CN105541138A - 一种处理盐渍土地基的地聚合物及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理盐渍土地基的地聚合物及其制备方法与应用,由高炉矿渣、粉煤灰、沸石粉和碱性激发剂制成。1)将金属氢氧化物与水玻璃混合,制备模数为1.5-2.5的碱性激发剂;2)将沸石粉、粉煤灰和高炉矿渣进行混合,得到混合物;3)将步骤2)中的混合物加入到步骤1)中制备的碱性激发剂中,混匀,制得地聚合物。研制以沸石粉、粉煤灰和高炉矿渣为基本原料的地聚合物,即利用了地聚合物作为新的胶凝材料类似水泥却又优于水泥的力学性质,又利用了沸石、料粉煤灰和矿渣在碱性溶液的激发下形成的致密结构和良好的孔径分布,增强了地聚合物的耐久性,对处理道路工程中遇到的盐渍土地基加固问题具有很好的效果。

Description

一种处理盐渍土地基的地聚合物及其制备方法与应用
技术领域
[0001] 本发明具体涉及一种处理盐渍土地基的地聚合物及其制备方法与应用,属于土木 工程领域。 技术背景
[0002] 随着我国交通现代化建设的不断发展,公路的建设也处于蓬勃发展阶段,然而,公 路修筑过程中经常会遇到一些不良土壤地质,如黄土、冻胀土等,尤其是在我国泛区广布的 盐渍土。盐渍土是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称,在世界各地分布广泛。我国 盐渍土面积约有20多万平方公里,约占国土总面积的2.1%,主要集中在西北干旱地区,其 次在华北平原、松辽平原等低洼地区,以及滨海地区的渤海湾等地区。盐渍土作为一种不利 土壤,不仅对我国的农业生产带来非常大的影响的同时,对工程项目的建设同样带来巨大 的、难以修复的损害。盐渍土主要特征表现在以下方面:具有很强的吸湿性,易出现吸水软 化的现象;溶陷性,遇水溶解,产生地基的溶陷;较强的膨胀性,温度和湿度变化时导致盐渍 土体积膨胀;很强的侵蚀性,易对施工材料产生腐蚀,降低工程质量。黄河三角洲位于环渤 海经济区,为全国有限开放开发的重点区域,然而黄河三角洲广泛分布的盐渍土严重制约 着黄河三角洲经济带基础设施工程的建设。现有的处理工程中遇到的盐渍土的方法通常是 利用水泥掺加粉煤灰、高炉矿渣进行改性,然而水泥并不属于环境友好型材料,生产水泥需 要消耗大量的能源及产生大量的二氧化碳,对环境会造成及其严重的破坏。因此,研究如何 更加节能环保的处理工程中遇到的盐渍土问题对工程具有十分重要的意义。
发明内容
[0003] 本发明的目的是利用更加节能环保的沸石粉、粉煤灰、高炉矿渣等自然矿产或工 业废渣,提供一种处理盐渍土地基的地聚合物及其制备方法与应用,该地聚合物可以替代 改性水泥处理工程中遇到的盐渍土问题及其对地基加固体腐蚀现象,且相对于改性水泥能 大幅度降低能源的浪费及环境的破坏,属于环境友好型材料,对以后处理盐渍土方面能够 起到很好的技术支持。
[0004] 为了解决以上技术问题,本发明的技术方案为:
[0005] -种处理盐渍土地基的地聚合物,由以下重量份的组分制成:高炉矿渣10-20份, 粉煤灰10-30份,沸石粉40-70份,碱性激发剂10-30份。
[0006] 进一步优选的,所述地聚合物,由以下重量份的组分制成:高炉矿渣10-15份,粉煤 灰20-30份,沸石粉50-60份,喊性激发剂20-30份。
[0007] 更进一步优选的,所述地聚合物,由以下重量份的组分制成:高炉矿渣10份,粉煤 灰30份,沸石粉60份,碱性激发剂30份。
[0008] 优选的,所述碱性激发剂为金属氢氧化物和固体硅酸钠配制的模数为1.5-2.5的 钠水玻璃。氢氧化钠是常见且常用的物质,作为碱性激发剂更容易获取,而且效果也更好。 别的碱性激发剂也是可以的,如氢氧化钾和碳酸盐。
[0009]优选的,所述粉煤灰和沸石粉的细度均小于0.5mm。
