CN102557561A - 高性能的砂土固结材料及其制备方法和使用方法 - Google Patents

高性能的砂土固结材料及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种高性能的砂土固结材料及其制备方法和使用方法。属于砂浆组合物。其特征在于由如下以重量份数计的原料组成：水泥熟料5～40，石膏3～6，碱性添加剂4～10，化合物激发剂0.5～6，早强剂1～4，矿物激发剂2～10，膨胀剂3～8，高炉水淬矿渣磨细微粉22～77。提供了一种操作简单，便于施工，耐水性好、固结快、早期强度高、后期强度稳定提高，耐地下无机盐水侵蚀、防渗性能优异，生产成本低的高性能的砂土固结材料及其制备方法和使用方法。适用于将矿山尾砂、自然风化砂、粉煤灰、碎石、石屑、石粉、土壤、淤泥、建筑垃圾、、煤矸石，磷渣，固结成固体材料，并将其用于路基铺设，墙体建造和场地基础建设。

Description

高性能的砂土固结材料及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明是一种高性能的砂土固结材料及其制备方法和使用方法。属于砂浆组合物。 
背景技术
砂土固结材料在矿区洞穴填充加固，建筑物基础基坑填充，水利工程中的坝体、护坡加固填充，以及货场基础、路面基础、露天运动场的基础建设等诸多领域得到广泛使用。 
现有技术中的砂土固结材料，常采用石灰和水泥作为固化砂土的固结材料。虽然能达到设计要求的强度，但其耐水、防渗、抗腐蚀性能差，固化慢、早期强度低，尤其耐地下无机盐水侵蚀性能不好，强度低，难以满足港口货场基础、湿地路面基础在强度、耐蚀、耐水、防渗等技术指标的苛刻要求；而且消耗大量水泥资源，生产成本较高。 
另外，随着岁月的流逝、矿产资源的开发和工农业生产的发展，矿山尾砂、自然风化砂、粉煤灰、碎石、石屑、石粉、土壤、淤泥、建筑垃圾、煤矸石等废弃物不断增加，占用土地，污染环境，有待开发利用。将其固结，加以利用，变废为宝，节约资源，保护环境是人们所期待的。 
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种操作简单，便于施工，耐水性好、固结快、早期强度高、后期强度稳定提高，耐地下无机盐水侵蚀、防渗性能优异，生产成本低的高性能的砂土固结材料及其制备方法和使用方法。 
本发明的目的还在于将本发明的高性能的砂土固结材料，用于将矿山尾砂、自然风化砂、粉煤灰、碎石、石屑、石粉、土壤、淤泥、建筑垃圾、煤矸石等废弃物固结，然后，再将其用于路基铺设，墙体建造和场地基础建设，部分替代水泥材料。变废为宝，节约资源，保护环境。 
本发明的目的可以通过如下措施来达到： 
本发明的高性能的砂土固结材料，其特征在于由如下以重量份数计的原料组成： 
其中： 
所述水泥熟料是硫酸盐水泥熟料、铁铝酸盐水泥熟料、氟铝酸盐水泥熟料、高铝酸盐水泥熟料和硅酸盐水泥熟料中的一种； 
所述石膏是硬石膏、磷石膏、电厂脱硫回收石膏和工业品石膏中的任意一种或其任意两种以上组合； 
所述碱性添加剂是生石灰、硅酸钠或氢氧化钠； 
所述化合物激发剂是KCl、NaCl、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、Na2CO3、K2CO3、Li2O3、Na2SO4、K2SO4、Al2(SO3)3、Na2SO4、NaF、Na3PO4、NaNO3、KNO3中的一种或其任意两种以上组合； 
所述早强剂是氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝、三乙醇胺、三乙丙醇胺、二乙醇胺、硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝、硫酸钾铝中的任意一种，或其任意两种以上组合； 
所述矿物激发剂是高钙石灰石粉、粉煤灰、明矾石、硅灰、铝矾土粉中的任意一种，或其任意两种以上组合； 
所述膨胀剂是硫铝酸钙、氯化钙、氯化镁、氯化铁、铝粉中的一种，或其任意两种以上组合。 
本发明的高性能的砂土固结材料，用作全砂土固结剂作胶凝剂将黄土固结为渠道防渗材料做了配比试验，成型压力试验和抗冻性试验，试验结果表明成型压力试验达到3.5MPa，全砂土固结剂固结黄土作渠道防渗材料完全满足北方严寒地区抗冻要求，传统固化技术和方法中，常采用石灰和水泥作为固化土体的胶凝材料等。采用石灰和水泥虽然能达到设计要求的强度，但其水稳定性很差，用本发明的高性能砂土固结剂代替传统的水泥和石灰，仍采用传统的施工方法，即可使土体固结体的耐水性稳定。由于本发明的高性能砂土固土体具有早期强度高、后期强度稳定发展，且水稳定性好尤其是就地取材，大量有效的利用地方性材料，可使工程造价下降20～30％。高性能砂土固结剂与水泥价格相当，但配比量可大大低于水泥掺加量而不降低固结强度，从而大大降低工程造价。 
本发明的目的还可以通过如下措施来达到： 
本发明的高性能的砂土固结材料，其特征在于由如下以重量份数计的原料组成： 
Figure BDA0000111393510000022
Figure BDA0000111393510000031
是优选的技术方案。 
本发明的高性能的砂土固结材料，由如下以重量份数计的原料组成： 
Figure BDA0000111393510000032
是一个优选的技术方案。 
本发明的高性能的砂土固结材料的制备方法，其特征在于将所述原料组分分别准确计量后，混合研磨至比表面积400～420m2/kg。 
本发明的高性能的砂土固结材料的应用方法，其特征在于添加量为待固结砂土体干重量的5％～10％。 
本发明的高性能的砂土固结材料的应用，其特征在于适用于将矿山尾砂、自然风化砂、粉煤灰、碎石、石屑、石粉、土壤、淤泥、建筑垃圾、、煤矸石，磷渣，固结成固体材料，并将其用于路基铺设，墙体建造和场地基础建设。 
本发明的高性能的砂土固结材料及其制备方法和应用方法，相比现有技术有如下积极效果： 
1.提供了一种操作简单，便于施工，耐水性好、固结快、早期强度高、后期强度稳定提高，耐地下无机盐水侵蚀、防渗性能优异，生产成本低的高性能的砂土固结材料及其制备方法和使用方法。 
