一种护岸工程基质材料及其制备方法与应用

本发明属于护岸工程基质材料，具体涉及一种护岸工程基质材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、天然砂石的禁采限采政策，使得护岸工程基质材料的原料供应紧张。目前水生物贝壳多用于制作装饰品，农作物壳料多用于燃烧产生能源，这样做虽起到了废物利用的作用，但利用效率较低，能源资源配置不够合理。

2、2020年我国建筑垃圾产生量将会突破30亿吨，其中以废混凝土、砂浆、碎砖为主。我国对建筑垃圾资源化率仅在10％左右，建筑垃圾的处理方法主要还是堆放和填埋，不仅占用大量土地，而且易造成安全隐患和环境污染。

3、中国专利申请号为cn202110285513.1，公开日为2021年6月19日的专利文献，公开了一种生态护岸基质材料及其制备方法。其淤泥基生态护岸基质材料由淤泥基质、骨料、磷酸三钙和钙质添加剂通过低温水热法制备而成。该专利文献中的淤泥基生态护岸基质材料利用淤泥基质和其他原料的配合作用，模拟天然土壤由无机吸附和有机降解双重作用而产生的自净化特性，获得具有良好生物亲和性的生态护岸基质材料。不仅将淤泥变废为宝，且能够吸附和降解有机物，但其加入的生物炭含量较低，吸附和降解有机物效率较低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有护岸工程基质材料吸附及降解江湖河海水中有机物的效率较低的缺点，提供一种采用水生物贝壳，农作物壳料和建筑垃圾作为主要原料进行制备的护岸工程基质材料，其产品的体积安定性稳定，使用效果较佳，且通过其独特的配比工艺，解决了水生物贝壳，农作物壳料和建筑垃圾的利用问题，实现了水生物贝壳，农作物壳料和建筑垃圾的大批量应用。

2、本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述护岸工程基质材料的制备方法。

3、为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

4、一种护岸工程基质材料，包括原料和水，所述原料的组成成分及各成分质量百分比为：水生物贝壳和农作物壳料35～40％、建筑垃圾25～35％，矿渣12～15％，粉煤灰7～9％，脱硫石膏7～9％，尿素0.2～1％，碱激发剂1.5～2％，所述水与原料的质量比值为0.35。

5、作为技术方案的进一步改进，所述建筑垃圾为工程渣土，其粒径要求1～2mm占比60％以上。

6、作为技术方案的进一步改进，所述矿渣为s95级矿渣。

7、作为技术方案的进一步改进，所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰。

8、作为技术方案的进一步改进，所述脱硫石膏为二级脱硫石膏。

9、作为技术方案的进一步改进，所述尿素总氮含量大于46％。

10、作为技术方案的进一步改进，所述碱激发剂为生石灰。

11、作为技术方案的进一步改进，所述水生物贝壳为牡蛎壳、蚬子壳和生蚝壳中的至少一种。

12、作为技术方案的进一步改进，所述农作物壳料为稻壳、麦壳和花生壳中的至少一种。

13、作为技术方案的进一步改进，所述水生物贝壳含量需大于10％。

14、作为技术方案的进一步改进，所述农作物壳料含量需大于10％。

15、为解决上述第二个技术问题，本发明的护岸工程基质材料的制备方法，包括如下步骤：

16、一、制备含氮生物炭：将水生物贝壳、农作物壳料和尿素烘干、粉碎，放入可编程管电炉通过表面活化和共热解制备含氮生物炭。

17、二、制备固废基胶凝材料：按以下材料及其质量百分比进行配料：矿渣12～15％，粉煤灰7～9％，脱硫石膏7～9％、碱激发剂1.5～2％，通过均混球磨，获得固废基胶凝材料。

18、三、混合搅拌：将制作好的含氮生物炭、建筑垃圾25～35％与固废基胶凝材料通过搅拌机水相拌合后即可制备出水体污染物吸附阻滞型固废基护岸工程基质材料。

19、作为技术方案的进一步改进，所述步骤一中，所述水生物贝壳、农作物壳料和尿素粉碎的粒径为100目及以下的细度。

20、本发明还提供了上述材料在护岸工程方面的应用，应用该材料，包括但不限于将该材料铺设在江、湖、河或海岸两侧，铺设完成后将表面进行整平压实，养护28d后即可。或将材料放入固定模具中压实，养护28d后铺设在江、湖、河或海岸两侧，从而作为护岸工程基质材料使用，有利于保护江湖河海堤岸。

