CN104926244A - 利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，包括步骤：准备固化剂；对待固化碱渣场表面进行排水及整平处理；对碱渣场进行区块划分；采用搅拌设备对分区块进行搅拌；对碱渣进行整平、预压，待固化层强度满足施工机械承载要求后，将搅拌设备置于该分区块上方，进行下一区块的固化。本申请所述方法不仅能大规模的处理碱渣，解决碱渣田所带来的土体紧缺、环境污染问题，又节省了碱渣搬运回填的费用，形成的场地可以用于一般的工程建设，比如厂房、道路、停车场、游乐园等。而当用于需要满足一定工后沉降的工程建设时，则与搅拌桩、预制桩等组合使用。

Description

利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法

技术领域

本申请涉及对碱渣进行处理的技术领域，具体为利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法。

背景技术

现阶段，我国纯碱生产多数采用氨碱法，占纯碱总产量的60%以上。我国是世界上纯碱年产量最多的国家，占世界总量的1/3以上，每年产生碱渣超过300万吨。国外通过淘汰氨碱厂，使用天然碱渣制备纯碱，而我国的天然碱含量稀少，不可能完全淘汰氨碱厂。因而，长期以来，碱渣的大量堆积形成大片的碱渣田。如天津港碱渣山总占地面积约169 万平方米，碱渣总量约1121.73万立方米。碱渣占地面积大、方量多，常年露天堆放，极易起尘，严重影响了群众的正常生活及地区环境，而且现如今土地资源凸显紧缺，可供堆放碱渣的滩涂、洼子已不复存在，因而亟需研究碱渣田合理处置、再利用方法。

目前国内对于碱渣的处理有碱渣回填造地、筑坝填埋、吹填贮放以及作为土壤改良剂等，对于大规模碱渣的处理方式多数是将碱渣作为碱渣固化土来利用，碱渣固化土是在碱渣土中加入固化剂混合料形成的特殊工程用土，用于填筑工程，这种处理方式虽能大量的处理碱渣，但碱渣的搬运过程遗留下的洼子需要大量的土体回填休整，产生高额的费用。

另外，现有技术中，对一般土体的固化多数使用水泥、石灰等，而水泥在生产过程中存在高能耗、高二氧化碳排放和不可再生资源消耗等环境问题。

申请内容

为了解决上述问题，本申请公开了一种以高含水率碱渣为固化对象，以GGBS（GGBS的原料是炼铁过程中的一种副产品）为主要固化材料，基于满足填筑要求条件下得到最经济的配比范围，对大面积的碱渣场进行就地固化，在废弃碱渣场上快速形成具有一定表面承载力的地基。

本申请通过以下技术方案实现：

利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，包括以下步骤：

步骤一，准备固化剂；

步骤二，对待固化碱渣场表面进行排水及整平处理；

步骤三，对经过步骤二处理的碱渣场进行区块划分，分区块固化后形成的各区块固化碱渣场之间的搭接宽度至少为5cm；

步骤四，采用搅拌设备对分区块进行搅拌，同时将固化剂均匀喷射到进行搅拌的碱渣场中；

步骤五，对经过步骤四处理的分区块内的碱渣土体进行整平、预压，待固化层强度满足施工机械承载要求后，将搅拌设备置于该分区块上方，进行下一区块的固化。

所述步骤二中待固化的碱渣为高含水率碱渣，含水率范围为80%-300%。

所述步骤四中采用垂直上下搅拌的方式，搅拌设备直插式对碱渣场进行搅拌，搅拌设备正向运行逐渐深入，直至达到区块固化碱渣场底部，然后搅拌设备反向运行并缓慢提升搅拌并喷固化剂。

所述步骤五中对各区块固化碱渣场进行预压的方式有以下三种：

1）铺设钢板或木板后采用行走机械对固化后的各区块固化碱渣场进行预压；

2）采用循环使用的砂石或土包或者水箱对固化后的土体进行预压；

3）采用满足设计要求的填土材料对固化后的土体进行预压。

步骤一所述的固化剂的成分包括：GGBS2%-15%；水泥0%-15%；粉煤灰0%-15%；黄砂0%-15%及其他，所述百分比均为重量百分比。

GGBS需满足：比表面积≥300㎡/kg，7天活性指数≥50%。

粉煤灰需满足：边长0.045mm方孔筛筛余量≤50%；烧失量≤20%。

黄砂需满足：粒径≤1.75mm。

当碱渣场厚度大，形成的堆场对沉降要求高时，结合固化层与搅拌桩或预制桩组合使用。

本申请采用上述方案具有如下技术效果：

本申请所述方法不仅能大规模的处理碱渣，解决碱渣田所带来的土体紧缺、环境污染问题，又节省了碱渣搬运回填的费用，形成的场地可以用于一般的工程建设，比如厂房、道路、停车场、游乐园等。而当用于需要满足一定工后沉降的工程建设时，则与搅拌桩、预制桩等组合使用。