2.将本发明的高性能的砂土固结材料，用于将矿山尾砂、自然风化砂、粉煤灰、碎石、石屑、石粉、土壤、淤泥、建筑垃圾、煤矸石等废弃物固结，然后，再将其用于路基铺设， 墙体建造和场地基础建设，部分替代水泥材料。变废为宝，节约资源，保护环境。 
3.本发明的高性能的砂土固结材料应用范围广泛。可代替普通水泥配制混凝土，对骨料含泥量大有适应性，且对混凝土工作性强、强度及耐久性强，可固化一般土体，包括砂型土，还可固化特殊土，包括膨胀土、湿陷性黄土和淤泥；此外，可固化工业石灰渣、尾矿砂等。 
4.本发明高性能砂土固结材料掺量少、固结体性能稳定。高性能砂土固结剂掺量一般为土体干量的5～10％。 
5.高性能砂土固结材料固化强度高，为同条件下水泥土强度的120～200％，后期强度稳定发展；比水泥土强度提高100～200％，软化系数大于0.09；抗硫酸盐介质化学侵蚀系数大于1.0，渗透系数达到10-7～10-8cm/sec；线收缩率只有5％。自由冻胀率0.03～0.96％。 
6.耐地下水盐溶液和5％Na2SO4，溶液，性能良好，侵蚀后仍保持原状态，没有疏松现象；抗冻抗渗能力好，抗大气侵蚀能力好。 
7.高性能砂土固结材料土体的工程施工同现有技术，无需增加新的设备。
附图说明：
图1是表3标准击实试验报告中的击实曲线图 
图2是表5标准击实试验报告中的击实曲线图 
图3是表9标准击实试验报告中的击实曲线图 
具体实施方式
本发明下面将结合实施例作进一步详述： 
实施例1 
准确称取硅酸盐水泥熟料8.5重量份，硬石膏6重量份，生石灰10重量份，Na2SO4 0.2重量份，氯化钙4重量份，粉煤灰5重量份，氯化镁5重量份，高炉水淬矿渣磨细微粉70重量份，混合研磨至比表面积400～420m2/kg。制得本发明的高性能的砂土固结材料。 
实施例2～实施例6 
按照实施例1的制备方法，按照表1的配方，制备本发明的高性能的砂土固结材料 
表1 
  原料及技术指标  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  实施例6
  硫酸盐水泥熟料   13.5        
  铁铝酸盐水泥熟料     20       5
  氟铝酸盐水泥熟料       30    
  高铝酸盐水泥熟料         40  
  硅酸盐水泥熟料   8.5        
  磷石膏   5     6    
[0046] 
  硬石膏     3      
  电厂脱硫回收石膏         4   5
  硅酸钠   5     4    
  生石灰         10   8
  氢氧化钠     6      
  Li2O3       6     2
  KC         5  
  ZnCl2     4      
  Na3PO4   0.5        
  三乙醇胺   1     4    
  氯化钙     3      
  氯化钾         2  
  二乙醇胺           2.5
  硫酸钾铝           1
  粉煤灰       5     2
  明矾石   4        
  硅灰     2      
  铝矾土粉         8  
  高钙石灰石粉     4   5    
  氯化铁   5   2     3  
  铝粉       6     8
  硫铝酸钙   1   3      
  高炉水淬矿渣磨细微粉   22   50   77   40   60
[0047] 实施例7～实施例12 
实施例1～实施例6制备的本发明的高性能砂土固结材料应用实验结果列于表2 
表2 
Figure BDA0000111393510000061
本发明下面将本发明的高性能砂土固结材料应用实验结果检测结果公开如表3～表11 
表3： 
标准击实试验报告 
编号：SB-2011-13-0029 
Figure DEST_PATH_GDA0000134922060000071
表4 
稳定土无侧限抗压强度检验报告 
编号：SB-2011-13-0030 
Figure BDA0000111393510000072
表5 
标准击实试验报告 
编号：SB-2011-13-0031 
Figure DEST_PATH_GDA0000134922060000082
Figure DEST_PATH_GDA0000134922060000091
表6 
稳定土无侧限抗压强度检验报告 
报告编号：SB-2011-13-0032 
Figure BDA0000111393510000101
表7 
水泥对比表格 
标准击实试验报告 
编号：SB-2011-13-0029 
Figure BDA0000111393510000102
Figure BDA0000111393510000111
表8 
稳定土无侧限抗压强度检验报告 
编号：SB-2011-13-0030 
Figure BDA0000111393510000112
Figure BDA0000111393510000121
表9 
标准击实试验报告 
编号：SB-2011-13-0031 
Figure DEST_PATH_GDA0000134922060000131
表10
稳定土无侧限抗压强度检验报告 
报告编号：SB-2011-13-0032 
Figure BDA0000111393510000132
Figure BDA0000111393510000141
试验结果表明，本发明的高性能砂土固结材料用于固结自然风化砂石屑效果十分理想，而且施工工艺简单，便于操作，有利于就地取材，减少了污染，保护了环境。固结体早期强度整体性及膨胀性等均能很好的满足设计强度要求。 
高性能砂土固结剂与普通水泥比较具有用量少的优点，在固结体强度相同的条件下，高性能砂土固结材料使用量远少于水泥使用量，这为高性能固结材料使用价值创造了条件，若按固结体7天期龄抗压强度达到2MPa的技术性能为计算基准，高性能砂土固结剂与普通水泥材料单耗和材料成本比较结果如下表： 
表11 
固结材料成本对比 
Figure BDA0000111393510000142

