阅读说明：本技术 一种掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥、混凝土及制备方法 (A kind of eco-cement, concrete and preparation method for adulterating dredging markets and oyster shell ) 是由 彭士涛 齐兆宇 郑天立 胡健波 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥、混凝土及制备方法,涉及水工建筑材料与固体废弃物综合利用领域。混凝土的制备利用海洋海岸及内河航道工程产生的废弃物疏浚土,和贝类固体废弃物牡蛎壳,直接替代混凝土配合料中的部分水泥；充分利用了牡蛎壳质硬的特点,和疏浚土的天然资源；解决了环境污染问题,减少了废弃物处置的生态环境压力,并降低了混凝土成本,减少了碳排放。同时实现了废弃牡蛎壳和疏浚土的资源循环利用,且工艺简单,成本低廉,具有较强的市场应用前景及推广价值。(The present invention provides eco-cement, concrete and the preparation method of doping dredging markets and oyster shell, is related to Hydraulic materials and field of solid waste comprehensive utilization.The waste dredging markets and shellfish solid waste oyster shell for being prepared by ocean seashore and the generation of cruiseway engineering of concrete, the directly part of cement in substitution batching；Take full advantage of the natural resources of oyster chitin hard feature and dredging markets；It solves problem of environmental pollution, reduces the eco-environmental pressure of waste treatment, and reduce Cost of Concrete, reduce carbon emission.The resource circulation utilization of discarded oyster shell and dredging markets, and simple process and low cost are realized simultaneously, and there is stronger market application prospect and promotional value.)

一种掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥、混凝土及制备方法

技术领域

本发明涉及水泥混凝土制备技术及固体废弃物综合利用领域，具体涉及一种掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥及混凝土制备方法。

背景技术

随着我国海洋资源开发利用及内河航道等级提升建设的不断快速发展，疏浚土废弃物的产生量越来越大，晾晒填埋等处理方式给生态环境带来了巨大压力。此外，随着海洋贝类产品市场需求的不断扩大，以牡蛎为代表的贝类养殖规模和生产加工能力得到大幅提升，随之产生的牡蛎壳废弃物也带来了各种环境污染和安全隐患问题。与此同时，疏浚土和牡蛎壳的大量废弃，也属于一种资源的浪费。

疏浚土是在疏通、扩宽或挖深河湖等水域时，用人力或机械进行水下土石方开挖工程所产生的土，具有颗粒细、承载力小等特点。牡蛎壳的主要成分为钙盐(CaCO₃)，具有质硬的特点，因拥有丰富的天然多孔表面而具有较强的吸附能力，还具有一定的生物活性、交换能力和催化分解等作用。

因此，研究一种能实现废弃疏浚土和牡蛎壳的资源循环利用，具有生态、环保、节能和低碳性，同时降低了制作成本的掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥、混凝土及混凝土制备方法，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥、混凝土及混凝土制备方法，将海洋海岸及内河航道工程产生的废弃物疏浚土，和贝类固体废弃物牡蛎壳，替代混凝土配合料中的部分水泥，实现资源的循环利用，达到良好的生态环境效益。

一种掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥，所述生态水泥包括牡蛎壳、疏浚土、水泥，所述生态水泥中各组分的质量百分数分别为：牡蛎壳4.1-19.3％，疏浚土8.9-34.1％，水泥54.2-85.3％。

近一步的，所述牡蛎壳来自于自然条件下或人工养殖后的废弃牡蛎壳。

近一步的，所述疏浚土来自于河湖或海洋工程建设及日常港池航道维护过程中所产生的废弃疏浚土。

包括掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥的混凝土，所述混凝土包括生态水泥、水、砂石、水玻璃。

混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、将所述牡蛎壳研磨至粉末状；将所述疏浚土烘干、碾碎并过筛；所述疏浚土、牡蛎壳、水泥混合，得到生态水泥；

