一种3D打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土及其制备方法与使用方法

本发明涉及混凝土，尤其是涉及一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土及其制备方法与使用方法。

背景技术：

1、污泥焚烧灰渣作为一种干化污泥焚烧产生的固体废弃物，在世界范围内每年都有大量污泥焚烧灰渣急需处理。干化污泥经焚烧，能够明显减少污泥质量，同时能够对污泥进行病毒灭活、清除臭味和回收利用其高热值。但是污泥焚烧后产生了污泥焚烧灰渣，带来了严重的环境问题。污泥经焚烧后会产生10％～20％的污泥焚烧灰渣。因为其中常含有镉(cd)、铬(cr)，铅(pb)，镍(ni)，汞(hg)等重金属元素，容易对环境产生二次污染，因此其常被当作有害垃圾进行填埋处理。

2、污泥焚烧灰渣作为固体废弃物，其资源化再利用的主要途径是建材化利用。建筑材料例如混凝土或相关胶凝材料的水化结构可以固定重金属阳离子，能够有效降低污泥焚烧灰渣的重金属浸出量，减小毒性。目前在国内，焚烧灰渣的建材化资源再利用这一方法被大力推广。

3、但由于焚烧灰渣掺入混凝土后，可能使混凝土抗压强度降低。另外焚烧灰渣颗粒孔隙率较大，具有很强的吸水能力，掺量较高会使混凝土混合料和易性明显恶化。此外，焚烧灰渣中易溶于水的盐含量较高，例如cl-，因此存在钢筋腐蚀风险。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的早期强度低、重金属析出高而提供一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土及其制备方法与使用方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明第一方面提供了一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土，包括下述重量份的组分：

4、

5、其中，所述胶凝材料包括水泥和污泥焚烧灰，所述水泥和所述污泥焚烧灰的质量之比为1：(0～0.5)，所述细骨料包括天然砂和污泥焚烧渣，所述天然砂和污泥焚烧渣的质量之比为1：(0～1)。

6、进一步的，所述混凝土包括下述重量份的组分：

7、

8、进一步的，所述混凝土包括下述重量份的组分：

9、

10、进一步的，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述水泥的强度为42.5或52.5或62.5；

11、其中，所述污泥焚烧灰的粒径为0.01～0.15mm，吸水率为5～15％；

12、其中，所述天然砂的粒径为0.15～1.18mm，吸水率为0％～5％；

13、其中，所述污泥焚烧渣的粒径为0～1.18mm，吸水率为5～15％，

14、其中，所述减水剂为萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂和聚羧酸系减水剂；

15、其中，所述增稠剂为膨润土、凹凸棒土、硅酸铝、纳米黏土；

16、其中，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、柠檬酸、锌盐、磷酸盐中的一种。

17、本发明还提供了一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土的制备方法，包括以下步骤：

18、混合胶凝材料、细骨料、增稠剂、缓凝剂得到混合物一，再混合水与羟丙基甲基纤维素、减水剂得到混合物二，再将混合物一和混合物二混合，得到混凝土。

19、进一步的，所述胶凝材料、细骨料、减水剂、羟丙基甲基纤维素、增稠剂、缓凝剂、水之间的质量之比为1000：1000：(0.5～4)：(1.05～2.05)：(0～12)：(0～1.5)：(200～600)；

20、其中，所述胶凝材料包括水泥和污泥焚烧灰，所述水泥和所述污泥焚烧灰的质量之比为1：(0～0.5)；

21、其中，所述细骨料包括天然砂和污泥焚烧渣，所述天然砂和污泥焚烧渣的质量之比为1：(0～1)；

22、其中，所述减水剂为萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂和聚羧酸系减水剂；

23、其中，所述增稠剂为膨润土、凹凸棒土、硅酸铝、纳米黏土；

24、其中，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、柠檬酸、锌盐、磷酸盐。

25、进一步的，混合胶凝材料、细骨料、增稠剂、缓凝剂时在搅拌机中进行，搅拌速度为20～30r/min，搅拌时间为1～4min；

26、其中，混合水与羟丙基甲基纤维素、减水剂时，搅拌速度为20～30r/min，搅拌时间为1～4min；

27、其中，再将混合物一和混合物二混合时，混合物二分2～4次加入到混合物一中；

28、其中，再将混合物一和混合物二混合时，搅拌速度为20～80r/min，搅拌时间为5～15min。

29、本发明又提供了一种如上述的3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土的制备方法得到的污泥焚烧灰渣资源化混凝土。

