CN111268992A - 一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑工程和固废利用技术领域，尤其涉及一种废脱硫石膏‑废粉煤灰地基回填材料及其制备方法和应用。本发明以废弃脱硫石膏和粉煤灰作为主体材料，并在其中添加水玻璃或氢氧化钠，按照所述原料比例得到的地基回填材料的力学性能好，可制得满足承载力设计要求的地基。如实施例结果所示，以所述废脱硫石膏‑废粉煤灰地基回填材料为基础，所制备的地基的压实系数为97.5～99.2％，承载力特征值为280～330kPa。

Description

一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及建筑工程和固废利用技术领域，尤其涉及一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料及其制备方法和应用。
背景技术
脱硫石膏主要为石灰或石灰石用于燃煤尾气排放脱硫后回收所得，其在物理成分、脱水特性、易磨性、流变性能等宏观特征上与天然石膏存在不同。目前，我国脱硫石膏年出产量在4000万吨左右，但脱硫石膏的利用率仅为30％，大量脱硫石膏被堆放或填海，不仅占用大量土地，而且脱出的硫又回到地面，造成二次污染。
粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。虽然一部分粉煤灰经处理作为建筑材料二次利用，但仍存在大量的劣质粉煤灰无法处理利用，只能堆存，从而会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和水生物造成危害。
在建筑工程领域，地基换填需要大量土方。但是目前土地资源紧缺，土方材料不易获得。因此，以其他固体废弃物替代土方材料，不仅能够解决固体废弃物的资源化利用问题，也会节约土方材料，解决土地资源的紧缺问题，产生巨大的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料及其制备方法和应用，本发明提供的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料的力学性能好，生产成本低，制备方法简单。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料，包括以下重量份数的原料：
粉煤灰40～60份，脱硫石膏40～60份，还包括水玻璃或氢氧化钠；所述水玻璃的重量份数为0.05～0.1份，所述氢氧化钠的重量份数为0.05～0.1份。
优选的，所述水玻璃的模数为2.5～2.8。
优选的，所述氢氧化钠以碱液的形式使用，所述碱液的质量浓度为30％。
优选的，所述脱硫石膏中Ca(SO4)(H2O)2的含量不低于80％，脱硫石膏的含水率为28％～35％。
优选的，所述粉煤灰中Al4.56Si1.44O9.72的含量不低于70％，粉煤灰的含水率为10.0～15.0％。
本发明提供了上述技术方案所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料的制备方法，包括以下步骤：
将所述原料混合，得到废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料。
优选的，所述混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度为25～35r/min，所述搅拌的时间为25～30min。
本发明提供了所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料或上述技术方案所述制备方法制备的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料在地基回填中的应用。
优选的，所述地基回填的施工方法包括将所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料依次进行摊铺、静压和振动碾压。
优选的，所述摊铺的松铺厚度为30～50cm，所述压路机的型号为18～20t，所述静压的次数为2次，所述振动碾压的次数为2～8次；所述振动碾压的轮迹重叠为0.3～0.5m，所述振动碾压的速度为1.5～2.0km/h。
本发明提供了一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料及其制备方法和应用，本发明提供的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料包括以下质量份数的原料：脱硫石膏40～60份，粉煤灰40～60份，还包括水玻璃或氢氧化钠；以所述脱硫石膏和粉煤灰的质量份数之和为基准，所述水玻璃的质量份数为0.05～0.1份，所述氢氧化钠的质量份数为0.05～0.1份。
本发明以废弃脱硫石膏和粉煤灰作为主体材料，并在其中添加水玻璃或氢氧化钠，按照所述原料比例得到的地基回填材料的力学性能好，可制得满足承载力设计要求的地基。本发明以水玻璃或氢氧化钠作为激发剂，当粉煤灰和激发剂混合后，粉煤灰中的硅铝玻璃相在激发剂的作用下发生解聚作用形成低聚的[SiO4]和[AlO4]，随后低聚态的[SiO4]和[AlO4]产生缩聚作用形成[Mx(AlO2)y(SiO2)z·nMOH·mH2O]胶体，该胶体快速在粉煤灰颗粒表面沉淀，将没有反应反应的粉煤灰颗粒粘结起来，最终形成粉煤灰基矿物聚合物，提高混合料的抗压强度；另一方面将粉煤灰和脱硫石膏混合物通过压路机进行碾压，提高了混合料的密实度和抗压强度；其中，脱硫石膏不参加化学反应，作为掺合料减少粉煤灰使用量。如实施例结果所示，以所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料为基础，所制备的地基的压实系数为97.5～99.2％，承载力特征值为280～330KPa。