本申请所述的固化剂主要为高炉矿渣微粉，水泥，粉煤灰，黄沙。高炉矿渣微粉作为一种工业废料在固化过程中的使用，不仅再次解决了工业废渣的堆放、污染问题，还减少水泥使用对环境产生的污染。

附图说明

图1显示了搅拌设备的整体结构；

图2显示了刀片机构的整体结构；

图中：1-搅拌臂；2-混合滚轴；3-刀片机构；31-刀片一；32-刀片二；4-固化剂输料管；5-喷雾装置。

具体实施方式

粒化高炉矿渣粉（GGBS）是炼铁过程中的一种副产品，用其替代水泥作为固化剂，不仅再次解决了工业废料的堆放和污染问题，变废为宝，还减少了水泥的使用量，降低了工程成本。并且研究发现碱性条件下能够激发GGBS的水化作用。

常见碱渣含水率一般介于80%-300%，密度1.1-1.3g.，塑限40-60%，液限80-100%。

本申请所述固化剂的成分包括：GGBS2%-15%；水泥0%-15%；粉煤灰0%-15%；黄砂0%-15%及其他，所述百分比均为重量百分比。

GGBS需满足：比表面积≥300㎡/kg，7天活性指数≥50%；粉煤灰需满足：边长0.045mm方孔筛筛余量≤50%；烧失量≤20%；黄砂需满足：粒径≤1.75mm。

各成分的主要作用：

GGBS的作用：水化作用产生胶凝物质。增加颗粒间的胶结作用。

水泥的作用：经水化反应生成水化胶凝物质，增加颗粒间的胶结作用。

粉煤灰的作用：发生水化反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙以及水化铁酸钙等不溶于水的稳定结晶，逐渐硬化从而对碱渣起到加固作用。

黄砂的作用：改变碱渣的级配，提高压实度。

本申请公开的利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其施工工序采用边固化边推进的措施，搅拌设备预先在碱渣土周围较硬的地基走动和停放，操作时利用搅拌设备的搅拌臂对待处理碱渣场划区部分进行搅拌和固化，待该分区固化强度足以支撑搅拌设备及施工机械，继续向前推进，进行下一个分区的固化处理，这样层层推进可对整个场地进行固化。

本申请公开的处理对象是针对高含水率碱渣，含水率范围：80%-300%。

本申请的公开的处理高含水率碱渣的配比是以高炉矿渣微粉为主要固化剂，水泥、黄沙、粉煤灰交叉使用。

作为一种优选，搅拌设备使用ALLU强力搅拌机械或一种搅拌设备，包括搅拌臂1，搅拌臂1底部两侧具有向内倾斜的两斜面，在每个斜面上分别设置有至少一个混合滚轴2，混合滚轴2由驱动设备驱动旋转，混合滚轴2呈截顶圆锥形；所述混合滚轴2上分布有刀片机构3；所述搅拌臂1内部安装有可伸缩式的固化剂输料管4。

优选地，所述固化剂输料管4的末端设置有喷雾装置5。当搅拌设备处理表层位置采用固化剂为粉剂时，为了避免环境污染，适时的开始喷雾装置5。喷雾装置5使用时，将不与固化剂发生化学反应液体加入喷雾装置5中，所述液体的含量一般是固体的4-8%左右。

混合滚轴2设计成呈截顶圆锥形是为了减小搅拌过程中与土体之间的摩阻力。固化剂输料管4设计成可伸缩式的，可以降低表面搅拌时固化剂的污染。

优选地，刀片机构3呈单向螺旋型分布在混合滚轴2上，混合滚轴2转动一周后转动范围内的土体均能接触和扰动，可连续无盲点立体搅拌，提高搅拌后混合体的均匀性，并且一次性处理深度达到3m。

