CN111393117B - 含水原状盾构渣土免烧建筑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含水原状盾构渣土免烧建筑材料及其制备方法。该制备方法，免烧建筑材料由以下重量份数的原料组成：含水原状盾构渣土1‑80份、活性废渣1‑30份、氢氧化钠0.1‑5份、硅酸钠0.1‑10份和水1‑20份，包括步骤：称取活性废渣、硅酸钠、含水原状盾构渣土和水，混合、破碎至含水原状盾构渣土中4.75mm或5mm以上的颗粒的含量不超过10％，得到混合物Ⅰ；向混合物Ⅰ中加入氢氧化钠，得到混合物Ⅱ；将混合物Ⅱ浇筑入模，得含水原状盾构渣土免烧建筑材料。该方法省去了中间的脱水和筛分工艺与环节，极大的降低了生产成本。本发明还包括上述方法制备得到的含水原状盾构渣土免烧建筑材料。

Description

含水原状盾构渣土免烧建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建材材料和固废处理技术领域，尤其涉及一种含水原状盾构渣土免烧建筑材料及其制备方法。
背景技术
由于在盾构掘进的过程中产生的含水原状盾构渣土含泥率高的同时又具有高含水率，如果不及时处理，会造成潜在的危险。首先，城市现有渣土消纳场严重不足，很多城市面临无地可堆的现状；其次，渣土消纳场附近寸草不生，已严重影响甚至破坏周边生态环境；最后，随着渣土堆存数量逐渐增大，其风险性也更高，一旦发生事故，后果不堪设想。
由于含水原状盾构渣土的含水率较高，采用现有技术对含水原状盾构渣土进行资源化回收利用的过程中，需要先对其进行脱水处理，导致回收成本较高。
受盾构区间水文地质条件等因素的影响，盾构掘进下来的渣土一般为各种中风化、强风化或全风化的黏土岩或土层，以及部分碎石、砂，成分比较复杂，这就导致原状渣土脱水极其困难。传统的脱水方式不外乎晾干或烘干，而前者效率太低，后者经济上显然不划算。对于土石混合渣土，现有的筛分效率低下，而对于含碎石较少的黏土岩或土层渣土，现有的方法脱水成本太高。因此，现有的处理与利用方式亟需改变，如若能将原状渣土不脱水直接利用，将极大的降低渣土的前端处理成本，同时，又提高其后端产品附加值。
对渣土进行脱水处理再利用时，干渣土添加液体之后，由于渣土中的黏粒，会产生成团现象，不利于搅拌，因此很难达到均匀的状态。另外单独的脱水工艺成本高，脱水后的筛分也很困难。
由于原状渣土含水，且有很多粗颗粒，在这种情况下可以想象到，制品的强度是很难达到基本的建筑材料的强度要求的；其次，很难使含水原状渣土与活性废渣搅拌达到均匀的状态。
发明内容
因此，本发明针对含水原状盾构渣土含水率高的特点，并且含水原状盾构渣土难以高效脱水与筛分的问题，且如何在保证了所制备免烧建筑材料具有较高的强度的同时，又确保了其耐水性和抗冻性能。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种含水原状盾构渣土免烧建筑材料的制备方法，所述含水原状盾构渣土免烧建筑材料由以下重量份数的原料组成：含水原状盾构渣土1-80份(以干重计)、活性废渣1-30份、氢氧化钠0.1-5份、硅酸钠0.1-10份和水1-20份，并按照如下步骤制得：
S1、按重量份数配比称取活性废渣、硅酸钠、含水原状盾构渣土和水，混合、破碎至所述含水原状盾构渣土中粗颗粒含量不超过10％，得到混合物Ⅰ；所述粗颗粒为4.75mm或5mm以上的颗粒；所述含水原状盾构渣土是指没有进行脱水处理的盾构渣土；
S2、按重量份数配比向所述混合物Ⅰ中加入氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
S3、将混合物Ⅱ浇筑入模，养护脱模得所述含水原状盾构渣土免烧建筑材料。
优选地，在步骤S1中，先将所述活性废渣和所述硅酸钠混合均匀后，再加入至所述水和所述含水原状盾构渣土中进行破碎、混合。
优选地，在步骤S2中，所述混合物Ⅱ的流动度大于140mm。
优选地，在步骤S3中，将所述混合物Ⅱ注入模具的同时振捣模具。
优选地，在步骤S1中，所述活性废渣的目数为200目以上。
