CN110818345A - 一种黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖及制作工艺，由盾构改良渣土、水泥、机制砂、生活垃圾焚烧物、液体土壤固化剂、粉状硅酸钠为原料拌和均匀后压制而成。本发明解决了盾构改良渣土处理难题，减少了环境污染及土地占用，同时也将生活垃圾焚烧物进行了综合处理，并采用机制砂代替传统河砂，实现了城市资源整体化利用。降低了施工成本，实现了资源的可持续发展，响应了国家绿色建设的号召。所制的免烧砖自然养护28天后，抗压强度为11‑15MPa，软化系数为0.8‑0.9，且放射性满足建筑主体材料要求。
Description
技术领域
本发明属于地铁盾构渣土处理领域，特别涉及一种黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖及制备方法。
背景技术
随着城市人口的增多，现有的交通运输方式难以满足市民出行的需求，地铁以其快速、便捷、运输量大等特点而受到人们的青睐。然后，伴随着地铁建设给人们带来便捷性的同时，如何处理盾构开挖过程中产生的大量渣土，也是一道急于解决的“难题”。
目前，盾构开挖过程中排出的渣土，一般采用槽罐车或渣土车运到郊外弃渣场，而这种处理方式不仅造成资源的浪费，在运输过程中常因漏撒而影响市容，处理不当甚至造成环境污染、河道淤塞和土壤板结等严重后果。因此，将地铁基坑渣土实现资源化再利用具有深远意义。既减少了环境污染及土地占用，同时又降低了施工成本，实现了资源的可持续发展，响应了国家“绿色建设”的号召。
特别的对于黏土地层，渣土中含有较多的次生黏土矿物等，通过加入一定的固结剂可用来制作黏土免烧砖，实现资源的循环利用。专利201510437567.X“一种改性渣土免烧砖”通过向地铁施工渣土中混入一定比例的水泥、石灰、石膏、砂等，经过挤压成型并自然养护数天后,制得渣土免烧砖。另外，专利201710284695.4“一种地铁盾构渣土免烧砖及生产方法”通过向盾构输出的干化土及固渣加入一定比例的熟石灰、粉煤灰、秸秆、水泥、土壤固化剂等原料，经过压制成型自然养护，制得盾构渣土免烧砖。上述两者主要针对于盾构渣土领域，均采用传统材料，相应的制作成本较高，缺乏其他建筑垃圾及生活垃圾的综合再利用，且添加材料种类相对复杂，现场可实施性较差。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种制备成本低，制备得到的免烧砖性能好的黏土地层盾构改良渣土免烧砖及及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种盾构改良渣土免烧砖，由盾构改良渣土、水泥、机制砂、生活垃圾焚烧物、液体土壤固化剂、粉状硅酸钠为原料拌和均匀后压制而成。
进一步地，各固体原料质量配比为：盾构改良渣土(55％～80％)、水泥(5％～10％)、机制砂(10％～20％)、生活垃圾焚烧物(4％～10％)、液体土壤固化剂(1％～5％)、粉状硅酸钠(0.4-0.6％)。
进一步地，所述的水泥为42.5等级普通硅酸盐水泥，所述的机制砂粒径介于0.5～2mm。
进一步地，所述的生活垃圾焚烧物为经过筛分破碎后的粉状物，粒径小于0.075mm。
进一步地，所述的液体土壤固化剂为无机类固结剂。
进一步地，所述的粉状硅酸钠模数介于2.6～2.8之间。
进一步地，所述免烧砖压制成型自然养护28天后，强度可达11-15MPa，软化系数达到0.8-0.9。
进一步地，所述免烧砖成品，天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度满足(GB 6566-2010)建筑主体材料要求标准。
一种黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖制作工艺，包括如下步骤，
