CN107311488A - 以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料 - Google Patents

Abstract

以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料，是将钢铁厂生产排出的固体废料如矿渣微粉、钢渣微粉，火电发电厂的排出的固体废料如粉煤灰、脱硫灰等，以及煤矿生产排出的煤矸石微粉，与水泥熟料微粉和化工厂生产排出的废料制成的激发剂，针对不同岩土性能和要求，按不同比例混和均合，制成成品。这种水硬性胶凝材料作为岩土固化或硬化材料，与传统的水泥相比，制成胶结体强度显著增强，胶结体的密实性提高，具有较高抗渗透性，其作用完全可以替代水泥，应用于加固增强岩土体或形成止水帷幕。该水硬性胶凝材料具有绿色环保的特征；该材料加工工艺的能耗极低，对环境无污染，成本低廉。

Description

以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种以工业固废为原料，按用途配比均合激发成水硬性胶凝材料。

背景技术

在软土地基加固，深基坑的临时性围护结构和止水帷幕，水利工程的河堤等工程中，常用搅拌桩、旋喷桩和高压注浆等施工方法，将普通水泥与土体搅拌混合，形成具有一定强度的加固体，以提高地基的承载力和挡土挡水性能。在道路工程的基层和底基层、河岸滩涂的清淤工程中，往往使用石灰或水泥作为固化材料，以提高地基的承载力。但是，普通水泥和石灰等形成的加固土体强度较低，尤其在沿江、沿海和沿河区域，由于粘土含水量很高，这些材料用水泥或石灰加固效果就更加不理想，容易造成建筑物或道路的沉降大、基坑开挖边坡塌方等工程事故。

20世纪70年代，西方经济发达国家在长期从事工程实践中，总结经验，对土壤改良技术进行了深层次的开发，技术水平获得了长足的进步，改良土的材料由原来单一的石灰、水泥、粉煤灰等升级到专门用来固化土壤的新产品--土壤固化剂。在这些国家里，土壤固化剂作为一种商品被广泛应用于道路、土木建筑、环境保护、农田水利等各个工程领域。但是，我国的岩土固化技术发展滞后，固化土的产品仍沿用单一的石灰、水泥、粉煤灰或这些材料在施工现场的简单混合作为土壤固化剂。直到90年代以后，国内相关单位才开始研究土固化材料，但是强度低、干缩大、易干缩开裂、易软化、水稳定性差、受土壤类别影响大等问题限制了这一技术的推广应用。

工业固体废弃物是当今钢铁、火电厂和煤矿开采亟需处理的工业垃圾，目前国内各大钢厂和电力企业都在着力于工业废弃物资源化利用的研究。通过多年的研究开发，已经有一系列的建材产品问世，但是，这些已利用的固体废弃物估计仅仅占到废弃物总量的20％，剩余的废弃物给环境和社会带来极大的危害，同时这些废弃物中的某些有用的资源不能得到合理利用，造成极大的资源浪费。

发明内容

本发明的目的是提供以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料，该材料用作岩土体加固材料能增加土体的强度，干缩小，不易开裂，减少了水泥的用量，解决了工业固废的增值处置问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料，主要组分为矿渣微粉、水泥熟料微粉、激发剂及其它组分，其它组分为工业固废。

工业固废为原料的各组分的添加比例是按产品的用途和原料来源的便利性与价格等要求确定的；其它组分按项目所在地的工业固废排出情况添加。

将30-70％的矿渣微粉、0-20％的钢渣微粉5-20％、0-20％的粉煤灰、0-10％的燃煤脱硫灰、0-20％的赤色煤矸石微粉、5-20％的水泥和1-5％的激发剂搅拌混和与均合制成，其各组分的具体比例是按其用途和要求确定的。

