CN110734266A - 一种碱渣土再生回填材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种碱渣土再生回填材料及其制备方法，涉及土木工程材料技术领域。其中，上述碱渣土再生回填材料包括以下重量份数的配方成分：碱渣15‑20份；增钙灰5‑10份；粉煤灰5‑10份；渣土5‑10份；细砾石5‑10份；水泥3‑7份。本申请的碱渣土再生回填材料中的碱渣成分可作为土骨架的组成部分，可作为工程用土；且增钙灰和粉煤灰可以填充碱渣、细砾石等颗粒间的空隙，并能吸收水分，既可提高碱渣土再生回填材料的干容重和强度，又可改善碱渣土再生回填材料的表观；因此，上述碱渣土再生回填材料可用于低洼区、滩涂区的工程填垫，实现了碱渣的资源化利用，有效增加土地利用资源，减少环境污染，经济、社会、环境效益明显。

Description

一种碱渣土再生回填材料及其制备方法

技术领域

本申请属于土木工程材料技术领域，尤其涉及一种碱渣土再生回填材料及其制备方法。

背景技术

碱渣是制碱企业利用氨碱法生产纯碱过程中产生的固体废料，是工业废渣之一。目前，废渣有两种主要处理方式：一是使废渣直接流入海湾，不加限制的混合排放，造成海域、河流不同程度的污染和淤塞，水产养殖业遭到严重破坏；二是将废渣沉积排放到渣场，以致占用大量土地或海域，造成河边“白海”，不仅危及航道，而且成为安全隐患，国内外许多碱厂因无法解决碱渣的污染问题而被迫关闭。

由于碱渣后处理、资源化和再利用技术研发及产业化滞后，需要占用相当数量的生态环境和土地资源。而碱渣属高碱性物质，任意堆放，易使其中的有害成分经过风化淋滤、地表径流的侵蚀而渗入地下水和土壤，污染水体和土壤；碱渣还能破坏土壤的结构，使土壤丧失腐解能力。

因此，研究碱渣的资源化利用具有重要的环境和经济效益。

发明内容

本申请的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种高压实度的碱渣土再生回填材料，可明显提高环境和经济效益。

本申请的另一目的是提供一种工艺简单，条件易控，生产成本低的碱渣土再生回填材料的制备方法。

根据本申请的一方面，提供一种碱渣土再生回填材料，包括以下重量份数的配方成分：

根据本申请的另一方面，提供一种碱渣土再生回填材料的制备方法，包括如下步骤：

对渣土进行前处理：对上述渣土进行搅拌使之质地均匀，并去除上述渣土中的异物；

按上述的碱渣土再生回填材料的配方分别称取各成分；

将水与上述各成分进行混合搅拌，得到混合物，其中上述水的重量占上述混合物总重量的45％-55％；

将上述混合物在自然环境下脱水固化1-3天，即得成品。

上述碱渣土再生回填材料包含组分碱渣、增钙灰、粉煤灰、渣土、细砾石和水泥，其中，碱渣包含的成分可作为土骨架的组成部分，因此碱渣可作为工程用土；且增钙灰和粉煤灰可以填充碱渣、细砾石等颗粒间的空隙，并能吸收水分，因此掺入增钙灰和粉煤灰既可提高碱渣土再生回填材料的干容重和强度，又可改善碱渣土再生回填材料的表观；因此，上述碱渣土再生回填材料可用于低洼区、滩涂区的工程填垫，实现碱渣的资源化利用，有效增加土地利用资源，减少环境污染，经济、社会、环境效益明显。

上述碱渣土再生回填材料的制备方法只需按配方将各组分与水进行混合搅拌后再脱水固化即可得到成品，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低的特点，适于现场施工。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下文中的重量份可以表示本领域常规的单位计量，如千克、克等，也可以表示的是各组分之间的比例，如质量或重量比等。

本申请实施例提供一种碱渣土再生回填材料，包括以下重量份数的配方成分：

其中，上述碱渣土再生回填材料所含的碱渣为纯碱生产过程中产生的废弃物，其主要化学成分为难溶于水的盐类化合物，包括碳酸钙、硫酸钙、铝氧化物、铁氧化物、以及硅氧化物，上述碱渣成分均可作为土骨架的组成部分，且碳酸钙可在土颗粒间产生胶结作用。因此，从上述碱渣的化学成分分析结果来看，上述碱渣可作为工程土。一实施例中，将上述增钙灰与上述碱渣按照一定比例搅拌均匀即可配置成上述碱渣土再生回填材料，其中，上述碱渣和上述增钙灰都是来源于纯碱生产过程中产生的废弃物。另一实施例中，将上述碱渣与上述粉煤灰、上述水泥等其他材料搅拌均匀也可配置成上述碱渣土再生回填材料，其中，上述碱渣来源于纯碱生产过程中产生的废弃物，上述粉煤灰来自煤粉燃烧后产生的煤灰渣。在具体实施例中，上述碱渣的含量可以是15份、16份、17份、18份、19份、20份等重量份。