(1)盾构改良渣土预处理
在黏土地层盾构掘进过程中为了减少结泥饼的风险，常采用分散型泡沫和分散剂进行渣土改良，分散剂的存在降低了渣土之间的电荷作用，渣土的胶结性变弱，体现为松散状态。而在制砖过程中，缺少了渣土的粘结作用，免烧砖成型效果较差，对后期养护及强度发展均造成困难，因此，需要对改良渣土进行预处理，减少泡沫剂及分散剂的影响。
盾构改良渣土预处理通过向盾构输出渣土加入消泡剂和一定量的生石灰，通过消泡剂、生石灰水化发热及创造的碱性环境，加速泡沫消散及分散剂失效，同时加速渣土含水率的降低，产生的消石灰也可以与渣土内的次生矿物发生水化反应。
(2)渣土烘干处理
由于黏性地层渣土的黏性较大，给拌和过程带来较大困难，且经过预处理的渣土含水率仍较高，因此需要对盾构渣土进行干化处理。盾构渣土干化处理采用大型转筒式烘干机，考虑到渣土粘附性较强，在烘干设备中容易结块、成团，因此在烘干机内壁上布置大型的拍板及链条，使成团的黏土块从烘干机内壁上不断脱离及破碎。此外，考虑到热转化效率及环保性，烘干机燃料采用环保型生物燃料，并在端头布有尾气收集装置，以实现环保的最大化。
(3)渣土破碎
盾构渣土干化后成团成块现象严重，无法直接与其他材料进行拌和，因此有必要进行破碎处理。采用大型笼式破碎机将烘干后的渣土进行破碎处理，使烘干渣土破碎后的粒径集中在0.2mm左右，以便与其他原料拌和均匀，增加反应接触面积，有利于提高免烧砖的强度。
(4)渣土活化处理
正常情况下，盾构渣土自身的活性较低，为了改善渣土的活性及胶结性，需要添加一些活性材料来改良其化学性质。为了实现城市资源的综合利用，通过将无毒化处理后的生活垃圾焚烧物粉碎成小于0.075mm以下的分料，将其按照上述配比定量的掺入盾构干化土中。由于生活垃圾焚烧物属于含有活性SiO2及Al2O3的隐型活性废渣，在激发剂的作用下,激发生活垃圾焚烧炉渣的活性,因此，按照上述配比掺入定量的粉状硅酸钠进行拌和均匀。待拌和均匀后，将渣土静置30min。
(5)干物料配制
按照上述比例称量一定量的水泥和机制砂和活化后的渣土装入大型轮碾强制搅拌机内进行充分碾压拌和，使干物料拌和均匀。
(6)湿物料配制
免烧砖胚的成型效果不仅与原料的组成有关，原料的含水率对其成型效果也至关重要。含水率过高，成型过程中容易泌水污染工作面，且粘附性较强导致脱模困难；含水率过低，成型后砖胚的胶结性差，容易出现开裂缺角等质量问题。
为了提高免烧砖胚的成型效果及胶结性，将干物料的含水率控制在10-15％之间，同时按比例定量调剂液体土壤固化剂。将称量好的土壤固结剂与纯水以雾状喷洒到干物料表面，边喷洒边拌和，使物料拌和均匀且不易成团，待物料颜色均匀性较好时停止拌和，完成湿物料的配制。
(7)免烧砖胚压制
免烧砖胚的成型效果及后期强度不仅与材料配比和含水率有关，砖胚在压制过程中的成型压力也至关重要，且成型压力越大，砖胚的致密性越好，其后期强度越高，吸水率也越低。因此，在免烧砖胚压制过程中，选用大型静压砖机，成型压力控制在20-25MPa之间。
(8)免烧砖养护
初始压制成型后的砖胚含水率较高，水泥水化反应程度较低，需要进行养护处理。砖胚在压制成型后，先放置在雨棚内进行自然养护2d，使其初始硬化；而后按照尺寸1m×1m×1m的形状进行人工堆码，并进行喷水养护，每隔2d喷淋一次；喷淋养护至第7d后，保持自然养护至28天，即可出厂。
原理及优势
本申请在行业内首次采用盾构改良渣土、机制砂及生活垃圾焚烧物作物原料，通过各组分以及制备工艺的协同作用，成功制备得到了性能优异的免烧砖。
其中，机制砂在免烧砖中主要起到颗粒骨架作用，有利于提高免烧砖的整体强度，同时，也能显著增强原材料的拌和性；而生活垃圾焚烧物在免烧砖中主要起到活性补充作用，进一步提高免烧砖的强度，降低水泥等固结剂的用量。