优选地，在步骤S2中，所述氢氧化钠为固体片状或粒状分析纯。
优选地，在步骤S1中，所述硅酸钠细度为100目以上，模数为2.3-3.0。
优选地，在步骤S1中，所述活性废渣为粉煤灰和/或高炉矿渣。
本发明还提出一种采用上述制备方法制备得到的含水原状盾构渣土免烧建筑材料。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明通过按照重量份数配比将含水原状盾构渣土与活性废渣、硅酸钠和水进行破碎、混合，直至混合物料中4.75mm或5mm以上的粗颗粒含量不超过10％为止，使得混合物料达到均匀的流动状态，再加入一定比例的氢氧化钠，并搅拌至混合物料的流动度大于140mm，浇筑入模，自然养护脱模得到含水原状盾构渣土免烧建筑材料。通过在含水原状盾构渣土的基础上额外添加一定比例的水，使得渣土颗粒之间分散开来，相对于干渣土更容易搅拌，且渣土颗粒与活性废渣之间接触更加充分，使得混合物料达到初步的均匀状态。另外，通过向混合物料中加入的氢氧化钠，在其溶解过程中，会产生大量微小气泡并逐渐释放出来，同时由于氢氧化钠溶解过程中会释放大量的热量，使得物料温度升高，加剧了微小气泡的释放、扩散，加上搅拌的外力作用，使微小气泡均匀的分散在混合物料中，促使混合物料进一步分散开来，形成均匀的流动状，保证了含水原状盾构渣土免烧建筑材料成型后的均质性，即保证了免烧建筑材料强度较高的同时确保其离散性较小。相比于现有技术中采用对含水原状盾构渣土进行烘干、筛分后的细粒干渣土制备免烧建筑材料，本发明的技术方案省去了中间的脱水和筛分工艺与环节，极大的降低了生产成本，使含水原状盾构渣土生产免烧建筑材料变成现实，为含水原状盾构渣土的资源化利用提供了一种新的方法。
本发明提出的含水原状盾构渣土免烧建筑材料具有较高的抗压强度和优异的耐水抗冻性能。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明含水原状盾构渣土免烧建材的制备方法的工艺流程图。
图2a是本发明方案1浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图2b是本发明方案1浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件破坏形态图。
图2c是本发明方案2浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图2d是本发明方案2浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件破坏形态图。
图2e是本发明方案3浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图2f是本发明方案3浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件破坏形态图。
图2g是本发明方案4浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图2h是本发明方案4浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件破坏形态图。
图2i是本发明方案5浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图2j是本发明方案5浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件破坏形态图。
图2k是本发明方案6浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图2l是本发明方案6浇筑制作工艺自然养护28d的固化试件破坏形态图。
图3a是本发明方案1浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图3b是本发明方案1浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件破坏形态图。
