一种聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种路缘石及其制备方法，具体涉及利用聚合氯化铝产业产生的废料，经热活化处理后，替代部分硅酸盐水泥制备一种环保路缘石，属于道路建筑材料技术领域。

背景技术

聚合氯化铝废渣是工业生产聚合氯化铝产生的副产品，聚合氯化铝(Polyaluminum Chloride，PAC)是水处理中的高效絮凝剂，国内外生产聚合氯化铝(PAC)的方法很多，常用方法是铝矾土和铝酸钙粉酸溶两步法，即铝矾土和铝酸钙粉在一定条件下和盐酸或混合酸反应后得到液体聚合氯化铝(PAC)，残余的固体形成废渣。每生产1吨聚合氯化铝约产生0.5～1.0吨废渣，随着环保要求逐步提高，对于聚合氯化铝需求量不断增加，产生了大量废渣。目前对于此类废渣大多运送至填埋场进行深埋处理，或是参照中国专利CN109351762A“一种聚合氯化铝净水剂废渣无害化处理系统及工艺”，对废渣进行无害化处理后堆存。这些堆存方法不仅占用大量土地造成环境污染，同时使得废渣中可利用成分不能得到合理利用，造成资源浪费，严重限制了当前净水剂行业的进一步发展，因此不断探索研究聚合氯化铝废渣新的利用途径，且能够大批量消耗聚合氯化铝废渣，是目前聚合氯化铝废渣利用的主要趋势。

现有技术中已有利用PAC废渣制备免烧砖的专利CN 103553492A“一种以聚合氯化铝废渣和赤泥为主料的免烧砖及其制备方法”，该专利以PAC废渣和赤泥为主要原材料制备免烧砖，但是该专利中使用的PAC废渣是未经除酸处理的废渣，该废渣具有一定的弱酸性，且PAC废渣中Cl

城市道路、公路两侧路缘石，大多数为混凝土。混凝土路缘石的过多应用导致大量天然石料以及河砂的消耗，而大规模的开山采石会造成严重的环境污染，另一方面，砂的取用则会导致河床破坏，对水下环境造成危害。若继续持续这样的发展态势，必然导致建筑行业的可持续发展与骨料资源短缺的矛盾日益尖锐。同时，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30～40％，据对砖混结构、全现浇结构和框架结构等建筑的施工材料损耗的粗略统计，在每平方米建筑的施工过程中，仅建筑垃圾就会产生500～600吨。仅在“十一五”期间，我国生成的建筑垃圾可多达30亿吨，混凝土占40％～50％。2010年国内建筑垃圾的已有量已高达70亿吨，并以约3亿吨/年的速度在增长。因此，如何利用废弃混凝土材料以减少建筑垃圾是土木行业的主要研究方向。

目前，以聚合氯化铝废渣为原料进行资源化利用的文献还较少，因此，开发一种利用聚合氯化铝废渣并结合再生混凝土制备各类构件，例如路缘石，既能减少对砂石资源的过渡开采，又能保护环境，实现对再生资源的充分利用，该问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中聚合氯化铝废渣对环境造成的严重污染及其它建筑垃圾造成的资源浪费的问题，提供一种聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石及其制备方法，能够减少聚合氯化铝工业废料和建筑垃圾的堆放，实现废料资源化的同时减轻了对自然环境的污染，降低了混凝土拌合物对水泥的用量，具有显著的经济效益和社会效益。

为了实现上述目的，本发明的技术方案之一是：

一种聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石，按单位体积质量计，包括以下原料：砂600～690kg/m

优选的，砂为级配良好且细度模数2.3～2.7的机制砂和细砂的混合物，其中机制砂和细砂的质量比为8:2，天然粗骨料粒径为10～20mm，再生粗骨料粒径为5～10mm，水泥为标号P·O42.5及以上等级的普通硅酸盐水泥，粉煤灰为II级以上等级的粉煤灰。

再生粗骨料先进行预处理，具体方法为：将再生粗骨料在质量浓度为5～10％的Na

热活化聚合氯化铝废渣的制备方法为：先将聚合氯化铝废渣磨细，然后在800～1100℃高温煅烧2～3h，冷却、过筛即得。

聚合氯化铝废渣先进行预处理，具体方法为：将聚合氯化铝废渣与生石灰混合，搅拌均匀，加水调制为浆液，搅拌，随后静置至浆液自然沉降为上清液和沉淀物，最后将沉淀物进行烘干处理，得到预处理后的聚合氯化铝废渣。

