CN112094067A - 一种防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法。该方法通过在原状盾构渣土免烧制品中添加稻壳粉，防止采用高含水率原状盾构渣土制备的免烧制品干燥开裂。该稻壳粉的目数为40目‑800目，其在原状盾构渣土免烧制品中的掺量为0‑6.0％。具体方法是先将稻壳粉在热水中浸泡，然后加入原状盾构渣土浆料中搅拌均匀，最后将脱模后的制品在室温空气(相对湿度＞45％)中养护至标准龄期。本发明使得原状盾构渣土免烧制品在保持一定强度的前提下防止其干燥开裂，且稻壳来源丰富、易磨易获取，成本可控。

Description

一种防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法

技术领域

本发明涉及一种防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，尤其是涉及一种外加稻壳粉防止高含水率原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法。

背景技术

目前，我国地铁发展迅速，建设规模大、速度快。其中，盾构法以其安全、高效、地层适应性强等优点被行业公认为较优的区间隧道施工方法，这就必然产生巨量盾构渣土。受盾构区间原始地层水文地质条件和施工工艺等因素的影响，盾构掘进下来的渣土一般为土层或各种风化程度的岩层、部分砂卵石，以及少量的泡沫剂和高分子聚合物等，成分比较复杂，使得原状盾构渣土的表观密度、含水率、孔隙比、颗粒级配、渗透系数以及矿物成分等差异较大，进而导致脱水与筛分极其困难。如若将含水原状盾构渣土不脱水直接固化用作免烧建材，通过“以废治废”实现“变废为宝”，将极大的降低渣土的前端处理成本，并提高其后端产品附加值。

现有技术中，一般是针对渣土干物料，经振动加压或挤压成型制备免烧制品，可以很好的贴合压实。但盾构渣土由碎石、砂、粉土、黏土和水组成，呈“膏体”状，含水率高达30％及以上，具有一定的流动性。因此，将其作为原料直接制成免烧制品会面临着内部水分蒸发散失导致其干燥开裂的问题。

我国是世界第一产稻大国，占世界稻谷总产量的1/3及以上。稻壳作为稻米加工的副产物，是一种量大且价廉的植物类生物质可再生资源，用途广泛。其主要成分为纤维素、木质素和二氧化硅等，可用于制造木糖醇、糠醛、饲料、肥料、介孔二氧化硅、白炭黑、高纯二氧化硅、活性炭等产品,以及作为能源等。

发明内容

本发明提供一种防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，以解决含水原状盾构渣土为原料制备免烧制品时、在自然养护过程中因内部水分蒸发散失而导致的干燥开裂的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，在原状盾构渣土浆料中添加稻壳粉。防止盾构渣土免烧制品干燥开裂。

进一步，稻壳粉的掺量≤6.0％。

优选地，稻壳粉的掺量≤3.0％。

更优选地，稻壳粉的掺量≤1.5％。

按照现有技术，在制备原状盾构渣土免烧制品的过程中，需要加入粒化高炉矿渣，稻壳粉掺量是指稻壳粉与粒化高炉矿渣重量和原状盾构渣土中干渣土重量总和的比值。

稻壳粉的粒径越小越好，但考虑到粉碎成本，优选粒径为40-800目，更优选为50-400目，进一步优选为100-200目。

进一步，稻壳粉在温度≥40℃(优选50℃-100℃)的热水中浸泡8小时以上(优选12h-24h)。

进一步，本发明之防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，包括以下步骤：

1)将稻壳粉用热水浸泡；

2)将原状盾构渣土按现有技术制成第一原状盾构渣土浆料，然后将经步骤1)处理的稻壳粉加入第一原状盾构渣土浆料中，搅拌均匀，得第二浆料；

3)将步骤2)所得第二浆料浇筑入模，脱模后在相对湿度大于45％的室温空气中养护至28d，得免烧制品。

本发明的有益效果为：在原状盾构渣土浆料中添加稻壳粉，由于稻壳富含纤维素、木质素、二氧化硅等，而木质素有增强和粘结的效果，可以溶解在强碱环境中，纤维素与较浓的碱溶液作用生成碱纤维素，通常指纤维素钠(sodium cellulosate)，是一种重要的粘胶纤维原料。因此，将其掺入原状盾构渣土浆料中，可以防止渣土料特别是含黏粒较多的渣土料在自然养护硬化过程中因内部水分过快散失而产生干燥开裂的现象。通过将稻壳粉采用热水浸泡处理，可以更好的与渣土物料粘结，避免直接向原状盾构渣土物料中添加稻壳粉而过于分散渣土颗粒。同时，经过热水浸泡后，稻壳粉表面会释放微量SiO₂，有助于后续原状盾构渣土物料的硬化成型。这是因为，在碱性环境下，热水浸泡后的稻壳粉表面二氧化硅被分解，参与化学反应，进一步强化其与渣土颗粒之间的粘结作用，并且可以有效的避免发霉现象的发生。

