CN102584128B

CN102584128B - 一种筑路用的赤泥固化剂及其制备方法

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Publication number: CN102584128B
Application number: CN201210047571.1A
Authority: CN
Inventors: 王辉; 张玉清; 朱书法; 王晓; 赵燕
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: CN102584128A

Abstract

一种筑路用的赤泥固化剂及其制备方法，由氧化硅、氧化铝、氧化钙、工业副产碱渣、四氢邻苯二甲酸酐酯和乙二醇双偏苯三酸酐酯制成。本发明将氧化硅、氧化钙和氧化铝等活性物质混合，利用其有效成分相互搭配，制成固化剂与赤泥拌和后在精料的催化下发生离子交换促使赤泥颗粒凝聚，同时固化剂中胶凝材料通过水化反应，使赤泥凝结硬化，并在较短的时间内就具有较高的工作强度，并且不会发生重金属及放射性元素等的外渗。使用本发明制得的赤泥固化剂与赤泥筑路，和现有技术相比具有强度、板体性、耐久性、水稳性好，抗冻融性能好，抗干缩性能好等优点。

Description

一种筑路用的赤泥固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，具体的说是一种筑路用的赤泥固化剂及其制备方法。

背景技术

赤泥是以铝土矿为原料，在生产氧化铝过程中产生的强碱性固化废物。据不完全统计，我国每年排放赤泥近一千万吨，随着氧化铝的产量逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，赤泥的年产量还将不断增加。赤泥综合利用仍属世界性难题，国际上对赤泥主要采用堆存覆土的处置方式，不仅占用大量土地，而且会产生二次污染。根据工业和信息化部和科技部曾联合发文（2010-401号文件）对提高赤泥综合利用率和技术水平，减少赤泥堆存对环境、安全造成的影响，促进赤泥综合利用工作，提出赤泥综合利用的指导意见。我国赤泥综合利用工作近年来得到各方面的高度重视，开展了跨学科、多领域的综合利用技术研究工作，如赤泥提取有价金属，配料生产水泥、建筑用砖、矿山胶结充填胶凝材料、路基固结材料和高性能混凝土掺合料、化学结合陶瓷（CBC）复合材料、保温耐火材料、环保材料等。但是赤泥中含碱钠量高并且含有很多放射性元素，使得上述技术在推广过程中具有一定的局限性，致使赤泥废渣在全球的存量有增无减。由此还带来一系列的环境效应，如污染农田、河流等等。

关于赤泥固化作铺路材料的研究已有文献报道。将赤泥滤饼制粒并放入回转窑中烘干烧结，由此制成的粒料比重大、强度高、化学稳定性好，用来铺设公路，完全符合沥青路面表层、中层和底层的要求。若在赤泥中加入速凝剂，可用作寒冷地区的路基材料，防冻性能良好。北京矿冶研究总院与广西平果铝业公司联合研制出了利用赤泥、粉煤灰和石灰，在掺入少量外加剂的基础上性能优良的新型赤泥道路基层。赤泥道路基层的配方是赤泥占80%-90%，石灰占5%-10%，粉煤灰占5%~10%，固化剂为0.2%。施工工艺为赤泥、粉煤灰、石灰、固化剂-搅拌混合-摊铺-整平碾压-成型养护，成型过程中要求石灰采用消化石灰，在施工前7d消化，赤泥含水率要求在20%~27%，粉煤灰含水率在28%左右。

在以往的研究中，主要采用石灰、水泥、石膏、粉煤灰等固化材料，从满足道路基层所需的力学性能方面看，这些固化材料无疑是可行的，均未研究赤泥碱的影响，这在工程实际中具有较大风险。因为固化体中的碱如果不能有效固定，一方面可能会淋出污染水源和土壤，造成更大面积的环境污染；另一方面，可能因毛细现象渗出形成白霜，导致固化体膨胀酥裂而使道路发生结构性破坏。

发明内容

为解决在现有道路基层建设时在赤泥中加入水泥、石灰等固化材料，可能导致的环境污染或者道路结构破坏问题，本发明提供了一种筑路用的赤泥固化剂及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种筑路用的赤泥固化剂，按重量比，该赤泥固化剂的原料由10-30份的氧化硅、10-40份的氧化铝、5-20份的氧化钙、10-20份的工业副产碱渣、5-10份的四氢邻苯二甲酸酐酯和5-10份的乙二醇双偏苯三酸酐酯组成，其制备方法包含以下步骤：

1）按重量比，将5-20份的氧化钙和10-20份的工业副产碱渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于0.074mm，备用；

