CN110078447B - 夯土材料及其制备方法和应用 - Google Patents

夯土材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种夯土材料及其制备方法和应用，涉及建筑材料技术领域，上述夯土材料主要由生土、钢渣、水泥、偏高岭土、掺合料、生石灰、纤维素、胶粉、丙烯酸乳液和水按特定比例复配后得到，上述夯土材料充分利用了作为钢铁工业废弃物的钢渣，经过钢渣和各原料的相互配合，改变了生土的原有结构和性质，使夯土的密实度和强度都明显增强，变废为宝，制得的夯土材料可以替代沙石料循环利用，有效缓解了现有钢铁工业废弃物的钢渣利用率不高的问题。

Description

夯土材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种夯土材料及其制备方法和应用。
背景技术
夯土建筑，也称生土建筑，是指以泥土为主要建筑材料并采用夯筑工艺压密成型的一种建筑形式。据文献记载，夯土建筑在我国最早出现于四千多年前的新时期时代。在漫长的历史年代中，夯土建筑以其亲近自然、工艺简单、节约能源、造价低廉、冬暖夏凉等显著优点被广泛应用于大量军事和民用建筑中；其中尤以福建土楼为中国古代夯土建筑施工技术的最杰出代表。
近年来我国钢铁工业中的高炉矿渣(炼铁废渣)已基本实现零排放，成为混凝土工业的重要原料，高炉矿渣在混凝土工业中的利用，为废弃物资源化提供了很好的范例。但同为钢铁工业废弃物的钢渣(炼钢废渣)利用率却长期在低位徘徊。
因此，研究开发一种夯土材料，通过掺入适当的具有级配的钢渣改变生土的原有结构和性质，从而提高夯土的强度，变废为宝，使之替代沙石料循环利用变得十分必要和紧迫。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种夯土材料，所述夯土材料主要由生土、钢渣、水泥、偏高岭土、掺合料、生石灰、纤维素、胶粉、丙烯酸乳液和水按特定比例复配后得到，制得的夯土材料可以替代沙石料循环利用，有效缓解了现有钢铁工业废弃物的钢渣利用率不高的问题。
本发明的第二目的在于提供一种夯土材料的制备方法，所述夯土材料的制备方法工艺简单，制备过程中不需要特殊的加工设备，可操作性强，具有很好的经济性。
本发明的第三目的在于提供一种上述夯土材料的应用，上述夯土材料可以广泛应用于建筑施工领域中。
本发明提供的一种夯土材料，按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：
生土25～35份、钢渣50～60份、水泥5～23份、偏高岭土1～2份、掺合料1～2份、生石灰0.5～1.5份、纤维素0.01～0.03份、胶粉0.05～0.1份、丙烯酸乳液0.1～0.5份和水10～15份。
进一步的，按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：生土28～32份、钢渣52～58份、水泥10～20份、偏高岭土1.5～2份、掺合料1.5～2份、生石灰0.8～1.2份、纤维素0.01～0.02份、胶粉0.08～0.09份、丙烯酸乳液0.2～0.4份和水12～14份。
更进一步的，按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：生土30份、钢渣55份、水泥15份、偏高岭土1.8份、掺合料1.8份、生石灰1份、纤维素0.02份、胶粉0.08份、丙烯酸乳液0.3份和水13份。
进一步的，所述水泥为硅酸盐水泥和/或硫铝酸盐水泥。
进一步的，所述钢渣的粒径为X，0＜X≤15mm。
进一步的，所述掺合料为矿粉和粉煤灰。
进一步的，所述纤维素为羟丙基甲基纤维素。
本发明提供的一种上述夯土材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)：将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液；
(b)：将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料；
(c)：将步骤(a)得到的搅拌溶液加入到步骤(b)得到的干粉料中充分搅拌均匀，制得夯土材料；
所述步骤(a)和步骤(b)的顺序可调换。
进一步的，所述步骤(c)中搅拌溶液与干粉料进行搅拌的搅拌速率为30～40r/min，搅拌温度为15-25℃，搅拌时间为70-150s。
本发明提供的一种上述夯土材料在建筑施工领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种夯土材料，主要由生土、钢渣、水泥、偏高岭土、掺合料、生石灰、纤维素、胶粉、丙烯酸乳液和水按特定比例复配后得到，上述夯土材料充分利用了作为钢铁工业废弃物的钢渣，经过钢渣和各原料的相互配合，改变了生土的原有结构和性质，其中水泥中矿物成分在与水反应生成水化产物时，将土紧紧嵌固黏聚在一起，水化产物愈多，夯实后的强度就愈大，黏性成分多，内聚力就会越大，进而使夯土的密实度和强度都明显增强，变废为宝，制得的夯土材料可以替代沙石料循环利用，提高了现有钢铁工业废弃物钢渣的利用率。
本发明提供的一种夯土材料的制备方法，该制备方法首先将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液，同时将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料，随后将上述搅拌溶液加入干粉料中充分搅拌制得夯土材料。上述方法制备工艺简单，制备过程中不需要特殊的加工设备，可操作性强，具有很好的经济性。
