CN112777995B - 一种原状盾构渣土免烧制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种原状盾构渣土免烧制品及其制备方法，该免烧制品由以下质量比的原料组成：活性工业废渣与原状盾构渣土中渣土含量的质量比为1.5‑4:6‑8.5，硅酸钠粉与活性工业废渣的质量比为0.01‑0.5:1，水与原状盾构渣土的质量比0‑0.25:1，其制备方法包括如下步骤：按质量比例将硅酸钠粉和活性工业废渣混合均匀；将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，再加入混合均匀的硅酸钠粉和活性工业废渣，搅拌均匀后浇筑入模，脱模后得免烧制品Ⅰ；将免烧制品Ⅰ放入碱金属氢氧化物溶液中浸泡，得最终的免烧制品Ⅱ。本发明原状盾构渣土免烧制品具有很好的力学性能和耐久性能，干燥收缩值小，抗风化、无泛碱，生产成本低。

Description

一种原状盾构渣土免烧制品及其制备方法
技术领域
本发明属于建材材料技术和固废处理领域，具体涉及一种原状盾构渣土免烧制品及其制备方法。
背景技术
现阶段，我国地铁及其他基础设施(如综合管廊、地下快速通道、管网等)发展迅猛，建设规模大、速度快。其中，主要以盾构法施工为主，这就必然产生巨量盾构渣土。特别地，对于土压平衡盾构渣土来说，其不同于泥水平衡盾构渣土的流态状，而主要是可塑、软塑状态，表现为“膏体”状，导致脱水与筛分极为困难，进一步导致资源化利用难度增加、附加值降低。
对于盾构渣土，现有的处置方式一般为露天弃置。从企业层面来看，这将极大的增加施工成本，延误施工工期，影响现场施工环境。从社会层面来看，由于盾构渣土含水率和含泥率较高，露天堆放极易产生滑坡等事故，存在极大地安全隐患，同时会占用大量土地资源并污染周边水土环境。
因此，如何处置盾构渣土特别是土压平衡盾构渣土将是地铁施工不可回避的一个问题。若将原状盾构渣土不经脱水与筛分处理直接制备免烧制品，降低制备成本，将为施工企业节省巨额渣土处置费，提高渣土制品附加值，变废为宝，实现“土方式”银行，取得显著的经济效益、环境效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于解决盾构渣土难以处置，弃置费用高、延误施工工期、增加施工成本，以及安全风险高，污染生态环境的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种力学性能和耐久性能好，干燥收缩值小、抗风化、不泛碱，且制备成本低的原状盾构渣土免烧制品及其制备方法，具体方案如下：
一种原状盾构渣土免烧制品的制备方法，所述原状盾构渣土免烧制品由以下质量比的原料组成：活性工业废渣与原状盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为1.5-4:6-8.5，硅酸钠粉与活性工业废渣的质量比为0.01-0.5:1，水与原状盾构渣土的质量比0-0.25:1，该制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比例分别称取原材料，将硅酸钠粉和活性工业废渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
(2)将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入模，室温自然养护并脱模后得免烧制品Ⅰ；
(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的碱金属氢氧化物溶液中浸泡，得最终的免烧制品Ⅱ。
优选地，所述原状盾构渣土为刀盘切削后进入土仓，经螺旋输送机、皮带输送机、轨道渣土车运输或泵送至地面渣土池中的未经脱水与筛分处理的原状盾构渣土。
优选地，所述活性工业废渣为粉煤灰、高炉矿渣、钢渣中的至少一种，进一步地，活性工业废渣目数为200目及以上。
优选地，在步骤(1)中，所述硅酸钠为粉末状，模数为2.0-3.0，细度为100-200目。
优选地，在步骤(1)中，混合搅拌时间为5min及以上。
优选地，在步骤(2)中，加水之前对原状盾构渣土进行对辊处理，根据免烧制品的尺寸大小控制原状渣土中粗颗粒的含量，并搅拌5min及以上。
优选地，所述粗颗粒的粒径为免烧制品尺寸的1/10，含量为30％及以下。
优选地，在步骤(2)中，根据原状盾构渣土的初始含水率来相应的调整外加水的用量。
优选地，在步骤(2)中，将浇筑好的混合物料S3室温自然养护1-7d后脱模。
优选地，在步骤(3)中，所述碱金属氢氧化物溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
