CN103215043B - 无熟料钢渣微粉复合土体固结剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无熟料钢渣微粉复合土体固结剂，其特征在于：它由以下重量百分比的各组分制备而成：钢渣微粉35~70%；脱硫石膏10~30%；碱渣5~30%；铝渣1~3%；外加剂1~5%，本发明的无熟料钢渣微粉复合土体固结剂具有可缓解钢铁企业、制碱和电力企业环保压力和建材企业资源短缺压力的特点。
Description
技术领域
本发明涉及土体固结技术领域，具体讲是一种无熟料钢渣微粉复合土体固结剂。
背景技术
钢渣是钢铁企业在炼铁过程中产生的固体废弃物，每生产1000公斤钢就会产生约110公斤钢渣，我国的钢渣年产量可达几千万吨。由于钢渣胶凝性能较差，目前应用性研究并不成熟，碱渣是制碱企业利用氨碱法生产纯碱过程中产生的固体废料，是工业废渣之一，目前仍未得到有效利用。大量的钢渣和碱渣，长期得不到合理的处理和利用，给周围环境造成了较大的影响；此外，电力企业脱硫石膏得不到有效利用以及现代对建材资源的需求与日俱增，导致电力企业的环保压力和建材企业资源短缺的压力长期得不到有效解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种可缓解钢铁企业、制碱和电力企业环保压力和建材企业资源短缺压力的无熟料钢渣微粉复合土体固结剂。
本发明的技术解决方案如下：
一种无熟料钢渣微粉复合土体固结剂，它由以下重量百分比的各组分制备：钢渣微粉35~70%；脱硫石膏10~30%；碱渣5~30%；铝渣1~3%；外加剂1~5%。
作为优选，它由以下重量百分比的各组分制备：钢渣微粉55~65%；脱硫石膏15~20%；碱渣15~20%；铝渣1~2%；外加剂2~4%。
所述的钢渣微粉为热泼法处理过的钢渣经活化处理、球磨至比表面积大于450 m2/kg的钢渣微粉。
所述的脱硫石膏为发电厂湿法烟气脱硫产生的湿排石膏，脱硫石膏的主要成分为二水硫酸钙CaSO4·2H2O,可看成CaO·SO3·2H2O，以其中的三氧化硫计，脱硫石膏中三氧化硫的质量百分含量大于38%。
所述的铝渣是电解铝企业的含铝废弃物，遇水具有发泡作用，使得无熟料钢渣微粉复合土体固结剂具有一定的微膨胀特性。
所述的碱渣为制碱企业利用氨碱法生产纯碱过程中产生的固体废料，呈碱性，经单独粉磨后，其细度（比表面积）大于450 m2/kg。
所述的外加剂为硅酸钠、硫酸钠、高岭土、硫酸铝、硅酸钙、石灰、三乙醇胺中的一种或几种。
本发明采用脱硫石膏和碱渣来激发钢渣中的活性矿物，脱硫石膏对钢渣进行硫铝酸盐激发、碱渣对钢渣进行碱激发。
所述无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的制备方法：按照无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的配比，首先将比表面积大于450 m2/kg的钢渣、碱渣和铝渣进行混磨10-15分钟，然后再加入脱硫石膏及外加剂进行机械混合10-15分钟，即得到无熟料钢渣微粉复合土体固结剂。
本发明加固土体的原理及特点：
土的压缩性（承载能力）是指土在荷载作用下体积压缩变小的性能。在荷重作用下，土发生压缩变形的过程就是土体积缩小的过程。土是由固体颗粒、液体和气相三相物质组成的，土体积的缩小必然是土的三相组成部分中各部分体积缩小的结果。因此，土的压缩变形主要有三种：①土粒本身的压缩变形；②孔隙中不同形态的水和气体的压缩变形；③孔隙中水和气体有一部分被挤出，土的颗粒相互靠拢使用孔隙体积减小。由于土粒与水本身的微小变形相对于孔隙中的水和气体被排出所引起的变形来说可以忽略不计。土的压缩变形主要是由于孔隙中的水和气体被排出，土粒相互移动靠拢，致使土的孔隙体积减小而引起的。因此，土体的压缩变形实际上是孔隙体积压缩，孔隙比减小所致。本发明具有微膨胀特性可以更有效填充孔隙，置换孔隙中的水和气体，加快水和气体的在孔隙中排出速度，从而随着颗粒间接触点的增大而土粒移动阻力增大，变形能力逐渐减弱，提高了固化土的承载能力。
本发明会因周围介质的不同呈现出以下两种加固形式，如果土体是由散状的粘结力小的颗粒组成，本发明能够充满土体孔隙，起到黏合剂的作用，形成一种物理力学特性优于土体的粘合体，此时本发明就起到了填充和挤密作用；如果土体是粘性土体，本发明并不是充满所有的空隙，而是形成有一定密度的条状栅格，它类似于植物的根系，从而由于条状栅格的压缩和增强作用，形成一个块体，此时本发明产生了挤密的作用。
