本申請(qǐng)涉及混凝土，更具體地說(shuō)，它涉及一種煤矸石火山灰活性改性方法及混凝土、制備方法。

背景技術(shù)：

1、煤矸石作為一種常見(jiàn)的工業(yè)廢棄物，在近年來(lái)的研究與應(yīng)用中，如何通過(guò)激發(fā)提高其火山灰活性逐漸受到重視。高火山灰活性的煤矸石在混凝土摻合料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，可以有效提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。然而，煤矸石中存在的一些成分，如硫化物會(huì)對(duì)混凝土的耐久性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。硫化物在煤矸石中通常以硫化鐵等形式存在，這些化合物在混凝土硬化過(guò)程中可能逐漸釋放，與混凝土中的水分和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鹽等腐蝕性物質(zhì)，這些腐蝕性物質(zhì)會(huì)侵蝕混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致混凝土劣化，嚴(yán)重影響其服役期限。

2、因此，為了充分激發(fā)煤矸石的火山灰活性，同時(shí)避免其潛在的不利影響，開(kāi)發(fā)一種有效的改性方法顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了提高煤矸石的火山灰活性同時(shí)避免煤矸石中硫化物潛在的不利影響，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N煤矸石火山灰活性改性方法及混凝土、制備方法。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N煤矸石火山灰活性改性方法，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種煤矸石火山灰活性改性方法，包括如下步驟：

4、(1)將煤矸石高溫煅燒后破碎、篩分，備用；

5、(2)制備鐵還原菌菌液：將鐵還原菌菌種活化后，取長(zhǎng)勢(shì)良好的菌液在4000-5000r/min的條件下離心5-10min，用無(wú)菌生理鹽水洗滌3次后，加入無(wú)菌生理鹽水重懸保存?zhèn)溆茫?/p>

6、(3)浸漬：將上述經(jīng)過(guò)高溫煅燒、破碎、篩分后的煤矸石與鐵還原菌菌液混合攪勻，浸漬30-40min，將浸漬后的煤矸石取出，清洗、干燥處理，得到經(jīng)過(guò)改性處理的煤矸石。

7、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，經(jīng)過(guò)高溫煅燒提高煤矸石火山灰活性，同時(shí)去除一部分硫化物和堿金屬離子，減少煤矸石內(nèi)部有害物質(zhì)的危害。通過(guò)破碎、篩分得到具有均勻顆粒分布的煤矸石，有利于后續(xù)的改性處理。隨鐵還原菌代謝活動(dòng)的進(jìn)行，煤矸石中殘余的硫化物逐漸被消耗，從而抑制硫鐵礦的氧化，進(jìn)一步抑制酸化和污染物的遷移轉(zhuǎn)化。

8、在浸漬過(guò)程中，鐵還原菌附著在煤矸石表面開(kāi)始代謝活動(dòng)。在代謝過(guò)程中，鐵還原菌利用煤矸石中硫化物作為電子供體，同時(shí)以煤矸石中不溶性鐵為電子受體，發(fā)生還原反應(yīng)。這一過(guò)程中硫化物逐漸被消耗，同時(shí)生成了可溶性的亞鐵離子，這些亞鐵離子可以與煤矸石中硅酸鹽、碳酸鹽等成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成高穩(wěn)定性的亞硅酸亞鐵、亞鐵碳酸鹽等礦物相，從而改善煤矸石活性以及提高強(qiáng)度，同時(shí)減少了煤矸石中硫化物對(duì)混凝土的潛在危害。

9、可選的，所述浸漬步驟中維持浸漬溫度在20-40℃之間。

10、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，維持浸漬過(guò)程的溫度在20-40℃之間有利于鐵還原菌和煤矸石之間的充分反應(yīng)，鐵還原菌在20-40℃時(shí)活躍性高，代謝活動(dòng)旺盛，能更好的發(fā)揮其作用，促進(jìn)煤矸石中硫化物的轉(zhuǎn)化，提高改性效果。

11、可選的，所述煤矸石與鐵還原菌菌液混合重量份之比為1:1.5-2，所述鐵還原菌菌液中生物量為10g/l。

12、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，合適的混合比例有助于提供充足的煤矸石表面供還原菌附著和生長(zhǎng)，保證菌液中的微生物數(shù)量足夠進(jìn)行高效的生物化學(xué)反應(yīng)，提高對(duì)煤矸石的改性效果，除去煤矸石內(nèi)部有害成分，并且使其內(nèi)部難以利用的成分得到轉(zhuǎn)化變成更易利用的形式，提高煤矸石的利用率。

13、可選的，所述浸漬過(guò)程中還可以加入生物炭，所述生物炭與煤矸石的加入重量份之比為0.2-0.4:1。

14、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，生物炭可以作為電子轉(zhuǎn)移介質(zhì)，促進(jìn)鐵還原菌的電子傳遞過(guò)程，幫助完全消耗煤矸石中的硫化物，提高改性效果。另一方面，煤矸石在煅燒過(guò)程中會(huì)釋放大量揮發(fā)物和氣體，產(chǎn)生空隙，而生物炭可以填充這些空隙從而進(jìn)一步提高煤矸石的強(qiáng)度。