图3c是本发明方案2浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图3d是本发明方案2浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件破坏形态图。
图3e是本发明方案3浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图3f是本发明方案3浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件破坏形态图。
图3g是本发明方案4浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图3h是本发明方案4浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件破坏形态图。
图3i是本发明方案5浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图3j是本发明方案5浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件破坏形态图。
图3k是本发明方案6浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件单轴压缩应力-应变曲线。
图3l是本发明方案6浇筑制作工艺60℃养护3d的固化试件破坏形态图。
图4是本发明实施例1中含水原状盾构渣土免烧砖的单轴压缩应力-应变曲线图。
图5是本发明实施例1中含水原状盾构渣土免烧砖的抗折应力-位移曲线图。
图6是本发明实施例1中含水原状盾构渣土免烧砖泡水4天后的单轴压缩应力-应变曲线图。
图7是本发明实施例1中含水原状盾构渣土免烧砖冻融25次循环后的单轴压缩应力-应变曲线图。
图8是本发明实施例1中含水原状盾构渣土免烧砖经25次冻融循环后的外观形貌图。
图9是本发明实施例2中含水原状盾构渣土免烧砖的单轴压缩应力-应变曲线图。
图10是本发明实施例2中含水原状盾构渣土免烧砖的抗折应力-位移曲线图。
图11是本发明实施例2中含水原状盾构渣土免烧砖泡水4天后的单轴压缩应力-应变曲线图。
图12是本发明实施例2中含水原状盾构渣土免烧砖冻融25次循环后的单轴压缩应力-应变曲线图。
图13是本发明实施例2中含水原状盾构渣土免烧砖经25次冻融循环后的外观形貌图。
图14是本发明实施例3含水原状盾构渣土固化试件自然养护28d后单轴压缩应力-应变曲线。
图15是本发明实施例3含水原状盾构渣土固化试件自然养护28d后的破坏形态图。
图16是本发明实施例4含水原状盾构渣土固化试件自然养护28d后单轴压缩应力-应变曲线。
图17是本发明实施例4含水原状盾构渣土固化试件自然养护28d后的破坏形态图。
图18是本发明实施例5含水原状盾构渣土固化试件自然养护28d后单轴压缩应力-应变曲线。
图19是本发明实施例5含水原状盾构渣土固化试件自然养护28d后的破坏形态图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明首先包括含水原状盾构渣土免烧建材最佳的浇筑制作工艺的研究，具体如下：
将含水原状中风化砾岩盾构渣土自然晾干或烘干，破碎、筛分出2mm以下的渣土，通过人工配制45％含水率湿渣土，粉煤灰与干渣土质量比0.3，外加4.09％的氢氧化钠和7.54％的硅酸钠粉，设计6种不同浇筑制作工艺得到六种试件，分别采用自然养护和60℃养护3d再自然养护至28d两种养护方式，具体方案如下：
方案1：配制45％含水率湿渣土，加入粉煤灰搅拌5min至均匀，最后加入固体激发剂(氢氧化钠和硅酸钠粉固体)搅拌5min，入模；
方案2：配制45％含水率湿渣土，加入搅拌均匀的粉煤灰和硅酸钠混合物，搅拌5min至均匀，最后加入氢氧化钠固体搅拌5min至均匀，入模；
方案3：配制45％含水率湿渣土，加入搅拌均匀的粉煤灰和固体激发剂混合物，搅拌5min至均匀，入模；