进一步地，在步骤(3)中，所述碱金属氢氧化物溶液的物质的量浓度为0.05-10mol/L。
更进一步地，在步骤(3)中，碱金属氢氧化物溶液的物质的量浓度为0.05-6mol/L。
优选地，在步骤(3)中，在碱金属氢氧化物溶液中浸泡的时间为1-90d。
进一步地，在碱金属氢氧化物溶液中浸泡的时间为3-60d。
更进一步地，在碱金属氢氧化物溶液中浸泡的时间为3-28d。
优选地，在步骤(3)中，碱金属氢氧化物溶液浸没免烧制品Ⅰ顶面2cm及以上。
一种原状盾构渣土免烧制品，其由上述任一实施方式所述的制备方法制备而成。
优选地，所述原状盾构渣土免烧制品可以通过控制碱金属氢氧化物物质的量浓度及浸泡时间来调节其强度大小。
相较于现有技术，本发明的有益效果为：
采用碱金属氢氧化物溶液浸泡的方式，将搅拌均匀的原状盾构渣土、粒化高炉矿渣和硅酸钠粉混合物浸入氢氧化钠溶液中，为免烧制品创造一个外部强碱性环境，使得粒化高炉矿渣玻璃体中的硅氧键和铝氧键在强碱的作用下发生断裂，溶出四面体并向四周扩散，吸附在渣土颗粒表面，再与氧化钙水化后的氢氧化物发生缩聚反应，硅酸钠粉溶解后的水合硅离子同时加速了缩聚反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硅铝酸钙凝胶相物质。由于粒化高炉矿渣颗粒细小，外形不规则，有效地与渣土颗粒贴合，原状渣土料在强碱环境下逐步生成凝胶相，并在渣土颗粒之间聚集，进而包络周围的渣土体，达到固化原状渣土的效果。
通过采用浸泡的方式，从源头上切断了碱金属阳离子的引入，避免直接添加碱金属氢氧化物而残留，从而最大程度的避免泛碱，所制备免烧制品在水中浸泡，在不断干湿交替的情况下，无碳酸盐类物质析出，有效的抑制了泛碱现象的发生。同时，相对于将氢氧化物直接加入渣土料中来说，还减少制备成本。充分利用碱金属氢氧化物溶液提供的碱性环境，且在这个过程中氢氧根离子不被消耗，因此，碱金属氢氧化物溶液可以重复使用、浸泡多次，这极大的减少了免烧制品的生产成本。
进一步地，可以通过控制碱金属氢氧化物物质的量浓度及浸泡时间来调节原状盾构渣土免烧制品的强度大小，缩短制品成型时间或避免强度富余。在固定原料质量比下，存在一个最佳浸泡浓度，随着碱金属氢氧化物物质的量浓度的增加，免烧制品抗压强度先增大后减小，说明高浓度对其强度的发展不利。这是因为过高的浓度短时间内加速了离子的溶出，使得早期形成的胶凝相包裹了粒化高炉矿渣颗粒表层，阻碍了后续反应的进行或使得反应速率变的缓慢，没有充分发挥高炉矿渣的活性。因此，导致免烧制品强度降低。在固定原料质量比和碱金属氢氧化物物质的量浓度的情况下，免烧制品抗压强度随浸泡时间不断增加。如所制备免烧制品在0.3mol/L氢氧化钠溶液中浸泡后的强度随着浸泡时间逐渐增大，且浸泡7d、14d、21d后的抗压强度分别与在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L氢氧化钠溶液中浸泡28d的抗压强度值相当。
在最佳的碱金属氢氧化物物质的量浓度附近，采用本发明浸泡的方式所得渣土固化体避免了泛碱现象产生，抗压强度和抗折强度高，耐水性能优异，抗风化较好，干燥收缩值低，具有较好的力学性能和耐久性能。根据不同的抗压强度及其他性能指标要求，可以应用于制备各种类型的免烧制品。
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是本发明免烧制品28d抗压强度随浸泡的氢氧化钠溶液物质的量浓度的变化图。
图2是本发明实施例1原状盾构渣土免烧制品28d单轴压缩应力-应变曲线图。
图3是本发明实施例1原状盾构渣土免烧制品泡水4d后单轴压缩应力-应变曲线图。
图4是本发明实施例1-4原状盾构渣土免烧制品抗压强度随浸泡时间变化图。
图5是本发明实施例5原状盾构渣土免烧制品室温自然环境下浸水泛碱过程图。
图6是本发明对比例1原状盾构渣土免烧制品室温自然养护28d后单轴压缩应力-应变曲线图。
图7是本发明对比例1原状盾构渣土免烧制品室温自然环境下浸水泛碱过程图。
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。
本具体实施方式提出一种原状盾构渣土免烧制品及其制备方法，下述具体实施方式、实施例以及对比例中原状盾构渣土取自长沙地铁6号线三工区某区间的原状强风化板岩渣土料，测得其初始含水率为33％。活性工业废渣选择粒化高炉矿渣，目数为200；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目；氢氧化钠为固体片状分析纯，纯度99％。
为了在确保免烧制品基本性能的基础上，降低生产成本。本发明首先包括最佳的碱金属氢氧化物物质的量浓度的研究。