垃圾焚烧物主要化学成分为SiO2、CaO和Al2O3，可以与水泥水化反应生成的Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙及水化铝酸钙凝胶及结晶连生体。但垃圾焚烧物中还含有大量的非活性的SiO2和Al2O3，非活性的SiO2和Al2O3在硅酸钠创造的碱性环境下反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，进一步增强免烧砖强度。
本发明的优点在于：
1、本发明通过将盾构改良渣土制作免烧砖，解决了盾构改良渣土处理问题，减少了对城市及自然环境的破坏，实现了资源可持续利用。
2、本发明不仅解决实现渣土再利用，同时也将生活垃圾焚烧物进行了综合处理，并采用机制砂代替传统河砂，实现了城市资源整体化利用。
3、将盾构改良渣土制作免烧砖，不仅节省了运输成本，同时可以实现工程建筑用砖的自给自足，具有较高经济效益。
4、本发明在实施过程，无噪声、无粉尘、无二次排放，具有节能、环保的特点。
5、本发明制作的免烧砖抗压强度可达到MU10级以上，且软化系数均大于0.8，满足建筑用砖的性能要求，而且制备成本仅为常规免烧砖的80％左右，砖样的放射性也满足建筑主体材料标准。
附图说明
图1为土样的衍射图谱；
图2为制备得到的免烧砖软化图片。
具体实施方式
下面将通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
通过从杭州地铁某线某车站的基坑渣土进行取样，进行XRD矿物成分分析，得到的衍射图谱如图1所示，相应的矿物成分情况如表1所示。
实施例1
按照盾构改良渣土(55％)、水泥(10％)、机制砂(20％)、生活垃圾焚烧物(10％)、液体土壤固化剂(液体土壤固化剂可以采用羧甲基纤维素、离子交换树脂等)(5％)、粉状硅酸钠0.5％，制砖含水率为15％。按照本发明所提出的免烧砖制作工艺，按照该配比制作养护28天后，对所制砖样进行抗压强度、软化系数测试。
实施例2
按照盾构改良渣土(70％)、水泥(8％)、机制砂(15％)、生活垃圾焚烧物(7％)、液体土壤固化剂(3％)、粉状硅酸钠0.5％，制砖含水率为15％。按照本发明所提出的免烧砖制作工艺，按照该配比制作养护28天后，对所制砖样进行抗压强度、软化系数测试。实施例3
按照盾构改良渣土(80％)、水泥(5％)、机制砂(10％)、生活垃圾焚烧物(4％)、液体土壤固化剂(1％)、粉状硅酸钠0.5％，制砖含水率为15％。按照本发明所提出的免烧砖制作工艺，按照该配比制作养护28天后，对所制砖样进行抗压强度、软化系数测试。
实施例4
按照盾构改良渣土(86％)、水泥(4％)、机制砂(7％)、生活垃圾焚烧物(2％)、液体土壤固化剂(1％)、粉状硅酸钠0.5％，制砖含水率为15％。按照本发明所提出的免烧砖制作工艺，按照该配比制作养护28天后，对所制砖样进行抗压强度、软化系数测试。
实施例5
按照盾构改良渣土(80％)、水泥(8％)、机制砂(25％)、生活垃圾焚烧物(15％)、液体土壤固化剂(1％)、粉状硅酸钠0.5％，制砖含水率为15％。按照本发明所提出的免烧砖制作工艺，按照该配比制作养护28天后，对所制砖样进行抗压强度、软化系数测试。
对于上述5种实施例，其抗压强度及软化系数汇总结果如下：
根据上述表格数据可以得出，对于实施例1、2、3，按照本发明内容所给配比和工艺制备的试样其抗压强度均达到MU10级。对于实施例4，当材料配比低于所给范围时，由于缺少水泥水化胶结作用及活性垃圾焚烧物，砖胚的强度和胶结性较弱，遇水易崩解(如图2所示)；对于实施例5，当材料配比高于所给范围时，尤其是机制砂含量及垃圾焚烧物含量较高时，激发剂含量有限，因此产生的水化产物有限，发挥胶凝作用的程度不足，同样不利于砖体强度及胶结性，(如图2所示)。总之，通过上述实施例可以看出，本发明专利在黏土地层免烧砖制作过程中具有较高的可实施性，生产的免烧砖均可以达到MU10级。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (8)
