CN112390607B - 一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于岩土工程材料技术领域，涉及一种岩土固化剂，更具体的涉及一种利用低品位原料制备的岩土固化剂的制备方法。其技术要点如下：按照重量份数计算，包括如下组分：脱硫灰渣20~50份，磷石膏5~10份，废弃石灰石粉5~8份，烧黏土2~5份，玄武岩纤维1份，稻壳灰20~50份和激发剂1~5份。本发明利用低品质固废与农业废弃物，制备一种岩土固化剂，可用作村镇建筑材料具有性能好、运输成本低，施工方便等优点。能就地取材，不使用额外砂石料，节约原生资源，保护生态环境，解决了村镇道路、农房地基、围护墙体建设成本高的问题。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程材料技术领域，涉及一种岩土固化剂，更具体的涉及一种利用低品位原料制备的岩土固化剂的制备方法。
背景技术
随着工业固废的开发利用，优质的粉煤灰、矿渣粉、硅灰等已经成为资源，是水泥混凝土工业的重要原材料。脱硫灰渣、磷石膏等低品质工业废渣难以利用，需要寻找规模化利用途径。同时，众所周知，我国是一个农业大国，且南方以水稻为主粮，每年产生大量的稻壳，稻壳灰是一种含有活性二氧化硅的废弃物，但因稻壳灰需水量大而难以在水泥混凝土、砂浆中广泛使用。土壤是一种分布广泛且经济实用的材料，若能采用土壤来对传统的工程材料予以代替，那么必然能够降低砂烁、石子的用量，减少自然破坏，降低工程造价，更加节能环保，运用范围更广。但是由于土壤水稳定性差，强度不足，如用夯土的工艺，费时费力。如何利用岩土、低品质工业固废，以及农业废弃物稻壳灰等，开发一种建筑材料——固化土，固化土可用于乡村道路、地基加固、挡土墙、农房墙体材料。而其中因地制宜的获得高效的岩土固化剂至关重要。
有鉴于上述现有岩土固化剂存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法，利用低品质固废与农业废弃物，制备一种岩土固化剂，可用作村镇建筑材料具有性能好、运输成本低，施工方便等优点。能就地取材，不使用额外砂石料，节约原生资源，保护生态环境，解决了村镇道路、农房地基、围护墙体建设成本高的问题。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种利用低品位原料制备的岩土固化剂，通过废弃石灰石粉与烧黏土中的三氧化二铝发生碳铝酸盐反应，提高活性和加固效果，强化土壤颗粒间的连接结构，让土壤的强度，密实度等性能都得到了很大的提高。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种利用低品位原料制备的岩土固化剂，按照重量份数计算，包括如下组分：脱硫灰渣20～50份，磷石膏5～10份，废弃石灰石粉5～8份，烧黏土2～5份，玄武岩纤维1份，稻壳灰20～50份和激发剂1～5份。
进一步的，脱硫灰渣是循环流化床产生的灰和底渣的混合物。
进一步的，底渣是粉磨后过45μm筛，且剩余量不大于总体质量的30％的磨细低渣。
进一步的，磨细底渣不掺灰，单独使用。
进一步的，磷石膏是为堆积陈化1年以上的磷石膏，且含水率控制在磷石膏总质量的2％～30％。
进一步的，稻壳灰中活性SiO2的含量不低于稻壳灰总质量的80％。
进一步的，按照重量份数计算，还包括钼酸钠1～3份。钼酸钠能够促进碳酸铝盐反应的发生，进一步提高活性，同时与稻壳灰中的活性SiO2反应形成硅钼酸盐，提高体系强度。
进一步的，稻壳灰的烧失量小于等于稻壳灰总质量的8％。
进一步的，激发剂是硅酸盐水泥或石灰中的一种或两种的混合物。
进一步的，激发剂还包括Mg/HAp。Mg/HAp是金属镁与羟基磷酸钙的复合材料，有效提高活性和加固效果；由于岩土的特性决定了其强度低，提高岩土强度的主要途径是脱硫灰渣，而脱硫灰渣的活性程度主要取决于结晶相，在钼酸钠的促进下，Mg/HAp与石灰石粉反应生成钙矾石，大幅提高体系强度。
本发明的第二个目的是提供一种利用低品位原料制备的岩土固化剂的制备方法，具有同样的作用。
本发明提供的一种利用低品位原料制备的岩土固化剂的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.配置固化剂：称取脱硫灰渣20～50份，磷石膏5～10份，废弃石灰石粉5～8份，烧黏土2～5份，玄武岩纤维1份，稻壳灰20～50份和激发剂1～5份，搅拌均匀得到固化剂。
S2.成型：将固化剂与水混合加入搅拌机，搅拌后加入土壤，搅拌均匀后，标准养护28天后强度达到1～8Mpa。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明提出一种利用低品位原料制备的岩土固化剂，用一定比例脱硫灰渣，磷石膏，稻壳灰，废弃石灰石粉、烧黏土以及必要的激发剂等，制备成一种岩土固化剂，可与土壤混合，搅拌均匀，通过与土壤颗粒间发生一系列物理化学反应，通过废弃石灰石粉与烧黏土中的三氧化二铝发生碳铝酸盐反应，提高活性和加固效果，强化土壤颗粒间的连接结构，让土壤的强度，密实度等性能都得到了很大的提高。具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法，包括如下组分：脱硫灰渣20～50份，磷石膏5～10份，废弃石灰石粉5～8份，烧黏土2～5份，玄武岩纤维1份，稻壳灰20～50份和激发剂1～5份。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1.配置固化剂：称取脱硫灰渣20～50份，磷石膏5～10份，废弃石灰石粉5～8份，烧黏土2～5份，玄武岩纤维1份，稻壳灰20～50份和激发剂1～5份，搅拌均匀得到固化剂。