具体如下：取粒化高炉矿渣与原状强风化板岩盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为3:7，硅酸钠粉与粒化高炉矿渣的质量比为0.0394:1，水与原状盾构渣土的质量比为0.143:1；
其制备方法如下：
(1)按质量比例分别称取原材料，将硅酸钠粉和粒化高炉矿渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
(2)将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入直径50mm高100mm的圆柱模具中，室温自然养护3d并脱模后得免烧制品Ⅰ；
(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的氢氧化钠溶液中浸泡28d，得最终的免烧制品Ⅱ；
其中，在步骤(3)中，分别选用不同浓度的氢氧化钠溶液进行浸泡，氢氧化钠溶液物质的量浓度分别为：(a)0.05mol/L；(b)0.1mol/L；(c)0.2mol/L；(d)0.3mol/L；(e)0.45mol/L；(f)1.0mol/L；(g)2.0mol/L；(h)4.0mol/L；(i)8.0mol/L。
经测试，针对上述(a)-(i)的9种氢氧化钠溶液物质的量浓度，浸泡28d后免烧制品的平均抗压强度分别为4.61MPa、10.28MPa、12.48MPa、15.63MPa、17.24MPa、14.76MPa、12.64MPa、10.87MPa、6.11MPa。如图1所示，图1为该质量比下，免烧制品28d抗压强度随浸泡的氢氧化钠溶液物质的量浓度的变化图。
由上述结果可知，在上述原料的质量比下，最佳的氢氧化钠溶液物质的量浓度为0.45mol/L。氢氧化钠溶液物质的量浓度为0.3mol/L时，制品平均抗压强度超过15MPa；氢氧化钠溶液物质的量浓度为0.1mol/L时，制品平均抗压强度即超过10MPa；当氢氧化钠溶液物质的量浓度超过0.45mol/L时，随着其物质的量浓度增加，免烧制品抗压强度降低，说明高浓度对其强度的发展不利。
根据上述结果，本发明原状盾构渣土免烧制品可以通过控制氢氧化钠溶液物质的量浓度及浸泡时间来调节其强度大小，缩短制品成型时间或避免强度富余。
为进一步具体说明本发明提出的一种原状盾构渣土免烧制品的制备方法及其力学性能、耐久性能、干燥收缩、抗风化、无泛碱的特征，下面列举实施例进行详细说明。
实施例1
按质量比分别称取相应原材料，具体如下：粒化高炉矿渣与原状强风化板岩盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为3:7，硅酸钠粉与粒化高炉矿渣的质量比为0.0394:1，水与原状盾构渣土的质量比0.143:1；以质量百分比含量计算为：硅酸钠粉0.86％、粒化高炉矿渣21.8％、原状强风化板岩盾构渣土67.67％、水9.67％。其中，原状强风化板岩盾构渣土取自长沙地铁6号线三工区某区间，测得初始含水率为33％；粒化高炉矿渣的目数为200；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目，溶解时间220s；
本实施例的免烧制品制备步骤如下：
(1)按原料配比将硅酸钠粉和粒化高炉矿渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
(2)按原料配比将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入40*40*160mm的模具和直径50mm高100mm的圆柱模具中，室温自然养护3d并脱模后得免烧制品Ⅰ；
(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的物质的量浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡28d，得最终的免烧制品Ⅱ。
经测试，免烧制品Ⅱ的平均抗压强度为15.63MPa，如图2，图2为免烧制品Ⅱ的单轴压缩应力-应变全曲线图；经测试，本实施例的免烧制品Ⅱ的平均抗折强度为2.7MPa；如图3，免烧制品Ⅱ泡水4天后的平均抗压强度为14.68MPa，即软化系数为0.94，属耐水材料，具有优异的耐水性能。
将同批圆柱试件表面清理干净，然后置于105℃的鼓风干燥箱中干燥至恒重，称取干质量；将干燥试样浸入25℃的水中24h，取出试样，用湿毛巾拭去表面水分，立即称重；将浸泡24h后的湿试样侧立放入蒸煮箱内，间距20mm，注入清水，水面高于试样表面50mm，加热至沸腾，煮沸5h，然后停止加热冷却至常温。经测试，免烧制品Ⅱ的吸水率为25％，饱和系数0.90。
