CN113582644A - 一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用 - Google Patents

一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113582644A
CN113582644A CN202110932581.2A CN202110932581A CN113582644A CN 113582644 A CN113582644 A CN 113582644A CN 202110932581 A CN202110932581 A CN 202110932581A CN 113582644 A CN113582644 A CN 113582644A
Authority
CN
China
Prior art keywords
soil
component
curing agent
mixture
ash
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202110932581.2A
Other languages
English (en)
Inventor
王晶晶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN202110932581.2A priority Critical patent/CN113582644A/zh
Publication of CN113582644A publication Critical patent/CN113582644A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/10—Lime cements or magnesium oxide cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/0409—Waste from the purification of bauxite, e.g. red mud
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/0481—Other specific industrial waste materials not provided for elsewhere in C04B18/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • C04B28/142—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements containing synthetic or waste calcium sulfate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00732—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for soil stabilisation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明涉及固化剂技术领域的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用；包括A组份原料处理、A组份土壤固化剂制备、B组份原料处理、B组份土壤固化剂制备、C组份原料处理、C组份土壤固化剂制备。本发明利用工业固废高钙灰渣中的CaO加水放热，加入工业副产石膏，生成所需的复合激发剂；加入赤泥或电石渣进行脱水，同时得到碱激发剂Ca(OH)2；破碎后高钙灰渣中的CaCO3作为骨架增加固结物的强度。根据不同的工程性能，制备出三种土壤固化剂，可单独或复合使用。整个制备中无需煅烧，减少了能耗和天然资源的使用，生产成本低且无三废排放；应用领域广、针对性强、质量稳定、固废利用率高，用后无二次污染。

Description

一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用
技术领域
本发明涉及固化剂技术领域，具体涉及一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用。
背景技术
我国工业固废如赤泥、工业废石膏、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣等现库存量已超60亿吨，不仅占用大量的土地资源，而且对环境造成严重污染，影响着我国经济的可持续发展。