聚合氯化铝废渣与生石灰的质量比为100:1～50:1。

减水剂为聚羧酸系减水剂，减水剂的减水率为25～30％，消泡剂为固体消泡剂。

碱激发剂包括NaOH、Na

本发明的技术方案之一是：一种聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石的制备方法，包括以下步骤：

(1)再生粗骨料强化：首先利用NaOH将Na

(2)原料称量：按照混凝土路缘石原料配比，分别称取砂、天然粗骨料、强化的再生粗骨料、热活化聚合氯化铝废渣、水泥、粉煤灰、水、减水剂和消泡剂，以及碱激发剂的原料NaOH、Na

(3)搅拌混合：将砂、天然粗骨料、强化的再生粗骨料、热活化聚合氯化铝废渣、水泥、粉煤灰、部分水依次加入砂浆搅拌机中，混合均匀，然后加入减水剂和消泡剂，搅拌均匀，得到预混合料；

(4)配制碱激发剂：将剩余水作为NaOH和Na

(5)制备混凝土浆料：将预混合料和碱激发剂充分混合，得到聚合氯化铝废渣再生混凝土浆料；

(6)路缘石的制备及养护：将聚合氯化铝废渣再生混凝土浆料放入提前刷好脱模剂的路缘石模具里，振实；室温静置24h后脱模，自然洒水保湿养护，即得。

优选的，养护时间不小于7d，养护期间环境温度不低于20℃，且混凝土表面保持湿润。

本发明的有益效果：

1、本发明对PAC废渣进行预处理，去除其酸性成分，使其表现为中性。且PAC废渣存在潜在化学活性，本发明通过磨细处理，增大了PAC废渣颗粒的比表面积，在水泥水化产生的碱性环境中，有利于PAC废渣内部活性成分的释放，同时细化后的PAC废渣也能够对混凝土内部的微小孔隙很好地填充。PAC废渣进行高温煅烧(热活化)，产生大量不定形的活性SiO

2、本发明所用热活化聚合氯化铝废渣保水性较好，加入混凝土中能够有效的改善混凝土浆体泌水性和离析性能；同时具有内养护的作用，可提高混凝土的强度和抗收缩性能。具体作用表现如下：经热活化的聚合氯化铝废渣空间结构表现为多孔状，能够吸收和存储大量的水分；在水泥水化过程中会消耗大量水分，从而使得水泥水化体系内部环境干燥，水泥的水化不能充分完成；加入热活化聚合氯化铝废渣后，该种废渣内部会储存大量水分，在因水泥水化过程出现干燥环境时，能够为水泥进一步充分水化提供水分。

3、本发明使用碱激发剂强化再生骨料，其中水玻璃不仅可以进入再生骨料的孔隙、裂缝中，而且还可以在骨料外面形成包裹层，对再生骨料内部的微裂缝进行胶合从而改进再生骨料的孔隙结构；而且，水泥水化形成大量的Ca(OH)

4、本发明采用工业废料聚合氯化铝废渣和再生骨料来制作路缘石，既可有效减少聚合氯化铝废渣和建筑垃圾的大量堆放，又能减少对高能耗水泥的使用量，具有良好的社会效益和经济效益。

5、本发明聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石制作方法简单、成本低，配制方法简单易行，有利于工业化生产和推广，可显著提高聚合氯化铝废渣资源化利用，对降低施工成本，减少环境污染等方面具有重要意义。同时，本发明所制备的混凝土强度均高于30MPa，并不局限于路缘石，同样适用与对强度等级要求较低的混凝土路面，本发明较免烧砖相比所消耗的PAC废渣量更多，而且本发明同样利用了再生骨料以及机制砂，达到了以废治废的目标。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明实施例所用水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为II级粉煤灰，砂为级配良好且细度模数2.3～2.7的机制砂和细砂的混合物，其中机制砂和细砂的质量比为8:2，天然粗骨料为粒径10～20mm，连续级配的碎石，再生粗骨料为废弃混凝土经分拣、破碎和筛分后所得，粒径为5～10mm，连续级配，消泡剂为石膏消泡剂(PD-2000A)，购自北京筑宝新技术有限公司。减水剂为聚羧酸系减水剂(PC-F)，购自北京慕湖外加剂有限公司，减水剂的减水率为25～30％。