30、本发明再提供了一种如上述的3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土的使用方法，包括以下步骤：

31、将所述污泥焚烧灰渣资源化混凝土输送至3d打印机的打印喷头内，3d打印喷头在计算机系统控制下，按设定程序逐层挤出，层层累积，形成3d打印混凝土构件。

32、进一步的，所述混凝土输送采用泵送；

33、其中，所述混凝土的流动度满足170～190mm；

34、其中，所述3d打印喷头出口直径至少大于30mm；

35、其中，所述3d打印喷头出口直径为30～100mm；

36、其中，所述3d打印喷头采用螺杆旋转挤出方式将所述混凝土挤出；

37、其中，在3d打印时，3d打印层厚为10～20mm，水平打印速度为200～300m/h，3d打印层间间隔时长为0～30min，单次连续打印高度为0～100mm。

38、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

39、1、本发明提供的污泥焚烧灰渣资源化混凝土，该材料具有良好的流动性。利用减水剂调控混凝土的流动性并延长可打印时间。

40、2、本发明提供的污泥焚烧灰渣资源化混凝土，该材料具有良好的建造性，通过焚烧灰渣引入，其表面粗糙面造成摩擦系数提高和骨料自锁效应，提高材料的早期强度和建造性。

41、3、本发明提供的污泥焚烧灰渣资源化混凝土，该材料具有较好的力学性能。通过焚烧灰渣引入，合理调控污泥焚烧灰渣比例，从而保证了3d打印混凝土的力学性能。

42、4、本发明提供的污泥焚烧灰渣资源化混凝土，该材料具有良好的重金属固化性，通过混凝土固化重金属的能力，将污泥焚烧灰渣引入混凝土，材料具有良好的重金属固化性。

43、5、本发明提供的污泥焚烧灰渣资源化混凝土，该材料具有良好的经济效益和环境效益，该材料在提高污泥焚烧灰渣利用率的同时，降低水泥和天然砂的要求，节约混凝土原材料使用量，具有较高的经济效益和环境效益。

技术特征：

1.一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土，其特征在于，包括下述重量份的组分：

2.根据权利要求1所述的一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土，其特征在于，所述混凝土包括下述重量份的组分：

3.根据权利要求1所述的一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土，其特征在于，所述混凝土包括下述重量份的组分：

4.根据权利要求1或2或3所述的一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述水泥的强度为42.5或52.5或62.5；

5.一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土的制备方法，其特征在于，所述胶凝材料、细骨料、减水剂、羟丙基甲基纤维素、增稠剂、缓凝剂、水之间的质量之比为1000：1000：(0.5～4)：(1.05～2.05)：(0～12)：(0～1.5)：(200～600)；

7.根据权利要求6所述的一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土的制备方法，其特征在于，混合胶凝材料、细骨料、增稠剂、缓凝剂时在搅拌机中进行，搅拌速度为20～30r/min，搅拌时间为1～4min；

8.一种如权利要求5～7任一所述的3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土的制备方法得到的污泥焚烧灰渣资源化混凝土。

9.一种如权利要求1～4或8任一所述的3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土的使用方法，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种3d打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土的使用方法，其特征在于，所述混凝土输送采用泵送；

技术总结
本发明涉及一种3D打印用污泥焚烧灰渣资源化混凝土及其制备方法与使用方法，该混凝土包括下述重量份的组分：胶凝材料1000份、细骨料1000份、减水剂0.5～4份、羟丙基甲基纤维素1.05～2.05份、增稠剂0～12份、缓凝剂0～1.5份、水200～600份，所述胶凝材料包括水泥和污泥焚烧灰，所述水泥和所述污泥焚烧灰的质量之比为1：(0～0.5)，所述细骨料包括天然砂和污泥焚烧渣，所述天然砂和污泥焚烧渣的质量之比为1：(0～1)。与现有技术相比，本发明实现优秀的重金属固化效果，同时提升3D打印混凝土的早期强度和建造性，促进了污泥焚烧灰、渣的资源化再利用，具有较高的环境效益和工程指导意义。

技术研发人员：丁陶,沈凯歌,肖建庄
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31