研究发现，工业固废大多都具有潜在的活性成分，通过碱激发和金属盐激发(化学激发)制备水泥、胶凝材料和土壤固化剂，这类技术已有几十年的历史。自1976年第一项美国专利问世，在英国、法、欧洲等国已获专利30余项；Robert研究了一种高浓缩的液体土壤固化剂(CIS)；Thecann研究了腐生物分解木质素中的担子菌类等。我国从八十年代开始引进国外土壤固化剂技术，特别是利用工业固废制备土壤固化剂技术取得诸多研究成果。比较有代表性的发明专利如下，专利号为CN101164952A的发明专利《利用多种工业废渣制备低标号碾压混凝土的方法》公开了一种利用赤泥、碱渣、电石泥、粉煤灰、钛白粉渣、硫铁矿渣等多种工业废渣等为原材料，制成不同强度的低标号碾压混凝土。在某省干线公路、高速公路约80多公里进行了公路基层稳定土(底基层)实验性推广和应用，公路运营10～15年后，多数几乎无大修。专利号为202010596995.8的发明专利《一种工业废渣土壤固化剂》、专利号为CN101671986B的发明专利《一种使用拜尔法赤泥生产的道路材料》，专利号为200610165797.6的专利，专利号为200510045153.9的专利，以及文献《赤泥做道路基层材料的试验研究》《赤泥高等级路面基层材料的工程应用》等300多项技术成果推动了我国在道路工程利用工业固废生产土壤固化剂的进程。
由此可见，利用赤泥、矿渣、工业副产石膏、煤矸石、粉煤灰等大宗工业固废作为原料，通过碱、金属盐激发其活性制成的粉质土壤固化剂已是公知技术，用其加入粗、细集料制作道路材料也是公知技术。类似工业副产石膏、赤泥、电石渣等，被列为国家资源利用重点项目，此类工业固废库存量大、亲水性强、杂质多，不经低温烧成或脱水处理几乎无法使用，现有的处理技术不但产生二次污染，而且消耗大量的能源，附加值低是制约这类固废综合利用的主要屏障；加之我国地域辽阔，土壤分类众多，对于不同土质，目前仍然延用石灰、石灰和粉煤灰以气硬性胶凝材料为主的混合物和水泥、水泥与粉煤灰等水硬性胶凝材料为主的混合物对土壤进行改性补强，来制作路床土、稳定土，稳定砂砾、碎石基层。虽然效果明显，但生产这类通用产品需消耗很多不可再生的资源，排放大量的CO2，造成环境污染。
在现有的粉质土壤固化剂应用中，因受原材料和激发剂的影响，所制备固化剂品种单一，导致固结不同性质的土或砂砾、砂、石应用时范围受限、针对性差，使用中往往靠增加固化剂掺量来满足性能要求，很多情况下并不能达到很好的效果，不仅造成施工成本的增加，甚至会给工程质量带来隐患和环境的二次污染。
发明内容
本发明为克服上述不足，提供了一个切实可行、以废制废、节约资源、产品多元化、针对性强、既能保证工程质量、又能提高固废利用率的复合大宗工业固废制备土壤固化剂的技术方案，以此达到资源再生利用、节能环保的目的。
本发明是按照以下技术方案实施的：
一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，包括以下步骤：
S1，A组份原料处理：用水对高钙灰渣淋溶，当高钙灰渣放热温度达到230℃后加入工业副产石膏进行混合翻拌，然后静止熟化8～48h，得到混合料A；当混合料A含水量≤5％时，将混合料A送入破碎机进行破碎，促使高钙灰渣中的CaO向Ca(OH)2全部转化继续放热，使混合料A的含水量＜0.5％，得到A组份混合料，密封备用；
上述过程主要涉及以下反应方程式：
CaO+H2O＝Ca(OH)2+64058J；
Figure BDA0003211595000000031
2CaSO4·2H2O+3CaO＝2CaSO4·0.5H2O+3Ca(OH)2；
S2，A组份土壤固化剂制备：将A组份混合料、矿渣、粉煤灰、激发剂A、助剂A按照10～35∶20～60∶5～12∶5～10∶0.5～1的质量比送入球磨机磨粉，得到A组份土壤固化剂；所述A组份土壤固化剂的比表面积＞580m2/kg，含水量≤1％；
S3，B组份原料处理：用水对高钙灰渣淋溶，当高钙灰渣放热温度达到100℃后加入赤泥进行翻拌混合，然后静止熟化8～24h，得到混合料B；当混合料B的含水量≤5％时，将混合料B送入强制式拌合机进行混料拌合，促使高钙灰渣中的CaO向Ca(OH)2全部转化继续放热，使混合料B的含水量＜1％，得到B组份混合料，密封备用；
S4，B组份土壤固化剂制备：将B组份混合料、粉煤灰、激发剂B、助剂B按照45～65∶15～30∶1～10∶0.1～0.5的质量比送入球磨机磨粉，得到B组份土壤固化剂；所述B组份土壤固化剂的出料细度≤80μm，筛余量≤15％，含水量≤1％；
S5，C组份原料处理：用水对高钙灰渣淋溶，当高钙灰渣放热温度达到100℃后加入电石渣进行翻拌混合，然后静止熟化8～24h，得到混合料C；当混合料C的含水量≤5％时，将混合料C送入强制式拌合机进行混料拌合，促使高钙灰渣中的CaO向Ca(OH)2全部转化继续放热，使混合料C含水量＜1％，得到C组份混合料，密封备用；
S6，C组份土壤固化剂制备：将C组份混合料、粉煤灰、激发剂C按照35～55∶25～40∶5～10的质量比送入球磨机磨粉，得到C组份土壤固化剂；所述C组份土壤固化剂出料细度≤80μm，筛余量≤15％，含水量≤1％。