本发明的有益效果是：
1.本发明根据脱硫石膏、铝渣和碱渣的各自特点（脱硫石膏对钢渣具有硫铝酸盐激发作用、碱渣对钢渣具有碱激发作用、铝渣对固结剂具有微膨胀效应），对其进行复合使用，研制一种以脱硫石膏、钢渣、碱渣、铝渣等为原材料的新型固化剂——无熟料钢渣微粉复合土体固结剂；该新型材料缓解钢铁企业、制碱和电力企业环保压力和建材企业资源短缺压力，实现减轻企业排废负担，增加收入和改善生态环境。
2.本发明由于不需要经过煅烧处理，无废气排放，因而具有很好的环境协调性。
3.本发明的脱硫石膏碱渣土壤固化剂由于具有凝结时间可调、强度高、微膨胀和能与土体相互作用等优点，因而非常适用于土体固结工程中，对于提高土体基层承载能力，加快施工进度具有重要意义。
4.本发明所述的无熟料钢渣微粉复合土体固结剂达到凝结时间初凝不小于45min，终凝不大于600min；安定性合格；抗压强度 F3d ≥12MPa，F28d ≥32.5Mpa；抗折强度F3d ≥3.5MPa，F28d ≥6.5Mpa；比表面积不小于400m2/kg；28天干缩率不得大于0.1%。
5.本发明所述的无熟料钢渣微粉复合土体固结剂进行的土体固结及地基加固技术指标满足土路基设计要求，稳定性和耐久性好。
6.本发明所述的无熟料钢渣微粉复合土体固结剂每吨成本在100到150元之间，成本低。
7.本发明所述的无熟料钢渣微粉复合土体固结剂是发挥碱渣和脱硫石膏对钢渣微粉碱激发和硫铝酸盐激发的双重激发作用，提高钢渣潜在水硬活性和水化反应的能力。
8.本发明所述的脱硫石膏是发电厂湿排石膏，脱硫石膏提供的硫酸根离子不仅是与钢渣分解出的铝酸根阴离子团作用，而且形成水化硫铝酸盐可以促进钢渣的解聚水化，并可以和土壤发生反应。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
实施例一
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂按以下重量百分比的各组分制备：钢渣微粉45%；脱硫石膏25%；碱渣28%；铝渣1%；外加剂（硅酸钠）1%。
所述的钢渣微粉为热泼法处理过的钢渣经活化处理、球磨至比表面积大于450 m2/kg的钢渣微粉。
所述钢渣的活化处理方法，它包括以下操作步骤：
（1）将热闷钢渣在硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中浸泡15 天，硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中硅酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的50% ～ 90%、铝酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的10 ～ 50% ；
（2）将浸泡后的钢渣自然风干48 小时；
（3）将自然风干后的钢渣加热至800℃，然后保温4 小时；
（4）在自然条件下将钢渣冷却至室温，然后进行粉磨至细度达到比表面积大于450 m2/kg，得到钢渣微粉。
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的制备方法：按照以上无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的配比，首先将比表面积大于450 m2/kg的钢渣、碱渣和铝渣进行混合研磨10分钟，然后再加入脱硫石膏及外加剂进行机械混合10分钟，即得到无熟料钢渣微粉复合土体固结剂。
该无熟料钢渣微粉复合土体固结剂初凝时间60min，终凝时间180min；经试饼法、雷氏法检验安定性合格；3天抗压强度15MPa，28天抗压强度36.5Mpa；3天抗折强度5.5MPa，28天抗折强度7Mpa。
实施例二
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂按以下重量百分比的各组分制备：钢渣微粉60%；脱硫石膏15%；碱渣20%；铝渣2%；外加剂（硫酸钠和硅酸钠一比一混合）3%。
所述的钢渣微粉为热泼法处理过的钢渣经活化处理、球磨至比表面积大于450 m2/kg的钢渣微粉。
所述钢渣的活化处理方法，它包括以下操作步骤：
