CN101906304B - 一种土壤固化剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤固化剂，包括下列重量份的组分：流化床燃煤固硫灰渣：1份；硅酸盐水泥：0.1～0.3份；水淬高炉矿渣0.2～0.6份；活性矿物掺和料：0.1～0.5份；活性激发剂：0.05～0.1份；碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物：0～0.3份。使用本发明的固化剂，土壤可以获得较高的强度、水稳性能和良好的体积稳定性，不低于同条件下的普通硅酸盐水泥，具有早期强度高、后期强度发展潜力大、施工方便、耐久性优良等特点。同时，该固化剂配料方便，还能够消纳目前尚无法资源化利用的固硫灰渣等工业废渣，不仅降低了成本，还有利于保护环境。
Description
技术领域
本发明属于土木建筑材料技术领域，公开了一种土壤固化剂及其使用方法。
背景技术
流化床锅炉燃烧技术是一种高效低污染的燃煤技术，能够燃烧褐煤、泥煤、贫煤、煤矸石等低品质燃料，而且由于燃烧中采用了脱硫技术，流化床锅炉不会向大气中排放SO2等有害气体，是国家大力提倡、大力发展的锅炉燃烧技术。流化床锅炉产生的灰渣称为流化床燃煤固硫灰渣(简称固硫灰渣)，包括从烟道收集到的固硫灰和从炉底排除的固硫渣。目前我国固硫灰渣总排放量大约为3000万t/年。固硫灰渣是一类特殊的燃煤灰渣，其颗粒疏松多孔，具有很强的吸水性；流化床锅炉燃烧过程中添加了大量的石灰石作为固硫材料，因此固硫灰渣中含有较多的f-CaO和CaSO4，水化后会产生很大的体积膨胀；固硫灰渣中含有较多的粘土矿物，具有水化自硬性和火山灰活性。由于固硫灰渣的化学成分变异性很大，而且具有很强的吸水特性和水化膨胀特性，目前难以大量应用于水泥和混凝土工业。
土壤固化剂是一种岩土工程材料。在土壤中掺入适宜掺量的固化剂和水，经拌合、压实、养生后得到土壤固化体，称为固化土。当固化土抗压强度和其他性能满足标准规范要求时，可以应用于道路工程的基层和底基层，以及交通量较少的简易道路的面层及软路基的处理和地基加固等领域。固化土的材料性能可靠，水稳性和抗干缩及抗冻性好，并可就地取材，施工方便。土壤固化利在国内交通工程、地基处理等岩土工程领域应用广泛，市场前景十分广阔。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种以固硫灰渣为主原料的新型土壤固化剂及其使用方法。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种土壤固化剂，包括下列重量份的组分：
流化床燃煤固硫灰渣：1份；硅酸盐水泥：0.1～0.3份；水淬高炉矿渣0.2～0.6份；活性矿物掺和料：0.1～0.5份；活性激发剂：0.05～0.1份；碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物：0～0.3份。
所述的流化床燃煤固硫灰渣中，固硫灰为直接从烟道收集到的原状固硫灰，固硫渣磨至勃氏比表面积350～500m2/kg，所述水淬高炉矿渣磨至勃氏比表面积350～700m2/kg，所述活性矿物掺和料选自煅烧煤矸石粉、烧高岭土、粉煤灰、天然火山灰质材料中的一种或两种以上，所述活性激发剂为氯盐或碱金属的碳酸盐，所述碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物为NaOH或Ca(OH)2。
所述氯盐为氯化钠或氯化钙，所述碱金属的碳酸盐为碳酸钠。
本发明提供的另一个技术方案是：一种土壤固化剂的使用方法，包括以下步骤：
(1)将流化床燃煤固硫灰渣、硅酸盐水泥、水淬高炉矿渣、活性矿物掺和料、活性激发剂、碱金属或碱土金属的氢氧化物的干燥原料放入搅拌机中进行拌合，拌匀后密封保存，形成粉状土壤固化剂；
(2)首先将土壤破碎，过筛，清除树根、杂草及废弃物，然后根据力学性能要求确定固化剂的掺量，掺量一般按土壤干重的10％～20％计算；按既定的掺量掺入土壤固化剂，测定该土壤混和料的最优含水率；
(3)获得最优含水率后，按此掺量掺入土壤固化剂并混合均匀，调整用水量使得土壤混和料达到最优含水率，搅拌均匀后压实成型，压实程度应达到其最大干密度；
(4)采用密封养生，养生温度控制在20～25℃，密封养生7天-28天。
本发明提供的又一个技术方案是：土壤固化剂在粘土、粉土、淤泥土壤中的应用。