优选的，所述高钙灰渣为氧化铝生产中产生的工业废料；所述高钙灰渣的成分包括35～55wt％CaO、45～65wt％CaCO3、其余为含Mg+、Na+、K+的杂质。
优选的，所述步骤S1中，淋溶高钙灰渣的水的质量为高钙灰渣质量的1％；高钙灰渣与工业副产石膏的质量比按下式计算：
Figure BDA0003211595000000041
式中：X为高钙灰渣的质量，y1为工业副产石膏的质量，E1为工业副产石膏的含水量，Z为高钙灰渣中CaO含量；
所述步骤S3中，淋溶高钙灰渣的水的质量为高钙灰渣质量的1％；
高钙灰渣与赤泥的质量比按下式计算：
ZX＝3.16 E2y2 (2)
式中：X为高钙灰渣的质量，y2为赤泥的质量，Z为高钙灰渣中CaO的含量，E2为赤泥的含水量；
所述步骤S5中，淋溶高钙灰渣的水的质量为高钙灰渣质量的1％；
高钙灰渣与电石渣的质量比按下式计算：
ZX＝3.16 E3y3 (3)
式中：X为高钙灰渣的质量，y3为电石渣的质量，Z为高钙灰渣中CaO的含量，E3为电石渣的含水量。
优选的，所述工业副产石膏的含水量≤20％；所述工业副产石膏为二水钛石膏、二水磷石膏、二水脱硫石膏中的至少一种；
所述工业副产石膏成分包括1.25～4.58wt％TiO2、4.80～29.63wt％Fe2O3、0.82～5.86wt％Al2O3、21.60～35.78wt％CaO、0.82～2.98wt％MgO、31.96～37.31wt％SO3、0.95～3.04wt％SiO2。
优选的，所述步骤S2的矿渣为高炉水淬矿渣、钢渣、硅锰铁中的任意一种或两种；
所述矿渣成分包括18～55wt％SiO2、1～35wt％Al2O3、0.01～50wt％CaO、0.01～22wt％MgO、0.01～3wt％Fe2O3、0.01～5wt％MnO。
优选的，所述步骤S2中的激发剂A为熟石灰、脱水石膏、硅酸盐水泥52.5、水玻璃、氢氧化钠、水泥熟料中的至少一种；
所述助剂A为粉煤灰、三聚磷酸铝、硫酸铝钾、硫酸钡、硝酸钡、硼砂中的两种或多种。
优选的，所述步骤S3的赤泥为烧结法赤泥、拜尔法赤泥、联合法赤泥中的任意一种；
所述赤泥的成分包括2.12～7.30wt％TiO2、2.83～31.56wt％Fe2O3、19.8～40.63wt％Al2O3、4.88～46.80wt％CaO、1.02～2.05wt％MgO、11.48～45.65wt％SiO2、0.2～3.80wt％K2O、0.20～5.86wt％Na2O。
优选的，所述步骤S2、S4、S6中，粉煤灰为热电厂的二级干排灰，成分包括0.30～22.40wt％Fe2O3、6.09～55.22wt％Al2O3、0.02～29.95wt％CaO、0.02～4.97wt％MgO、19.11～66.72wt％SiO2、0.03～8.44wt％SO3、0.04～3.90wt％K2O、0.02～2.51wt％Na2O，烧失量为0.3wt％。
优选的，所述步骤S4中，激发剂B为氢氧化钙、水泥熟料、氢氧化钠中的至少一种；所述助剂B为三乙醇胺、磷酸钠、木质素磺酸钠中的任意两种。
优选的，所述步骤S5中，电石渣为电石水解获取乙炔气后的废渣，成分包括75～85wt％Ca(OH)2、0.5～1.1wt％Fe2O3、0.3～0.7wt％Al2O3、0.02～29.95wt％CaO、0.83～1.84wt％Mg(OH)2、6.2～9.1wt％SiO2。
优选的，所述步骤S6中，激发剂C为氢氧化钙、半水石膏、水玻璃中的至少一种。
由本发明的方法制备得到的土壤固化剂的应用，A组份土壤固化剂为以水硬性胶凝材料为主的土壤固化剂，用于固结低液限粉质土、砂砾土、级配砂砾、级配碎石；
B组份土壤固化剂为复合固化剂，用于固结中液限土质；
C组份土壤固化剂为以气硬性胶凝材料为主的固化剂，用于固结高液限粘质土、微/中膨胀土、红黏土、淤泥、酸性黑黏土。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明利用工业固废高钙灰渣中的有效CaO加水放热，处理工业副产石膏，生成所需的复合激发剂(Ca(OH)2与CaSO4·0.5H2O)；加入赤泥或电石渣进行脱水，同时得到碱激发剂Ca(OH)2；高钙灰渣中残余的CaCO3经破碎后又能作为骨架增加固结物的强度。本发明的制备过程无需煅烧，减少了能耗和天然资源的使用，降低生产成本，真正做到了以废制废、无三废排放；
2、本发明制备得到的一系列土壤固化剂应用范围广：当固结的土为低液限粉质土、砂砾土、级配砂砾、级配碎石时使用A组份土壤固化剂；当被固结的土质为中液限土时，使用B组份土壤固化剂(可以减少掺量)；当被固结的土为高液限粘质土、微/中膨胀土、红黏土、淤泥、酸性黑黏土时，使用C组份土壤固化剂；当遇到一项工程多种土壤或施工环境恶劣(如多雨季节、梅雨天气)时可复合使用两种或多种土壤固化剂，且不需提高固化剂掺量，施工便捷、针对性强，从而降低施工成本；
3、本发明的固废利用率高，用后无二次污染。
附图说明
