CN109437815B - 一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料及其制备方法 - Google Patents
一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于道路工程注浆材料技术领域,尤其涉及一种乳化沥青复配赤泥‑硼泥充填注浆材料及其制备方法。所述注浆材料由以下重量份的组分组成:阳离子乳化沥青30~60份、赤泥20~80份、硼泥20~60份、固化剂10~30份、早强剂1~4份、减水剂2~6份、消泡剂1~4份。所述制备方法为:将沥青加热;将阳离子表面活性剂、酸度调节剂和水在搅拌均匀并加热得混合液;将沥青与混合液后乳化;然后加入赤泥、硼泥及固化剂,搅拌,冷却后加入早强剂、减水剂和消泡剂,搅拌后即得乳化沥青复配赤泥‑硼泥充填注浆材料。本发明的注浆材料具有早期强度高、固化时间短、强度可调可控,与原路基及路面的相容性好的特点。
Description
技术领域
本发明属于道路工程注浆材料技术领域,尤其涉及一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料及其制备方法。
背景技术
赤泥是在制铝工业中产生的污染性废渣,平均每生产1吨氧化铝,即产生1~2吨赤泥,我国每年产生的赤泥在3000万吨以上。赤泥中60%~65%的主要矿物为文石和方解石。大量的赤泥在堆放过程中除了占用土地外,其中所含的碱、氟化物、钠及铝等化学成分会导致土地碱化、污染地下水,危害人类身体健康,造成环境污染。
硼泥是在生产硼酸、硼砂过程中产生的废渣,呈碱性,主要化学组成为氧化硼、氧化镁、二氧化硅等。高温煅烧后硼泥的主要矿物组成为橄榄石、方镁石及少量的铁酸镁。工厂以湿排方式排放的硼泥中含水率在30%~35%左右,呈泥状物,粒度较细。硼泥的堆存处置不仅占用大量土地,而且会使堆场附近的土壤碱化并引起硼的迁移转化,造成环境污染。因此开发赤泥和硼泥的有效利用途径,最大限度的减少其产量和存量,符合国家对环境保护和绿色发展的要求。
目前,常用路面路基修补过程中需要将路面掀起、废渣清理、补料、压平等步骤引起的施工复杂、影响交通、费时费力、经济成本高等缺点。将浆液通过注浆管注入到地下工程或道路基层的方法,同样可以改善地下工程或道路基层相关力学性能,提高其强度、防渗透能力及稳定性。注浆工程中常使用的注浆物料是以水泥为基础材料,但这类物料存在稳定性不好、粘结力不足、早期强度低、凝结时间长等缺点。在改善注浆材料性能方面已有较多的专利报道。例如,专利文献CN 108383471A公布了一种利用含水赤泥协同高炉矿渣制备注浆材料的方法,包括赤泥汤、高炉矿渣粉、复合碱激发剂、减水剂和早强剂。
专利文献CN 104446213A公布了一种以赤泥为原料的注浆材料,主要组分包括赤泥、激发剂、活性引发剂、微硅粉、缓凝剂、表面活性剂和保水剂。
专利文献CN108455933A公布了一种利用含水赤泥直接制备注浆材料的方法,采用赤泥、煤矸石为主要基质原料,以氢氧化钠溶液、水玻璃、硅酸盐水泥熟料为碱激发剂,制备赤泥基注浆材料。
专利文献CN103643680A公布了一种乳化沥青注浆工艺,其中所采用的为乳化沥青和水泥两种主要成分。专利CN102701653A公布了一种水泥混凝土脱空板注浆专用水泥基乳化沥青复合材料,主要由32.5水泥、水、阳离子乳化沥青和保护剂组成。
专利CN107352851A公布了一种无水泥防渗注浆材料组合物,由不包含水泥的干粉料和乳化沥青液料组成,其中干粉料和乳化沥青液料的质量比为30~70:100;干粉料包括有骨料、无机活性粉料和膨润土。
然而,上述注浆材料或者主要以水泥基为注浆材料,存在稳定性不好、粘结力不足、早期强度低、凝结时间长等缺点;或者是主要以固废为注浆材料主要成分,存在粘结力差、强度控制不够灵活的不足。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题,本发明旨在提供一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料及其制备方法。本发明以乳化沥青为基础组分,并有效利用工业固废赤泥和硼泥制备新型充填注浆材料,这种充填注浆材料节能环保,在性能方面具有早期强度高、固化时间短、强度可调可控,与原路基及路面的相容性好的特点;在施工方面,具有施工简单,操作方便的特点,可有效减少施工所需人员数量,提高效率,降低路基修复成本,具有较大的经济效益和社会效益。
本发明的目的之一是提供一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料。
本发明的目的之二是提供上述乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料的制备方法。
本发明的目的之三是提供上述乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料及制备方法的应用。