（1）将热闷钢渣在硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中浸泡15 天，硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中硅酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的50% ～ 90%、铝酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的10 ～ 50% ；
（2）将浸泡后的钢渣自然风干48 小时；
（3）将自然风干后的钢渣加热至800℃，然后保温4 小时；
（4）在自然条件下将钢渣冷却至室温，然后进行粉磨至细度达到比表面积大于450 m2/kg，得到钢渣微粉。
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的制备方法：按照以上无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的配比，首先将比表面积大于450 m2/kg的钢渣、碱渣和铝渣进行混合研磨15分钟，然后再加入脱硫石膏及外加剂进行机械混合15分钟，即得到无熟料钢渣微粉复合土体固结剂。
该无熟料钢渣微粉复合土体固结剂初凝时间80min，终凝时间156min；经试饼法、雷氏法检验安定性合格；3天抗压强度18MPa，28天抗压强度37Mpa；3天抗折强度4.5MPa，28天抗折强度8.5Mpa。
实施例三
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂按以下重量百分比的各组分制备：钢渣微粉65%；脱硫石膏15%；碱渣15%；铝渣2%；外加剂（硅酸钙）3%。
所述的钢渣微粉为热泼法处理过的钢渣经活化处理、球磨至比表面积大于450 m2/kg的钢渣微粉。
所述钢渣的活化处理方法，它包括以下操作步骤：
（1）将热闷钢渣在硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中浸泡15 天，硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中硅酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的50% ～ 90%、铝酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的10 ～ 50% ；
（2）将浸泡后的钢渣自然风干48 小时；
（3）将自然风干后的钢渣加热至800℃，然后保温4 小时；
（4）在自然条件下将钢渣冷却至室温，然后进行粉磨至细度达到比表面积大于450 m2/kg，得到钢渣微粉。
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的制备方法：按照以上无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的配比，首先将比表面积大于450 m2/kg的钢渣、碱渣和铝渣进行混合研磨10分钟，然后再加入脱硫石膏及外加剂进行机械混合10分钟，即得到无熟料钢渣微粉复合土体固结剂。
该无熟料钢渣微粉复合土体固结剂初凝时间95min，终凝时间165min；经试饼法、雷氏法检验安定性合格；3天抗压强度13.5MPa，28天抗压强度40Mpa；3天抗折强度4.5MPa，28天抗折强度8.5Mpa。
实施例四
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂按以下重量百分比的各组分制备：钢渣微粉70%；脱硫石膏20%；碱渣5%；铝渣1%；外加剂（三乙醇胺）4%。
所述的钢渣微粉为热泼法处理过的钢渣经活化处理、球磨至比表面积大于450 m2/kg的钢渣微粉。
所述钢渣的活化处理方法，它包括以下操作步骤：
（1）将热闷钢渣在硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中浸泡15 天，硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中硅酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的50% ～ 90%、铝酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的10 ～ 50% ；