图1为本发明A组份土壤固化剂的工艺流程图；
图2为本发明B组份土壤固化剂的工艺流程图；
图3为本发明C组份土壤固化剂的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更明确、理解本发明的技术方案，特结合近二十年来的具体实施例，对本发明的制备工艺、施工工艺以及应用效果进行完整的描述。所描述的实施例仅仅是本发明中具代表性的一部分，而不是本发明全部的实施例。本领域普通技术人员根据本发明做出的各种相应改变和变形，都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图2所示，一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，包括以下步骤：(1)B组份原料处理：
原料检测，高钙灰渣CaO含量为50％，赤泥含水量为28％，粉煤灰含水率＜1％，根据用户提供的技术参数和用料计划，制备5200t的B组份土壤固化剂。
按照以下公式计算出所有材料的用量：
ZX＝3.16E2y2；式中，X为高钙灰渣的质量，y2为赤泥的质量，Z为高钙灰渣中CaO的含量，E2为赤泥的含水量；
B组份混合料∶粉煤灰∶激发剂B∶助剂B＝62.16∶29.44∶8∶0.4；
水20.62t、高钙灰渣2062t、赤泥1171t，将前述原料分130等份制备。每份取0.15862t水对15.862t高钙灰渣淋溶，当高钙灰渣放热温度达到100℃后加入39.033t赤泥进行混合翻拌，然后静止熟化24h；为促使CaO向Ca(OH)2全部转化、放热，继续混合翻拌，直至含水量降至1％，制得一份B组份混合料，密封备用；
(2)B组份土壤固化剂制备：按步骤(1)中的配合比计算出各材料用量为B组份混合料(B组份混合料中Ca(OH)2质量为混合料质量的20％、赤泥质量为混合料质量的22.5％，其余为CaCO3)∶粉煤灰∶激发剂B(选用水泥熟料)∶助剂(选用磷酸钠和木质素磺酸钠，其质量比为磷酸钠：木质素磺酸钠＝1:3)＝3232.32t∶1530.88t∶416t∶20.8t，将前述材料等分130等份送入球磨机磨粉，得到5200t的B组份土壤固化剂，B组份土壤固化剂出料细度≤80μm，筛余量≤15％，含水量≤1％。
应用实例：
2008年在河南省一级公路常付路一期(全长13.5Km)底基层稳定土的应用实例：现场检测土的塑性指数为12，最佳含水量为16.00％，最大干密度为1.76g/cm3，经设计优化，确定B组份土壤固化剂掺量为干土重量的6％。参照《公路工程路面基层施工技术规范》JTJ034-2000第5.1、5.4条要求的过程质量控制和检验方法组织施工，参照《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004表7.8.2进行质量评定。
经检测，7d无侧限抗压强度0.83Mpa，28d无侧限抗压强度大于5.5Mpa，弯沉值小于设计值，各项指标满足设计要求。2011年竣工验收该路段评定为合格。当时的水泥价格为160元/吨，石灰价格为110元/吨，B组份土壤固化剂价格为75元/吨，节约材料成本约40％。该路段至今仍在运营中，证明了该实施例中的B组份土壤固化剂制备公路底基层稳定土的耐久性和经济效益皆优于水泥稳定土、石灰稳定土、石灰和粉煤灰稳定土，且无二次污染。
实施例2
如图1所示，一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，包括下列步骤：(1)A组份原料处理：
原料检测，高钙灰渣CaO含量为52％，钛石膏含水量为23％，根据用户提供的技术参数和用料计划，制备70t的A组份土壤固化剂。
按照以下公式计算出所有材料的用量：
Figure BDA0003211595000000091
式中，X为高钙灰渣的质量，y1为钛石膏的质量，E1为钛石膏的含水量，Z为高钙灰渣中CaO含量；
A组份混合料∶矿渣∶粉煤灰∶激发剂A∶助剂A＝30∶48∶11.5∶10∶0.5；
水0.0884t、高钙灰渣8.84t、钛石膏12.14t；先在高钙灰渣中加入水进行淋溶，待高钙灰渣放热温度达到230℃时，加入钛石膏进行翻拌混合，然后静止熟化24h；经检测其含水量为2.5％时，将混合料送入强制式拌合机进行混料拌合，促使CaO向Ca(OH)2全部转化继续放热，最终测得混合料含水量为0.4％，制得到A组份混合料，密封备用；
(2)A组份土壤固化剂制备：按步骤(1)中的配合比计算出各材料用量为A组份混合料(A组份混合料中Ca(OH)2质量为混合料质量的6.5％、二水石膏质量为混合料质量的17.3％，其余为CaCO3)∶矿渣(选用高炉水淬矿渣)∶粉煤灰∶激发剂A(选用水泥熟料)∶助剂A(选用硫酸铝钾和硝酸钡，其质量比为硫酸铝钾：硝酸钡＝2:3)＝21t∶33.6t∶8.05t∶7t∶3.5t，将前述材料分别2等份送入球磨机磨粉，制得70t的A组份土壤固化剂；A组份土壤固化剂比表面积＞580m2/kg，含水量≤1％。