S2、将生态水泥与砂石充分混合后，加入水和水玻璃进行拌合得到混凝土。

进一步的，所述牡蛎壳研磨至60-100目粉末状。

进一步的，所述疏浚土的烘干温度为105-110℃，过筛后尺寸为0-5mm。

本发明具有以下的特点和有益效果：

1、本发明提供的一种掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥及混凝土，利用海洋海岸及内河航道工程产生的废弃物疏浚土，和贝类固体废弃物牡蛎壳，直接替代混凝土配合料中的部分水泥；充分利用了牡蛎壳质硬的特点，和疏浚土的天然资源；解决了环境污染问题，减少了废弃物处置的生态环境压力，并降低了混凝土成本，减少了碳排放；

2、本发明提供的一种根据生态水泥制备的混凝土，所制备的混凝土在胶砂性能、工作性能(坍落度)、力学性能(抗压强度)、耐久性能等方面，与普通混凝土的性质相当，同时实现了废弃牡蛎壳和疏浚土的资源循环利用，且工艺简单，成本低廉，具有较强的市场应用前景及推广价值。

附图说明

图1为本发明实施例1中，牡蛎壳质量分数为生态水泥总质量的13.7％时，生态水泥中疏浚土掺量对混凝土抗压强度的影响图；

图2为本发明实施例2中，牡蛎壳质量分数为生态水泥总质量的11.3％时，生态水泥中疏浚土掺量对混凝土坍落度的影响图；

图3为本发明实施例3中，牡蛎壳质量分数为生态水泥总质量的8.1％时，生态水泥中疏浚土掺量对混凝土抗压强度(力学性能)的影响图；

图4为本发明实施例4中，牡蛎壳质量分数为生态水泥总质量的15.0％，疏浚土质量分数为生态水泥总质量的29.3％的生态水泥，所制成生态混凝土的收缩试验结果图。

具体实施方式

本发明提供了一种掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥，所述生态水泥制作材料包括牡蛎壳、疏浚土、水泥，按质量含量计，所述生态水泥包括牡蛎壳4.1-19.3％，疏浚土8.9-34.1％，水泥54.2-85.3％。

在本发明中，所述牡蛎壳来自于自然条件下或人工养殖后的废弃牡蛎壳；所述疏浚土来自于河湖或海洋工程建设及日常港池航道维护过程中所产生的废弃疏浚土；所述水泥采用市场上常规水泥产品。

根据掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥得到的混凝土，所述混凝土包括生态水泥、水、砂石、水玻璃。

混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、将所述牡蛎壳研磨至60-100目粉末状；将所述疏浚土烘干、碾碎并过筛，所述疏浚土的烘干温度为105-110℃，过筛后尺寸为0-5mm；所述疏浚土、牡蛎壳、水泥混合，得到生态水泥；

S2、将生态水泥与砂石充分混合后，加入水和水玻璃进行拌合得到混凝土。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种掺杂疏浚土和牡蛎壳的生态水泥制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

开展混凝土强度试验验证本发明中提供的一种掺杂疏浚土和牡蛎壳生态水泥所制备混凝土的性能：

1)首先将牡蛎壳充分研磨至粉末状，过60-100目的筛，将疏浚土在105-110℃下烘干、碾碎并过筛后，取0-5mm的疏浚土干料制备样品；第一组样品：称量水玻璃108g，牡蛎壳46.8g，水泥261.9g，干化疏浚土33.3g，标准砂1350g，水225g；第二组样品：称量水玻璃108g，牡蛎壳46.8g，水泥227.25g，干化疏浚土67.95g，标准砂1350g，水225g；第三组样品：称量水玻璃108g，牡蛎壳46.8g，水泥192.6g，干化疏浚土102.6g，标准砂1350g，水225g；

2)进行混凝土的制备，将步骤1)中的牡蛎壳、水泥、疏浚土直接掺杂混合，得到生态水泥；将标准砂与制备好的生态水泥混合后，加水和水玻璃进行拌和，直至拌和均匀；

3)进行试件的制备，首先将空模和模套固定在振实台上，装第一层步骤2)制备的混凝土，振实60次；然后装第二层步骤2)制备的混凝土，振实60次后，取下试模抹平；

4)进行试件的养护，试件成型后立即放入标养箱中养护，温度条件为20±2℃，相对湿度条件为95％以上；24h脱模编号后，在养护池中养护至试验时间，养护时间分别为3天、28天；