15、可選的，所述經(jīng)過(guò)破碎篩分后煤矸石的粒徑為0.15-0.30mm。

16、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在合適范圍內(nèi)煤矸石顆粒的粒徑越小，其表面積越大，從而提供更多的反應(yīng)點(diǎn)位，使得鐵還原菌能夠更均勻的附著在煤矸石表面，促進(jìn)其與煤矸石中硫化物等有害物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而提高改性處理后的煤矸石火山灰活性。

17、可選的，所述高溫煅燒步驟中煅燒溫度為600-700℃，煅燒1.5-3h。

18、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，600-700℃的高溫煅燒可有效地去除煤矸石中的部分有機(jī)物和揮發(fā)分，減少其對(duì)后續(xù)改性過(guò)程的干擾。在高溫條件下對(duì)煤矸石進(jìn)行煅燒，可以使其中的礦物質(zhì)形成玻璃態(tài)物質(zhì)，有效的改善煤矸石的物理和化學(xué)性質(zhì)，有益于煤矸石形成較高的火山灰活性。

19、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N經(jīng)過(guò)火山灰活性改性的煤矸石制備的混凝土，采用如下的技術(shù)方案：

20、一種經(jīng)過(guò)火山灰活性改性的煤矸石制備的混凝土，包括如下重量份原料：煤矸石10-16份、水泥20-30份、石英砂8-10份、聚羧酸減水劑0.2-0.4份、碎石8-10份、水25-30份，所述煤矸石為權(quán)利要求1-6任一所述的改性方法制得的火山灰活性煤矸石。

21、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在骨料石英砂和水泥之間的界面區(qū)有著較大的孔隙率和較多的氫氧化鈣晶體，因此是混凝土中最薄弱的區(qū)域，加入高火山灰活性的煤矸石能夠消耗界面中大量的氫氧化鈣晶體生成具有更高剛度和硬度的c-s-h凝膠，從而改善骨料與水泥凝膠本體的界面強(qiáng)度，進(jìn)而提高混凝土的整體強(qiáng)度。

22、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N火山灰活性改性煤矸石混凝土的制備方法，采用如下的技術(shù)方案：

23、一種火山灰活性改性煤矸石混凝土的制備方法，包括如下步驟：

24、按照一定配合比稱(chēng)取經(jīng)過(guò)火山灰活性改性的煤矸石、碎石、水泥與石英砂，攪拌混合均勻后，加入水與聚羧酸減水劑繼續(xù)攪拌，形成均勻的漿體，將得到的漿體澆筑在試模中，干燥、養(yǎng)護(hù)得到成品。

25、綜上所述，本申請(qǐng)具有以下有益效果：

26、1、由于本申請(qǐng)通過(guò)煅燒與鐵還原菌的作用，除去煤矸石中的有害成分，同時(shí)顯著提高煤矸石火山灰活性，使得改性后的煤矸石在作為混凝土摻合料使用時(shí)，能夠更好的發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

27、2、本申請(qǐng)通過(guò)對(duì)煤矸石的改性處理，煤矸石的利用價(jià)值得到提升，其用于混凝土摻和料時(shí)能夠更好的發(fā)揮活性作用，提高混凝土強(qiáng)度與耐久性，有助于推動(dòng)煤矸石資源化利用，減少環(huán)境污染。

技術(shù)特征：

1.一種煤矸石火山灰活性改性方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石火山灰活性改性方法，其特征在于：所述浸漬步驟中維持浸漬溫度在20-40℃之間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石火山灰活性改性方法，其特征在于：所述煤矸石與鐵還原菌菌液混合重量份之比為1:1.5-2，所述鐵還原菌菌液中生物量為10g/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石火山灰活性改性方法，其特征在于：所述浸漬過(guò)程中還可以加入生物炭，所述生物炭與煤矸石的加入重量份之比為0.2-0.4:1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石火山灰活性改性方法，其特征在于：所述經(jīng)過(guò)破碎篩分后煤矸石的粒徑為0.15-0.30mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石火山灰活性改性方法，其特征在于：所述高溫煅燒步驟中煅燒溫度為600-700℃，煅燒1.5-3h。

7.一種經(jīng)過(guò)火山灰活性改性的煤矸石制備的混凝土，包括如下重量份原料：

8.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的混凝土的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及混凝土技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了火山灰活性煤矸石的改性方法。一種煤矸石火山灰活性改性方法，包括如下步驟：（1）將煤矸石高溫煅燒后破碎、篩分，備用；（2）制備鐵還原菌菌液：將鐵還原菌菌種活化后，取轉(zhuǎn)移長(zhǎng)勢(shì)良好的菌液4000?5000r/min的條件下離心5?10min，用無(wú)菌生理鹽水洗滌3次后，加入無(wú)菌生理鹽水重懸保存?zhèn)溆?；?）浸漬：將上述經(jīng)過(guò)破碎、篩分后的煤矸石與鐵還原菌菌液混合攪勻，浸漬30?40min，將浸漬后的煤矸石取出，清洗、干燥處理，得到經(jīng)過(guò)改性處理的煤矸石。本申請(qǐng)的方法可用于煤矸石改性處理，擴(kuò)大了煤矸石的應(yīng)用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉光,孫嘉振
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)安大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28