为实现上述发明目的,具体的,本发明公开了下述技术方案:
首先,本发明公开一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,由以下重量份的组分组成:阳离子乳化沥青30~60份、赤泥20~80份、硼泥20~60份、固化剂10~30份、早强剂1~4份、减水剂2~6份、消泡剂1~4份。
进一步地,所述乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,由以下重量份的组分组成:阳离子乳化沥青40~60份、赤泥40~80份、硼泥40~60份、固化剂15~30份、早强剂2~4份、减水剂4~6份、消泡剂3~4份。
优选地,所述乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,由以下重量份的组分组成:阳离子乳化沥青50份、赤泥40份、硼泥40份、固化剂30份、早强剂2份、减水剂4份、消泡剂3份。
本发明所述的充填注浆材料充分发挥乳化沥青及沥青粘结性强、防水能力高、强度可调可控的优点及阳离子乳化剂与赤泥、硼泥电性差的特点,可以充分胶结赤泥和硼泥中的组分,使得赤泥和硼泥尽可能的分散在乳化沥青中,提高充填注浆材料的整体强度。
进一步地,所述阳离子乳化沥青由以下重量份的组分组成:沥青60~80份;阳离子表面活性剂1.5~8份;酸度调节剂2~5份,水10~20份。由于矿料表面,尤其是湿润的矿料表面含有阴离子电荷,如果乳化沥青与矿料的裹覆只是单纯的粘附,导致阴离子乳化沥青与矿料特别是潮湿矿料的粘结性较差,因此优先选用阳离子乳化沥青。
优选地,所述沥青为重交道路沥青AH-30、AH-50、AH-70中的任意一种。
优选地,所述阳离子表面活性剂为胺盐类、烷基咪唑啉盐类、季铵盐类、木质素类中的一种或多种的混合物。
优选地,所述酸度调节剂为盐酸或醋酸中的一种。
所述赤泥为拜耳法赤泥或烧结法赤泥中的一种或多种,且优选比表面积在360~430m2/kg范围内的赤泥。
所述硼泥为高温煅烧后硼泥或湿排硼泥中的任意一种。由于硼泥中含有较多的非晶质颗粒,具有一定的活性。另干燥的硼泥粒度较细,有较好的可塑性。在本发明所述的充填注浆材料中加入硼泥,可以使充填注浆材料获得较高的早期强度,并改善抗冻性和弯拉强度等,便于及早开放交通。
进一步地,所述固化剂由水玻璃、普通硅酸盐水泥和熟石膏组成,其重量份比例为水玻璃:普通硅酸盐水泥:熟石膏=30~40份:40~55份:20~35份。
本发明提出的固化剂可以充分发挥水玻璃、普通硅酸盐水泥和熟石膏的硬化、固化或增强的优势,通过调节与阳离子乳化沥青、赤泥-硼泥之间的配比,有效改善和调节充填注浆材料的强度和硬度。
所述早强剂包括氯化钙、氯化钠、氯化铝、氯化锂中的一种或多种的混合物。
所述减水剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物、多环芳香族盐类或聚羧酸型中的一种或多种的混合物。
所述消泡剂包括矿物油类、聚醚类、有机硅类或脂肪醇类中的一种或多种的混合物。
其次,本发明公开一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)制备阳离子乳化沥青:将沥青加热至130~150℃;将阳离子表面活性剂、酸度调节剂和水在搅拌均匀并加热至40~60℃,得混合液;将所述沥青与混合液后乳化3~8min,得阳离子乳化沥青;
(2)向步骤(1)制得的阳离子乳化沥青中加入赤泥、硼泥及固化剂,搅拌10~25min,冷却至20~40℃,加入早强剂、减水剂和消泡剂,搅拌3~6min,即得。
步骤(1)中,所述乳化在胶体磨中进行,且胶体磨的转速设置为4000~8000rpm。
步骤(2)中,所述搅拌的转速为300~800rpm。
最后,本发明公开上述乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料及制备方法在建筑工程、道路工程、地下工程等领域中的应用。
与现有技术相比,本发明取得的有益效果是:
(1)本发明提供的充填注浆材料制备方法中,通过调节阳离子乳化沥青及赤泥、硼泥的组分比例,可以有效的实现注浆材料强度的可调可控。因该注浆材料中既含有沥青组分,也含有废渣组分,经充分的分散作用,可以有效的提高与原路基和路面之间的相容性,从而保障修补效果。
(2)本发明提供的充填注浆材料中采用赤泥和硼泥等工业固废,价格低廉,储量较大,在有效降低注浆材料成本的同时还解决了我国面临的大量工业固废的处理问题,节能环保,符合国家对环境保护的发展要求。
(3)本发明所述的充填注浆材料,通过乳化沥青和早强剂的作用,可以实现早期强度高、固化时间短的特点。
