CN109266362A

CN109266362A - 一种改良剂及其应用

Info

Publication number: CN109266362A
Application number: CN201811328518.2A
Authority: CN
Inventors: 罗清波; 张玉苹; 左申兵; 郑宜枫; 詹廷君; 张婷婷; 冯晓新; 金启刚; 周海波; 王梓龙; 蒲施宇
Original assignee: City College Southwest University Of Science And Technology
Current assignee: City College Southwest University Of Science And Technology
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2019-01-25
Anticipated expiration: 2038-11-09
Also published as: CN109266362B

Abstract

本发明公开了一种改良剂及其应用，属于岩土工程技术领域，目的在于解决目前通常采用石灰、水泥进行土壤改良，但其存在强度不足，用量大的缺陷，且难以用于含水率高的土样，造价较高的问题。该改良剂包括如下重量份数比的组分：30~45份水泥、42~55份矿渣、6~15份石灰、1~5份水玻璃、2~5石膏、10~15份纳米氧化镁、5~10份碳酰胺。采用本申请对土样进行改良，能够有效降低土壤含水率，具有较好的改良效果。同时，本申请制备的土料具有高无侧限抗压强度，且制备方法简单，原料易得，易于施工，能够满足工程应用的需求。另外，本发明用量少，仅为待处理土壤质量的10%以下，成本低，能大幅降低工程应用成本，对于大规模推广和应用，具有重要的意义。

Description

一种改良剂及其应用

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体为一种改良剂及其应用。

背景技术

土壤改良的实质是使用外掺剂对土体进行物理化学处理，从而改变土壤的组成和工程性质，达到提高土质强度、改善土质压实性的目的。目前，土壤改良已广泛应用于建筑、桥梁、道路等施工过程中。目前，提高土的强度的方法主要包括夯实法、物理法、化学法、生物法。

改性方法中，比较成熟的是石灰、水泥改良，这两种方法都是利用硅酸盐和铝的水化物与土颗粒相互间的胶结作用，随着胶结物逐渐脱水和新生矿物的结晶作用，形成胶凝成分来胶结土壤、堵塞土壤的毛细结构，从而降低液限，增大土体的强度。

石灰、水泥改良方法在工程初期具有较好的效果，但在长期土壤改良工程中，人们发现，这种方法存在强度不足，石灰、水泥用量大等缺陷，且难以用于含水率高的土样，造价较高。

另一方面，铬渣作为生产金属铬和铬盐过程中产生的工业废渣，目前有20多个省市排放铬渣。其中，铬渣的化学成分为：二氧化硅占4～30％，三氧化铬渣二铝占5～10％，氧化钙占26～44％，氧化镁占8～36％，三氧化二铁占2～11％，六氧化二铬(Cr₂O₆)占0.6～0.8％和重铬酸钠(Na₂Cr₂O₇)占1％左右等。

通常情况下，铬渣露天堆放，受雨雪淋浸，所含的六价铬被溶出渗入地下水或进入河流、湖泊中，污染环境。其中，严重污染带内水中六价铬含量可高达每升数十毫克，超过饮用水标准若干倍。六价铬、铬化合物以及铬化合物气溶胶等，能以多种形式危害人畜健康。目前，对于铬渣的处理方式较少，导致铬渣的大量堆积，存在严重的安全隐患。

为此，迫切需要一种新的方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前通常采用石灰、水泥进行土壤改良，但其存在强度不足，用量大的缺陷，且难以用于含水率高的土样，造价较高的问题，提供一种改良剂及其应用。采用本申请对土样进行改良，能够有效降低土壤含水率，具有较好的改良效果。同时，本申请制备的土料具有高无侧限抗压强度，且制备方法简单，原料易得，易于施工，能够满足工程应用的需求。另外，本发明用量少，成本低，对于大规模推广和应用，具有重要的意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改良剂，包括如下重量份数比的组分：20～30份铬渣、10～20份水泥、2～10份生石灰、1～5份水玻璃、2～5石膏、10～15份纳米氧化镁、5～10份碳酰胺、6～10份聚丙烯酰胺。

所述纳米氧化镁的平均晶粒尺寸为80～200nm，pH值为7.0～7.5。

包括如下重量份数比的组分：22～25份铬渣、16～18份水泥、3～5份生石灰、2～4份水玻璃、2～3石膏、10～12份纳米氧化镁、6～8份碳酰胺、8～10份聚丙烯酰胺。

前述改良剂在土壤改良中的应用。

所述改良剂的用量为待改良土壤质量的3～10wt％。

所述改良剂的用量为待改良土壤质量的5～8wt％。

包括如下步骤：

(1)以土壤质量计，按配比称取改良剂，备用；

(2)去适量水，将改良剂与水混合均匀，静置5～180min，得流体改良物；

(3)将步骤2制备的流体改良物与土壤混合均匀，养护12～100h，即可。

所述步骤3中，养护时间为24～48h。

本申请中，采用铬渣、水泥、石灰、水玻璃、石膏、纳米氧化镁、碳酰胺、聚丙烯酰胺为原料。如前所述，铬渣是一种工业废料，而本发明以铬渣为原料，通过组分之间的相互配合，有效利用铬渣。同时，在通常的改良剂中，水泥的用量较大，通常占比50％左右，且水泥用量越大，改良体的强度越大。然而，另一方面，在保证改良体强度的前提下，基于环保的要求，需要降低水泥的用量，而水泥的强度与用量呈正比关系，改良剂中水泥的用量与强度之间存在矛盾。为此，本发明中以铬渣为基础，在保证改良体强度的前提下，减小水泥的用量；同时，纳米氧化镁的采用，则有利于黏土颗粒之间的胶结；碳酰胺作为辅助添加剂，适量的添加有利于控制试样的一致性，从而保证最终改良后产品强度的一致性和均匀性；通过矿渣、石膏、水泥、石灰、水玻璃、纳米氧化镁、碳酰胺的相互配合，能够形成整体联结，改善土壤的力学性能，避免土壤中强度不一致情况的发生。