本发明实施例的有益效果是：本发明固化剂中固硫灰渣的使用量超过50％，为固硫灰渣的资源化利用提供了一个有效途径。固化剂能够以干土质量的10％～20％掺量有效固化粘土、粉土、淤泥等。在固化北京地区普通粘土试验中，按照现行《土壤固化剂》(CJ/T3073-1998)标准，7天抗压强度大于2.5MPa，28天强度大于4.5MPa。该固化剂用于固化粘土、粉土、淤泥等，可以获得较高的强度、水稳性能和良好的体积稳定性，不低于同条件下的普通硅酸盐水泥，具有早期强度高、后期强度发展潜力大、施工方便、耐久性优良等特点。同时，该固化剂配料方便，还能够消纳目前尚无法资源化利用的固硫灰渣等工业废渣，不仅降低了成本，还有利于保护环境。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
按照下列重量称取原料：(千克)
流化床燃煤固硫灰渣：1；普通硅酸盐水泥：0.1；水淬高炉矿渣0.3；粉煤灰0.2；氯化钙0.05；消石灰粉(氢氧化钙)0.3。
所述的流化床燃煤固硫灰渣中，固硫灰为直接从烟道收集到的原状固硫灰，固硫渣磨至勃氏比表面积350～500m2/kg。
所述水淬高炉矿渣磨至勃氏比表面积350～700m2/kg，
使用方法：
(1)将流化床燃煤固硫灰1千克、普通硅酸盐水泥0.1千克、水淬高炉矿渣0.3千克、粉煤灰0.2千克、氯化钙0.05千克和消石灰粉0.3千克干燥原料放入搅拌机中进行拌合，拌匀后密封保存，形成粉状土壤固化剂；
(2)首先将北京地区粘土破碎，过筛，清除树根、杂草及废弃物，然后根据力学性能要求确定固化剂的掺量，掺量按土壤干重的15％计算；加入土壤干重15％的土壤固化剂，测定该土壤混和料的最优含水率为21.2％；
(3)获得最优含水率后，按此掺量掺入土壤固化剂并混合均匀，调整用水量使得土壤混和料含水率达到21.2％，搅拌均匀后压实成型，压实程度应达到其最大干密度；
(4)采用密封养生，养生温度控制在20～25℃，用塑料薄膜密封养生，时间不得少于7天，如果对耐久性要求较高，养生期不应少于28天，受冻前的养生龄期不得低于28天。如果低于此温度，则应相应延长养生期，温度低于零度时不得进行施工。
本实施例土壤固化后，按照《固化类路面基层和底基层技术规程》(CJJ/T80-98)标准测定7天(20～25℃养生6天，泡水1天)无侧限抗压强度为2.5MPa；第28天(20～25℃养生26天，泡水2天)测其无侧限抗压强度为4.1MPa；20～25℃环境中90天体积膨胀率为-67×10-6；土壤固化体的水稳性能和体积稳定性良好。
实施例2
按照下列重量称取原料：(千克)
流化床燃煤固硫渣：1；普通硅酸盐水泥：0.1；水淬高炉矿渣0.4；粉煤灰0.2；氯化钙0.05；消石灰粉(氢氧化钙)0.3。
(1)将流化床燃煤固硫渣1千克、普通硅酸盐水泥0.1千克、水淬高炉矿渣0.4千克、粉煤灰0.2千克、氯化钙0.05千克和消石灰粉0.3千克干燥原料放入搅拌机中进行拌合，拌匀后密封保存，形成粉状土壤固化剂；
(2)首先将淤泥土破碎，过筛，清除树根、杂草及废弃物，然后根据力学性能要求确定固化剂的掺量，掺量按土壤干重的20％计算；加入土壤干重20％的土壤固化剂，测定该土壤混和料的最优含水率为32.7％；
(3)获得最优含水率后，按此掺量掺入土壤固化剂并混合均匀，调整用水量使得土壤混和料含水率达到32.7％，搅拌均匀后压实成型，压实程度应达到其最大干密度；
(4)采用密封养生，养生温度控制在20～25℃，用塑料薄膜密封养生，时间不得少于7天；如果对耐久性要求较高，养生期不应少于28天；受冻前的养生龄期不得低于28天。如果低于此温度，则应相应延长养生期，温度低于零度时不得进行施工。
本实施例土壤固化后，按照标准测定7天(20～25℃养生6天，泡水1天)无侧限抗压强度为2.8MPa；第28天(20～25℃养生26天，泡水2天)测其无侧限抗压强度为3.9MPa；20～25℃环境中90天体积膨胀率为-82×10-6；土壤固化体的水稳性能和体积稳定性良好。
实施例3
按照下列重量称取原料：(千克)
流化床燃煤固硫灰：0.5；流化床燃煤固硫渣：0.5；普通硅酸盐水泥：0.2；水淬高炉矿渣0.2；粉煤灰0.3；氯化钠0.07；氢氧化钾0.2。
(1)将流化床燃煤固硫灰0.5千克、流化床燃煤固硫渣0.5千克、普通硅酸盐水泥0.2千克、水淬高炉矿渣0.2千克、粉煤灰0.3千克、氯化钠0.07千克和氢氧化钾0.2千克干燥原料放入搅拌机中进行拌合，拌匀后密封保存，形成粉状土壤固化剂；