21、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

22、(1)本发明的护岸工程基质材料，采用水生物贝壳、农作物壳料和建筑垃圾作为护岸工程基质材料的主要用料，通过对护岸工程基质材料的各组分进行合理设计，并配合特定的加工工艺，能够制备出生物炭和建筑垃圾占比大于60％的护岸工程基质材料，使得其不仅可以吸附和降解江湖或河海水中的有机物，还大大提升了水生物贝壳，农作物壳料和建筑垃圾的使用量，实现了水生物贝壳，农作物壳料和建筑垃圾大总量的利用。

23、(2)本发明的护岸工程基质材料，矿渣为s95级矿渣。粉煤灰为ⅱ级粉煤灰。脱硫石膏为二级脱硫石膏。三者均为工业生产中的固体废弃物，成本极低，矿渣颗粒细小，呈球形或角形，可改善材料的和易性能，显著提升材料的整体密实度，粉煤灰有较好的胶凝活性，强化材料水硬胶凝性能，有利于提升材料后期强度，脱硫石膏能调节和控制材料凝结时间，能提高材料的强度。建筑垃圾可提供骨架作用，提供材料强度，增大材料渗透系数。含氮生物炭可吸附有机物，利用其多孔性、巨大表面积可为微生物提供良好的栖息地，氮源促进微生物繁殖生长，利用微生物降解江湖或河海水中的有机物。

技术特征：

1.一种护岸工程基质材料，其特征在于，所述护岸工程基质材料包括原料和水，所述原料的组成成分及各成分质量百分比为：水生物贝壳和农作物壳料35～40％、建筑垃圾25～35％，矿渣12～15％，粉煤灰7～9％，脱硫石膏7～9％，尿素0.2～1％，碱激发剂1.5～2％，所述水与原料的质量比值为0.35。

2.权利要求1所述的护岸工程基质材料，其特征在于，该方法包括如下步骤：所述水生物贝壳为牡蛎壳、蚬子壳和生蚝壳中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的护岸工程基质材料，其特征在于，所述农作物壳料为稻壳、麦壳和花生壳中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的护岸工程基质材料，其特征在于，所述建筑垃圾为工程渣土，其粒径要求1～2mm占比60％以上。

5.根据权利要求1或2所述的护岸工程基质材料，其特征在于，所述矿渣为s95级矿渣，所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，所述脱硫石膏为二级脱硫石膏。

6.权利要求1或2所述的护岸工程基质材料，其特征在于，所述尿素总氮含量大于46％。

7.根据权利要求1或2所述的护岸工程基质材料，其特征在于，所述碱激发剂为生石灰。

8.一种护岸工程基质材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的护岸工程基质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述水生物贝壳、农作物壳料和尿素粉碎的粒径为100目及以下的细度。

10.权利要求1至7任一项所述的护岸工程基质材料在护岸工程上的应用。

技术总结
本发明公开了一种护岸工程基质材料。该护岸工程基质材料包括原料和水，所述原料的组成成分及各成分质量百分比为：水生物贝壳和农作物壳料35～40％、建筑垃圾25～35％，矿渣12～15％，粉煤灰7～9％，脱硫石膏7～9％，尿素0.2～1％，碱激发剂1.5～2％，所述水与原料的质量比值为0.35。本发明还公开了上述材料的制备方法与应用。本发明制备得到的护岸工程基质材料，建筑垃圾可提供骨架作用，提供材料强度，增大材料渗透系数。含氮生物炭可吸附有机物，利用其多孔性、巨大表面积可为微生物提供良好的栖息地，氮源促进微生物繁殖生长，利用微生物降解湖或河水中的有机物。达到了变废为宝，循环利用，绿色环保的效果。

技术研发人员：陆海军,于韩浠,徐俊,蔡光华,董祎挈,臧濛,赵能浩,张静,曾晨
受保护的技术使用者：武汉轻工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16