5)进行试件的强度试验，先用中心加荷法测定抗折强度；将抗折后的6个半截试体进行抗压试验；计算样品的抗折强度和抗压强度结果。

图1为本实施例中，掺杂牡蛎壳质量分数为13.7％时，生态水泥中疏浚土掺量对胶砂抗压强度的影响图。由图1可知，当生态水泥中牡蛎壳质量分数为13.7％，疏浚土掺杂质量分数分别为9.7％、19.9％、30.0％，对应水泥质量分数分别为76.6％、66.4％、56.3％时，3d强度分别为23.4MPa、23.6MPa、30.2MPa，28d强度分别为50.1MPa、51.6MPa、52.4MPa，与未掺杂疏浚土和牡蛎壳的普通商品水泥(3d强度28.2MPa，28d强度55.2MPa)对比性能相近，证明掺杂疏浚土和牡蛎壳对水泥混凝土性能没有明显的影响。

实施例2

开展混凝土工作性能(坍落度)试验验证本发明中提供的一种掺杂疏浚土和牡蛎壳生态水泥所制备混凝土的性能：

1)首先将牡蛎壳充分研磨至粉末状，过60-100目的筛，将疏浚土在105-110℃下烘干、碾碎并过筛后，取0-5mm的疏浚土干料制备样品；第一组样品：称量水玻璃450g，牡蛎壳153g，水泥1063.8g，干化疏浚土133.2g，标准砂5400g，水900g；第二组样品：称量水玻璃450g，牡蛎壳153g，水泥925.2g，干化疏浚土271.8g，标准砂5400g，水900g；第三组样品：称量水玻璃450g，牡蛎壳153g，水泥786.6g，干化疏浚土410.4g，标准砂5400g，水900g；

2)将步骤1)中的牡蛎壳、水泥、疏浚土直接掺杂混合，得到生态水泥；将标准砂与制备好的生态水泥混合后，加水和水玻璃进行拌和，直至拌和均匀；

3)将步骤2)所得的样品，分三层均匀装入坍落度筒内，每层装入高度在插捣后大致为筒高的三分之一；每装一层分别插捣多次，插捣应在全部面积上进行，沿螺旋线由边缘渐向中心，每层插捣至下层表面为止；

4)插捣完毕后卸下漏斗，刮去多余的混凝土并与筒顶面齐平；

5)将坍落度筒平稳垂直向上提起，提离过程约5-10s内完成，量出坍落后混凝土试体最高点与筒的高度差，即为混凝土的坍落度，需要注意的是，从开始装料到提起坍落度筒的整个过程在150s内完成。

图2为本实施例中，掺杂牡蛎壳质量分数为11.3％时，生态水泥中疏浚土掺量对坍落度的影响图。由图2可知，当牡蛎壳质量分数为11.3％，疏浚土掺杂质量分数分别为9.9％、20.1％、30.4％，对应水泥质量分数分别为78.8％、68.6％、58.3％时，初始坍落度分别为57mm、72mm、83mm，0.5h坍落度分别为39mm、51mm、73mm，证明疏浚土掺杂质量分数的增加会使离散性逐渐增大。与未掺杂疏浚土和牡蛎壳的普通商品水泥(初始坍落度70mm，0.5h坍落度50mm)的性能对比，在专利保护的疏浚土和牡蛎壳掺杂质量分数内，所制备的生态水泥混凝土均满足设计要求允许的强度规定。