方案4：配制45％含水率湿渣土，加入固体激发剂搅拌5min至均匀，再加入粉煤灰搅拌5min至均匀，入模；
方案5：配置45％含水率湿渣土，加入氢氧化钠搅拌5min至均匀，再加入粉煤灰搅拌5min至均匀，最后加入硅酸钠粉搅拌5min至均匀，入模；
方案6：将氢氧化钠和硅酸钠粉溶于45％质量份的水中，将水溶液加入渣土中搅拌5min至均匀，再将粉煤灰加入湿渣土中搅拌5min至均匀，入模。
结合图2a-图3l，自然养护28d和60℃养护3d得到的试件强度结果如表1所示：
表1六种浇筑制作工艺得到的试件强度结果
工艺/方案 方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 方案6
自然养护 6.01MPa 16.73MPa 6.13MPa 7.12MPa 6.03MPa 6.30MPa
60℃养护3d 5.52MPa 15.92MPa 4.64MPa 5.28MPa 7.05MPa 5.20MPa
根据表1强度结果可知，在同等配合比和养护条件下，方案2的浇筑制作工艺固化效果最佳，由六种浇筑制作工艺试件养护28d应力应变曲线和破坏形态可知，相比其他五种方案，方案2所固化试件表现出整体的脆性破坏特征，具有优异的强度和韧度，可以资源化应用于免烧建材，根据最佳固化效果的浇筑制作工艺，进一步固化含水原状盾构渣土，以达到直接资源化利用的目的。
在此基础上，本发明提出了一种含水原状盾构渣土免烧建筑材料及其制备方法。
需要说明的是：
含水原状盾构渣土是指没有进行脱水处理的盾构渣土，以干重计是指含水原状盾构渣土不计水分时的重量；所述含水原状盾构渣土的含水率为10％及以上，特别地，对于土层类渣土或含泥率较多的渣土，其初始含水率可以高达30％及以上。
含水原状盾构渣土的种类包括微风化较硬岩、中风化-强风化硬质岩、强风化-全风化硬质岩、未风化-微风化软质岩、中风化-强风化较软岩类盾构渣土，砂土、粉土、粘性土类盾构渣土，包括中风化、强风化、全风化板岩、花岗岩、砾岩、砂岩，未风化-微风化凝灰岩、千枚岩、页岩、泥岩，以及粉质粘土类盾构渣土等。
本具体实施方式提出一种含水原状盾构渣土免烧建筑材料的制备方法，所述含水原状盾构渣土免烧砖由以下重量份数的原料组成：含水原状盾构渣土1-80份(以干重计)、活性废渣1-30份、氢氧化钠0.1-5份、硅酸钠0.1-10份和水1-20份，活性废渣为粉煤灰和/或高炉矿渣，并按照如下步骤制得：
S1、按重量份数配比称取活性废渣、硅酸钠、含水原状盾构渣土和水，混合、破碎至所述含水原状盾构渣土中粗颗粒含量不超过10％，得到混合物Ⅰ；进一步地，先将所述活性废渣和所述硅酸钠在搅拌机中混合均匀后，再加入至所述水和所述含水原状盾构渣土中采用盘转式轮碾机进行破碎、混合；破碎至所述含水原状盾构渣土中4.75mm或5mm以上的颗粒含量不超过10％；活性废渣的目数为200目以上；所述硅酸钠颗粒度为100目以上，模数为2.3-3.0。
S2、按重量份数配比向所述混合物Ⅰ中加入氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；其中，所述混合物Ⅱ的流动度大于140mm；所述氢氧化钠为固体片状或粒状分析纯。
S3、将混合物Ⅱ浇筑入模，将所述混合物Ⅱ注入模具的同时振捣模具得所述含水原状盾构渣土免烧建筑材料。
本具体实施方式还包括采用上述制备方法制备得到的含水原状盾构渣土免烧建筑材料。
下面进一步列举相关实施例进行详细说明。下述实施例中的含水原状盾构渣土免烧建筑材料为含水原状盾构渣土免烧砖或者试件，在其他实施例中也可以制作其他制品。
实施例1
本实施例中的含水原状盾构渣土免烧砖通过以下步骤制得：
称取含水原状盾构渣土70份(以干重计)，高炉矿渣30份，氢氧化钠固体4份，固体硅酸钠粉7.5份，水15.4份；其中，含水原状盾构渣土的种类为中风化砾岩盾构渣土，其含水率为23％，取自长沙地铁3号线某区间；高炉矿渣的颗粒大小为200目以上；氢氧化钠为工业级固体片状分析纯，纯度99％；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目。