而本发明物料是含水原状盾构渣土，物料在含水的状态下不加压成型，因此需要克服物料在硬化过程中内部水分从表面散失引起的干燥开裂问题。添加稻壳粉后，改善了原状盾构渣土料浆的内部结构，提高其渗透性，可以起到助滤的作用，使内部水分缓慢的蒸发散失。但是研究表明，当室温环境含水率小于45％时，由于内外部的湿度差距较大，添加稻壳粉则不能有效避免水分过快蒸发而造成表面开裂，因此需要控制室温环境下的相对湿度。

进一步研究表明，如若将稻壳磨成粉，添加于原状盾构渣土免烧制品中协同利用，能防止原状盾构渣土免烧制品自然养护过程中因水分蒸发散失导致干燥开裂。

经试验验证，稻壳粉粒径越小，粘结效果更好，在防止干燥开裂的同时还可进一步提高免烧制品的强度。如添加100目稻壳粉时，免烧制品强度最高可提高15.7％。而添加40目稻壳粉时，免烧制品强度随掺量的增加而逐渐减小，40目稻壳粉掺量为1.5％时免烧制品仍然开裂。本发明通过添加稻壳粉，使得原状盾构渣土免烧制品在保持一定强度的前提下防止其干燥开裂，且稻壳来源丰富、易磨易获取，整体成本较低。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例1和实施例2所得免烧制品28d抗压强度随稻壳粉掺量变化图。

图2～5分别是本发明实施例1稻壳粉掺量为0％、1.5％、3.0％、6.0％所得的免烧制品7d干燥开裂情况图。

图6～9分别是本发明实施例1稻壳粉掺量为0％、1.5％、3.0％、6.0％所得的免烧制品14d干燥开裂情况图。

图10～13分别是本发明实施例1稻壳粉掺量为0％、1.5％、3.0％、6.0％所得的免烧制品21d干燥开裂情况图。

图14～17分别是本发明实施例1稻壳粉掺量为0％、1.5％、3.0％、6.0％所得的免烧制品28d干燥开裂情况图。

图18～21分别是本发明实施例1稻壳粉掺量为0％、1.5％、3.0％、6.0％所得的免烧制品60d干燥开裂情况图。

图22～24分别是本发明实施例2稻壳粉掺量为1.5％、3.0％、6.0％所得的免烧制品7d干燥开裂情况图。

图25～27分别是本发明实施例2稻壳粉掺量为1.5％、3.0％、6.0％所得的免烧制品28d干燥开裂情况图。

图28是本发明实施例3免烧制品稻壳粉掺量为1.5％所得的免烧制品7d干燥开裂情况图。

图29是本发明实施例3免烧制品稻壳粉掺量为1.5％所得的免烧制品28d干燥开裂情况图。

图30～33是对比例1免烧制品7d、14d、21d、28d干燥开裂情况图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供一种防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，包括以下步骤：

1)将稻壳粉在50℃-100℃的热水中浸泡12h-24h；

2)将原状盾构渣土按现有技术制成第一原状盾构渣土浆料，然后将经步骤1)处理的稻壳粉加入第一原状盾构渣土浆料中，搅拌均匀，得第二浆料；

3)将步骤2)所得第二浆料浇筑入模，脱模后在相对湿度大于45％的室温空气中养护至28d，得最终的免烧制品。

为进一步说明本具体实施方式提出的防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，下面列举实施例进行详细说明。

下述实施例中的原状盾构渣土取自长沙地铁6号线二标某区间的强风化板岩盾构渣土，该渣土经测试其含水率为33％，含泥率为88％；粒化高炉矿渣的目数为200；生石灰细度为200目通过率80％，含钙量为91％；碳酸钠目数为150；硅酸钠粉，模数为2.85，细度为100目过筛率98.5％。稻壳粉掺量是指稻壳粉与粒化高炉矿渣重量和原状盾构渣土中干渣土重量总和的比值。

