本发明属于建筑材料，特别是涉及一种基于钢渣-碱渣-粉煤灰的固废再生泡沫混凝土。
背景技术：
1、目前，工业废物数量庞大，种类繁多，成分复杂，例如，冶金产生的高炉矿渣、钢渣、各种有色金属渣、铁合金渣；采矿产生的剥离废石、掘进废石、煤矸石、选矿废石；燃料废渣，煤渣、烟道灰、煤粉渣；化工产生的硫酸矿烧渣、电石渣、碱渣、煤气炉渣。由于前述种类繁多，成分复杂的特点，导致工业废物存在处理困难的问题。目前，常规的工业废物处理方法以堆存和焚烧法以外，还可以针对具体单一种类的固体废料，简称固废，进行资源回收，实现循环再利用。例如，从废渣中回收金属，又如，将粉煤灰应用于水泥生产。
2、在固废回收利用的方法中，采用将固废掺入混凝土中制备泡沫混凝土是可行方案。泡沫混凝土是在混凝土中掺入泡沫，形成气孔结构的轻质材料。其特点在于，由于泡沫混凝土存在气孔结构，使其具有轻质、良好保温性、减震性的特点。
3、在泡沫混凝土中加入工业废渣，可以提高泡沫混凝土的抗压强度，通过钢渣工业废渣中的矿物质成分，如硅酸二钙、硅酸三钙等，具有潜在的水硬性，能够发生水化反应，生成胶凝性产物，从而增强泡沫混凝土的整体强度。例如，现有文献1(刘柏君,张国防,郑薇,等.矿物掺合料对泡沫混凝土性能影响的对比研究[j/ol].建筑材料学报,1-11[2024-06-30].)通过掺入提钛尾渣从而提高抗压强度，提钛尾渣掺量5％和10％时，1d抗压强度增幅分别达0.31mpa和0.43mpa，当提钛尾渣掺量20％时，28d抗压强度显著增加至4.22mpa。该技术方案中，提钛尾渣的作用主要体现为通过增大泡沫混凝土体积密度，从而孔隙率降低。但是，该技术方案为了实现上述技术效果，未对提钛尾渣进行处理，导致提钛尾渣中的氯离子扩散系数高，该特征直接导致将提钛尾渣应用于泡沫混凝土时，会增加钢筋腐蚀，减少使用年限，此外，提钛尾渣还存在细度较低、成本较高的特点，该特点直接导致提钛尾渣需要经过反复加工后才满足使用要求。
4、为了解决上述氯离子扩散系数高的问题，最直接的方案是采用氯离子含量较低的的工业废渣作为添加剂。例如，现有文献2(李蕊.煤矸石泡沫混凝土性能试验研究[j].江西建材,2024,(01):43-45.)将煤矸石添加到泡沫混凝土中，获得混凝土浆液成型标准试件并养护28d后，再进行进一步测试，掺加60％煤矸石时，制备的混凝土试件具有最高平均抗压强度4.83mpa的技术效果。但是，由于煤矸石中的氯离子扩散系数较高，从而导致混凝土中氯离子渗透混凝土内部并到达钢筋表面，引发钢筋腐蚀，同时，导致混凝土的抗压强度降低。通过上述分析可知，该技术方案采用添加煤矸石时，对抗压强度性能的提升效果不明显。
5、同样，为了解决上述细度较低的问题，最直接的方案是采用细度较低的工业废渣作为添加剂。例如，现有文献3(万送,许银行,陈美祝,等.碳化再生微粉泡沫混凝土的工作和力学性能研究[j].建材世界,2024,45(03):42-45.)将着碳化再生微粉加入泡沫混凝土中，实现了抗压强度提升，含碳化和未碳化粉样品的28d抗压强度分别提高了6.68％和0.14％。
6、同样，为了解决上述成本高的问题，最直接的方案是采用成本较低的粉煤灰作为添加剂。例如，现有文献4(郑晓芳,李霖霖,齐恩磊,等.轻质粉煤灰泡沫混凝土的制备及性能研究[j].新型建筑材料,2024,51(02):107-111.)通过将粉煤灰添加入泡沫混凝土中，实现了抗压强度提升，粉煤灰掺量为40％，此时泡沫混凝土干密度最小为336kg/m3，导热系数最小为0.0863w/(m·k)，且抗压强度为0.87mpa。