如图2所示，所述刀片机构3包括设置于混合滚轴2上的固定板和设置于固定板上的两个相互垂直的刀片一31和刀片二32。刀片二32是为了破坏地基土结构，刀片一31用于搅拌，使用过程中，利用刀片二32对原位土进行切割，之后利用刀片一31和混合滚轴2对已破坏的原位土进行搅拌，刀片机构3呈螺旋型分布在混合滚轴2上，可以实现将土体立体搅拌。

实施例一

利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，包括以下步骤：

步骤一，准备固化剂；

步骤二，对待固化碱渣场表面进行排水及整平处理；

步骤三，对经过步骤二处理的碱渣场进行区块划分，分区块固化后各区块之间的搭接宽度至少为5cm；将碱渣施工场划分成若干个2.5m×2.5m的小区块。

步骤四，采用搅拌设备对分区块进行搅拌，同时将固化剂均匀喷射到进行搅拌的碱渣场中；使用搅拌设备采用原位竖直上下固化方式逐步搅拌伸入到加固深度，边伸入边搅拌边喷固化剂，直至设计深度后缓慢上提继续搅拌并喷固化剂，直至搅拌均匀。避免漏搅各区块之间搭接至少5cm宽度。每块区块处理完后，需用搅拌设备将表层的土进行再次搅拌。

步骤五，对经过步骤四处理的分区块内的碱渣土体进行整平、预压，搅拌完毕后，待固化层达到一定强度后，将满足填筑压实度要求的填土运至固化碱渣土上，进行整平，压实。待强度达到承载力要求时，将搅拌设备置于该固化完成的分区块上方，此分块固化土作为固化平台，继续对未处理的下一块区域进行固化处理。

实施例二

当碱渣场厚度大，形成的堆场对沉降要求高时，可以结合固化层与搅拌桩或预制桩组合使用，形成的表层土就地固化与桩组合承载的地基结构包括上部的固化层、下部的持力层以及夹在固化层和持力层之间的原位土层，所述原位土层中竖直插设若干基桩。

实施例三

本实施例中固化剂配比中水泥5%；粉煤灰6%；GGBS7%。将上述成分混合均匀，向每立方米的碱渣添加216g左右混合固化剂，搅拌均匀。本实施例中碱渣的含水率为230%。固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达170kPa，14天无侧限抗压强度达220kPa，28天无侧限抗压强度达400kPa。浸水1天后测第7天无侧限抗压强度达115kPa。

优选地，本申请公开的固化剂为粉状固化剂。

优选地，本申请公开的水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥。

优选地，本申请公开的黄砂为普通建筑河沙。

实施例四

GGBS2%-15%；水泥0%-15%；粉煤灰0%-15%；黄砂0%-15%及其他，

GGBS需满足：比表面积≥300㎡/kg，7天活性指数≥50%。

粉煤灰需满足：边长0.045mm方孔筛筛余量≤50%；烧失量≤20%。

黄砂需满足：粒径≤1.75mm。

本实施例中固化剂配比中水泥3%；粉煤灰5%；GGBS7%。将上述成分混合均匀，向每立方米的碱渣添加180g左右混合固化剂，搅拌均匀。本实施例中碱渣的含水率为200%。固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达122kPa，14天无侧限抗压强度达150kPa，28天无侧限抗压强度达250kPa。浸水1天后测第7天无侧限抗压强度达90kPa。

实施例五

本实施例中固化剂配比中水泥7%；粉煤灰8%；GGBS9%。将上述成分混合均匀，向每立方米的碱渣添加288g左右混合固化剂，搅拌均匀。本实施例中碱渣的含水率为220%。固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达290kPa，14天无侧限抗压强度达400kPa，28天无侧限抗压强度达600kPa。浸水1天后测第7天无侧限抗压强度达250kPa。

实施例六

本实施例中固化剂配比中黄砂5%；粉煤灰5%；GGBS6%。将上述固化剂混合均匀，向每立方米的碱渣添加192g左右混合固化剂，搅拌均匀。本实施例中碱渣的含水率为180%。固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达114kPa，14天无侧限抗压强度134kPa，28天无侧限抗压强度202kPa。浸水1天后测第7天无侧限抗压强度90kPa。