采用同批制作的尺寸为40*40*160mm的3块试样测试干燥收缩值大小，直至两次测长读数差在0.01mm范围内为止，以最后两次的平均值作为干燥后读数，测得试样的干燥收缩值为0.52mm/m。
实施例2
按质量比分别称取相应原材料，具体如下：粒化高炉矿渣与原状强风化板岩盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为3:7，硅酸钠粉与粒化高炉矿渣的质量比为0.0394:1，水与原状盾构渣土的质量比0.143:1；以质量百分比含量计算为：硅酸钠粉0.86％、粒化高炉矿渣21.8％、原状强风化板岩盾构渣土67.67％、水9.67％。其中，原状强风化板岩盾构渣土取自长沙地铁6号线三工区某区间，测得初始含水率为33％；粒化高炉矿渣的目数为200；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目，溶解时间220s；
本实施例的免烧制品制备步骤如下：
(1)按原料配比将硅酸钠粉和粒化高炉矿渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
(2)按原料配比将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入直径50mm高100mm的圆柱模具中，室温自然养护3d并脱模后得免烧制品Ⅰ；
(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的物质的量浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡21d，得最终的免烧制品Ⅱ。
经测试，免烧制品Ⅱ的平均抗压强度为12.68MPa。
实施例3
按质量比分别称取相应原材料，具体如下：粒化高炉矿渣与原状强风化板岩盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为3:7，硅酸钠粉与粒化高炉矿渣的质量比为0.0394:1，水与原状盾构渣土的质量比0.143:1；以质量百分比含量计算为：硅酸钠粉0.86％、粒化高炉矿渣21.8％、原状强风化板岩盾构渣土67.67％、水9.67％。其中，原状强风化板岩盾构渣土取自长沙地铁6号线三工区某区间，测得初始含水率为33％；粒化高炉矿渣的目数为200；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目，溶解时间220s；
本实施例的免烧制品制备步骤如下：
(1)按原料配比将硅酸钠粉和粒化高炉矿渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
(2)按原料配比将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入直径50mm高100mm的圆柱模具中，室温自然养护3d并脱模后得免烧制品Ⅰ；
(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的物质的量浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡14d，得最终的免烧制品Ⅱ。
经测试，免烧制品Ⅱ的平均抗压强度为10.65MPa。
实施例4
按质量比分别称取相应原材料，具体如下：粒化高炉矿渣与原状强风化板岩盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为3:7，硅酸钠粉与粒化高炉矿渣的质量比为0.0394:1，水与原状盾构渣土的质量比0.143:1；以质量百分比含量计算为：硅酸钠粉0.86％、粒化高炉矿渣21.8％、原状强风化板岩盾构渣土67.67％、水9.67％。其中，原状强风化板岩盾构渣土取自长沙地铁6号线三工区某区间，测得初始含水率为33％；粒化高炉矿渣的目数为200；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目，溶解时间220s；
本实施例的免烧制品制备步骤如下：
(1)按原料配比将硅酸钠粉和粒化高炉矿渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
(2)按原料配比将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入直径50mm高100mm的圆柱模具中，室温自然养护3d并脱模后得免烧制品Ⅰ；