实施例3

开展力学性能(抗压强度)试验验证本发明中提供的一种掺杂疏浚土和牡蛎壳生态水泥所制备混凝土的性能：

1)首先将牡蛎壳充分研磨至粉末状，过60-100目的筛，将疏浚土在105-110℃下烘干、碾碎并过筛后，取0-5mm的疏浚土干料制备样品；第一组样品：称量水玻璃117g，牡蛎壳27g，水泥272.7g，干化疏浚土33.3g，标准砂1350g，水225g；第二组样品：称量水玻璃117g，牡蛎壳27g，水泥238.05g，干化疏浚土67.95g，标准砂1350g，水225g；第三组样品：称量水玻璃117g，牡蛎壳27g，水泥203.4g，干化疏浚土102.6g，标准砂1350g，水225g；

2)将步骤1)中的材料进行混凝土试件的制备与成型，将步骤1)中的牡蛎壳、水泥、疏浚土直接掺杂混合，得到生态水泥；将标准砂与制备好的生态水泥混合后，加水和水玻璃进行拌和，直至拌和均匀得到混凝土；将混凝土分两层装入试模，每层厚度大致相等；插捣按螺旋方向从边缘向中心均匀进行，捣棒保持垂直，并刮去试模多余的混凝土；将上述试件进行养护，养护温度条件为20±2℃，相对湿度条件为95％以上，养护时间为28天；

3)将步骤2)所制的试件进行抗压试验，试验设备为电液式抗折抗压试验机，设备型号为DYE-300，将试件放入试验机下压板中心。开启试验机进行试压，显示力值后再按一定速率控制试验机加载，直至试件破裂，记录数据；判别数据的有效性后，计算出抗压强度的平均值。

图3为本实施例中，掺杂牡蛎壳质量分数为8.1％时，生态水泥中疏浚土掺量对抗压强度(力学性能)的影响图。由图3可知，当牡蛎壳质量分数为8.1％，疏浚土掺杂质量分数分别为10.0％、20.4％、30.8％，对应水泥质量分数分别为81.9％、71.5％、61.1％时，7d强度分别为21MPa、22MPa、21.7MPa，28d强度分别为46MPa、45.5MPa、45MPa，90d强度分别为48.7MPa、49.3MPa、53MPa，与未掺杂疏浚土和牡蛎壳的普通商品水泥(7d强度22MPa，28d强度46.2MPa，90d强度51MPa)对比性能相近，证明掺杂疏浚土和牡蛎壳对水泥混凝土性能没有明显的影响。疏浚土颗粒粒径较细，细颗粒可以填充混凝土孔隙，提高生态混凝土的强度。

实施例4

开展耐久性能试验验证本发明中提供的一种掺杂疏浚土和牡蛎壳生态水泥所制备混凝土的性能：

1)首先将牡蛎壳充分研磨至粉末状，过60-100目的筛，将疏浚土在105-110℃下烘干、碾碎并过筛后，取0-5mm的疏浚土干料制备样品；制备样品时首先称量水玻璃119.25g，牡蛎壳49.5g，水泥184.5g，干化疏浚土96.75g，标准砂1350g，水225g；

2)以三个试件为一组进行耐久性能试验，试件的拌和成型参考实施例1；

3)采用后埋测钉的方式，将步骤2)所得的成型试件，带模养护1d-2d；拆模后，立即用环氧树脂加固轴心测钉；

4)将步骤3)的试件在3d龄期从标准养护室取出，立即转入干缩室内测定初始长度，重复测定三次并取平均值；

5)在转入干缩室后的7d，28d分别测定试件的长度，计算收缩值并取平均值。

图4为本实施例中，掺杂牡蛎壳质量分数为15.0％，疏浚土质量分数为29.3％时，生态水泥所制备混凝土的收缩试验结果图。由图4可知，当牡蛎壳质量分数为15.0％，疏浚土掺杂质量分数为29.3％，水泥质量分数为55.7％时，所制备的生态水泥混凝土7d收缩值为380×10^-6，28d收缩值为560×10^-6，7d和28d收缩值均高于基准混凝土(未掺杂疏浚土和牡蛎壳，7d收缩值为200×10^-6，28d收缩值为280×10^-6)，在专利保护的疏浚土和牡蛎壳掺杂质量分数内，所制备的生态水泥混凝土均满足设计要求允许的耐久性能规定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。