(4)本发明充填注浆材料在施工方面,具有施工简单,操作方便,可有效减少施工所需人员数量,提高效率,降低路基修复成本,具有较大的经济效益和社会效益。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的,目前,注浆工程中常使用的注浆物料是以水泥为基础材料,但这类物料存在稳定性不好、粘结力不足、早期强度低、凝结时间长等缺点。为此,本发明提出一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料及其制备方法,下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例中,所述赤泥购自山东铝业公司;所述硼泥购自开原市弘业建材原料有限公司。
实施例1
一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)称取重交道路沥青AH-50 900g,并将沥青加热维持到135℃;称取阳离子表面活性剂(季铵盐)45g、酸度调节剂(醋酸)40g和水180g,在搅拌方式下混合均匀并维持温度在50℃;将沥青与上述混合液在胶体磨下加工乳化5min,其中胶体磨的转速设置为6500rpm;
(2)称取水玻璃90g、普通硅酸盐水泥(等级42.5)120g和熟石膏90g,在搅拌机中搅拌均匀,转速控制在75rpm,即得固化剂。
(3)取步骤(1)制备的阳离子乳化沥青600g,向其中加入烧结法赤泥(比表面积在360~390m2/kg范围内)400g、硼泥400g以及捕捉(2)制备的固化剂300g,搅拌20min,搅拌转速为600rpm。
(4)冷却至35℃,称取早强剂(氯化钙)20g、减水剂(萘磺酸盐甲醛聚合物)40g和消泡剂(聚醚型-聚醚胺)30g,搅拌5min,搅拌转速为600rpm,即得。
实施例2
一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)称取重交道路沥青AH-30 800g,并将沥青加热维持到150℃;称取阳离子表面活性剂(烷基咪唑啉盐)60g、酸度调节剂(盐酸)40g和水100g,在搅拌方式下混合均匀并维持温度在60℃;将沥青与上述混合液在胶体磨下加工乳化8min,其中胶体磨的转速设置为7000rpm。
(2)称取水玻璃90g、普通硅酸盐水泥(等级42.5)150g和熟石膏60g,在搅拌机中搅拌均匀,转速控制在60rpm。
(3)取步骤(1)制备的阳离子乳化沥青400g,向其中加入烧结法赤泥(比表面积在370~430m2/kg范围内)800g、硼泥600g以及步骤(2)制备的固化剂300g,搅拌25min,搅拌转速为500rpm。
(4)冷却至40℃,称取早强剂(氯化铝)40g、减水剂(多环芳香族盐)60g和消泡剂(矿物油)40g,搅拌5min,搅拌速率为800rpm,即得。
实施例3
一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)称取重交道路沥青AH-70 900g,并将沥青加热维持到140℃;称取阳离子表面活性剂(木质素)15g、酸度调节剂(醋酸)20g和水150g,在搅拌方式下混合均匀并维持温度在40℃;将沥青与上述混合液在胶体磨下加工乳化3min,其中胶体磨的转速设置为4000rpm。
(2)称取水玻璃80g、普通硅酸盐水泥(等级52.5)110g和熟石膏50g,在搅拌机中搅拌均匀,转速控制在70rpm。
(3)取步骤(1)制备的阳离子乳化沥青300g,向其中加入烧结法赤泥(比表面积在360~400m2/kg范围内)300g、硼泥300g以及步骤(2)制备的固化剂100g,搅拌10min,搅拌转速为800rpm。
(4)冷却至20℃,称取早强剂(氯化钠)10g、减水剂(聚羧酸型)25g和消泡剂(有机硅类)10g,搅拌3min,搅拌速率为500rpm,即得。
实施例4
一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)称取重交道路沥青AH-30 700g,并将沥青加热维持到130℃;称取阳离子表面活性剂(胺盐)50g、酸度调节剂(醋酸)50g和水200g,在搅拌方式下混合均匀并维持温度在45℃;将沥青与上述混合液在胶体磨下加工乳化7min,其中胶体磨的转速设置为8000rpm。
(2)称取水玻璃80g、普通硅酸盐水泥(等级42.5R)100g和熟石膏70g,在搅拌机中搅拌均匀,转速控制在75rpm。
(3)取步骤(1)制备的阳离子乳化沥青500g,向其中加入烧结法赤泥(比表面积在400~430m2/kg范围内)200g、硼泥200g以及步骤(2)制备的固化剂150g,搅拌20min,搅拌转速为300rpm。
(4)冷却至30℃,称取早强剂(氯化锂)20g、减水剂(木质素磺酸盐)20g和消泡剂(脂肪醇)25g,搅拌6min,搅拌速率为300rpm,即得。
性能测试:
对本发明实施例1-4制备的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料的力学性能进行测试,具体为:将上述注浆材料制备的浆液注入模具,检测其初凝时间、终凝时间以及抗压强度,结果如表1所示。
表1
从表中可以看出:本发明实施的充填注浆材料其强度及凝结时间可随选用的沥青等级、乳化沥青、赤泥-硼泥、固化剂的组分变化而进行调整,实现强度可调可控,开放交通时间优化的目标。