本发明中，通过组分之间的配合，在大幅降低水泥用量的前提下，有效保证改良体的强度。同时，铬渣的大量应用，能实现对铬渣的废物利用，大幅减少铬渣的存放风险，降低安全隐患。另一方面，铬渣在改良体中被改良，可以有效避免铬的溢出，避免对于环境的二次危害。

进一步，实验结果表明，本申请能有效提高土的工程性质，有效增加土料的无侧限抗压强度。同时，本发明实现了对铬渣的废物资源化利用，且改良体中铬不会溢出，具有良好的环保效益。另外，本发明在保证改良体强度的前提下，有效减少了水泥的用量，不仅能大幅降低成本，而且符合环保的需求，具有较好的应用前景。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中含水率变化图。

图2为实施例1中无侧限抗压强度变化图。

图3为实施例2中含水率变化图。

图4为实施例2中无侧限抗压强度变化图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

1)改良剂中各组分的质量份数比如下表1所示。

表1实施例1中组分配料表

编号	铬渣	水泥	生石灰	水玻璃	石膏	纳米氧化镁	碳酰胺	聚丙烯酰胺
									1	20	12	2	3.5	5	15	5	6.5
2	28	20	8	2	3	11	8	10
									3	25	16	4	4	5	12	6	8
4	23	18	5	2	3	10	7	9

本实施例中，测定原状土的初始含水率为58％。

使用时，先将改良剂与水混合均匀，静置20min，得流体改良物。再将制备的流体改良物与土壤混合均匀，进行养护，即可。其中，改良剂的添加质量以土壤的质量计，改良剂的添加量为土壤质量的5％。

2)含水率变化

在自然条件下养护，分别测了1d、3d和7d的含水率如下表2所示。

表2添加不同改良剂后土样的含水率

同时，图1中给出了实施例1中含水率变化图。

3)无侧限抗压强度变化

在添加不同掺量的改良剂进行搅拌处理后，自然养护环境下，检测不同天数下强度变化情况，实验结果如表3所示。

表3添加改良剂后土样的抗压强度

同时，图2中给出了实施例1中无侧限抗压强度变化图。

其中，无侧限抗压强度的测定步骤如下：

步骤a：采用压样法将上述方法中每一份土料中取出一部分制作成圆柱形试验样品，每个试验样品均高80mm，横截面直径为39.1mm，试验样品成型后用塑料薄膜密封装好置于常温养护箱内养护7天，其中所述常温护养箱内的温度为(20±1)℃，相对湿度为(96±2)％；

步骤b：先将试验样品装入饱和器中，然后将饱和器置于抽气缸内并盖紧后抽气。当抽气缸内真空度达到接近一个大气压(98％以上)后，继续抽气1小时，然后向缸内徐徐注入清水，并使真空度保持稳定。待饱和器完全淹没水中后，解除真空，让试验样品在抽气缸中静置24小时；

步骤c：对经过步骤b后的试验样品做无侧限抗压试验，据土工试验方法标准(GB/T50123－1999)，控制加载速量为2.4mm/min，直到土样破坏。

实施例2

改良剂中各组分的质量份数比如下表4所示。

表4实施例2中组分配料表

编号	铬渣	水泥	生石灰	水玻璃	石膏	纳米氧化镁	碳酰胺	聚丙烯酰胺
									1	0	55	15	0	15	0	0	0
2	0	55	7.5	0	3	8	2	5
									3	21	17	4.5	4	5	14	4	6
4	25	16	4	2	3	10	7	8
									5	22	18	5	2.5	3.5	12	8	9
6	20	12	8	2.5	3	11	7	8

本实施例中，测定原状土的初始含水率为31.35％。

2)含水率变化

在自然条件下养护，分别测了1d、3d和7d的含水率如下表5所示。

同时，图3中给出了实施例2中含水率变化图。

3)无侧限抗压强度变化

在添加不同掺量的改良剂进行搅拌处理后，自然养护环境下，检测不同天数下强度变化情况，实验结果如表6所示。

表6添加改良剂后土样的抗压强度

同时，图4中给出了实施例2中无侧限抗压强度变化图。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种改良剂，其特征在于，包括如下重量份数比的组分：20~30份铬渣、10~20份水泥、2~10份生石灰、1~5份水玻璃、2~5石膏、10~15份纳米氧化镁、5~10份碳酰胺、6~10份聚丙烯酰胺。

2.根据权利要求1所述改良剂，其特征在于，所述纳米氧化镁的平均晶粒尺寸为80~200nm，pH值为7.0~7.5。

3.根据权利要求1或2所述改良剂，其特征在于，包括如下重量份数比的组分：22~25份铬渣、16~18份水泥、3~5份生石灰、2~4份水玻璃、2~3石膏、10~12份纳米氧化镁、6~8份碳酰胺、8~10份聚丙烯酰胺。

4.前述权利要求1~3任一项所述改良剂在土壤改良中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述改良剂的用量为待改良土壤质量的3~10wt%。

6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于，所述改良剂的用量为待改良土壤质量的5~8wt%。

7.根据权利要求4~6任一项所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：

（1）以土壤质量计，按配比称取改良剂，备用；

（2）去适量水，将改良剂与水混合均匀，静置5~180min，得流体改良物；

（3）将步骤2制备的流体改良物与土壤混合均匀，养护12~100h，即可。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述步骤3中，养护时间为24~48h。