实施例七

本实施例中固化剂配比中水泥3%；黄砂5%；GGBS5%。将上述固化剂混合均匀，向每立方米的碱渣添加156g左右混合固化剂，搅拌均匀。本实施例中碱渣的含水率为180%。固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达132kPa，14天无侧限抗压强度164kPa，28天无侧限抗压强度280kPa。浸水1天后测第7天无侧限抗压强度120kPa。

实施例八

本实施例中固化剂配比中水泥3%；粉煤灰5%；GGBS5%。将上述固化剂混合均匀，向每立方米的碱渣添加156g左右混合固化剂，搅拌均匀。本实施例中碱渣的含水率为180%。固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达160kPa，14天无侧限抗压强度200kPa，28天无侧限抗压强度300kPa。浸水1天后测第7天无侧限抗压强度130kPa。

实施例九

本实施例中固化剂配比中黄沙5%；粉煤灰5%；GGBS5%。将上述成分混合均匀，向每立方米的碱渣添加180g左右混合固化剂，搅拌均匀。本实施例中碱渣的含水率为140%。固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达124.6kPa，14天无侧限抗压强度178.2kPa，28天无侧限抗压强度231kPa。浸水1天后测第7天无侧限抗压强度90kPa。

实施例十

本实施例中固化剂配比中GGBS3%；水泥2%；黄沙2%。将上述成分混合均匀，向每立方米的碱渣添加180g左右混合固化剂，搅拌均匀。本实施例中碱渣的含水率为80%。固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达136kPa，28天无侧限抗压强度238kPa。

实施例十一

本实施例中固化剂配比中GGBS12%；水泥8%；黄沙10%。本实施例中碱渣的含水率为260%，固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达157kPa，28天无侧限抗压强度264kPa。

实施例十二

本实施例中固化剂配比中GGBS15%；水泥10%；粉煤灰10%。本实施例中碱渣的含水率为300%，固化结束后，7天龄期的无侧限抗压强度达115kPa，28天无侧限抗压强度204kPa。

综上，所有的实施例配比试验中，28天无侧限抗压强度均超过了200kPa,满足一般路基的填筑要求。

Claims (9)

1.利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，准备固化剂；

步骤二，对待固化碱渣场表面进行排水及整平处理；

步骤三，对经过步骤二处理的碱渣场进行区块划分，分区块固化后形成的各区块固化碱渣场之间的搭接宽度至少为5cm；

步骤四，采用搅拌设备对分区块进行搅拌，同时将固化剂均匀喷射到进行搅拌的碱渣场中；

步骤五，对经过步骤四处理的分区块内的碱渣土体进行整平、预压，待固化层强度满足施工机械承载要求后，将搅拌设备置于该分区块上方，进行下一区块的固化。

2.根据要求1所述的利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其特征在于，所述步骤二中待固化的碱渣为高含水率碱渣，含水率范围为80%-300%。

3.根据要求1所述的利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其特征在于，所述步骤四中采用垂直上下搅拌的方式，搅拌设备直插式对碱渣场进行搅拌，搅拌设备正向运行逐渐深入，直至达到区块固化碱渣场底部，然后搅拌设备反向运行并缓慢提升搅拌并喷固化剂。

4.根据要求1所述的利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其特征在于，所述步骤五中对各区块固化碱渣场进行预压的方式有以下三种：

1）铺设钢板或木板后采用行走机械对固化后的各区块固化碱渣场进行预压；

2）采用循环使用的砂石或土包或者水箱对固化后的土体进行预压；

3）采用满足设计要求的填土材料对固化后的土体进行预压。

5.根据要求1所述的利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其特征在于，步骤一所述的固化剂的成分包括：GGBS 2%-15%；水泥0%-15%；粉煤灰0%-15%；黄砂0%-15%及其他，所述百分比均为重量百分比。

6.根据要求5所述的利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其特征在于，GGBS需满足：比表面积≥300㎡/kg，7天活性指数≥50%。

7.根据要求5所述的利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其特征在于，粉煤灰需满足：边长0.045mm方孔筛筛余量≤50%；烧失量≤20%。

8.根据要求5所述的利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其特征在于，黄砂需满足：粒径≤1.75mm。

9.根据要求5所述的利用粒化高炉矿渣粉作固化剂就地固化碱渣场的方法，其特征在于，当碱渣场厚度大，形成的堆场对沉降要求高时，结合固化层与搅拌桩或预制桩组合使用。