以上所述仅为本申请的优选实施例,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述注浆材料由以下重量份的组分组成:阳离子乳化沥青30~60份、赤泥20~80份、硼泥20~60份、固化剂10~30份、早强剂1~4份、减水剂2~6份、消泡剂1~4份。
2.如权利要求1所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,由以下重量份的组分组成:阳离子乳化沥青40~60份、赤泥40~80份、硼泥40~60份、固化剂15~30份、早强剂2~4份、减水剂4~6份、消泡剂3~4份。
3.如权利要求2所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,由以下重量份的组分组成:阳离子乳化沥青50份、赤泥40份、硼泥40份、固化剂30份、早强剂2份、减水剂4份、消泡剂3份。
4.如权利要求1、2或3所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述固化剂由水玻璃、普通硅酸盐水泥和熟石膏组成,其重量份比例为水玻璃:普通硅酸盐水泥:熟石膏=30~40份:40~55份:20~35份。
5.如权利要求4所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述阳离子乳化沥青由以下重量份的组分组成:沥青60~80份;阳离子表面活性剂1.5~8份;酸度调节剂2~5份,水10~20份。
6.如权利要求5所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述沥青为重交道路沥青AH-30、AH-50、AH-70中的任意一种。
7.如权利要求5所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述阳离子表面活性剂为胺盐类、烷基咪唑啉盐类、季铵盐类、木质素类中的一种或多种的混合物。
8.如权利要求5所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述酸度调节剂为盐酸或醋酸。
9.如权利要求5所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述赤泥为拜耳法赤泥或烧结法赤泥中的一种或多种;或者,所述硼泥为高温煅烧后硼泥或湿排硼泥中的任意一种。
10.如权利要求9所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述赤泥的比表面积在360~430m2/kg范围内。
11.如权利要求5所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述早强剂包括氯化钙、氯化钠、氯化铝、氯化锂中的一种或多种的混合物。
12.如权利要求5所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述减水剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物、多环芳香族盐类或聚羧酸型中的一种或多种的混合物。
13.如权利要求5所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料,其特征在于,所述消泡剂包括矿物油类、聚醚类、有机硅类或脂肪醇类中的一种或多种的混合物。
14.如权利要求1-13任一项所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)制备阳离子乳化沥青:将沥青加热至130~150℃;将阳离子表面活性剂、酸度调节剂和水搅拌均匀并加热至40~60℃,得混合液;将沥青与混合液在胶体磨下加工乳化3~8min,得阳离子乳化沥青;
(2)向步骤(1)制得的阳离子乳化沥青中加入赤泥、硼泥及固化剂,搅拌10~25min,冷却至20~40℃,加入早强剂、减水剂和消泡剂,搅拌3~6min,即得乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料。
15.如权利要求14所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述乳化在胶体磨中进行,且胶体磨的转速设置为4000~8000rpm;或者,步骤(2)中,所述搅拌的转速为300~800rpm。
16.如权利要求1-13任一项所述的乳化沥青复配赤泥-硼泥充填注浆材料和/或如权利要求15所述制备方法在建筑工程、道路工程、地下工程领域中的应用。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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