实施例1

取75.63重量份原状强风化板岩盾构渣土和24.37重量份粒化高炉矿渣，粒化高炉矿渣与原状盾构渣土中干渣土的重量比为3:7，外加2.08重量份的生石灰、2.08重量份的碳酸钠、1.18重量份的硅酸钠粉，以及15.05重量份的水。将75.63份原状盾构渣土采用对辊的方式将少许粗颗粒直接碾碎，使得其为均匀状。将15.05重量份的水加入75.63重量份的原状盾构渣土中，搅拌5min至均匀；同时将24.37重量份粒化高炉矿渣与2.08重量份的生石灰、2.08重量份的碳酸钠和1.18重量份的硅酸钠粉混合搅拌均匀，然后将其加入原状盾构渣土中，再搅拌5min，得第一原状盾构渣土浆料。然后按下述步骤加入稻壳粉：

1)将粒径为100目的稻壳粉在50℃的热水中浸泡24h；

2)将经步骤1)处理的稻壳粉分别按0％、1.5％、3.0％、6.0％、9.0％的掺量加入第一原状盾构渣土浆料中，搅拌均匀，得第二浆料；

3)将步骤2)所述的第二浆料浇筑入尺寸为70.7*70.7*70.7mm的立方体三联模具和240*115*53mm的塑料模具中，脱模后在相对湿度为75％的室温空气中养护至28d，得最终的免烧制品。

采用70.7*70.7*70.7mm的立方体制品测试其28d抗压强度；并将240*115*53mm的免烧制品脱模后置于室温环境中，观察其表面裂纹变化情况。其表面裂纹及28d抗压强度结果如表1所示。

表1

以上结果表明，掺量100目稻壳粉后，原状盾构渣土免烧制品表面无干燥开裂的情况，可以有效地防止其干燥开裂；且当100目稻壳粉掺量一定时，免烧制品的抗压强度增加，掺量1.5％时其强度增加15.7％，这是因为添加稻壳粉后改善了原状盾构渣土内部结构，减少了微裂缝和空隙，提高了其密实性，使得强度有所提高。当掺量为9.0％时，强度有所下降，这是因为过量的稻壳粉起到了分散作用，使得渣土浆料之间的粘结作用减弱，从而导致强度下降。

实施例2

取75.63份原状强风化板岩盾构渣土和24.37份粒化高炉矿渣，粒化高炉矿渣与干渣土的重量比为3:7，外加2.08重量份的生石灰、2.08重量份的碳酸钠、1.18重量份的硅酸钠粉，以及15.05重量份的水。将75.63份原状盾构渣土采用对辊的方式将少许粗颗粒直接碾碎，使得其为均匀状。将15.05重量份的水加入75.63份的原状盾构渣土中，搅拌均匀；同时将24.37份粒化高炉矿渣与2.08重量份的生石灰、2.08重量份的碳酸钠和1.18重量份的硅酸钠粉混合搅拌均匀，然后将其加入原状盾构渣土中，再搅拌5min，得第一原状盾构渣土浆料。然后按下述步骤加入稻壳粉：

1)将粒径为40目的稻壳粉在50℃的热水中浸泡24h；

2)将经步骤1)处理的稻壳粉分别按0％、1.5％、3.0％、6.0％、9.0％的掺量加入第一原状盾构渣土浆料中，搅拌均匀，得第二浆料；

3)将步骤2)所述的第二浆料浇筑入尺寸为70.7*70.7*70.7mm的立方体三联模具和240*115*53mm的塑料模具中，脱模后在相对湿度为75％的室温空气中自然养护至28d，得最终的免烧制品。

采用70.7*70.7*70.7mm的立方体制品测试其28d抗压强度；并将240*115*53mm的免烧制品继续置于室温环境中，观察其表面裂纹变化情况。其表面裂纹及28d抗压强度结果如表2所示。

表2

稻壳粉掺量/％	0	1.5	3.0	6.0	9.0
						28d抗压强度/MPa	17.20	16.40	13.96	11.90	7.98
干燥开裂情况/7d	开裂	开裂	无	无	/
						干燥开裂情况/28d	开裂	开裂	无	无	/

以上结果可以看出，40目稻壳粉较100目稻壳粉效果差。掺量为1.5％时仍然产生干燥开裂的情况，掺量1.5％以上才可防止干燥开裂的情况发生，且随着40目稻壳粉掺量的增加，免烧制品的抗压强度逐渐降低，这是因为40目稻壳粉填充或密实效果较100目的差，其分散作用大于粘结作用。