应用实例：
2021年在河南省沿太行高速新乡段(里程桩号K25+500～K25+900)底基层稳定砂砾土的应用实例：现场检测土的塑性指数为5.8，最佳含水量为7.55％，最大干密度为2.22g/cm3，经设计优化，确定A组份土壤固化剂掺量为砂砾土重量的3％，对路床进行固化剂稳定砂砾施工。参照《公路路面基层施工技术细则》JTG/T F20-2015和《土壤固化剂应用技术标准》CJJ/T286-2018的过程质量控制和检验方法组织施工，参照《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004表7.8.2进行质量评定。
经检测，7d无侧限抗压强度为4.51Mpa；经环境检测评定，8因子重金属浸出物满足《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》GB5085.3-2007和《城市污水再生利用绿地灌溉水质》GB/T 25499的要求，无二次污染。证明本实施例的A组份土壤固化剂固化砂砾土优于水泥稳定砂砾、石灰稳定砂砾、石灰和粉煤灰稳定砂砾。
本实施例中的特点在于：利用高钙灰渣中的CaO潜在的热能，在反应装置中通过先淋水激发热能放出，并在反应装置内聚热(不与外界进行热交换)，使温度迅速增长至170℃～230℃，为钛石膏和含有H2SO4亲水性强的工业固废提供了物理和化学反应的条件，此时加入钛石膏(工业副产石膏)，通过静置沉化、破碎拌和间歇式地运动进行热交换和反应，制备出土壤固化剂所用的Ca(OH)2和CaSO4·0.5H2O复合激发剂以及粉状CaCO3；随后加入的高炉水淬矿渣、粉煤灰和再次用于复合的激发剂水泥熟料以及用于缓凝的助剂硫酸铝钾和硝酸钡，制备出以水硬性胶凝材料为主的A组份土壤固化剂；用于固结低液限土质。制备工艺简单、易操作、成本低、实用性强。真正实现了以废治废、变废为宝、节约能源且无三废排放的目的。
实施例3
如图3所示，一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，包括下列步骤：(1)C组份原料处理：
原料检测，高钙灰渣CaO含量为48％，电石渣含水量为28％，根据用户提供的技术参数和用料计划，制备350t的C组分土壤固化剂。
按照以下公式计算出所有材料的用量：
ZX＝3.16E3y3；式中：X为高钙灰渣的质量，y3为电石渣的质量，Z为高钙灰渣中CaO的含量，E3为电石渣的含水量；
C组份混合料∶粉煤灰∶激发剂C＝52∶40∶8；
水1.177t、高钙灰渣117.7t、电石渣64.3t，将前述原料分10等份制备；每份取0.1177t水对11.77t高钙灰渣淋溶，当高钙灰渣放热温度达到100℃后加入6.43t电石渣进行翻拌混合，然后静止熟化24h；为促使CaO向Ca(OH)2全部转化继续放热，将每等份混合料继续翻拌，直至含水量小于1％，制得C组份混合料，密封备用；
(2)C组份土壤固化剂制备：按步骤(1)中的配合比计算出各材料用量为C组份混合料(C组份混合料中Ca(OH)2质量为混合料质量的16％、电石渣质量为混合料质量的18.3％，其余为CaCO3)∶粉煤灰∶激发剂C(选用水玻璃)＝182t∶140t∶28t，将前述材料分别分10等份送入球磨机磨粉，制得350t的C组份土壤固化剂，C组份土壤固化剂出料细度≤80μm，筛余量≤15％，含水量≤1％，。
应用实例：
2020年9月在河南省安罗高速上蔡至罗山段路基改性土的应用实例:施工路段所适用的路基填料多为河道淤泥，属高液限微膨胀粉质黏土，属吸水膨胀软化、土干收缩开裂的特种黏土；现场测得素土的塑性指数为22，天然含水率>36％。利用本发明的C组份土壤固化剂气硬性胶凝材料固结速度慢(一般在48h之内)的特性，先在淤泥中加入其重量4％的C组份土壤固化剂沉化10h(经反复试验可使含水量降低8～10个百分点)，待固结土接近最佳含水量(2～3％)时，第二次加入其总重量3％的B组份土壤固化剂(本发明的实施例1)，分两次进行固化处理。采用C组份土壤固化剂与B组份土壤固化剂混合使用，对固化土进行复合掺拌、成型。参照《公路工程路基施工技术规范》JTJ 034-2000第5.1、5.4条要求的过程质量控制和检验方法组织施工。
经检测，压实度在93％时CBR值为24.8，7d无侧限抗压强度0.66Mpa，各项指标满足设计要求，无裂纹，且价格优于水泥和石灰。
本实施例中，C组份是以气硬性胶凝材料为主的土壤固化剂，利用高钙灰渣中未反应完的CaO、激发剂中的NaOH以及粉煤灰强亲水性能迅速吸收淤泥中的水分，高钙灰渣中的粉质CaCO3既能对淤泥进行“砂化”、改善其塑性，又能在土壤中充当骨架，提高其强度。采用C组份土壤固化剂与B组份土壤固化剂混合使用，不但保证了固化土具有较好的强度、水稳定性，抗裂性也能明显提高；还克服了高液限黏土施工中经常“靠天吃饭”造成的人员设备大量闲置，避免了路基成型后出现“弹簧”“蘑菇”、开裂等常见的“质量通病”而造成的多次返工、材料浪费和成本增加，深受用户好评。