本发明提供的一种夯土材料的应用，所述夯土材料可代替砂石料广泛应用于建筑施工领域中。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面，一种夯土材料，按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：生土25～35份、钢渣50～60份、水泥5～23份、偏高岭土1～2份、掺合料1～2份、生石灰0.5～1.5份、纤维素0.01～0.03份、胶粉0.05～0.1份、丙烯酸乳液0.1～0.5份和水10～15份。
本发明上述夯土材料中所用原料在方案中所起的功能和作用为：
生土：作为犁底层以下的土壤，生土土壤熟化程度低，较紧实，结构差，难以进行耕作，通气透水性差，肥力较低的这部分就是生土，即对于野外的自然土壤，下面紧实的植物根系很难扎入的这层土即是生土。生土作为建筑材料在我国有悠久的历史，但是传统生土材料强度较低，本发明将其作为基础材料来进行改性。
上述生土典型但非限制性的优选实施方案为：25份、28份、30份、32份和35份；
钢渣：是一种工业固体废物，是炼钢排出的渣，依炉型分为转炉渣、平炉渣、电炉渣。主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。钢渣在温度1500～1700℃下形成，高温下呈液态，缓慢冷却后呈块状，一般为深灰、深褐色。本发明中将钢渣作为主要的原料成分加入夯土材料中用以增加夯土材料的强度。
上述钢渣典型但非限制性的优选实施方案为：50份、52份、55份、58和60份；
水泥：粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，本发明中水泥能够将生土、钢渣等原料牢固地胶结在一起。
上述水泥典型但非限制性的优选实施方案为：5份、8份、10份、12份、15份、18份、20份和23份；
偏高岭土：是一种高活性矿物掺合料，是超细高岭土经过低温煅烧而形成的无定型硅酸铝，具有很高的火山灰活性，主要用作混凝土外加剂，也可制作高性能的地质聚合物。本发明中偏高岭土具有很高的火山灰活性,在适当激发下具有胶凝性。
上述偏高岭土典型但非限制性的优选实施方案为：1份、1.2份、1.5份、1.8份和2份；
掺合料：混凝土掺合料，是为了改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级，在混凝土拌合时掺入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉状矿物质。本发明中掺合料的加入可以增加夯土材料的密度和强度。
上述掺合料典型但非限制性的优选实施方案为：1份、1.2份、1.5份、1.8份和2份；
生石灰：石灰具有较强的碱性，在常温下，能与玻璃态的活性氧化硅或活性氧化铝反应，生成有水硬性的产物，产生胶结。
上述生石灰典型但非限制性的优选实施方案为：0.5份、0.8份、1.0份、1.2份和1.5份；
纤维素：作为水泥砂浆的保水剂、缓凝剂使砂浆具有泵送性。本发明中纤维素可以提高夯土材料的分散性，大幅度改善夯土材料的可塑性和保水性。
上述纤维素典型但非限制性的优选实施方案为：0.01份、0.015份、0.02份、0.025份和0.03份；
胶粉：本发明中所使用的胶粉为可再分散性乳胶粉，可以改善砂浆的性能，提高砂浆的强度，提高砂浆与各种基材的粘接强度，提高砂浆的柔性和可变形性、抗压强度、抗折强度、耐磨损性、韧性、粘接力和保水能力、可施工性。
上述胶粉典型但非限制性的优选实施方案为：0.05份、0.06份、0.08份和0.1份；
丙烯酸乳液：聚合物乳液在拌和物中的润滑作用显著降低水灰比，也就是毛细管定隙体积的减少聚合物乳液在环境条件下，凝聚聚盖在水泥凝胶体和骨料颗粒表面。本发明中丙烯酸乳液能够使水泥和骨料基本形成强有力的粘结，聚合物网络阻止混凝土微裂缝生长的能力等。
上述丙烯酸乳液典型但非限制性的优选实施方案为：0.1份、0.2份、0.3份、0.4份和0.5份；
水：本发明中各原料遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物，由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，导致产生强度。
上述水典型但非限制性的优选实施方案为：10份、11份、12份、13份、14份和15份。
本发明提供的一种夯土材料，主要由生土、钢渣、水泥、偏高岭土、掺合料、生石灰、纤维素、胶粉、丙烯酸乳液和水按特定比例复配后得到，上述夯土材料充分利用了作为钢铁工业废弃物的钢渣，经过钢渣和各原料的相互配合，改变了生土的原有结构和性质，使夯土的密实度和强度都明显增强，变废为宝，制得的夯土材料可以替代沙石料循环利用，缓解了现有钢铁工业废弃物的钢渣利用率长期在低位徘徊的问题。
在本发明的一种优选实施方式中，按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：生土28～32份、钢渣52～58份、水泥10～20份、偏高岭土1.5～2份、掺合料1.5～2份、生石灰0.8～1.2份、纤维素0.01～0.02份、胶粉0.08～0.09份、丙烯酸乳液0.2～0.4份和水12～14份；