(2)首先将粉土破碎，过筛，清除树根、杂草及废弃物，然后根据力学性能要求确定固化剂的掺量，掺量按土壤干重的10％计算；加入土壤干重10％的土壤固化剂，测定该土壤混和料的最优含水率为18.4％；
(3)获得最优含水率后，按此掺量掺入土壤固化剂并混合均匀，调整用水量使得土壤混和料含水率达到18.4％，搅拌均匀后压实成型，压实程度应达到其最大干密度；
(4)采用密封养生，养生温度控制在20～25℃，用塑料薄膜密封养生，时间不得少于7天；如果对耐久性要求较高，养生期不应少于28天；受冻前的养生龄期不得低于28天。如果低于此温度，则应相应延长养生期，温度低于零度时不得进行施工。
本实施例土壤固化后，按照标准测定7天(20～25℃养生6天，泡水1天)无侧限抗压强度为2.9MPa；第28天(20～25℃养生26天，泡水2天)测其无侧限抗压强度为4.5MPa；20～25℃环境中90天体积膨胀率为-71×10-6；土壤固化体的水稳性能和体积稳定性良好。
实施例4
按照下列重量称取原料：(千克)
流化床燃煤固硫灰渣：1；普通硅酸盐水泥：0.2；水淬高炉矿渣0.2；煅烧煤矸石粉0.1；烧高岭土0.3；粉煤灰0.1；碳酸钠0.1；氢氧化钠0.2。
本实施例的土壤固化剂用于粉土的固化处理，土壤固化剂的总量为土壤干重总量的15％，具体使用方法如实施例3。
本实施例土壤固化后，按照标准测定7天(20～25℃养生6天，泡水1天)无侧限抗压强度为3.5MPa；第28天(20～25℃养生26天，泡水2天)测其无侧限抗压强度为4.2MPa；20～25℃环境中90天体积膨胀率为-47×10-6；土壤固化体的水稳性能和体积稳定性良好。
本发明不限于上述的实施例，在试验的基础上，可根据土质的类型和对土壤固化体力学性能的要求进行配方含量调整。如果对于土壤固化体的力学性能要求较高或者土壤属于较难固化的种类，如粘土等，可以适当提高土壤固化剂中普通硅酸盐水泥的含量或提高土壤固化剂的用量，以保证土壤固化剂满足不同种类土壤的固化要求。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种土壤固化剂，其特征在于，包括下列重量份的组分：
流化床燃煤固硫灰渣：1份；硅酸盐水泥：0.1～0.3份；水淬高炉矿渣0.2～0.6份；活性矿物掺和料：0.1～0.5份；活性激发剂：0.05～0.1份；碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物：0～0.3份；
所述活性矿物掺和料选自煅烧煤矸石粉、烧高岭土、粉煤灰、天然火山灰质材料中的一种或两种以上，所述活性激发剂为氯盐或碱金属的碳酸盐。
2.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于：
所述的流化床燃煤固硫灰渣中，固硫灰为直接从烟道收集到的原状固硫灰，固硫渣磨至勃氏比表面积350～500m2/kg，所述水淬高炉矿渣磨至勃氏比表面积350～700m2/kg，所述碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物为NaOH、KOH或Ca(OH)2。
3.根据权利要求2所述的土壤固化剂，其特征在于：所述氯盐为氯化钠或氯化钙，所述碱金属的碳酸盐为碳酸钠。
4.根据权利要求1-3任一项所述的土壤固化剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将流化床燃煤固硫灰渣、硅酸盐水泥、水淬高炉矿渣、活性矿物掺和料、活性激发剂、碱金属或碱土金属的氢氧化物的干燥原料放入搅拌机中进行拌合，拌匀后密封保存，形成粉状土壤固化剂；
(2)首先将土壤破碎，过筛，清除树根、杂草及废弃物，然后根据力学性能要求确定固化剂的掺量，掺量按土壤干重的10％～20％计算；按既定的掺量掺入土壤固化剂，测定该土壤混和料的最优含水率；
(3)获得最优含水率后，按此掺量掺入土壤固化剂并混合均匀，调整用水量使得土壤混和料达到最优含水率，搅拌均匀后压实成型，压实程度应达到其最大干密度；
(4)采用密封养生，养生温度控制在20～25℃，密封养生7天-28天。
5.权利要求1-3任一项所述的土壤固化剂在粘土、粉土、淤泥土壤中的应用。
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