[0010]优选的,上述地聚合物,还包括选自减水剂或促凝剂的外加剂。
[0011] 上述地聚合物注浆材料的制备方法,包括如下步骤:
[0012] 1)将金属氢氧化物与水玻璃按上述配比混合,制备模数为1.5-2.5的碱性激发剂;
[0013] 2)将沸石粉、粉煤灰和高炉矿渣按上述配比进行混合,得到混合物;
[0014] 3)将步骤2)中的混合物加入到步骤1)中制备的碱性激发剂中,加入水后,混匀,制 得地聚合物浆体。
[0015]优选的,步骤2)中,各组分在搅拌机中混合搅拌的时间为2-5min;步骤3)中各组分 在搅拌机中搅拌的时间为3_5min。
[0016]上述地聚合物的使用方法,将制得的地聚合物浆体栗送至施工现场,并同现场的 盐渍土软弱地基土进行混合搅拌,重复搅拌下沉至设计加固深度,保证加固深度范围内的 土体任何一点均经过20次以上的搅拌。
[0017] 上述地聚合物在处理盐渍土地基中的应用。
[0018]本发明的地聚合物处理盐渍土地基的原理及有益技术效果如下:
[0019] (1)沸石、粉煤灰和高炉矿渣是富含硅铝元素的材料,其中的硅和铝元素分别是以 二氧化硅和三氧化二铝的形式存在,能够在碱性溶液的激发下聚合形成由硅氧四面体和铝 氧四面体组成的具有空间三维网络状结构的无机胶凝材料-地聚合物。地聚合物是以离子 键和共价键为主,连同其特殊的网络结构,使地聚合物具有良好的力学性能。研究表明,沸 石磨成粉后形成的沸石粉不需煅烧其活性仅次于偏高岭土,高于粉煤灰和高炉矿渣。因此, 相对于以偏高岭土为原料制取地聚合物,沸石粉制取的地聚合物不需要煅烧,不会耗费能 源及产生二氧化碳,为环境友好型材料;粉煤灰和高炉矿渣同为工业生产工程中产生的废 料,随意堆放占用大量的土地空间的同时又污染环境。因此,使用以沸石、粉煤灰和高炉矿 渣为基本原料生产的地聚合物具有很好的节能环保的效果。
[0020] (2)相较于传统普通的硅酸盐水泥,地聚合物具有较好的力学特性及节能环保,由 于地聚合物中除了大量的沸石粉外,还掺加了较多颗粒更为细小的球状粉煤灰和高炉矿 渣,在碱性溶液的激发作用下会产生相较于水泥来说更为致密的结构和良好的孔径分布, 导致腐蚀性的物质很难渗入到地聚合物内部;同时,地聚合物作为新型的胶凝材料,能够 将沙粒及土颗粒进行包裹和胶结,硬化后形成一个共同工作的整体,为其加固盐渍土地基 的耐久性提供了一定的保证。因此,研制以沸石粉、粉煤灰和高炉矿渣为基本原料的地聚合 物,即利用了地聚合物作为新的胶凝材料类似水泥却又优于水泥的力学性质,又利用了沸 石、料粉煤灰和矿渣在碱性溶液的激发下形成的致密结构和良好的孔径分布,增强了地聚 合物的耐久性,对处理道路工程中遇到的盐渍土地基加固问题具有很好的效果。
具体实施方式
[0021] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0022] 结合黄河三角洲盐渍土的具体工程条件进行说明。
[0023] 实施例1
[0024]所述地聚合物,由以下重量份的组分制成:高炉矿渣15份,粉煤灰15份,沸石粉70 份,碱性激发剂20份。
[0025] 首先配制碱性激发剂,采用固体硅酸钠和固体氢氧化钠配制模数为I. 5的水玻璃 溶液;同时,按照上文中所述,以沸石粉、粉煤灰及粒化高炉矿渣为基本原料配制地聚合物 固体材料,其中沸石粉70份,粉煤灰和高炉矿渣按照1:1的比例混合均匀并进行添加,占30 份;将配制好的水玻璃溶液和地聚合物固体材料按比值为〇. 2进行添加,并添加水制取水灰 比为0.5的地聚合物浆体,与道路工程中所遇到的盐渍土充分搅拌5min,制作尺寸为 (P50mmx50mm的试件,放置在20°C的养护室中养护7天,然后置于与黄河三角洲相似的盐 水腐蚀性环境中继续养护至180天,经测试发现,相比7天的抗压强度,180天的抗压强度降 低了8%。