（2）将浸泡后的钢渣自然风干48 小时；
（3）将自然风干后的钢渣加热至800℃，然后保温4 小时；
（4）在自然条件下将钢渣冷却至室温，然后进行粉磨至细度达到比表面积大于450 m2/kg，得到钢渣微粉。
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的制备方法：按照以上无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的配比，首先将比表面积大于450 m2/kg的钢渣、碱渣和铝渣进行混合研磨10分钟，然后再加入脱硫石膏及外加剂进行机械混合10分钟，即得到无熟料钢渣微粉复合土体固结剂。
该无熟料钢渣微粉复合土体固结剂初凝时间70min，终凝时间135min；经试饼法、雷氏法检验安定性合格；3天抗压强度12.5MPa，28天抗压强度34.5Mpa；3天抗折强度4.5MPa，28天抗折强度7.5Mpa。
实施例五
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂按以下重量百分比的各组分制备：钢渣微粉34%；脱硫石膏30%；碱渣30%；铝渣1%；外加剂（硫酸铝）5%。
所述的钢渣微粉为热泼法处理过的钢渣经活化处理、球磨至比表面积大于450 m2/kg的钢渣微粉。
所述钢渣的活化处理方法，它包括以下操作步骤：
（1）将热闷钢渣在硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中浸泡15 天，硅酸钠和铝酸钠的混合溶液中硅酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的50% ～ 90%、铝酸钠质量百分比占硅酸钠和铝酸钠的总量的10 ～ 50% ；
（2）将浸泡后的钢渣自然风干48 小时；
（3）将自然风干后的钢渣加热至800℃，然后保温4 小时；
（4）在自然条件下将钢渣冷却至室温，然后进行粉磨至细度达到比表面积大于450 m2/kg，得到钢渣微粉。
无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的制备方法：按照以上无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的配比，首先将比表面积大于450 m2/kg的钢渣、碱渣和铝渣进行混合研磨15分钟，然后再加入脱硫石膏及外加剂进行机械混合15分钟，即得到无熟料钢渣微粉复合土体固结剂。
该无熟料钢渣微粉复合土体固结剂初凝时间90min，终凝时间190min；经试饼法、雷氏法检验安定性合格；3天抗压强度16MPa，28天抗压强度40.5Mpa；3天抗折强度4MPa，28天抗折强度6.8Mpa。
采用实施例一无熟料钢渣微粉复合土体固结剂固结土体，当无熟料钢渣微粉复合土体固结剂掺入比10%、水灰比为0.6来固结含水率64%粘土，其28天无侧限抗压强度1.1MPa，而采用10% PC32.5水泥固结相同土体28天强度仅仅为0.7 MPa。
Claims (4)
1.一种无熟料钢渣微粉复合土体固结剂，其特征在于：它由以下重量百分比的各组分制备而成：钢渣微粉55～65％；脱硫石膏15～20％；碱渣15～20％；铝渣1～2％；外加剂2～4％；
所述的钢渣微粉为热泼法处理过的钢渣经活化处理、球磨至比表面积大于450m2/kg的钢渣微粉；
所述的外加剂为硅酸钠、硫酸钠、高岭土、硫酸铝、硅酸钙、石灰、三乙醇胺中的一种或几种；
所述无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的制备方法：按照无熟料钢渣微粉复合土体固结剂的配比，首先将比表面积大于450m2/kg的钢渣微粉、碱渣和铝渣进行混磨10-15分钟，然后再加入脱硫石膏及外加剂进行机械混合10-15分钟，即得到无熟料钢渣微粉复合土体固结剂。
2.根据权利要求1所述的无熟料钢渣微粉复合土体固结剂，其特征在于：所述的脱硫石膏为发电厂湿法烟气脱硫产生的湿排石膏，脱硫石膏中三氧化硫的质量百分含量大于38％。
3.根据权利要求1所述的无熟料钢渣微粉复合土体固结剂，其特征在于：所述的铝渣是电解铝企业的含铝废弃物。
4.根据权利要求1所述的无熟料钢渣微粉复合土体固结剂，其特征在于：所述的碱渣是制碱企业的固体废弃物。
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