将30份高炉矿渣和7.5份固体硅酸钠粉在搅拌机中混合均匀；取70份原状中风化砾岩盾构渣土，加入15.4份水，并加入搅拌均匀的高炉矿渣和固体硅酸钠粉混合物，采用盘转式轮碾机对其进行破碎、混合，控制渣土中4.75mm或5mm以上的粗颗粒含量不超过10％为止，使物料达到初步的均匀状态，得到混合物Ⅰ；最后，将4份氢氧化钠固体加入至混合物Ⅰ中，并在搅拌机中搅拌至均匀状，得到混合物Ⅱ，测得混合物Ⅱ的流动度为180mm。将混合物Ⅱ浇筑入240*115*53mm的标准塑料模具中，浇筑的同时边震捣模具，确保成型质量。覆膜自然养护1d后脱模，再覆膜自然养护至28d，得到含水原状盾构渣土免烧砖。
结合图4-7，本实施例制备的试件，经测试，经所制备的含水原状盾构渣土免烧砖的平均表观密度为1870kg/m3，平均抗压强度为17.9MPa；平均抗折强度为2.7MPa；泡水4天后平均抗压强度为17.8MPa，平均软化系数为0.99；冻融25次循环后平均抗压强度为17.2MPa，平均强度损失为3.9％，平均质量损失为0.19％。结合图8，经25次冻融循环后的外观形貌依然完整。
实施例2
本实施例中的含水原状盾构渣土免烧砖通过以下步骤制得：
称取含水原状盾构渣土70份(以干重计)，高炉矿渣30份，氢氧化钠固体4.0份，固体硅酸钠粉6.0份，水14.5份；其中，含水原状盾构渣土的种类为强风化板岩盾构渣土，其含水率为36％，取自长沙地铁6号线某区间；高炉矿渣的颗粒大小为200目以上；氢氧化钠为工业级固体片状分析纯，纯度99％；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目。
将30份高炉矿渣和6.0份固体硅酸钠粉在搅拌机中混合均匀；取70份原状强风化板岩盾构渣土，加入14.5份水，并加入搅拌均匀的高炉矿渣和固体硅酸钠粉混合物，采用盘转式轮碾机对其进行破碎、混合，控制渣土中4.75mm或5mm以上的粗颗粒含量不超过10％为止，使物料达到初步的均匀状态，得到混合物Ⅰ；最后，将4.0份氢氧化钠固体加入至混合物Ⅰ中，并在搅拌机中进一步搅拌10min至均匀状，得到混合物Ⅱ，测得混合物Ⅱ的流动度为148mm。将混合物Ⅱ浇筑入240*115*53mm的标准塑料模具中，浇筑的同时边震捣模具，确保成型质量。覆膜自然养护1d后脱模，再覆膜自然养护至28d，得到含水原状盾构渣土免烧砖。
结合图9-12，本实施例制备的试件，经测试，所制备的含水原状盾构渣土免烧砖的平均表观密度为1788kg/m3；平均抗压强度为18.7MPa；平均抗折强度为2.2MPa；泡水4天后平均抗压强度为18.0MPa，平均软化系数为0.96；冻融25次循环后平均抗压强度为17.9MPa，平均强度损失为4.3％，平均质量损失为0.16％。结合图13，经25次冻融循环后的外观形貌依然完整。
实施例3
本实施例中的含水原状盾构渣土免烧试件通过以下步骤制得：
含水原状盾构渣土取自长沙地铁3号线某区间左线的中风化砾岩渣土，其含水率为23％。称取含水原状盾构渣土70份(以干重计)，粉煤灰30份，氢氧化钠固体4.09份，固体硅酸钠粉7.54份，水31.5份；粉煤灰的颗粒大小为200目以上；氢氧化钠为工业级固体片状分析纯，纯度99％；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目。
将30份粉煤灰和7.54份固体硅酸钠粉在搅拌机中混合均匀；取70份原状中风化砾岩盾构渣土，加入31.5份水，并加入搅拌均匀的粉煤灰和固体硅酸钠粉混合物，采用盘转式轮碾机对其进行破碎、混合，控制渣土中4.75mm或5mm以上的粗颗粒含量不超过5％为止，使物料达到初步的均匀状态，得到混合物Ⅰ；最后，将4.09份氢氧化钠固体加入至混合物Ⅰ中，并在搅拌机中搅拌至均匀状，得到混合物Ⅱ。将混合物Ⅱ浇筑入模，自然养护1d脱模，然后继续室温自然养护至28d。
经测试，结合图14，所固化原状中风化砾岩渣土的28d平均强度为14.5MPa；结合图15，破坏后的试件中可见原状盾构渣土中的粗颗粒。
实施例4
本实施例中的含水原状盾构渣土免烧试件通过以下步骤制得：