实施例3

取75.63份原状强风化板岩盾构渣土和24.37份粒化高炉矿渣，粒化高炉矿渣与干渣土的重量比为3:7，外加2.08重量份的生石灰、2.08重量份的碳酸钠、1.18重量份的硅酸钠粉，以及15.05重量份的水。将75.63份原状盾构渣土采用对辊的方式将少许粗颗粒直接碾碎，使得其为均匀状。将15.05重量份的水加入75.63份的原状盾构渣土中，搅拌5min至均匀；同时将24.37份粒化高炉矿渣与2.08重量份的生石灰、2.08重量份的碳酸钠和1.18重量份的硅酸钠粉混合搅拌均匀，然后将其加入原状盾构渣土中，再搅拌5min，得第一原状盾构渣土浆料。然后按下述步骤加入稻壳粉：

1)将100目的稻壳粉在50℃的热水中浸泡24h；

2)将经步骤1)处理的稻壳粉按1.5％的掺量加入第一原状盾构渣土浆料中搅拌均匀，得第二浆料；

3)将步骤2)所述的第二浆料浇筑入尺寸为240*115*53mm的塑料模具中，脱模后在湿度为45％的室温空气中养护至28d，得最终的免烧制品。

将240*115*53mm的免烧制品脱模后置于相对湿度为45％的室温环境中，观察其表面裂纹变化情况。如图28和29所示，掺量为1.5％时，该免烧制品7d和28d后表面都产生裂纹。

对比例1

取75.63份原状强风化板岩盾构渣土和24.37份粒化高炉矿渣，粒化高炉矿渣与干渣土的重量比为3:7，外加2.08重量份的生石灰、2.08重量份的碳酸钠、1.18重量份的硅酸钠粉，以及15.05重量份的水。将75.63份原状盾构渣土采用对辊的方式将少许粗颗粒直接碾碎，使得其为均匀状。将15.05重量份的水加入75.63份的原状盾构渣土中，搅拌5min至均匀；同时将24.37份粒化高炉矿渣与2.08重量份的生石灰、2.08重量份的碳酸钠和1.18重量份的硅酸钠粉混合搅拌均匀，然后将其加入原状盾构渣土中，再搅拌5min，得第一原状盾构渣土浆料。然后按下述步骤加入棉花粉：

1)将100目的棉花粉在50℃的热水中浸泡24h；

2)将经步骤1)处理的棉花粉按1.0％的掺量加入第一原状盾构渣土浆料中搅拌均匀，得所述第二浆料；

3)将步骤2)所述的第二浆料浇筑入尺寸为240*115*53mm的塑料模具中，脱模后在相对湿度为75％的室温空气中自然养护至28d，得最终的免烧制品。

将240*115*53mm的免烧制品继续置于室温环境中，观察其表面裂纹变化情况。结合图30～33，可以看出，外加1.0％的棉花粉的免烧制品7d、14d、21d、28d表面干燥开裂严重，表明添加棉花粉对抑制原状盾构渣土免烧制品表面干燥开裂基本无效。

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。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，其特征在于，在原状盾构渣土浆料中添加稻壳粉，稻壳粉的掺量≤6.0％，目数为40目-800目。

2.根据权利要求1所述的防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将稻壳粉用温度为50℃-100℃的热水浸泡12h-24h；

2)将原状盾构渣土制成第一原状盾构渣土浆料，然后将经步骤1)处理的稻壳粉加入第一原状盾构渣土浆料中，搅拌均匀，得第二浆料；

3)将步骤2)所得第二浆料浇筑入模，脱模后在相对湿度大于45％的室温空气中养护至28d，得免烧制品。

3.根据权利要求1或2所述的防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，其特征在于，稻壳粉的掺量≤3.0％。

4.根据权利要求1或2所述的防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，其特征在于，稻壳粉的粒径为50-400目。

5.根据权利要求4所述的防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，其特征在于，稻壳粉的粒径为100-200目。

6.根据权利要求1或2所述的防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，其特征在于，稻壳粉在温度≥40℃的热水中浸泡8小时以上。

7.根据权利要求6所述的防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，其特征在于，稻壳粉浸泡的温度为50℃-100℃；浸泡时间为12h-24h。

8.根据权利要求2所述的防止原状盾构渣土免烧制品干燥开裂的方法，其特征在于，脱模后在相对湿度大于45％的空气中养护至标准龄期。

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