仅占用了大量土地，而且会持续地造成环境污染、“垃圾围城”等社会问题。与此同时，交通基础设施建设每年消耗大量砂石资源，正面临生态环境破坏和资源枯竭问题，且由于近年来对天然土石资源开采限制不断收紧，有限的砂石资源已难以满足道路改建、新建需求，给工程建设带来了诸多困难。工业固废的大量产生、天然砂石的限制开采与工程材料庞大的市场需求间的矛盾已呈日益增长趋势。幸运地是，工业固废成分中含有极为丰富的硅、铝、钙等元素，可用于再生负碳凝胶材料，建筑固废90%以上为废（旧）弃混凝土、碎石、砖等无污染的无机物，对其再生处理可再利用于工程建设。若将工业固废和建筑固废联合使用，其不仅可直接缓解固废危机，亦可助力国家“建设节约型社会”、“发展循环经济”等目标实现。

对于固废回收利用，一些研究人员也给出了相应的办法，如“一种建筑固废再生复合路基填料及其制备方法（CN111393065A）”公开了一种利用砖砼再生复合路基填料的方法，但该方法只针对建筑固废砖砼料，且填料性能受砖砼性质影响存在不稳定性；“一种以硅钙渣为主的铁路路基C组填料及其制备方法（CN107540256A）”公开了一种以硅钙渣为主料制备铁路路基填料的方法，其本质是工业固废的再利用，虽能够消纳工业固废、降低铁路路基填料成本，但能够处置的固废单一，且无固碳功能；“一种用废弃电石渣改良膨胀土路基填料的方法（CN102162241A）公开了一种以工业废电石渣为原料改良膨胀土路基填料的方法，但该方法对填料强度提升并不显著，且同样存在处置固废单一且无固碳功能的不足。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种工业建筑固废负碳路基填料及其制备方法，能有效解决当前工业建筑固废囤积、污染环境以及路基填料供应不足的困境，可节约天然砂石料资源，降低工程成本，经济社会效益显著。

技术方案：第一方面，本发明提供一种工业建筑固废负碳路基填料的制备方法，包括以下步骤：

S1、利用工业固废制备负碳凝胶材料：按照工业固废65-75wt.%、激发剂20-30wt.%和生石灰5-15wt.%的质量比混合制备，得到负碳凝胶材料，所述激发剂为碱金属氧化物或强碱弱酸盐；

S2、利用建筑固废再生负碳路基填料：将建筑固废破碎后，筛分成粗骨料和细集料，将粗骨料用氢氧化钙溶液或者超细水泥浆进行预处理，然后与步骤S1得到的负碳凝胶材料混合进行裹壳造粒，随后进行负碳养护，得到负碳补强粗骨料，将负碳补强粗骨料与细集料按照预设级配进行混合，得到再生负碳路基填料；

S3、工业建筑固废负碳路基填料的制备：将步骤S2得到的再生负碳路基填料与步骤S1得到的负碳凝胶材料进行混合，制得工业建筑固废负碳路基填料。

优选的，步骤S1中，所述工业固废为含硅铝矿物的固体废弃物。

进一步的，所述工业固废为矿渣、钢渣、赤泥、偏高岭土、废玻璃中的一种或多种的混合物。

优选的，步骤S2中，所述粗骨料的粒径为4.75-40mm，所述细集料的粒径小于4.75mm。

优选的，步骤S2中，预处理时氢氧化钙溶液的浓度大于0.01mol/L，氢氧化钠溶液的使用体积不小于0.50m

进一步的，步骤S2中，预处理时可加入碳化反应催化剂。

进一步的，所述碳化反应催化剂为氧化镁或氢氧化镁，且预处理时钙镁摩尔比不小于5:1。

优选的，步骤S2中，裹壳造粒的具体过程为将水和负碳凝胶材料按质量比0.15-0.35：1制备裹壳料，然后利用球形造粒机对预处理后的粗骨料进行裹壳造粒。

优选的，步骤S2中，负碳养护的条件为温度10-40℃，压力0.2-1.0MPa，CO

优选的，步骤S2中，所述预设级配要求为粒径4.75mm以上的颗粒占30-60 wt.%，粒径2-4.75mm占10-20 wt.%，粒径1-2mm占10-20 wt.%，粒径0.5-1mm占5-15 wt.%，粒径0.25-0.5mm占5-15 wt.%，粒径0.075-0.25mm占3-10 wt.%。