在上述优选实施方式中，按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：生土30份、钢渣55份、水泥15份、偏高岭土1.8份、掺合料1.8份、生石灰1份、纤维素0.02份、胶粉0.08份、丙烯酸乳液0.3份和水13份。
本发明中，通过对各组分原料用量比例的进一步调整和优化，从而进一步优化了本发明夯土材料的密实度和强度。
在本发明的一种优选实施方式中，所述钢渣的粒径≤15mm。
作为以一种优选的实施方式，上述钢渣的粒径≤15mm，可以使钢渣在夯土材料中更为均匀的分散，并使钢渣与其他原料的结合更为紧密，增加夯土材料的密实度。
在本发明的一种优选实施方式中，所述纤维素为羟丙基甲基纤维素。
作为一种优选的实施方式，羟丙基甲基纤维素HPMC的保水性能使浆料在输出后不会因干得太快而龟裂，增强硬化后强度。
根据本发明的一个方面，一种上述夯土材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)：将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液；
(b)：将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料；
(c)：将步骤(a)得到的搅拌溶液加入到步骤(b)得到的干粉料中充分搅拌均匀，制得夯土材料；
所述步骤(a)和步骤(b)的顺序可调换。
本发明提供的一种夯土材料的制备方法，该制备方法首先将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液，同时将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料，随后将上述搅拌溶液加入干粉料中充分搅拌制得夯土材料。上述方法制备工艺简单，制备过程中不需要特殊的加工设备，可操作性强，具有很好的经济性。
在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤(c)中搅拌溶液与干粉料进行搅拌的搅拌速率为30～40r/min，搅拌温度为15～25℃，搅拌时间为70～150s。
根据本发明的一个方面，一种上述夯土材料在建筑施工领域中的应用，所述夯土材料可代替砂石料广泛应用于建筑施工领域中。
下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
实施例1
一种夯土材料，所述按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：
生土25份、钢渣50份、水泥5份、偏高岭土1份、掺合料1份、生石灰0.5份、纤维素0.01份、胶粉0.05份、丙烯酸乳液0.1份和水10份。
一种上述夯土材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)：将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液；
(b)：将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料；
(c)：将步骤(a)得到的搅拌溶液加入到步骤(b)得到的干粉料中充分搅拌均匀，制得夯土材料；
所述搅拌的搅拌速率为30r/min，搅拌温度为15℃，搅拌时间为70s。
实施例2
一种夯土材料，所述按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：
生土35份、钢渣60份、水泥23份、偏高岭土2份、掺合料2份、生石灰1.5份、纤维素0.03份、胶粉0.1份、丙烯酸乳液0.5份和水15份。
一种上述夯土材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)：将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液；
(b)：将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料；
(c)：将步骤(a)得到的搅拌溶液加入到步骤(b)得到的干粉料中充分搅拌均匀，制得夯土材料；
所述搅拌的搅拌速率为40r/min，搅拌温度为25℃，搅拌时间为150s。
实施例3
一种夯土材料，所述按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：
生土28份、钢渣52份、水泥10份、偏高岭土1.5份、掺合料1.5份、生石灰0.8份、纤维素0.01份、胶粉0.08份、丙烯酸乳液0.2份和水12份。
一种上述夯土材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)：将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液；
(b)：将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料；
(c)：将步骤(a)得到的搅拌溶液加入到步骤(b)得到的干粉料中充分搅拌均匀，制得夯土材料；
所述搅拌的搅拌速率为32r/min，搅拌温度为18℃，搅拌时间为80s。
实施例4