本明提供了所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料的制备方法，直接混合原料即可制得地基回填材料，生产成本低，制备方法简单，而且解决了脱硫石膏、粉煤灰等固体废弃物的资源化利用问题，节约土地资源，能够产生巨大的经济和社会效益。
具体实施方式
本发明提供了一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料，包括以下重量份数的原料：
粉煤灰40～60份，脱硫石膏40～60份，还包括水玻璃或氢氧化钠；所述水玻璃的重量份数为0.05～0.1份，所述氢氧化钠的重量份数为0.05～0.1份。
在本发明中，若无特殊说明，所需原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
以重量份计，本发明提供的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料包括粉煤灰40～60份，优选为45～55份，更优选为50份。在本发明中，所述粉煤灰中Al4.56Si1.44O9.72的含量优选不低于70％，更优选为75％～86％，所述粉煤灰的含水率优选为10.0～15.0％，更优选为12.0～14.0％。在本发明中，粉煤灰与激发剂(水玻璃或氢氧化钠)发生化学反应生成[Mx(AlO2)y(SiO2)z·nMOH·mH2O]胶体，最终形成粉煤灰基矿物聚合物，提高混合料的抗压强度。
以所述粉煤灰的重量份数为基准，本发明提供的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料包括脱硫石膏40～60份，优选为45～55份，更优选为50份。在本发明中，所述脱硫石膏中Ca(SO4)(H2O)2的含量优选不低于80％，更优选为85～95％，所述脱硫石膏的含水率优选为28％～35％，更优选为30～32％。在本发明中，所述脱硫石膏作为掺合料加入回填材料中，能够减少粉煤灰的使用量，且脱硫石膏不参加化学反应。
以所述粉煤灰的重量份数为基准，本发明提供的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料还包括水玻璃或氢氧化钠，所述水玻璃的重量份数为0.05～0.1份，所述氢氧化钠的重量份数为0.05～0.1份。在本发明中，所述水玻璃的模数优选为2.5～2.8，更优选为2.6～2.7；所述氢氧化钠优选以液体的形式使用，所述氢氧化钠溶液优选为氢氧化钠水溶液，所述氢氧化钠水溶液的质量浓度优选为30％。本发明利用水玻璃或氢氧化钠作为激发剂与粉煤灰发生化学反应。
本发明提供了上述技术方案所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料的制备方法，包括以下步骤：
将所述原料混合，得到废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料。
进行所述混合前，本发明优选将所述脱硫石膏和粉煤灰过5cm筛，去除粒度大于5cm的结块。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度优选为25～35r/min，更优选为30r/min，所述搅拌的时间优选为25～30min，更优选为26～28min。
本发明提供了所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料或上述技术方案所述制备方法制备的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料在地基回填中的应用。
在本发明中，所述地基回填的施工方法优选包括将所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料依次进行摊铺、静压和振动碾压。
在本发明中，所述摊铺的松铺厚度优选为30～50cm，所述压路机的型号优选为18～20t，所述静压的次数优选为2次，所述振动碾压的次数优选为2～8次；所述振动碾压的轮迹重叠优选为0.3～0.5m，所述振动碾压的速度优选为1.5～2.0km/h。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中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。
实施例1
(1)制备废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料：将脱硫石膏和粉煤灰过5cm筛；将脱硫石膏(50份，含水率32.5％，Ca(SO4)(H2O)2的含量为88％)和粉煤灰(50份，含水率12.8％，Al4.56Si1.44O9.72的含量为78％)，在30r/min条件下搅拌30min进行混合均匀，在搅拌过程中外加0.1份的水玻璃，得到废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料；
(2)废脱硫石膏-废粉煤灰地基制备：将步骤(1)制备的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料摊铺，松铺厚度为30cm，采用18t振动压路机进行碾压，先静压2遍，然后振动碾压2遍，轮迹重叠为0.3m，碾压行进速度为1.5km/h，得到废脱硫石膏-废粉煤灰地基。
按照《建筑地基检测技术规范》(JGJ340-2015)中的测试方法，测试废脱硫石膏-废粉煤灰地基的力学性能：
结果表明，所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基的压实系数为97.5％，地基承载力特征值为280kPa。
实施例2