(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的物质的量浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡7d，得最终的免烧制品Ⅱ。
经测试，免烧制品Ⅱ的平均抗压强度为4.40MPa。
如图4，图4为实施例1-4免烧制品Ⅱ抗压强度随浸泡时间变化图，由图4可知，在该原料配比范围内，免烧制品抗压强度随浸泡时间不断增加，且制品在0.3mol/L氢氧化钠溶液中浸泡7d、14d、21d的抗压强度分别与在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L氢氧化钠溶液中浸泡28d的抗压强度值相当。因此，可以通过控制浸泡时间来获得相应强度的免烧制品，缩短制品成型时间或避免强度富余。
实施例5
按质量比分别称取相应原材料，具体如下：粒化高炉矿渣与原状强风化板岩盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为3:7，硅酸钠粉与粒化高炉矿渣的质量比为0.0394:1，水与原状盾构渣土的质量比0.143:1；以质量百分比含量计算为：硅酸钠粉0.86％、粒化高炉矿渣21.8％、原状强风化板岩盾构渣土67.67％、水9.67％。其中，原状强风化板岩盾构渣土取自长沙地铁6号线三工区某区间，测得初始含水率为33％；粒化高炉矿渣的目数为200；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目，溶解时间220s；
本实施例的免烧制品制备步骤如下：
(1)按原料配比将硅酸钠粉和粒化高炉矿渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
(2)按原料配比将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入直径50mm高100mm的圆柱模具中，室温自然养护3d并脱模后得免烧制品Ⅰ；
(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的物质的量浓度为0.45mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡28d，得最终的免烧制品Ⅱ。
经测试，免烧制品Ⅱ的平均抗压强度为17.24MPa。结合前述实施方式和实施例，在该原料质量比下，在0.45mol/L氢氧化钠物质的量浓度中浸泡的免烧制品的强度最高。
将同批制作的圆柱试样在0.45mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡28d后，再浸入水中，水面浸没试样顶面，在室温环境下静置，直到水完全风干。当水风干后，再补充加入水至试样顶面，如此干湿交替数次至240d(5月至12月份)为止。通过目测的方法，定期观察试样表面和周围的沉积物，从而定性的判断试样泛碱情况。如图5所示，图5为试样泛碱情况过程图，可以看出，浸水至240d后，试样表面及周围均无碳酸盐类物质析出，有效地避免了泛碱。
进一步，对本发明原状盾构渣土免烧制品的经济性作详细说明。
对比例1
按质量比分别称取相应原材料，具体如下：粒化高炉矿渣与原状强风化板岩盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为3:7，硅酸钠粉与粒化高炉矿渣的质量比为0.0394:1，水与原状盾构渣土的质量比0.143:1；以质量百分比含量计算为：硅酸钠粉0.86％、粒化高炉矿渣21.8％、原状强风化板岩盾构渣土67.67％、水9.67％。其中，原状强风化板岩盾构渣土取自长沙地铁6号线三工区某区间，测得初始含水率为33％；粒化高炉矿渣的目数为200；硅酸钠粉模数为2.85，细度为100目，溶解时间220s；
本对比例的免烧制品制备步骤如下：
(1)按原料配比将硅酸钠粉和粒化高炉矿渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
(2)按原料配比将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；
(3)将一定量的片状氢氧化钠固体直接加入混合物料S3中，搅拌均匀后浇筑入直径50mm高100mm的圆柱模具中，室温自然养护28d后脱模，得最终的免烧制品。
其中，在步骤(3)中，片状氢氧化钠固体的质量按照实施例5中浸泡的氢氧化钠溶液的物质的量浓度同等换算，即加入的氢氧化钠的质量与混合物料S3中水分(包括外加水和原状渣土中本身含水量)的比值换算成物质的量浓度为0.45mol/L。