7、通过对上述文献的分析可以初步确认以下结论：加入不同的工业废渣，由于各自的作用机理不同，直接决定了工业废渣在技术方案中所起的作用不同。例如，煤矸石、碳化再生微粉具有填充效应，可以填充到泡沫混凝土的孔隙中，使泡沫混凝土的微观结构更加密实，减少孔隙率，从而提高抗压强度。但是，现有技术均还存在一个技术问题，就是都只能针对单一类型工业废渣进行处理，即单独掺杂提钛尾渣、煤矸石、碳化再生微粉、粉煤灰。此类现有的处理方法直接导致两方面后果：1、对工业废渣的处理效率低；2、对泡沫混凝土性能提升效果差，即只能提高泡沫混凝土某一单一性能，无法综合、全面提高泡沫混凝土的性能；此外，提钛尾渣、碳化再生微粉还存在原料成本较高的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种多固废制备泡沫混凝土的生产工艺。针对现有技术存在的问题，可以采用钢渣和碱渣对泡沫混凝土内部的孔隙和微细裂缝进行填充，延长了氯离子的扩散路径，从而降低氯离子的扩散速率；同时，利用粉煤灰，在泡沫混凝土中发生火山灰反应，消耗水泥水化过程中产生的氢氧化钙，从而降低混凝土中的碱度，同时，通过原位生成的产物对泡沫混凝土的孔隙进行进一步填充，使后续使用过程中，空气中的二氧化碳无法进入泡沫混凝土的内部，与残留的氢氧化钙反应，从而降低碳化进程。
2、基于上述原理，本发明各组分在技术方案中的具体作用可简单概括为：
3、1、添加钢渣，参与水泥的水化反应，从而提高混凝土强度和耐久性；
4、2、添加碱渣，通过al2o3和sio2含量高的特点，起到防止氯离子渗透作用；
5、3、添加粉煤灰，通过火山灰活性在混凝土中，与水泥水化产物氢氧化钙发生反应，生成具有胶凝性质的物质，从而提高混凝土的后期强度。
6、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
7、一种基于钢渣-碱渣-粉煤灰的固废再生泡沫混凝土，泡沫混凝土的原料及其质量百分比为：钢渣：15-20％，碱渣：5-10％，粉煤灰：7-10％，水泥：35-40％，硫酸钙：3-5％，发泡剂：3-5％，去离子水：25-30％，总质量为100％；
8、所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；
9、所述钢渣的作用为，具有降低氯离子扩散系数的作用，具有提高强度的作用；具有减小碳化深度的作用；具有降低收缩率的作用。
10、所述钢渣的成分以硅酸二钙、硅酸三钙形式存在，质量百分比为：氧化钙50-55％，氧化硅20-25％，氧化铝7-10％；
11、所述钢渣在技术方案中的作用为，硅酸二钙和硅酸三钙作为活性物质，具有水硬胶凝性，添加钢渣可降低水泥掺杂量，降低原料成本；
12、所述钢渣经预处理得到钢渣粉，所述钢渣粉的粉体密度3.1-3.7g/cm3，比表面积300-600m2/kg。
13、所述碱渣的成分及其质量百分比为：碳酸钙60-65％，氯化钙10-15％，氢氧化钙28-15％；所述碱渣粒径不大于75μm；
14、所述碱渣中，钙元素含量为60-80％；
15、所述碱渣在技术方案中的作用为，富含钙元素，在制备过程中形成活性氢氧化钙；
16、所述碱渣经预处理得到除氯碱渣，所述碱渣经脱氯处理后得到除氯碱渣，所述除氯碱渣的氯元素含量低于0.3％。
17、所述粉煤灰的成分及其质量百分比为：氧化钙5-40％，氧化硅20-60％，氧化铝5-30％，氧化铁1-3％，氧化镁1-2％。
18、所述发泡剂为动物性水泥发泡剂，ph值为6-7，凝固点为-16--18℃，密度1.1-1.3g/cm3，固体含量大于40％，单位质量发泡剂的发泡量大于500ml/g，发泡倍数大于20，发泡高度大于300mm，泡沫稳定性/消泡时间大于2h，1h内泌水量小于20ml。
19、一种基于钢渣-碱渣-粉煤灰的固废再生泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