实施例4
一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法：制备方法与实施例2中的A组份土壤固化剂相同。
将A组份土壤固化剂，按照GB175-2007进行强度及安定性能检测，3d抗压强度为16.5Mpa，28d抗压强度为38.7Mpa，3d抗折强度为3.8Mpa，28d抗折强度为7.9Mpa，安定性合格。根据《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》GB5085.3-2007和《城市污水再生利用绿地灌溉水质》GB/T 25499进行检测，满足国家标准的要求。
实施例5
一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法：制备方法与实施例1中的B组份土壤固化剂相同。
将B组份土壤固化剂对中液限黏土进行固化处理，土的塑性指数为10，最佳含水量为12.5％，最大干密度为1.71kg/cm3，固化剂掺量为干土重量的4％，
按照标准测定7d(6d养生、1d泡水)无侧限抗压强度为2.8Mpa，28d无侧限抗压强度为7.1Mpa，90d体积膨胀率为-69×10﹣6。根据《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》GB5085.3-2007和《城市污水再生利用绿地灌溉水质》GB/T 25499进行检测，满足国家标准的要求。

Claims (12)

1.一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，A组份原料处理：用水对高钙灰渣淋溶，当高钙灰渣放热温度达到230℃后加入工业副产石膏进行混合翻拌，然后静止熟化8～48h，得到混合料A；当混合料A含水量≤5％时，将混合料A送入破碎机进行破碎，促使高钙灰渣中的CaO向Ca(OH)2全部转化继续放热，使混合料A的含水量＜0.5％，得到A组份混合料，密封备用；
S2，A组份土壤固化剂制备：将A组份混合料、矿渣、粉煤灰、激发剂A、助剂A按照10～35∶20～60∶5～12∶5～10∶0.5～1的质量比送入球磨机磨粉，得到A组份土壤固化剂；所述A组份土壤固化剂的比表面积＞580m2/kg，含水量≤1％；
S3，B组份原料处理：用水对高钙灰渣淋溶，当高钙灰渣放热温度达到100℃后加入赤泥进行翻拌混合，然后静止熟化8～24h，得到混合料B；当混合料B的含水量≤5％时，将混合料B送入强制式拌合机进行混料拌合，促使高钙灰渣中的CaO向Ca(OH)2全部转化继续放热，使混合料B的含水量＜1％，得到B组份混合料，密封备用；
S4，B组份土壤固化剂制备：将B组份混合料、粉煤灰、激发剂B、助剂B按照45～65∶15～30∶1～10∶0.1～0.5的质量比送入球磨机磨粉，得到B组份土壤固化剂；所述B组份土壤固化剂的出料细度≤80μm，筛余量≤15％，含水量≤1％；
S5，C组份原料处理：用水对高钙灰渣淋溶，当高钙灰渣放热温度达到100℃后加入电石渣进行翻拌混合，然后静止熟化8～24h，得到混合料C；当混合料C的含水量≤5％时，将混合料C送入强制式拌合机进行混料拌合，促使高钙灰渣中的CaO向Ca(OH)2全部转化继续放热，使混合料C含水量＜1％，得到C组份混合料，密封备用；
S6，C组份土壤固化剂制备：将C组份混合料、粉煤灰、激发剂C按照35～55∶25～40∶5～10的质量比送入球磨机磨粉，得到C组份土壤固化剂；所述C组份土壤固化剂出料细度≤80μm，筛余量≤15％，含水量≤1％。
2.根据权利要求1所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：所述高钙灰渣为氧化铝生产中产生的工业废料；所述高钙灰渣的成分包括35～55wt％CaO、45～65wt％CaCO3、其余为含Mg+、Na+、K+的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：所述步骤S1中，淋溶高钙灰渣的水的质量为高钙灰渣质量的1％；
高钙灰渣与工业副产石膏的质量比按下式计算：
Figure FDA0003211594990000021
式中：X为高钙灰渣的质量，y1为工业副产石膏的质量，E1为工业副产石膏的含水量，Z为高钙灰渣中CaO含量；
所述步骤S3中，淋溶高钙灰渣的水的质量为高钙灰渣质量的1％；
高钙灰渣与赤泥的质量比按下式计算：
ZX＝3.16E2y2 (2)
式中：X为高钙灰渣的质量，y2为赤泥的质量，Z为高钙灰渣中CaO的含量，E2为赤泥的含水量；
所述步骤S5中，淋溶高钙灰渣的水的质量为高钙灰渣质量的1％；
高钙灰渣与电石渣的质量比按下式计算：
ZX＝3.16E3y3 (3)
式中：X为高钙灰渣的质量，y3为电石渣的质量，Z为高钙灰渣中CaO的含量，E3为电石渣的含水量。