S2.成型：将固化剂与水混合加入搅拌机，搅拌后加入土壤，搅拌均匀后，标准养护28天后强度达到1～8Mpa。
实施例2：一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法，包括如下组分：脱硫灰渣50份，磷石膏10份，废弃石灰石粉8份，烧黏土5份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份和激发剂5份。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1.配置固化剂：称取脱硫灰渣50份，磷石膏10份，废弃石灰石粉8份，烧黏土5份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份和激发剂5份，搅拌均匀得到固化剂；
S2.将道路开挖出的天然土壤清除腐败树根及石粒以外的杂物；
S3成型：将固化剂与水混合加入搅拌机，搅拌后加入步骤S2获得的土壤搅拌均匀后得到固化土，采用密封养护，养护期间应中断交通，根据空气干燥程度可进行适量喷水，保持表面潮湿，如果对耐久性要求较高，养生期不得少于28天，温度过低不得进行施工。
其中，脱硫灰渣为循环流化床产生的灰与底渣，底渣需要进行粉磨至45um筛余不大于30％。
实施例3：一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法，包括如下组分：脱硫灰渣20份，磷石膏5份，废弃石灰石粉5份，烧黏土2份，玄武岩纤维1份，稻壳灰20份和激发剂5份。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1.配置固化剂：称取脱硫灰渣20份，磷石膏5份，废弃石灰石粉5份，烧黏土2份，玄武岩纤维1份，稻壳灰20份和激发剂5份，搅拌均匀得到固化剂。
S2.将河堤沿岸开挖土壤清除腐败树根及石粒以外的杂物；
S3成型：将固化剂与水混合加入搅拌机，搅拌后加入步骤S2获得的土壤搅拌均匀后得到固化土，采用密封养护，养护期间应中断交通，根据空气干燥程度可进行适量喷水，保持表面潮湿，如果对耐久性要求较高，养生期不得少于28天，温度过低不得进行施工。
其中，脱硫灰渣为循环流化床产生的灰与底渣，底渣需要进行粉磨至45um筛余不大于30％；磷石膏为堆积陈化1年以上，且含水率控制在2％～30％。
实施例4：一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法，包括如下组分：脱硫灰渣20份，磷石膏5份，废弃石灰石粉5份，烧黏土2份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份和激发剂5份。
由于农作物晾晒场和粮仓储存地面，并不需要很高的强度，直接采用土壤，不平整，碾压整型不符合实际使用情况，使用常规的水泥方案造价成本高，固化土现在是一个更优质的选择办法。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1.配置固化剂：称取脱硫灰渣20份，磷石膏5份，废弃石灰石粉5份，烧黏土2份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份和激发剂5份，搅拌均匀得到固化剂。
S2.以施工周围开挖土壤为主要材料，清楚植物根茎和其他杂物；
S3成型：将固化剂与水混合加入搅拌机，搅拌后加入步骤S2获得的土壤搅拌均匀后得到固化土，采用密封养护，养护期间应中断交通，根据空气干燥程度可进行适量喷水，保持表面潮湿，如果对耐久性要求较高，养生期不得少于28天，温度过低不得进行施工。
其中，脱硫灰渣为循环流化床产生的灰与底渣，底渣需要进行粉磨至45um筛余不大于30％；磷石膏为堆积陈化1年以上，且含水率控制在2％～30％；稻壳灰活性SiO2含量不低于80％，烧失量不大于8％。
实施例5：一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法，包括如下组分：脱硫灰渣20份，磷石膏5份，废弃石灰石粉5份，烧黏土2份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份，钼酸钠5份和激发剂5份。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1.配置固化剂：称取脱硫灰渣20份，磷石膏5份，废弃石灰石粉5份，烧黏土2份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份，钼酸钠5份和激发剂5份，搅拌均匀得到固化剂。
S2.将河堤沿岸开挖土壤清除腐败树根及石粒以外的杂物；
S3成型：将固化剂与水混合加入搅拌机，搅拌后加入步骤S2获得的土壤搅拌均匀后得到固化土，采用密封养护，养护期间应中断交通，根据空气干燥程度可进行适量喷水，保持表面潮湿，如果对耐久性要求较高，养生期不得少于28天，温度过低不得进行施工。