经测试，该免烧制品的28d平均抗压强度为15.96MPa，如图6，图6为免烧制品的单轴压缩应力-应变全曲线图。由测试结果可知，其28d平均抗压强度较实施例5小，而稍大于实施例1。但实施例1和实施例5的氢氧化钠溶液可以重复使用，相对于对比例1来说，实施例1和实施例5减少了氢氧化钠的使用，从而降低了制备成本。
将同批制作的圆柱试样养护28d后，浸入水中，水面浸没试样顶面，在室温环境下静置，直到水完全风干。当水风干后，再补充加入水至试样顶面，如此干湿交替数次至240d(5月至12月份)为止。通过目测的方法，定期观察试样表面和周围的沉积物，从而定性的判断试样泛碱情况，与实施例5作对比。如图7所示，图7为试样泛碱情况过程图，当浸水至120d后，试样顶部即出现了轻微泛碱的现象。
其他有益效果：
(1)通过采用浸泡的方式，从源头上切断了碱金属阳离子的引入，避免直接添加碱金属氢氧化物而残留，所制备免烧制品在水中浸泡，不断湿润、干燥的情况下，无碳酸盐类物质析出，有效的抑制了泛碱现象的发生。
(2)碱金属氢氧化物溶液可以重复使用、多次浸泡，极大的降低了免烧制品的生产成本，制备成标准砖成本在0.4元以内。
(3)免烧制品强度可控，最低为4.4MPa及以上，可以资源化应用于制备各种类型的免烧制品，如免烧砌块、路沿石、免烧砖等。
(4)所制备免烧制品具有较好的抗压强度和抗折强度，耐水性能优异，抗风化较好，干燥收缩值低，无泛碱，具有较好的力学性能和耐久性能。
(5)无需添加水泥，免烧制，无需振动或加压成型；原状盾构渣土无需脱水与筛分处理，极大的简化了处置工艺与流程，降低生产成本。
(6)对于不同类型的原状盾构渣土具有较强的适用性和经济性，无需考虑原状盾构渣土的初始含水率、颗粒级配等因素的影响，可推广性、可复制性强。
(7)节省渣土运输费和弃置费，降低施工成本，改善现场施工环境，避免了渣土堆存带来的安全风险及隐患，可以获得很好的经济效益、环境效益和社会效益。
需要说明的是，所述原状盾构渣土是没有进行脱水处理的盾构渣土，以干重计是指原状盾构渣土不计水分时的重量。
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)

1.一种原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，所述原状盾构渣土免烧制品由以下质量比的原料组成：活性工业废渣与以干重计原状盾构渣土中渣土含量的质量比为1.5-4:6-8.5，硅酸钠粉与活性工业废渣的质量比为0.01-0.5:1，水与原状盾构渣土的质量比0-0.25:1，其制备方法包括如下步骤：
（1）按质量比例分别称取原材料，将硅酸钠粉和活性工业废渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
（2）将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入模，室温自然养护并脱模后得免烧制品Ⅰ；
（3）将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的碱金属氢氧化物溶液中浸泡，得最终的免烧制品Ⅱ；
在步骤（3）中，所述碱金属氢氧化物溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，其物质的量浓度为0.1-1mol/L。
2.根据权利要求1所述的原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，所述原状盾构渣土为刀盘切削后进入土仓，经螺旋输送机、皮带输送机、轨道渣土车运输或泵送至地面渣土池中的未经脱水与筛分处理的原状盾构渣土。
3.根据权利要求1所述的原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，所述活性工业废渣为粉煤灰、高炉矿渣、钢渣中的至少一种，目数为200目及以上。
4.根据权利要求1所述的原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述硅酸钠为粉末状，模数为2.0-3.0，细度为100-200目。
5.根据权利要求1所述的原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，加水之前对原状盾构渣土对辊处理，控制原状渣土中粗颗粒的含量30%及以下，并搅拌5min及以上。
6.根据权利要求1所述的原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，将浇筑好的混合物料S3室温自然养护1-7d后脱模。
7.根据权利要求1所述的原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，在碱金属氢氧化物溶液中的浸泡时间为1-90d。