4.根据权利要求3所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：所述工业副产石膏的含水量≤20％；所述工业副产石膏为二水钛石膏、二水磷石膏、二水脱硫石膏中的至少一种；
所述工业副产石膏成分包括1.25～4.58wt％TiO2、4.80～29.63wt％Fe2O3、0.82～5.86wt％Al2O3、21.60～35.78wt％CaO、0.82～2.98wt％MgO、31.96～37.31wt％SO3、0.95～3.04wt％SiO2。
5.根据权利要求1所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：所述步骤S2的矿渣为高炉水淬矿渣、钢渣、硅锰铁中的任意一种或两种；
所述矿渣成分包括18～55wt％SiO2、1～35wt％Al2O3、0.01～50wt％CaO、0.01～22wt％MgO、0.01～3wt％Fe2O3、0.01～5wt％MnO。
6.根据权利要求1所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：所述步骤S2中的激发剂A为熟石灰、脱水石膏、硅酸盐水泥52.5、水玻璃、氢氧化钠、水泥熟料中的至少一种；
所述助剂A为粉煤灰、三聚磷酸铝、硫酸铝钾、硫酸钡、硝酸钡、硼砂中的两种或多种。
7.根据权利要求3所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：所述步骤S3的赤泥为烧结法赤泥、拜尔法赤泥、联合法赤泥中的任意一种；
所述赤泥的成分包括2.12～7.30wt％TiO2、2.83～31.56wt％Fe2O3、19.8～40.63wt％Al2O3、4.88～46.80wt％CaO、1.02～2.05wt％MgO、11.48～45.65wt％SiO2、0.2～3.80wt％K2O、0.20～5.86wt％Na2O。
8.根据权利要求1所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：
所述步骤S2、S4、S6中，粉煤灰为热电厂的二级干排灰，成分包括0.30～22.40wt％Fe2O3、6.09～55.22wt％Al2O3、0.02～29.95wt％CaO、0.02～4.97wt％MgO、19.11～66.72wt％SiO2、0.03～8.44wt％SO3、0.04～3.90wt％K2O、0.02～2.51wt％Na2O，烧失量为0.3wt％。
9.根据权利要求1所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：所述步骤S4中，激发剂B为氢氧化钙、水泥熟料、氢氧化钠中的至少一种；所述助剂B为三乙醇胺、磷酸钠、木质素磺酸钠中的任意两种。
10.根据权利要求3所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：
所述步骤S5中，电石渣为电石水解获取乙炔气后的废渣，成分包括75～85wt％Ca(OH)2、0.5～1.1wt％Fe2O3、0.3～0.7wt％Al2O3、0.02～29.95wt％CaO、0.83～1.84wt％Mg(OH)2、6.2～9.1wt％SiO2。
11.根据权利要求1所述的一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法，其特征在于：所述步骤S6中，激发剂C为氢氧化钙、半水石膏、水玻璃中的至少一种。
12.如权利要求1-11任一项所述的方法制备得到的土壤固化剂的应用，其特征在于：A组份土壤固化剂为以水硬性胶凝材料为主的土壤固化剂，用于固结低液限粉质土、砂砾土、级配砂砾、级配碎石；
B组份土壤固化剂为复合固化剂，用于固结中液限土质；
C组份土壤固化剂为以气硬性胶凝材料为主的固化剂，用于固结高液限粘质土、微/中膨胀土、红黏土、淤泥、酸性黑黏土。
CN202110932581.2A 2021-08-13 2021-08-13 一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用 Withdrawn CN113582644A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110932581.2A CN113582644A (zh) 2021-08-13 2021-08-13 一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110932581.2A CN113582644A (zh) 2021-08-13 2021-08-13 一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113582644A true CN113582644A (zh) 2021-11-02