上述碱渣土再生回填材料包含的增钙灰为纯碱生产过程中排出的另一种废弃物，上述增钙灰由粉尘颗粒组成，属于粉土类材料，其外观与粉煤灰相似，呈黑色或黑灰色，且其比重高于普通粉煤灰，达2.40左右。在具体实施例中，上述增钙灰的含量可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份等重量份。

上述碱渣土再生回填材料包含的粉煤灰主要为燃煤电厂粒径在100μm以下的煤粉经预热空气喷入炉膛悬浮燃烧后产生的煤灰渣。一实施例中，上述碱渣土再生回填材料中掺入的上述粉煤灰和上述增钙灰，既可填充碱渣、细砾石等颗粒间的空隙，也可吸收水分，因此提高了上述碱渣土再生回填材料的干容重和强度，且改善了上述碱渣土再生回填材料的表观。在具体实施例中，上述粉煤灰的含量可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份等重量份。

上述碱渣土再生回填材料包含的渣土的粒径一般＜20mm，且上述渣土的粒径＜5mm的细颗粒黏土或粉砂的含量不超过上述渣土质量的60％，以有利于后期强度的提升。一实施例中，上述渣土为市政工程中的雨污分流施工过程中开挖沟槽产生的废弃土。另一实施例中，上述渣土为市政工程中的管网改造施工过程中开挖沟槽产生的废弃土。在具体实施例中，上述渣土的含量可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份等重量份。

上述碱渣土再生回填材料包含的细砾石的直径一般为15-20mm。一实施例中，上述细砾石为市政工程施工过程中建筑废弃物破碎资源化后的细砾石。另一实施例中，上述细砾石从采石场、河道等开采而来。在具体实施例中，上述细砾石的含量可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份等重量份。

上述碱渣土再生回填材料包含的水泥属于水硬性无机胶凝材料，上述水泥可为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫酸铝盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的任一种或多种组合。在具体实施例中，上述水泥的含量可以是3份、4份、5份、6份、7份等重量份。

因此，本申请上述实施例中的碱渣土再生回填材料中的碱渣成分可作为土骨架的组成部分，可作为工程用土；且增钙灰和粉煤灰可以填充碱渣、细砾石等颗粒间的空隙，并能吸收水分，既可提高碱渣土再生回填材料的干容重和强度，又可改善碱渣土再生回填材料的表观；因此，上述碱渣土再生回填材料可应用于低洼区、滩涂区的工程填垫，从而实现了碱渣的资源化利用，既有效增加土地资源利用率，也减少环境污染，因此，带来显著的经济、社会、环境效益。

相应地，本申请实施例还提供了上述碱渣土再生回填材料的一种制备方法，上述制备方法包括如下步骤：

对渣土进行前处理：对上述渣土进行搅拌使之质地均匀，并去除上述渣土中的异物；

按照上述的碱渣土再生回填材料的配方分别称取各成分；

将水与上述各成分进行混合搅拌，得到混合物，其中上述水的重量占上述混合物总重量的45％-55％；

将上述混合物在自然环境下脱水固化1-3天，即得成品。

可选的，在上述碱渣土再生回填材料制备过程中，加入水的重量占上述碱渣土再生回填材料的总重量的45％-55％时，水的含量相对较高，此时上述碱渣土再生回填材料的干容重达16.5-18.5kN/m³。在具体实施例中，上述碱渣土再生回填材料中的水的含量可以是45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％等重量百分比。

具体地，上述制备碱渣土再生回填材料前需要对各成分进行前处理，以满足工程需要。一实施例中，当上述渣土中有机质含量＞5％时，会影响上述制备的碱渣土再生回填材料的后期强度，则该上述渣土不适合作为原材料。另一实施例中，当上述渣土中混入木片、铁片等异物时，需要去除这些异物。另一实施例中，当对上述碱渣土再生回填材料的品质和强度要求较高时，应将上述各成分中粒径在40mm以上的粗颗粒物去除，以提升整体的拌和均匀性和后期强度，减少裂缝等产生。

上述制备碱渣土再生回填材料的方法还包括配比设计。在具体实施例中，根据上述碱渣土再生回填材料的使用目的和工程需求，确定上述碱渣土再生材料的最优配合比设计。

具体地，上述制备碱渣土再生回填材料的方法中，对上述各成分进行混合搅拌时，需要先将开挖的上述渣土进行简单的破碎，以减少上述渣土结块，降低其粘结程度，因此，有利于提高上述渣土搅拌时的均匀度和拌和性，并提升上述渣土的品质，再按照设计的混合比依次加入细砾石、水、水泥、碱渣、增钙灰和粉煤灰等成分，并采用高效的双轴搅拌机对混合成分进行搅拌，其中利用双轴搅拌机的叶片对上述混合成分进行快速搅拌和打散，混合搅拌时间约3-5min，即可制备成均匀的上述碱渣土再生回填材料。