2）按重量比，取10-30份的氧化硅和10-40份的氧化铝混合均匀后，粉碎至中小颗粒物料粒度不大于0.074mm的颗粒，且标准筛筛余量不超过15%，备用；

3）按重量比，取5-10份的四氢邻苯二甲酸酐酯在150-200℃温度下加热24小时，然后自然固化，备用；

取5-10份的乙二醇双偏苯三酸酐酯先在150℃温度下加热1小时然后在180℃温度下加热4小时，之后自然固化，备用；

将上述固化后的四氢邻苯二甲酸酐酯和乙二醇双偏苯三酸酐酯混合破碎成中小颗粒物料粒径不大于0.074mm的颗粒，且标准筛筛余量不得超过5%，备用；

4）将步骤1、2、3的制得物混合3-5min，制得赤泥固化剂；

该赤泥固化剂的使用方法如下：

1）取制备好的赤泥固化剂和赤泥强制混合3-5分钟，混合过程中加入占赤泥固化剂和赤泥总重量10-40%的水，搅拌均匀后制得混合料，备用；

所述的赤泥固化剂加入量为赤泥固化剂和赤泥总重的10-30%，其余为赤泥；

2）将步骤1制得的混合料摊铺在路面上，摊铺厚度为300-350mm，自然放置2h；

3）碾压成型，成型厚度为150-160mm，然后保湿养护，养护期不少于2～5d，养护结束后即可在此路面基层上铺设面层。

本发明将氧化硅、氧化钙和氧化铝等活性物质混合，利用其有效成分相互搭配，通过合理的工艺、优化的配方，制成固化剂与赤泥拌和后在精料的催化下发生离子交换促使赤泥颗粒凝聚，同时固化剂中胶凝材料通过水化反应，使赤泥凝结硬化，并在较短的时间内就具有较高的工作强度，并且不会发生重金属及放射性元素等的外渗，可用于公路路面结构层底基层、基层，真正做到变废为宝、节约能源、保护环境的作用，为铝工业的可持续发展解除难题。

有益效果：使用本发明制得的赤泥固化剂与赤泥筑路，和现有技术相比具有以下优点：

①强度、板体性、耐久性、水稳性好，适用于各种结构的路面基层和底基层。整体强度高，可适当减少结构层厚度，缩短施工工期，一般可降低工程造价10%-20%；

②抗冻融性能好，可以解决一直困扰公路建设的冻胀、翻浆等病害；

③抗干缩性能好。试体经28天养生后，干缩系数小于0.001，一般都有微膨胀，可以解决水泥稳定土干缩性、温缩性差的缺点；

④适用范围广。筑路时可以因地制宜、就地取材。对不同年份和不同碱钠含量的赤泥等均有较好的固化效果。既可以节省造价，又可以对废物进行利用，减少环境污染，同时也能避免乱采砂石对环境造成的破坏，有利于环保；

⑤固化赤泥的强度随龄期的增加而不断的增长，后期强度很高。这种特征适合公路交通发展的需要，它能科学有效地延长路面使用周期，减少维护费用；

⑥施工工艺简单，易控制。重交通，工程量较大的工程须厂拌；一般道路可路拌，但应严格控制拌合料含水量和均匀性能；

⑦凝结时间长，可延长施工时间。混合料加水拌合后可在12小时内完成碾压，压实后可部分开放交通。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1：

1）赤泥固化剂的配料及制备：

按重量比，将10份的氧化钙和20份的工业副产碱渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于0.074mm，备用；

取30份的氧化硅和20份的氧化铝混合均匀后，粉碎至中小颗粒物料粒度不大于0.074mm的颗粒，且标准筛筛余量不超过15%，备用；

取10份的四氢邻苯二甲酸酐酯在150-200℃温度下加热24小时，自然固化，备用；

取10份的乙二醇双偏苯三酸酐酯先在150℃温度下加热1小时然后在180℃温度下加热4小时，自然固化，备用；

将上述制得的氧化钙、工业副产碱渣、氧化硅、氧化铝、四氢邻苯二甲酸酐酯和乙二醇双偏苯三酸酐酯颗粒混合3-5min，制得赤泥固化剂；

2）道路基层材料混合料制备：

按照质量比为固化剂10份，赤泥90份强制混合3-5分钟，调整水分至25%，搅拌均匀，摊铺到路面上，摊铺厚度为300mm，自然放置2小时，然后碾压成型后，在精料的催化下发生离子交换促使赤泥颗粒凝聚，同时固化剂中胶凝材料通过水化反应，使赤泥凝结硬化，并在较短的时间内就具有较高的工作强度，成型厚度150mm，成型体保湿养护，养护期不宜少于2～5d。