[0026] 实施例2
[0027]所述地聚合物,由以下重量份的组分制成:高炉矿渣10份,粉煤灰30份,沸石粉60 份,碱性激发剂30份。
[0028]配制碱性激发剂,采用固体硅酸钠和固体氢氧化钠配制模数为1.5的水玻璃溶液; 同时,按照上文中所述,以沸石粉、粉煤灰及粒化高炉矿渣为基本原料配制地聚合物固体材 料,其中沸石粉占60份,粉煤灰和矿渣按照3:1的比例混合均匀并进行添加,占40份;将配制 好的水玻璃溶液和地聚合物固体材料按比值为0.3进行添加,并添加水制取水灰比为0.5的 地聚合物浆体,与道路工程中所遇到的盐渍土充分搅拌5min,制作尺寸为(!)50mmx50mm的 试件,放置在20°C的养护室中养护7天,然后置于与黄河三角洲相似的盐水腐蚀性环境中继 续养护至180天,经测试发现,相比7天的抗压强度,180天的抗压强度降低了 5%。
[0029] 实施例3
[0030] 利用普通硅酸盐水泥与沙子添加水在搅拌机中均匀搅拌制取水灰比为0.5的水泥 浆体,与道路工程中所遇到的盐渍土充分搅拌5min,制作尺寸为:q>50mm>^0inm的试件,放 置在20°C的养护室中养护7天,然后置于与黄河三角洲相似的盐水腐蚀性环境中继续养护 至180天,经测试发现,相比7天的抗压强度,180天的抗压强度降低了 17%。
[0031] 上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对发明保护范围的限制, 所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出 创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种处理盐渍土地基的地聚合物,其特征在于:由以下重量份的组分制成:高炉矿渣 10-20份,粉煤灰10-30份,沸石粉40-70份,碱性激发剂10-30份。
2. 根据权利要求1所述的地聚合物,其特征在于:所述地聚合物,由以下重量份的组分 制成:高炉矿渣10-15份,粉煤灰20-30份,沸石粉50-60份,碱性激发剂20-30份。
3. 根据权利要求1或2所述的地聚合物,其特征在于:所述碱性激发剂为金属氢氧化物 和固体硅酸钠配制的模数为1.5-2.5的钠水玻璃。
4. 根据权利要求2所述的地聚合物,其特征在于:所述粉煤灰和沸石粉的细度均小于 0.5mm〇
5. 根据权利要求2所述的地聚合物,其特征在于:还包括选自减水剂或促凝剂的外加 剂。
6. 权利要求2-5任一所述的地聚合物的制备方法,其特征在于:包括如下步骤: 1) 将金属氢氧化物与水玻璃混合,制备模数为1.5-2.5的碱性激发剂; 2) 将沸石粉、粉煤灰和高炉矿渣进行混合,得到混合物; 3) 将步骤2)中的混合物加入到步骤1)中制备的碱性激发剂中,加入水后,混匀,制得地 聚合物。
7. 根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:步骤2)中,各组分在搅拌机中混合搅 拌的时间为2_5min。
8. 根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:步骤3)中各组分在搅拌机中搅拌的时 间为 3_5min。
9. 权利要求2-5任一所述的地聚合物的使用方法,其特征在于:包括如下步骤: 地聚合物处理盐渍土路基加固时,将制得的地聚合物浆体栗送至施工现场,并同现场 的盐渍土软弱地基土进行混合搅拌,重复搅拌下沉至设计加固深度,保证加固深度范围内 的土体任何一点均经过20次以上的搅拌。
10. 权利要求2-5任一所述的地聚合物在处理盐渍土地基中的应用。
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