上述制备碱渣土再生回填材料的使用方法还包括压实回填，将制备完成的上述碱渣土再生回填材料采用泵输送到填垫区，并采取整片水平分层回填和利用压实机对填垫区按照分层碾压压实的方式进行压实。一实施例中，上述碱渣土再生回填材料的分层厚度控制在250-350mm以内，压实机具体为人工打夯机或振动压路机，且上述碱渣土再生回填材料的每层压实不少于5-7遍，对上述填垫区进行碾压压实时应保证中间稍高于两边的斜坡形，有利于排水。另一实施例中，对上述碱渣土再生回填材料进行同层填垫时需要当即碾压完成，且遇雨时需将上述碱渣土再生回填材料的表面积水、泥浆等及时清除，并做好防雨措施，以免上述碱渣土再生回填材料的后期强度受到影响。

上述碱渣土再生回填材料的制备方法只需按配方将各组分与水进行混合搅拌后再脱水固化即可得到成品，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低的特点，适于现场施工。

现以结合具体优选实施例对上述碱渣土再生回填材料及其制备方法进行详细阐述。

优选实施例1：

碱渣土再生回填材料及其制备方法方法。其中，上述碱渣土再生回填材料的配方如下：

其中，上述渣土中粒径为3mm的细颗粒黏土或粉砂含量为30％，上述细砾石的直径为18mm。

上述碱渣土再生回填材料的制备方法包括如下步骤：

1)对渣土进行前处理：对上述渣土进行搅拌使之质地均匀，并去除上述渣土中的异物；

2)按照上述碱渣土再生回填材料的配方分别称取各成分，

3)将水与上述各成分进行混合搅拌，得到混合物，其中上述水的重量占上述混合物总重量的50％；

4)将上述混合物在自然环境下脱水固化3天，即得成品。

本实施例中，将重量为50％的水与上述碱渣土再生回填材料的其他成分(碱渣、增钙灰、粉煤灰、渣土、细砾石、水泥)混合后搅拌均匀，再将搅拌均匀的上述碱渣土再生回填材料对试验场地为长3米*宽3米*高2米的沟槽进行分层压实和分层回填，并在自然环境脱水固化3天后，对上述碱渣土再生回填材料进行压实度检测，上述碱渣土再生回填材料的压实度可达0.92，再用荷载板对压实效果进行现场检测，上述碱渣土再生回填材料的承载力达到1.8MPa以上，其中具体测试方法参考《土工试验方法标准》(GB/T 50123-2019)。

优选实施例2：

碱渣土再生回填材料及其制备方法方法。其中，上述碱渣土再生回填材料的配方如下：

其中，上述渣土中粒径为3mm的细颗粒黏土或粉砂含量为60％，上述细砾石的直径为20mm。

上述碱渣土再生回填材料的制备方法包括如下步骤：

1)对渣土进行前处理：对上述渣土进行搅拌使之质地均匀，并去除上述渣土中的异物；

2)按照上述碱渣土再生回填材料的配方分别称取各成分，

3)将水与上述各成分进行混合搅拌，得到混合物，其中上述水的重量占上述混合物总重量的45％；

4)将上述混合物在自然环境下脱水固化3天，即得成品。

本实施例中，将重量为45％的水与上述碱渣土再生回填材料的其他成分(碱渣、增钙灰、粉煤灰、渣土、细砾石、水泥)混合后搅拌均匀，再将搅拌均匀的上述碱渣土再生回填材料对试验场地为长3米*宽3米*高2米的沟槽进行分层压实和分层回填，并在自然环境脱水固化3天后，对上述碱渣土再生回填材料进行压实度检测，上述碱渣土再生回填材料的压实度可达0.91，再用荷载板对压实效果进行现场检测，上述碱渣土再生回填材料的承载力达到1.5MPa以上，其中具体测试方法参考《土工试验方法标准》(GB/T 50123-2019)。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种碱渣土再生回填材料，其特征在于，包括以下重量份数的配方成分：

2.如权利要求1所述的碱渣土再生回填材料，其特征在于，所述渣土为市政工程施工过程中开挖沟槽产生的废弃土。

3.如权利要求2所述的碱渣土再生回填材料，其特征在于，所述渣土的粒径＜20mm，且其中粒径＜5mm的细颗粒的含量不超过60wt％。

4.如权利要求3所述的碱渣土再生回填材料，其特征在于，所述细砾石的直径为15-20mm。

5.如权利要求4所述的碱渣土再生回填材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫酸铝盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的任一种或多种组合。

6.一种碱渣土再生回填材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

对渣土进行前处理：对所述渣土进行搅拌使之质地均匀，并去除所述渣土中的异物；

按权利要求1-5任一项所述的碱渣土再生回填材料的配方分别称取各成分；

将水与所述各成分进行混合搅拌，得到混合物，其中所述水的重量占所述混合物总重量的45％-55％；

将所述混合物在自然环境下脱水固化1-3天，即得成品。