其中，脱硫灰渣为循环流化床产生的灰与底渣，底渣需要进行粉磨至45um筛余不大于30％；磷石膏为堆积陈化1年以上，且含水率控制在2％～30％；稻壳灰活性SiO2含量不低于80％，烧失量不大于8％。
实施例6：一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法，包括如下组分：脱硫灰渣20份，磷石膏5份，废弃石灰石粉5份，烧黏土2份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份，钼酸钠5份和激发剂5份。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1.配置固化剂：称取脱硫灰渣20份，磷石膏5份，废弃石灰石粉5份，烧黏土2份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份，钼酸钠5份和激发剂5份，搅拌均匀得到固化剂。
S2.将河堤沿岸开挖土壤清除腐败树根及石粒以外的杂物；
S3成型：将固化剂与水混合加入搅拌机，搅拌后加入步骤S2获得的土壤搅拌均匀后得到固化土，采用密封养护，养护期间应中断交通，根据空气干燥程度可进行适量喷水，保持表面潮湿，如果对耐久性要求较高，养生期不得少于28天，温度过低不得进行施工。
其中，脱硫灰渣为循环流化床产生的灰与底渣，底渣需要进行粉磨至45um筛余不大于30％；磷石膏为堆积陈化1年以上，且含水率控制在2％～30％；稻壳灰活性SiO2含量不低于80％，烧失量不大于8％，激发剂为硅酸盐水泥2份，Mg/HAp 2份和石灰1份。
对比实施例1：一种利用低品位原料制备的岩土固化剂及其制备方法，包括如下组分：脱硫灰渣50份，磷石膏10份，废弃石灰石粉8份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份和激发剂5份。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1.配置固化剂：称取脱硫灰渣50份，磷石膏10份，废弃石灰石粉8份，玄武岩纤维1份，稻壳灰50份和激发剂5份，搅拌均匀得到固化剂；
S2.将道路开挖出的天然土壤清除腐败树根及石粒以外的杂物；
S3成型：将固化剂与水混合加入搅拌机，搅拌后加入步骤S2获得的土壤搅拌均匀后得到固化土，采用密封养护，养护期间应中断交通，根据空气干燥程度可进行适量喷水，保持表面潮湿，如果对耐久性要求较高，养生期不得少于28天，温度过低不得进行施工。
其中，脱硫灰渣为循环流化床产生的灰与底渣，底渣需要进行粉磨至45um筛余不大于30％；磷石膏为堆积陈化1年以上，且含水率控制在2％～30％；稻壳灰活性SiO2含量不低于80％，烧失量不大于8％。
对实施例1～7以及对比实施例1的3天、7天和28天龄期检测其抗压强度，结果见下表。
| 龄期 | Mpa | 龄期 | Mpa | 龄期 | Mpa | |
| 实施例1 | 3天 | 0.5 | 7天 | 0.6 | 28天 | 1 |
| 实施例2 | 3天 | 0.4 | 7天 | 0.8 | 28天 | 1.3 |
| 实施例3 | 3天 | 0.8 | 7天 | 1.2 | 28天 | 1.6 |
| 实施例4 | 3天 | 0.6 | 7天 | 0.5 | 28天 | 1.2 |
| 实施例5 | 3天 | 0.8 | 7天 | 0.9 | 28天 | 1.5 |
| 实施例6 | 3天 | 0.8 | 7天 | 0.9 | 28天 | 1.5 |
| 对比实施例1 | 3天 | 0.1 | 7天 | 0.3 | 28天 | 1 |
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种利用低品位原料制备的岩土固化剂，其特征在于，按照重量份数计算，包括如下组分：脱硫灰渣20~50份，磷石膏5~10份，废弃石灰石粉5~8份，烧黏土2~5份，玄武岩纤维1份，稻壳灰20~50份，激发剂1~5份和钼酸钠1~3份；其中所述激发剂是硅酸盐水泥、石灰和Mg/HAp的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种利用低品位原料制备的岩土固化剂，其特征在于，所述脱硫灰渣是循环流化床产生的底渣。
3.根据权利要求2所述的一种利用低品位原料制备的岩土固化剂，其特征在于，所述底渣是粉磨后过45μm筛，且剩余量不大于总体质量的30%的磨细底渣。
4.根据权利要求1所述的一种利用低品位原料制备的岩土固化剂，其特征在于，所述磷石膏为堆积陈化1年以上的磷石膏，且含水率控制在磷石膏总质量的2%~30%。
5.根据权利要求1所述的一种利用低品位原料制备的岩土固化剂，其特征在于，所述稻壳灰中活性SiO2的含量不低于稻壳灰总质量的80%。
6.一种利用低品位原料制备的岩土固化剂的制备方法，其特征在于，用于对权利要求1所述的岩土固化剂进行制备，包括如下操作步骤：
S1.配置固化剂：称取脱硫灰渣20~50份，磷石膏5~10份，废弃石灰石粉5~8份，烧黏土2~5份，玄武岩纤维1份，稻壳灰20~50份、激发剂1~5份和钼酸钠1～3份，搅拌均匀得到固化剂；
S2.成型：将固化剂与水混合加入搅拌机，搅拌后加入土壤，搅拌均匀后，标准养护28天后强度达到1~8Mpa。
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