含水原状盾构渣土取自长沙地铁3号线某区间左线的泥质粉砂岩渣土，其含水率为30％。称取含水原状盾构渣土70份(以干重计)，粒化高炉矿渣30份，氢氧化钠固体0.67份，固体硅酸钠粉1.18份，水14份；粒化高炉矿渣的颗粒大小为200目以上；氢氧化钠为工业级固体片状分析纯，纯度99％；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目。
将30份粒化高炉矿渣和1.18份固体硅酸钠粉在搅拌机中混合均匀；取70份原状泥质粉砂岩盾构渣土，加入14份水，并加入搅拌均匀的粒化高炉矿渣和固体硅酸钠粉混合物，采用盘转式轮碾机对其进行破碎、混合，控制渣土中4.75mm或5mm以上的粗颗粒含量不超过5％为止，使物料达到初步的均匀状态，得到混合物Ⅰ；最后，将0.67份氢氧化钠固体加入至混合物Ⅰ中，并在搅拌机中搅拌至均匀状，得到混合物Ⅱ。将混合物Ⅱ浇筑入模，自然养护1d脱模，然后继续室温自然养护至28d。
经测试，结合图16，所固化原状泥质粉砂岩渣土的28d平均强度为15.4MPa；结合图17，破坏后的试件中可见原状盾构渣土中的粗颗粒。
实施例5
本实施例中的含水原状盾构渣土免烧试件通过以下步骤制得：
含水原状盾构渣土取自郑州地铁3号线某区间左线的粉质粘土混砂渣土，其含水率为27％。称取含水原状盾构渣土70份(以干重计)，粒化高炉矿渣30份，氢氧化钠固体0.67份，固体硅酸钠粉1.18份，水17.5份；粒化高炉矿渣的颗粒大小为200目以上；氢氧化钠为工业级固体片状分析纯，纯度99％；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目。
将30份粒化高炉矿渣和1.18份固体硅酸钠粉在搅拌机中混合均匀；取70份原状粉质粘土混砂盾构渣土，加入17.5份水，并加入搅拌均匀的粒化高炉矿渣和固体硅酸钠粉混合物，采用盘转式轮碾机对其进行破碎、混合，控制渣土中4.75mm或5mm以上的粗颗粒含量不超过5％为止，使物料达到初步的均匀状态，得到混合物Ⅰ；最后，将0.67份氢氧化钠固体加入至混合物Ⅰ中，并在搅拌机中搅拌至均匀状，得到混合物Ⅱ。将混合物Ⅱ浇筑入模，自然养护1d脱模，然后继续室温自然养护至28d。
经测试，结合图18，所固化原状粉质粘土混砂渣土的28d平均强度为15.6MPa；结合图19，破坏后的试件中可见原状盾构渣土中的粗颗粒。
本发明其他有益效果包括：
1)本发明采用浇筑法成型，与压制成型法制取的免烧砖相比，除了满足基本的抗压、抗折等力学性能外，还具有优异的耐水性、抗冻性的耐久性能。由于采用压制法成型的试件会人为的造成很多分布不均的微孔隙，且当压制力达到一定值后很难再压实，即内部空气无法排出，对于大掺量渣土制取的免烧砖来说往往不具备基本的耐水或抗冻性能。而采用浇筑法直接固化原状盾构渣土制取免烧砖，通过振捣后可以将浇筑物料内部空气排除，使物料达到密实的状态，减少了试件内部的微孔隙，从而保证了含水原状盾构渣土在不脱水的前提下所制备的免烧砖具有优异的耐水性能和抗冻性能。另外，相比压制成型法制取的标准免烧砖(其密度接近于混凝土，高达2200kg/m3及以上)，采用本发明方法制备的免烧砖的重量为1800kg/m3左右，降低了10％-30％，基本达到与普通烧结砖同等重量的效果。
2)对含水原状盾构渣土直接浇筑固化制取免烧砖，具有适用性强、可复制的特点。对各种微风化较硬岩，中风化-强风化硬质岩，强风化-全风化硬质岩，未风化-微风化软质岩，中风化-强风化较软岩，以及砂土、粉土、粘性土类盾构渣土等(如中风化、强风化或全风化板岩、花岗岩、砾岩、砂岩等，未风化-微风化凝灰岩、千枚岩、页岩、泥岩等，以及粉质粘土等)均可就地资源化制取免烧砖，在盾构隧道或车站等施工现场就可以及时处置与规模化生产，处理过程与工艺简单、成本低、效率高、无污染，变废为宝。
3)针对含水原状盾构渣土难以脱水、分选及资源化利用的问题，采用活性废渣固化原状盾构渣土的方法以对其达到直接资源化利用的目的，省去了前端脱水的工艺与成本，同时提高了后端产品附加值。粗略估算，以长沙地铁5号线二标87.74万立方米盾构渣土计算，总计约219.35万吨，以35％含水率烘干到10％以内的含水率为例，按每吨8公斤标准煤和15度电的能耗计算(标准煤500元/吨，工业用电0.8元/度)，则至少节省脱水费用3509.6万元。