(1)制备废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料：将脱硫石膏和粉煤灰过5cm筛；将脱硫石膏(50份，含水率31.8％，Ca(SO4)(H2O)2的含量为85％)和粉煤灰(50份，含水率13.4％，Al4.56Si1.44O9.72的含量为82％)，在30r/min条件下搅拌30min进行混合均匀，在搅拌过程中外加0.1份的氢氧化钠水溶液(质量浓度为30％)，得到废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料；
(2)废脱硫石膏-废粉煤灰地基制备：将步骤(1)制备的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料摊铺，松铺厚度为30cm，采用18t振动压路机进行碾压，先静压2遍，然后振动碾压4遍，轮迹重叠为0.5m，行进速度为1.5km/h，得到废脱硫石膏-废粉煤灰地基。
按照《建筑地基检测技术规范》(JGJ340-2015)中的测试方法，测试废脱硫石膏-废粉煤灰回填材料地基的力学性能：
结果表明，所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基的压实系数为99.2％，地基承载力特征值为330kPa；
实施例3
(1)制备废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料：将脱硫石膏和粉煤灰过5cm筛；将脱硫石膏(50份，含水率32.4％，Ca(SO4)(H2O)2的含量为87％)和粉煤灰(50份，含水率11.6％，Al4.56Si1.44O9.72的含量为84％)，在30r/min条件下搅拌30min进行混合均匀，在搅拌过程中外加0.1份的氢氧化钠水溶液(质量浓度为30％)，得到废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料；
(2)废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填：将步骤(1)制备的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料摊铺，松铺厚度为30cm，采用18t振动压路机进行碾压，先静压2遍，然后振动碾压6遍，轮迹重叠为0.5m，行进速度为1.5km/h，得到废脱硫石膏-废粉煤灰地基。
按照《建筑地基检测技术规范》(JGJ340-2015)中的测试方法，测试废脱硫石膏-废粉煤灰地基的力学性能：
结果表明，所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基的压实系数为98.5％，地基承载力特征值为320kPa。
由以上实施例可知，本发明提供了一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料及其制备方法和应用，本发明以废弃脱硫石膏和粉煤灰作为主体材料，并在其中添加水玻璃或氢氧化钠，按照所述原料比例得到的地基回填材料的力学性能好，可制得满足承载力设计要求的地基。如实施例结果所示，以所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料为基础，所制备的地基的压实系数为97.5～99.2％，承载力特征值为280～330kPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
粉煤灰40～60份，脱硫石膏40～60份，还包括水玻璃或氢氧化钠；所述水玻璃的重量份数为0.05～0.1份，所述氢氧化钠的重量份数为0.05～0.1份。
2.根据权利要求1所述的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料，其特征在于，所述水玻璃的模数为2.5～2.8。
3.根据权利要求1所述的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料，其特征在于，所述氢氧化钠以碱液的形式使用，所述碱液的质量浓度为30％。
4.根据权利要求1所述的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料，其特征在于，所述脱硫石膏中Ca(SO4)(H2O)2的含量不低于80％，脱硫石膏的含水率为28％～35％。
5.根据权利要求1所述的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料，其特征在于，所述粉煤灰中Al4.56Si1.44O9.72的含量不低于70％，粉煤灰的含水率为10.0～15.0％。
6.权利要求1～5任一项所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述原料混合，得到废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度为25～35r/min，所述搅拌的时间为25～30min。
8.权利要求1～5任一项所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料或权利要求6～7任一项所述制备方法制备的废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料在地基回填中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述地基回填的施工方法包括将所述废脱硫石膏-废粉煤灰地基回填材料依次进行摊铺、静压和振动碾压。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述摊铺的松铺厚度为30～50cm，所述压路机的型号为18～20t，所述静压的次数为2次，所述振动碾压的次数为2～8次；所述振动碾压的轮迹重叠为0.3～0.5m，所述振动碾压的速度为1.5～2.0km/h。
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