第二方面，本发明提供一种工业建筑固废负碳路基填料，所述工业建筑固废负碳路基填料采用第一方面所述的制备方法制得。

有益效果：（1）本发明以工业、建筑固废为主材料，实现了两者的资源化再生综合利用，两者优势互补，可缓解当前固废囤积导致的侵占用地问题、环境污染等问题；

（2）本发明采用建筑固废再生负碳补强粗骨料，可减轻工程建设对天然砂石料的依赖，缓解当前天然砂石供应不足与庞大市场需求间的矛盾；

（3）本发明可为当前路基填料供应不足提供新途径，所述工业建筑固废再生负碳胶结路基填料相较传统填料，不仅可满足性能需求，亦兼具负碳固碳功能，助力国家双碳目标实现；

（4）本发明所述工业建筑固废负碳胶结路基填料制备工艺简单，可就地制备或在城市周边工厂集中处理，运距短、成本低，可有效降低工业建筑固废处置压力、提升处置效率。

附图说明

图1是本发明一种工业建筑固废负碳路基填料的制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明：

实施例1

如图1所示，一种工业建筑固废负碳路基填料的制备方法，包括如下步骤：

（1）选取矿渣为前驱体，以氧化镁为激发剂，按照前驱体65wt.%、激发剂30wt.%、生石灰5wt.%的质量比干混，搅拌均匀制成所述负碳凝胶材料；

（2）将建筑固废回收、破碎、筛分，粒径控制在40mm以内，其中，粒径4.75mm以上的粗骨料浸泡于水灰比1.3的超细水泥浆进行预处理，超细水泥浆的使用量为0.45m

（3）将水与负碳凝胶材料按质量比0.15：1制备裹壳料，然后利用球形造粒机对经过预处理后的粗骨料进行裹壳造粒；

（4）将经过裹壳造粒后的粗骨料放入碳养护箱内进行碳养护，其养护条件为温度10℃，压力1.0MPa，CO

（5）将负碳补强粗骨料与细集料按级配控制标准混合制备再生负碳路基填料，其粒径控制标准（质量比）为4.75mm以上颗粒占30-60wt.%，2-4.75mm占10-20wt.%，1-2mm占10-20wt.%，0.5-1mm占5-15wt.%，0.25-0.5mm占5-15wt.%，0.075-0.25mm占3-10wt.%；

（6）将再生负碳路基填料与负碳凝胶材料按质量比3:1进行混合，得到工业建筑固废负碳路基填料，按最佳含水量上下浮动2%的控制标准，在工业建筑固废负碳路基填料中掺加水，充分拌合，制备路基施工填料，按路基施工填筑要求分层填筑、碾压成活，养护至标准龄期，即可形成工业建筑固废再生负碳、胶结、高强、高刚、高稳定的路基结构。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的工业建筑固废负碳路基填料的制备方法：

按照实施例1的方法进行，区别在于，

（1）前驱体为偏高岭土，激发剂为氧化镁，按照偏高岭土70wt.%、氧化钙20wt.%、生石灰10wt.%的质量比干混，搅拌均匀制成所述负碳凝胶材料；

（2）将建筑固废回收、破碎、筛分，粒径控制在40mm以内，粒径4.75mm以上的粗骨料浸泡于浓度0.01mol/L以上的氢氧化钙溶液中进行预处理，氢氧化钠溶液使用量不小于0.50m

（3）裹壳料为将水和负碳凝胶材料按质量比0.25：1制备；

（4）负碳补强粗骨料制备养护条件为温度25℃，压力0.5MPa，CO

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的工业建筑固废负碳路基填料的制备方法

按照实施例1的方法进行，区别在于，

（1）前驱体为钢渣，激发剂为工业无硅酸钠和苏打按照100：1-200:1的比例制备的混合物，按照前驱体75 wt.%、激发剂20 wt.%、生石灰5 wt.%的质量比干混，搅拌均匀制成所述负碳凝胶材料；

（2）将建筑固废回收、破碎、筛分，粒径控制在40mm以内，粒径4.75mm以上的粗骨料浸泡于水灰比1.5的超细水泥浆进行预处理，超细水泥浆的使用量为0.45m

（3）裹壳料为将水和负碳凝胶材料按质量比0.35：1制备；

（4）负碳补强粗骨料制备养护条件为温度40℃，压力0.2MPa，CO

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。