20、步骤1，原料的预处理，将原料钢渣、碱渣、硫酸钙、水泥和发泡剂进行预处理；
21、步骤1.1，钢渣的预处理，首先，将钢渣和去离子水置于热闷罐中，在一定条件，将钢渣进行热闷陈化，将钢渣中残留的氧化钙充分反应，提高钢渣的稳定性，然后，在一定条件下，将钢渣进行球磨，即可得到钢渣粉；
22、所述步骤1.1中，热闷的条件为，在密闭条件下，热闷温度为700-1000℃；球磨的条件为，在空气条件下，球磨转速为10-20r/min，球磨时间为3-5h；
23、步骤1.2，碱渣和硫酸钙的预处理，首先，以一定条件，将碱渣进行水洗，得到除氯碱渣，然后，在一定条件下，将除氯碱渣进行煅烧，其中，煅烧产生的副产物氯化氢可回收利用，最后，将煅烧后的产物进行水洗洗涤，即可得到氢氧化钙，之后，以氢氧化钙和硫酸钙满足一定质量比，将氢氧化钙和硫酸钙进行混合，即可得到活化剂；
24、所述步骤1.2中，水洗的条件为，水固比6：1，水洗次数为3-5次；所述煅烧的条件为，煅烧温度为750-1000℃，煅烧时间为45-55min；所述氢氧化钙和硫酸钙的质量比为3:2；
25、步骤1.3，水泥和发泡剂的预处理，以水泥、去离子水、发泡剂满足一定质量比，首先，将水泥与去离子水进行混合，得到水泥砂浆，然后，将水泥砂浆与发泡剂进行混合，并以一定条件进行搅拌，使发泡剂充分溶解，即可得到泡沫水泥砂浆；
26、所述步骤1.3中，所述水泥、去离子水、发泡剂的质量比为1：0.4：0.06；所述搅拌的条件为，搅拌时间为5-10min；
27、步骤2，钢渣混凝土浆体的制备，以粉煤灰、水泥和步骤1.1所得钢渣粉满足一定质量比，将粉煤灰、水泥和钢渣粉进行混合，并以一定条件进行搅拌，得到多元掺合料混合物，简称为混合物，然后，以混合物和去离子水满足一定质量比，将混合物和去离子水进行混合，并以一定条件进行搅拌，即可得到钢渣混凝土浆体；
28、所述步骤2中，所述粉煤灰、水泥和钢渣粉的质量比为1：4：2；所述制备混合物搅拌的条件为，搅拌时间为5-10min；
29、所述混合物和去离子水的质量比为2：1:；所述制备钢渣混凝土浆体搅拌的条件为，搅拌时间为10-25min；
30、步骤3，钢渣泡沫混凝土浆料的制备，首先，将步骤1.3所得泡沫水泥砂浆进行制泡，得到发泡水泥，然后，以发泡水泥和步骤3所得钢渣混凝土浆体满足一定质量比，将发泡水泥与钢渣混凝土浆体进行混合，并以一定条件进行搅拌，即可得到钢渣泡沫混凝土浆料；
31、所述步骤3中，发泡水泥和钢渣混凝土浆体的质量比为1：20；所述搅拌的条件为，搅拌时间为10-15min；
32、步骤4，泡沫混凝土的制备，以步骤1.2所得活化剂和步骤3所得钢渣泡沫混凝土浆料满足一定质量比，将活化剂和泡沫混凝土浆料进行混合，并以搅拌时间为15-20min的条件进行搅拌，即可得到泡沫混凝土。
33、所述步骤4中，所述活化剂和钢渣泡沫混凝土浆料的质量比为1:70；所述搅拌的条件为，搅拌时间为15-20min。
34、一种基于钢渣-碱渣-粉煤灰的固废再生泡沫混凝土，作为泡沫混凝土的应用时，钢渣的添加量到242g时，氯离子扩散系数、泡沫混凝土的强度、碳化深度和收缩率达到最佳条件；氯离子扩散系数为1.022×10-8；28d的抗压强度为37.5mpa；碳化深度为10.3mm；14d的收缩率为1.9×10-6。
35、本发明所得钢渣-碱渣-粉煤灰的固废再生泡沫混凝土的技术效果经检验如下：
36、经过氯离子渗透测试结果表明：钢渣添加量可以降低氯离子扩散系数，钢渣的添加量到242g时氯离子扩散系数减小到1.022×10-8。
37、经过试块法测试结果表明：钢渣添加量可以提高泡沫混凝土的强度，钢渣的添加量到242g时28d泡沫混凝土抗压强度增加到37.5mpa。