一种夯土材料，所述按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：
生土32份、钢渣58份、水泥20份、偏高岭土2份、掺合料2份、生石灰1.2份、纤维素0.02份、胶粉0.09份、丙烯酸乳液0.4份和水14份。
一种上述夯土材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)：将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液；
(b)：将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料；
(c)：将步骤(a)得到的搅拌溶液加入到步骤(b)得到的干粉料中充分搅拌均匀，制得夯土材料；
所述搅拌的搅拌速率为38r/min，搅拌温度为22℃，搅拌时间为120s。
实施例5
一种夯土材料，所述按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：
生土30份、钢渣55份、水泥15份、偏高岭土1.8份、掺合料1.8份、生石灰1份、纤维素0.02份、胶粉0.08份、丙烯酸乳液0.3份和水13份。
一种上述夯土材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)：将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液；
(b)：将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料；
(c)：将步骤(a)得到的搅拌溶液加入到步骤(b)得到的干粉料中充分搅拌均匀，制得夯土材料；
所述搅拌的搅拌速率为35r/min，搅拌温度为20℃，搅拌时间为100s。
对比例1
本对比例中除钢渣含量为45份外，其余同实施例5。
对比例2
本对比例中除钢渣含量为65份外，其余同实施例5。
对比例3
本对比例中除不包含丙烯酸乳液外，其余同实施例5。
对比例4
本对比例中除不包含生石灰外，其余同实施例5。
效果例1
将实施例1～5以及对比例1～4制得夯土材料按照国家标准或行业标准做性能检测，其中，抗压强度和干表观密度的检测依据为GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》；同时按JGJ/T 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》对混凝土的填充性、间隙通过性和抗离析性进行测量，测量结果良好，数据如下表1和表2所示。
表1：实施例1～5夯土材料的性能检测数据
Figure BDA0002059051760000111
表2：对比例1～4夯土材料的性能检测数据
Figure BDA0002059051760000121
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种夯土材料，其特征在于，按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：
生土25~35份、钢渣50~60份、水泥5~23份、偏高岭土1~2份、掺合料1~2份、生石灰0.5~1.5份、纤维素0.01~0.03份、胶粉0.05~0.1份、丙烯酸乳液0.1~0.5份和水10~15份；
所述钢渣的粒径为X，0＜X≤15mm；
所述掺合料为矿粉和粉煤灰。
2.根据权利要求1所述的夯土材料，其特征在于，按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：
生土28~32份、钢渣52~58份、水泥10~20份、偏高岭土1.5~2份、掺合料1.5~2份、生石灰0.8~1.2份、纤维素0.01~0.02份、胶粉0.08~0.09份、丙烯酸乳液0.2~0.4份和水12~14份。
3.根据权利要求1所述的夯土材料，其特征在于，按重量份数计，所述夯土材料主要由以下原料组成：
生土30份、钢渣55份、水泥15份、偏高岭土1.8份、掺合料1.8份、生石灰1份、纤维素0.02份、胶粉0.08份、丙烯酸乳液0.3份和水13份。
4.根据权利要求1~3任一项所述的夯土材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥和/或硫铝酸盐水泥。
5.根据权利要求1~3任一项所述的夯土材料，其特征在于，所述纤维素为羟丙基甲基纤维素。
6.一种根据权利要求1~5任一项所述的夯土材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（a）：将丙烯酸乳液与水混匀制得搅拌溶液；
（b）：将除丙烯酸乳液和水以外的其他原料混匀得到干粉料；
（c）：将步骤（a）得到的搅拌溶液加入到步骤（b）得到的干粉料中充分搅拌均匀，制得夯土材料；
所述步骤（a）和步骤（b）的顺序可调换。
7.根据权利要求6所述的夯土材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（c）中搅拌溶液与干粉料进行搅拌的搅拌速率为30~40r/min，搅拌温度为15~25℃，搅拌时间为70~150s。
8.一种根据权利要求1~5任一项所述的夯土材料在建筑施工领域中的应用。
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