聚合氯化铝废渣的热活化：

(1)预处理：聚合氯化铝废渣是铝矾土、铝酸钙粉酸溶两步法生产聚合氯化铝所产生的废渣，该废渣酸性较大，需经过一定的手段进行处理，使其能够进行工程应用。具体处理方法为：将聚合氯化铝废渣与生石灰混合(质量比100:1)，搅拌均匀，加水调制为浆液，并持续搅拌30～40min，随后静置至浆液自然沉降为上清液和沉淀物，最后将沉淀物进行烘干处理，得到预处理后的聚合氯化铝废渣。聚合氯化铝废渣处理前后的主要化学成分见表1。

表1主要化学成分(％)

通过表1对处理前后PAC废渣的化学成分分析可知，其中处理后的PAC废渣中Cl

(2)热活化：将预处理后的PAC废渣磨细，使其比表面积在200～350m

表2主要化学成分(％)

对热活化PAC废渣的化学成分分析，由表2可知，高温煅烧后的PAC废渣中的SiO

按照JG/T486-2015《混凝土用复合掺合料》附录A试验方法对1000℃高温煅烧2h后PAC废渣的活性指数进行测定并且与一级粉煤灰(FA)进行对比见表3，结果发现：热活化PAC废渣28d的活性指数为0.85，可见热活化PAC废渣存在较高的火山灰活性，能够在碱性环境中激发其化学活性。

表3热活化PAC废渣活性指数

此外，通过利用不同掺量的热活化PAC废渣(1000℃高温煅烧2h)取代水泥进行胶砂实验，试验结果见表4：

表4水泥胶砂试验抗压强度实验结果(28d)

由上述结果可以看出热活化PAC废渣在取代水泥量为5～15％的情况下，28d抗压强度略高于纯水泥组，而且取代量在25％以下，其28d抗压强度增强比仍能达到纯水泥组的0.9以上，因此证明热活化PAC废渣可以替代部分水泥，且在一定比例下，具有更好的性能。

实施例1

一种聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石，按单位体积质量计，包括以下原料：砂600kg/m

聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石的制备方法，包括以下步骤：

(1)再生粗骨料强化：首先利用NaOH将Na

(2)原料称量：按照混凝土路缘石原料配比，分别称取砂、天然粗骨料、强化的再生粗骨料、热活化聚合氯化铝废渣、水泥、粉煤灰、水、减水剂和消泡剂，以及碱激发剂的原料NaOH、Na

(3)搅拌混合：将砂、天然粗骨料、强化的再生粗骨料、热活化聚合氯化铝废渣、水泥、粉煤灰、部分水(53.5kg/m

(4)配制碱激发剂：将剩余水作为NaOH和Na

(5)制备混凝土浆料：将预混合料和碱激发剂充分混合，得到聚合氯化铝废渣再生混凝土浆料；

(6)路缘石的制备及养护：将聚合氯化铝废渣再生混凝土浆料放入提前刷好脱模剂的路缘石模具里，在振动台上振捣密实2～3min；室温静置24h后对所得混凝土路缘石进行脱模，脱模后的混凝土路缘石进行自然洒水保湿养护，养护时间不小于7d，养护期间环境温度不低于20℃，且混凝土表面保持湿润。

实施例2

一种聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石，按单位体积质量计，包括以下原料：砂600kg/m

聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石的制备方法同实施例1。

实施例3

一种聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石，按单位体积质量计，包括以下原料：砂690kg/m

聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石的制备方法同实施例1。

实施例4

一种聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石，按单位体积质量计，包括以下原料：砂690kg/m

聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石的制备方法同实施例1。

以上实施例制备的聚合氯化铝废渣再生混凝土路缘石性能对比数据见表5。

表5实施例的实测数据对比

从表5中可以得到，实施例1～4的混凝土抗压强度均满足混凝土路缘石强度规范JC/T899—2016《混凝土路缘石》要求，达到了C30(≥30MPa)的强度设计要求，这说明热活化聚合氯化铝废渣代替水泥可以取得较好的效果。对比实施例1与实施例2，降低热活化聚合氯化铝废渣用量并增大粉煤灰用量，导致混凝土强度小幅下降，说明对比粉煤灰，热活化聚合氯化铝对混凝土抗压强度提升作用更明显；对比实施例4和实施例3，降低水胶比并增大减水剂和消泡剂的用量，混凝土的强度变化平稳，只有小幅度的提升，说明水胶比和外加剂对热活化聚合氯化铝废渣的活性及强度影响程度较低。

通过实施例1～4对比可以发现，热活化聚合氯化铝废渣作为外掺料取代水泥具有较好的力学性能和工作性能，对比粉煤灰具有一定的优势。通过化学激发剂激发热活化聚合氯化铝废渣可以明显提高混凝土强度，废渣材料的活性得到有效激发，具有优异的工程应用前景。