3）性能测试

上述道路基层材料7d无侧限抗压强度为3.2MPa，固化赤泥路基（或地基）施工质量要求与检查验收除应符合《城市道路路基工程施工及验收规范》CJJ44-91与《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002执行。

实施例2

1）赤泥固化剂的配料及制备：

按重量比，将20份的氧化钙和10份的工业副产碱渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于0.074mm，备用；

取20份的氧化硅和40份的氧化铝混合均匀后，粉碎至中小颗粒物料粒度不大于0.074mm的颗粒，且标准筛筛余量不超过15%，备用；

取5份的四氢邻苯二甲酸酐酯在150-200℃温度下加热24小时，自然固化，备用；

取5份的乙二醇双偏苯三酸酐酯先在150℃温度下加热1小时然后在180℃温度下加热4小时，自然固化，备用；

2）道路基层材料混合料制备：

按照质量比为固化剂20份，赤泥80份强制混合3-5分钟，调整水分至40%，搅拌均匀，摊铺到路面上，摊铺厚度为350mm，自然放置2小时，然后碾压成型后，在精料的催化下发生离子交换促使赤泥颗粒凝聚，同时固化剂中胶凝材料通过水化反应，使赤泥凝结硬化，并在较短的时间内就具有较高的工作强度，成型厚度160mm，成型体保湿养护，养护期不宜少于2～5d。

3）性能测试

实施例3

1）赤泥固化剂的配料及制备：

取20份的氧化硅和30份的氧化铝混合均匀后，粉碎至中小颗粒物料粒度不大于0.074mm的颗粒，且标准筛筛余量不超过15%，备用；

2）道路基层材料混合料制备：

按照质量比为固化剂30份，赤泥70份强制混合3-5分钟，调整水分至10%，搅拌均匀，摊铺到路面上，摊铺厚度为300mm，自然放置2小时，然后碾压成型后，在精料的催化下发生离子交换促使赤泥颗粒凝聚，同时固化剂中胶凝材料通过水化反应，使赤泥凝结硬化，并在较短的时间内就具有较高的工作强度，成型厚度150mm，成型体保湿养护，养护期不宜少于2～5d。

3）性能测试

实施例4

1）赤泥固化剂的配料及制备：

按重量比，将20份的氧化钙和15份的工业副产碱渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于0.074mm，备用；

取10份的氧化硅和40份的氧化铝混合均匀后，粉碎至中小颗粒物料粒度不大于0.074mm的颗粒，且标准筛筛余量不超过15%，备用；

取7份的四氢邻苯二甲酸酐酯在150-200℃温度下加热24小时，自然固化，备用；

取8份的乙二醇双偏苯三酸酐酯先在150℃温度下加热1小时然后在180℃温度下加热4小时，自然固化，备用；

2）道路基层材料混合料制备：

按照质量比为固化剂30份，赤泥70份强制混合3-5分钟，调整水分至30%，搅拌均匀，摊铺到路面上，摊铺厚度为300mm，自然放置2小时，然后碾压成型后，在精料的催化下发生离子交换促使赤泥颗粒凝聚，同时固化剂中胶凝材料通过水化反应，使赤泥凝结硬化，并在较短的时间内就具有较高的工作强度，成型厚度150mm，成型体保湿养护，养护期不宜少于2～5d。

3）性能测试

实施例5

1）赤泥固化剂的配料及制备：

按重量比，将20份的氧化钙和20份的工业副产碱渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于0.074mm，备用；

取30份的氧化硅和10份的氧化铝混合均匀后，粉碎至中小颗粒物料粒度不大于0.074mm的颗粒，且标准筛筛余量不超过15%，备用；

2）道路基层材料混合料制备：

按照质量比为固化剂20份，赤泥80份强制混合3-5分钟，调整水分至20%，搅拌均匀，摊铺到路面上，摊铺厚度为300mm，自然放置2小时，然后碾压成型后，在精料的催化下发生离子交换促使赤泥颗粒凝聚，同时固化剂中胶凝材料通过水化反应，使赤泥凝结硬化，并在较短的时间内就具有较高的工作强度，成型厚度150mm，成型体保湿养护，养护期不宜少于2～5d。

3）性能测试

Claims

1.一种筑路用的赤泥固化剂，其特征在于：按重量比，所述的赤泥固化剂的原料由10-30份的氧化硅、10-40份的氧化铝、5-20份的氧化钙、10-20份的工业副产碱渣、5-10份的四氢邻苯二甲酸酐酯和5-10份的乙二醇双偏苯三酸酐酯组成。