[发明专利]一种生物炭混凝土

说明书

技术领域

本发明属于环境生态工程领域，具体涉及一种生物炭混凝土的原料配方、原料性质和制作过程。

背景技术

生物炭是污水厂污泥、城乡垃圾场有机物、工厂有机废弃物、农田秸秆、养殖场有机废弃物、农村粪肥、木材、植物枝叶、林业有机废弃物等有机物在缺氧条件下经过低高温(<700℃)裂解炭化、干馏形成结构稳定、髙度芳香化的富碳物质。生物炭的来源十分广泛，可以源自城市、农村、森林的各种有机物质，这些有机物质主要是废物，对环境质量安全造成极大的危害。例如，污水厂污泥，据中国建设部资料，全国1572座污水处理厂处理污水量1.4亿吨/天，每天产生污泥20万吨,每年达7000多万吨。污水处理厂污泥产生恶臭，占用土地，堆放污泥会导致堆放区周围数倍土地环境严重恶化，已成为城市环境的一大公害。污水处理行业长期以来污泥得不到妥善处理，外运污泥中的有机污染物通过各种途径又回到水环境中，使污水处理事倍功半。把污水处理厂污泥等有机物高温裂解生成生物炭是一种好的处理方式，因为经过这样的转化，解决了有机物发臭、病原菌滋生等危害环境的问题。但是，生物炭产量大，作为肥料施用、工业原料、环保产品市场狭小。需要寻求有机废弃物产出的生物炭的新应用，延伸产业链。

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，它是由胶凝材料，骨料、水等按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。由于城市化、交通基础设施和水利基础设施的建设，混凝土已经是地球上人工建造的最大体量的建筑体。混凝土对社会经济发展具有重要的意义，其社会和经济意义不可替代。然而，生产混凝土需要大量水泥，生产水泥需要释放大量的二氧化碳，导致温室效应加剧。而且由于城市化发展，传统混凝土不断覆盖地表，导致了多种环境问题，如热岛效应、水分渗透性下降、生物生活环境破坏、洪涝灾害频发、水土流失加剧等。随着人民生活水平及社会环保意识的提高，开发绿色环保型混凝土具有重要的环境意义。

目前，由于温室气体的大量排放，全球变暖加剧。需要开发碳封存技术。国内外应对温室效应的碳封存技术除了在农田大量施用生物炭封存碳外，还有地质封存、海洋封存、矿石碳化、工业利用、造林固碳等措施。地质封存利用类似自然界中地质封存天然气等气体的原理对CO₂进行封存，封存潜力大，被普遍认为是未来主流的方式，但此技术工程量比较大，技术要求高，后期维护具有一定风险性。海洋封存是通过海上管道或者轮船输送到封存地，然后经过高压注入到海洋中的一种封存技术，封存量大，但该技术涉及技术经济、环境影响等一系列复杂的问题有待解决，故目前尚处于探索阶段。矿石碳化是利用碳与金属氧化物发生反应生成稳定的碳酸盐，从而将碳永久性地固化起来，此技术要增加反应速率，非常耗能，因此该技术发展潜力并不乐观。工业利用是以碳作为填料形式生产各种含碳化学物的封存技术，但是其效率不高，而且其封存时间较短。造林固碳封存是环境友好型封存，方便操作，成本低。但是，造林绿化，周期长。生物炭施入农田封存碳，也是环境友好封存，但施用量过大会影响耕作，而且从城市污水处理厂运送生物炭到农村，运费成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对污水处理厂污泥等有机废弃物生产生物炭，在开发应用上深度不足，传统混凝土建筑材料需要进行环境友好改进，以及全球变暖需要开发新的炭封存技术等问题，本发明的目的是提供一种生物炭混凝土，一方面在利用生物炭作为原料生产所述生物炭混凝土过程中能大量消耗污水处理厂污泥等有机废弃物,根本解决污泥问题；另一方面,通过生物炭掺和到混凝土中,截断有机物快速分解形成CO₂进入大气,大量封存碳，同时改善混凝土性能。

本发明的技术方案是：一种生物炭混凝土，所述的生物炭混凝土原料组成的质量比为：生物炭：水泥：砂：石料：水＝0.01-0.50：0.99-0.50：1.00-3.16：1.00-4.36：0.40-0.60。

所述的生物炭混凝土原料组成的质量比为：生物炭：水泥：砂：石料：水＝0.1-0.50：0.70-0.50：2.00-3.16：2.50-4.36：0.50-0.60。

所述的生物炭是污水厂污泥、城乡垃圾场有机物、工厂有机废弃物、农田秸秆、养殖场有机废弃物、农村粪肥、木材、植物枝叶、林业有机废弃物在缺氧条件下经过高温裂解炭化或干馏形成的富含碳的物质，其基本性质如下表1：

所述的水泥的基本性质如下表2：

所述的砂和碎石的性质如下表3：