4)采用先将活性废渣(粉煤灰、高炉矿渣等)和硅酸钠粉搅拌均匀再加入含水原状盾构渣土中搅拌均匀，最后加入碱金属氢氧化物固体搅拌均匀至达到流动的浆料状的制作工艺，在同等配合比和养护条件下，可以获得最佳的浇筑固化效果。这是因为2.85模的固体硅酸钠粉的溶解速度≥200s，而碱金属氢氧化物在常温溶解度范围内的溶解只需几秒钟，通过先将活性废渣(粉煤灰、高炉矿渣等)和硅酸钠粉搅拌均匀加入含水原状盾构渣土中搅拌5min，可以使其充分溶解的同时将活性废渣(粉煤灰、高炉矿渣等)与渣土拌和均匀，然后再加入碱金属氢氧化物固体搅拌均匀使其获得很好的流动状态，同时使反应更加充分，从而获得最佳的固化效果。
5)突破了碱激发活性废渣浇筑法固化原状盾构渣土工艺，为含水原状盾构渣土的资源化利用提供了一种方法。采用浇筑法成型，相比压制成型方式工艺更简便，避免了压制成型的工艺与能耗，降低了生产成本。同时，采用最佳的固化工艺，在同等配合比和养护条件以及渣土掺量达70％的情况下，所固化含水原状盾构渣土试件自然养护28d强度达14.5MPa及以上，可以资源化应用于生产免烧砖、路缘石、建筑砌块等绿色建材。
6)对含水原状盾构渣土进行处理与资源化利用，处理工艺简便、成本低、适用性强，在施工现场即可消纳巨量盾构渣土，节约弃置费用，降低施工成本，为含水原状盾构渣土就地资源化处理与利用提供了新方法，具有显著的社会效益、环境效益和经济效益。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (9)

1.一种含水原状盾构渣土免烧建筑材料的制备方法，其特征在于，所述含水原状盾构渣土免烧建筑材料由以下重量份数的原料组成：含水原状盾构渣土1-80份(以干重计)、活性废渣1-30份、氢氧化钠0.1-5份、硅酸钠0.1-10份和水1-20份，并按照如下步骤制得：
S1、按重量份数配比称取活性废渣、硅酸钠、含水原状盾构渣土和水，混合、破碎至所述含水原状盾构渣土中粗颗粒含量不超过10％，得到混合物Ⅰ；所述粗颗粒为4.75mm或5mm以上的颗粒；所述含水原状盾构渣土是指没有进行脱水处理的盾构渣土；
S2、按重量份数配比向所述混合物Ⅰ中加入氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合物Ⅱ；
S3、将混合物Ⅱ浇筑入模，养护脱模得所述含水原状盾构渣土免烧建筑材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，先将所述活性废渣和所述硅酸钠混合均匀后，再加入至所述水和所述含水原状盾构渣土中进行破碎、混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述混合物Ⅱ的流动度大于140mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，将所述混合物Ⅱ注入模具的同时振捣模具。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述活性废渣的目数为200目以上。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述氢氧化钠为固体片状或粒状分析纯。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述硅酸钠细度为100目以上，模数为2.3-3.0。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述活性废渣为粉煤灰和/或高炉矿渣。
9.一种采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的含水原状盾构渣土免烧建筑材料。
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