1.一种黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖，其特征在于，由盾构改良渣土、水泥、机制砂、生活垃圾焚烧物、液体土壤固化剂、粉状硅酸钠为原料拌和均匀后压制而成；其中，
各固体原料质量配比为：55％～80％盾构改良渣土、5％～10％水泥、10％～20％机制砂、4％～10％生活垃圾焚烧物、1％～5％液体土壤固化剂、0.4-0.6％粉状硅酸钠。
2.根据权利要求1所述的黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖，其特征在于，所述的水泥为42.5等级普通硅酸盐水泥，所述的机制砂粒径介于0.5-2mm。
3.根据权利要求1所述的黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖，其特征在于，所述的生活垃圾焚烧物为经过筛分破碎后的粉状物，粒径小于0.075mm。
4.根据权利要求1所述的黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖，其特征在于，所述的液体土壤固化剂为无机类固结剂。
5.根据权利要求1所述的黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖，其特征在于，所述的粉状硅酸钠模数介于2.6～2.8之间。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述免烧砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)盾构改良渣土预处理
通过向盾构输出渣土加入消泡剂和一定量的生石灰，通过消泡剂、生石灰水化发热及创造的碱性环境，加速泡沫消散及分散剂失效，同时加速渣土含水率的降低，产生的消石灰也可以与渣土内的次生矿物发生水化反应；
(2)渣土烘干处理
(3)渣土破碎
(4)渣土活化处理
将无毒化处理后的生活垃圾焚烧物粉碎成小于0.075mm以下的分料，将其按照上述配比定量的掺入干化后的盾构渣土中；并掺入定量的粉状硅酸钠进行拌和均匀；
(5)干物料配制
按照上述比例称量一定量的水泥和机制砂和活化后的渣土装入大型轮碾强制搅拌机内进行充分碾压拌和，使干物料拌和均匀；
(6)湿物料配制
为了提高免烧砖胚的成型效果及胶结性，将干物料的含水率控制在10-15％之间，同时按比例定量调剂液体土壤固化剂；
(7)免烧砖胚压制
在免烧砖胚压制过程中，选用大型静压砖机，成型压力控制在20-25MPa之间；
(8)免烧砖养护
砖胚在压制成型后进行养护，即可出厂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，渣土烘干处理的具体过程如下：采用大型转筒式烘干机，考虑到渣土粘附性较强，在烘干设备中容易结块、成团，因此在烘干机内壁上布置大型的拍板及链条，使成团的黏土块从烘干机内壁上不断脱离及破碎；此外，考虑到热转化效率及环保性，烘干机燃料采用环保型生物燃料，并在端头布有尾气收集装置，以实现环保的最大化。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，渣土破碎的具体过程为：采用大型笼式破碎机将烘干后的渣土进行破碎处理，使烘干渣土破碎后的粒径集中在0.2mm左右，以便与其他原料拌和均匀，增加反应接触面积，有利于提高免烧砖的强度。
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