Family

ID=78257863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110932581.2A Withdrawn CN113582644A (zh) 2021-08-13 2021-08-13 一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113582644A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114684839A (zh) * 2022-03-07 2022-07-01 南京工程学院 工业副产石膏分级矿化固碳及产物梯级利用方法
CN115417652A (zh) * 2022-07-19 2022-12-02 山东大学 一种黄泛区粉土固废基土壤固化剂及其应用
CN115724622A (zh) * 2022-12-27 2023-03-03 河南锐实达分离设备科技股份有限公司 一种土压盾构泥质渣土复合固化药剂及其固化方法
CN115974517A (zh) * 2022-12-26 2023-04-18 葛洲坝中固科技股份有限公司 一种高液限土固化剂及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114684839A (zh) * 2022-03-07 2022-07-01 南京工程学院 工业副产石膏分级矿化固碳及产物梯级利用方法
CN114684839B (zh) * 2022-03-07 2024-03-22 南京工程学院 工业副产石膏分级矿化固碳及产物梯级利用方法
CN115417652A (zh) * 2022-07-19 2022-12-02 山东大学 一种黄泛区粉土固废基土壤固化剂及其应用
CN115974517A (zh) * 2022-12-26 2023-04-18 葛洲坝中固科技股份有限公司 一种高液限土固化剂及其制备方法
CN115724622A (zh) * 2022-12-27 2023-03-03 河南锐实达分离设备科技股份有限公司 一种土压盾构泥质渣土复合固化药剂及其固化方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113582644A (zh) 一种复合大宗工业固废制备土壤固化剂的方法与应用
CN108117362B (zh) 一种建筑垃圾路面基层材料及其制备方法
CN109369079A (zh) 一种以煤矸石为主要原料制备碱激发煤矸石混凝土的方法
CN110734257A (zh) 一种高抗渗混凝土的配制方法
KR100884715B1 (ko) 산업부산물을 이용한 혼합시멘트 조성물 및 그 제조방법
CN102826771B (zh) 一种煤矸石活化物和新型无熟料胶凝材料及其制备方法
CN110606720B (zh) 一种高掺量粉煤灰基透水砖的制备方法
CN112321254B (zh) 利用钛石膏及工程废土的可控低强度材料及制备方法
CN105502973B (zh) 一种贫钙富硅生态水泥及其用途
CN105016643B (zh) 一种利用污泥生产的新型矿粉及其制备方法
CN113213789B (zh) 基于生活垃圾焚烧飞灰制备的路面砖及其制备方法
CN111995341A (zh) 一种大比例利用钢渣的全固废路面混凝土及其制备方法
CN105198336A (zh) 一种抗大风浪冲击的海岸建筑水泥
CN106630700A (zh) 一种以粉煤灰和废玻璃为原料的无机胶凝材料及其制备方法
CN106977151A (zh) 一种固废轻集料干混砂浆及其制备方法
CN102381864A (zh) 一种以赤泥和镁渣为主材的免烧砖
CN118047588A (zh) 一种耐水土壤固化剂及其制备方法和使用方法
CN102219405A (zh) 一种建筑垃圾的回收再利用
CN109293313B (zh) 一种淤泥砖及其制备工艺
CN109293327B (zh) 一种无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂制备和应用方法
CN112479615B (zh) 一种基于破碎方法的地聚合物人工骨料及其制备方法
CN102690069A (zh) 一种以建筑垃圾作为水泥原料的再生方法
CN101717235B (zh) 以脱硫石膏、废泥浆、建筑垃圾等固体废弃物为原料的烧结砖
CN110937863A (zh) 一种可循环水泥混凝土及其制备方法
CN102060496B (zh) 一种石渣粉加气混凝土及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20211102