38、经过快速碳化法测试结果表明：钢渣添加量可以减小泡沫混凝土的碳化深度，钢渣的添加量到242g时56d泡沫混凝土碳化深度减小到10.3mm。
39、经过早期收缩测试结果表明：钢渣添加量可以降低混凝土收缩率，钢渣的添加量到242g时14d泡沫混凝土收缩率降低到1.9×10-6。
40、因此，本发明的一种多固废制备泡沫混凝土对于现有技术具有以下优点：
41、1、本发明添加的钢渣、碱渣、粉煤灰作为工业废渣，其大量堆积会造成环境负担。将其用于泡沫混凝土，实现了废弃物的资源化利用，符合可持续发展的要求；
42、2、钢渣具有一定的强度和硬度，掺入后能有效提高泡沫混凝土的抗压强度、抗折强度等力学性能，使其在建筑结构中更具可靠性。同时，钢渣通常比传统原材料价格低廉，能够在一定程度上降低泡沫混凝土的生产成本。有助于增强泡沫混凝土的抗渗性、抗冻性和抗化学侵蚀性，延长建筑物的使用寿命；
43、3、粉煤灰可以降低水化热，减少混凝土因水泥水化反应产生的热量，尤其对于大体积混凝土，能有效降低温度裂缝的风险。此外，碱渣能起到一定的干缩抑制作用，可降低混凝土的干缩率。
1.一种基于钢渣-碱渣-粉煤灰的固废再生泡沫混凝土，其特征在于：泡沫混凝土的原料及其质量百分比为：钢渣：15-20％，碱渣：5-10％，粉煤灰：7-10％，水泥：35-40％，硫酸钙：3-5％，发泡剂：3-5％，去离子水：25-30％，总质量为100％；
2.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述钢渣的成分以硅酸二钙、硅酸三钙形式存在，质量百分比为：氧化钙50-55％，氧化硅20-25％，氧化铝7-10％；
3.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述碱渣的成分及其质量百分比为：碳酸钙60-65％，氯化钙10-15％，氢氧化钙28-15％；所述碱渣粒径不大于75μm；
4.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述粉煤灰的成分及其质量百分比为：氧化钙5-40％，氧化硅20-60％，氧化铝5-30％，氧化铁1-3％，氧化镁1-2％。
5.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述发泡剂为动物性水泥发泡剂，ph值为6-7，凝固点为-16--18℃，密度1.1-1.3g/cm3，固体含量大于40％，单位质量发泡剂的发泡量大于500ml/g，发泡倍数大于20，发泡高度大于300mm，泡沫稳定性/消泡时间大于2h，1h内泌水量小于20ml。
6.一种基于钢渣-碱渣-粉煤灰的固废再生泡沫混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1.1中，热闷的条件为，在密闭条件下，热闷温度为700-1000℃；球磨的条件为，在空气条件下，球磨转速为10-20r/min，球磨时间为3-5h；
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，所述粉煤灰、水泥和钢渣粉的质量比为1：4：2；所述制备混合物搅拌的条件为，搅拌时间为5-10min；
9.一种基于钢渣-碱渣-粉煤灰的固废再生泡沫混凝土，其特征在于：作为泡沫混凝土的应用时，钢渣的添加量到242g时，氯离子扩散系数、泡沫混凝土的强度、碳化深度和收缩率达到最佳条件。
10.根据权利要求9所述的基于钢渣-碱渣-粉煤灰的固废再生泡沫混凝土，其特征在于：作为泡沫混凝土的应用时，氯离子扩散系数为1.022×10-8；28d的抗压强度为37.5mpa；碳化深度为10.3mm；14d的收缩率为1.9×10-6。