所述矿渣微粉为S95级粒化高炉矿渣微粉，其比表面积大于300m²/kg，28d活性指数大于95％。

所述钢渣微粉为转炉或电炉钢渣经磁选、破碎、烘干、粉磨处理制得，其比表面积≥350m²/kg，28d活性指数不小于75％。

赤色煤矸石是采用已充分燃烧过后煤矸石经研磨而成的粉状，其比表面积大于250m²/kg。

燃煤脱硫灰为湿法脱硫石膏或干法脱硫灰。

所述激发剂是由制碱化工厂的排出物制成，有利于加固土的的无侧限抗压强度的增强。以下为激发剂掺入量对加固土试件无侧限抗压强度的影响：

表1激发剂掺入量对加固土试件无侧限抗压强度的影响规律

所述脱硫副产物为燃煤电厂的湿法脱硫石膏或干法脱硫灰。

该水硬性胶结材料应用于软土工程的土体加固，其掺量为加固土体重量的5-30％。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用地基加固材料作为土固化材料，与传统的水泥相比，制成的加固土试件的强度明显上升、无侧限抗压强度也显著增强，而且抗渗透性好，完全可以替代水泥，应用于加固土体。

2、本发明采用原材料均是钢铁和电力等行业固体废弃物，绿色、环保；加工工艺的能耗极低，对环境污染很小，成本低廉，可以有效降低地基处理成本，经济效益明显。

附图说明

图1为本发明的技术路线图。

具体实施方式

按图1所示的技术路线图，根据需加固土体的性能、加固要求和工程所在地的工业固废的类型，经试验确定各种原料的配合比例。下面结合实例，对本发明的应用说明如下：

按图1所示的技术路线，将以上各组分材料加入一起，经充分搅拌混合均和，制备成水硬性胶结材料的成品,要求制备的胶凝材料掺入量20％，掺入当地软土中加固的土体无侧限抗压强度不低于1200KPa。

材料性能检测：28天胶砂强度32.5MPa。

土体加固材料检测：

原土材料为上海市第③1层淤泥质粉质粘土。

两种胶结材料分别为本实施例一中的水硬性胶结材料和P42.5级普硅水泥，水灰比为0.7，参入量为20％。

试样制备：无侧限抗压强度试样采用70.7*70.7*70.7mm的试模进行制样；渗透实验的试件采用内壁尺寸为直径A61.8mm、高h＝20mm的环刀试模进行制样。

试件养护：所有试件均在制备完成以后，放入水中养护直至龄期结束。

(1)、无侧限抗压强度检测结果如下表2所示：

表2无侧限抗压强度(kPa)检测结果

从表中可看出，由本发明制备材料制拌的试件强度明显高于由42.5级普通硅酸盐水泥制拌的试件强度，两种胶结材料试件的同龄期无侧限抗压强度比在2.0以上，初期强度差异更加明显，这也从侧面说明本发明制备的材料的初凝时间相对较短，初期强度增长较快。从强度特性上来说，本发明的地基加固材料优于普通42.5级硅酸盐水泥。

(2)室内渗透试验

通过对制备试件进行室内渗透试验，不同龄期、不同土性的试件渗透系数如下表3所示：

表3室内渗透试验结果

从表中可知，本发明制备的材料试件的渗透系数基本均小于42.5级普通硅酸盐水泥试件。因此，从抗渗角度考虑，本发明的地基加固材料的抗渗性优于普通硅酸盐水泥。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料，其特征在于：主要组分为矿渣微粉、水泥熟料微粉、激发剂及其它组分。

2.根据权利要求1所述的以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料，其特征在于：各组分具体成分及掺入量范围是：矿渣微粉为30-70％、钢渣微粉为0-20％、粉煤灰为0-20％、燃煤脱硫灰为0-25％、赤色煤矸石微粉为0-20％、水泥熟料微粉为5-20％、激发剂为1-5％，各组分通过搅拌混和与均合制成成品，均合过程无物化反应。

3.根据权利要求2所述的以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料，其特征在于：矿渣微粉为S95级粒化高炉矿渣微粉，其比表面积大于300m²/kg，28d活性指数大于95％。

4.根据权利要求2所述的以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料，其特征在于：钢渣微粉为转炉或电炉钢渣经磁选、破碎、烘干、粉磨处理制得，其比表面积≥300m²/kg，28d活性指数不小于75％。

5.根据权利要求2所述的以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料，其特征在于：赤色煤矸石是采用已充分燃烧过后煤矸石经研磨而成的粉状，其比表面积大于250m²/kg。

6.根据权利要求2所述的以多种工业固废为原料均合激发成的水硬性胶凝材料，其特征在于：燃煤脱硫灰为湿法脱硫石膏或干法脱硫灰。