Claims (6)

1.一种高性能的砂土固结材料，其特征在于由如下以重量份数计的原料组成：
Figure FDA0000111393500000011
其中：
所述水泥熟料是硫酸盐水泥熟料、铁铝酸盐水泥熟料、氟铝酸盐水泥熟料、高铝酸盐水泥熟料和硅酸盐水泥熟料中的一种；
所述石膏是硬石膏、磷石膏、电厂脱硫回收石膏和工业品石膏中的任意一种或其任意两种以上组合；
所述碱性添加剂是生石灰、硅酸钠或氢氧化钠；
所述化合物激发剂是KCl、NaCl、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、Na2CO3、K2CO3、Li2O3、Na2SO4、K2SO4、Al2(SO3)3、Na2SO4、NaF、Na3PO4、NaNO3、KNO3中的一种或其任意两种以上组合；
所述早强剂是氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝、三乙醇胺、三乙丙醇胺、二乙醇胺、硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝、硫酸钾铝中的任意一种，或其任意两种以上组合；
所述矿物激发剂是高钙石灰石粉、粉煤灰、明矾石、硅灰、铝矾土粉中的任意一种，或其任意两种以上组合；
所述膨胀剂是硫铝酸钙、氯化钙、氯化镁、氯化铁、铝粉中的一种，或其任意两种以上组合。
2.按照权利要求1的高性能的砂土固结材料，其特征在于由如下以重量份数计的原料组成：
Figure FDA0000111393500000021
3.按照权利要求1的高性能的砂土固结材料，其特征在于由如下以重量份数计的原料组成：
4.一种权利要求1的高性能的砂土固结材料的制备方法，其特征在于将所述原料组分分别准确计量后，混合研磨至比表面积400～420m2/kg。
5.权利要求1的高性能的砂土固结材料的应用方法，其特征在于添加量为待固结砂土体干重量的5％～10％。
6.权利要求1的高性能的砂土固结材料的应用，其特征在于适用于将矿山尾砂、自然风化砂、粉煤灰、碎石、石屑、石粉、土壤、淤泥、建筑垃圾、煤矸石，磷渣，固结成固体材料，并将其用于路基铺设，墙体建造和场地基础建设。
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