8.一种权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的原状盾构渣土免烧制品。
9.根据权利要求8所述的原状盾构渣土免烧制品，其特征在于，其强度大小能够通过控制碱金属氢氧化物物质的量浓度及浸泡时间进行调节。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07277807A (ja) * 1994-04-04 1995-10-24 Sanko:Kk シールドトンネル工用裏込資材
KR20070104179A (ko) * 2006-04-22 2007-10-25 한국전력공사 지중 송전관로 및 개착식 전력구의 유동성 되메움재용고화재 조성물
JP2010013315A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 鉄鋼スラグを使用する土木用材の製造方法
KR101314697B1 (ko) * 2013-02-05 2013-10-07 (주)에프씨코리아랜드 가용성 특수 규산염을 함유하는 흙콘크리트 조성물과 이를 이용한 표면강화형 흙포장공법
KR20140141355A (ko) * 2013-05-31 2014-12-10 주식회사 씨엠디기술단 심층혼합공법용 고화재 조성물
JP2017132657A (ja) * 2016-01-28 2017-08-03 三菱ケミカル株式会社 ジオポリマー組成物の製造方法
JP2017225935A (ja) * 2016-06-22 2017-12-28 太平洋セメント株式会社 掘削ずりの処理方法
KR20190054362A (ko) * 2017-11-13 2019-05-22 (재)한국건설생활환경시험연구원 폐기물을 활용하는 유동성 경량 하수관용 채움재 조성물 및 이의 제조방법
CN111393117A (zh) * 2020-03-24 2020-07-10 中国建筑第五工程局有限公司 含水原状盾构渣土免烧建筑材料及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101314539B (zh) * 2008-06-06 2011-11-23 华南理工大学 免烧耐腐蚀面砖及其制备方法
CN110510966B (zh) * 2019-09-29 2021-12-31 中国建筑第五工程局有限公司 高强度的渣土免烧制品及其制备方法
CN111233437A (zh) * 2020-03-11 2020-06-05 安徽工业大学 一种不泛碱高掺量赤泥烧结砖的制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07277807A (ja) * 1994-04-04 1995-10-24 Sanko:Kk シールドトンネル工用裏込資材
KR20070104179A (ko) * 2006-04-22 2007-10-25 한국전력공사 지중 송전관로 및 개착식 전력구의 유동성 되메움재용고화재 조성물
JP2010013315A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 鉄鋼スラグを使用する土木用材の製造方法
KR101314697B1 (ko) * 2013-02-05 2013-10-07 (주)에프씨코리아랜드 가용성 특수 규산염을 함유하는 흙콘크리트 조성물과 이를 이용한 표면강화형 흙포장공법
KR20140141355A (ko) * 2013-05-31 2014-12-10 주식회사 씨엠디기술단 심층혼합공법용 고화재 조성물
JP2017132657A (ja) * 2016-01-28 2017-08-03 三菱ケミカル株式会社 ジオポリマー組成物の製造方法
JP2017225935A (ja) * 2016-06-22 2017-12-28 太平洋セメント株式会社 掘削ずりの処理方法
KR20190054362A (ko) * 2017-11-13 2019-05-22 (재)한국건설생활환경시험연구원 폐기물을 활용하는 유동성 경량 하수관용 채움재 조성물 및 이의 제조방법
CN111393117A (zh) * 2020-03-24 2020-07-10 中国建筑第五工程局有限公司 含水原状盾构渣土免烧建筑材料及其制备方法

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