CN113620655B - 一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂，包括以下重量份的组分：铁尾砂浆料，45‑50份；矿渣微粉，40‑45份；脱硫石膏粉，2‑3份；石灰粉，2‑3份；聚羧酸高效减水剂，0.3‑0.4份。该材料对含泥量高的建筑渣土具有良好的固结性能，主要解决普通水泥及一般固化剂用于固结建筑渣土做道路水稳基料时存在的抗压强度低、干缩开裂以及成本偏高的问题；同时该材料以工业固废为主，实现了资源的综合利用。将本发明固化剂用于建筑渣土道路水稳基层的固化时，完全可以代替传统的水泥稳定碎石的材料，不仅可以降低道路的施工成本，同时实现当地的建筑渣土资源化利用，具有广阔的市场。

Description

一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂
技术领域
本发明涉及一种建筑渣土固化剂，特别是一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂。
背景技术
建筑渣土指人们在从事拆迁、建设、装修、修缮等建筑业的生产活动中产生的渣土、废旧混凝土、废旧砖石及其它废弃物的统称。按产生源分类，建筑渣土可分为工程废土、房子打桩后所产生的泥浆、工程拆房所产生的垃圾、装修垃圾等四块内容。我国建筑渣土的数量已占到城市垃圾总量的30％-40％。以500-600吨/万平方米的标准推算，到2025年，我国还将新增建筑面积约400亿平方米，新产生的建筑渣土将是一个令人震撼的数字。目前我国建筑渣土的现状是：建筑渣土存量大，造成严重污染，占用大量土地资源，存在安全隐患；缺乏统一规划，产业链不完善，缺乏高品质的再生产品；建筑渣土“无处用”与部分建筑材料“无处买”，成为解不开的“锁”。
随着公路基础设施的建设和投入，城市道路建设已进入了一个高速发展的阶段。路面基层是道路的重要组成部分，而各种石料是路面基层的重要原材料，各地新建公路和改造旧路需要挖除原渣土，外运堆存，而工程又需要大量石料加固路基、构筑路面。这不仅造成废弃渣土的堆积，占用土地，而且原材料在运输过程中增加工程造价、燃料消耗，加重空气污染，带来环境恶化等一系列问题。如何充分利用当地的材料，节约石料用量，减少运输成本，解决筑路材料短缺等问题，成为公路建设中亟待解决的问题。
目前一般的道路水稳层材料是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实；其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。
建筑渣土主要以城市弃土和淤泥为主，采用普通水泥和一般的固化剂进行固结做道路水稳基层材料。由于建筑渣土的含泥量一般≥50％，而淤泥的主要矿物成分为高岭土、蒙脱土、伊利土，这些矿物成分多为层状硅酸盐矿物，由铝硅酸盐组成的结晶水合物。普通水泥用于固结建筑渣土做道路水稳层基料时，由于建筑渣土中含有大量的层状吸水泥土矿物成分，会吸收大量的拌合水，使拌合物中自由水减少，在生产过程中，为了满足拌合物的工作性要求，往往会多加入一部水，提高拌合物的粘度，水胶比的增大造成拌合物强度降低。蒙脱土自身不具有水化性，混凝土硬化后，蒙脱土里的水蒸发或着参加其它物质的水化，导致蒙脱土体积收缩，造成体积稳定性变差，产生很多微细的小裂纹。因此普通水泥用于固结建筑渣土时，拌合物需水量大，保塑性差、收缩加大、强度偏低和结构易开裂，难以实现建筑渣土在道路水稳基层的规模化应用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂。本发明具有能够实现建筑渣土在道路水稳基层的规模化应用的特点。
本发明的技术方案：一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂，包括以下重量份的组分：铁尾砂浆料，45-50份；矿渣微粉，40-45份；脱硫石膏粉，2-3份；石灰粉，2-3份；聚羧酸高效减水剂，0.3-0.4份。
前述的一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂中，包括以下重量份的组分：铁尾砂浆料，50份；矿渣微粉，45份；脱硫石膏粉，2份；石灰粉，2.7份；聚羧酸高效减水剂，0.3份。
前述的一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂中，所述铁尾砂中的固含量为70％；铁尾砂粉的制备方法为：采用将铁砂尾矿经湿法搅拌磨的方式制得，粉磨后的铁尾砂粉的比表面积为800m2/kg。
前述的一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂中，矿渣微粉的制备方法为：将矿渣经烘干后采用干法粉磨，粉磨后制得矿渣微粉；矿渣微粉的比表面积为500m2/kg。
前述的一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂中，脱硫石膏粉的制备方法为：将脱硫石膏经单筒回转式烘干机进行烘干后，用高速立轴打散机进行分散；烘干分散后的脱硫石膏粉的比表面积为450m2/kg。
前述的一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂中，石灰粉的制备方法为：将煅烧后的块状石灰经磨细后制得石灰粉；磨细后的石灰粉的比表面积为500m2/kg。
与现有技术相比，本发明是由铁尾砂浆料、矿渣微粉、脱硫石膏粉、石灰粉和聚羧酸高效减水剂组成的一种专用于建筑渣土水稳基层用的固化剂，该材料对含泥量高的建筑渣土具有良好的固结性能，主要解决普通水泥及一般固化剂用于固结建筑渣土做道路水稳基料时存在的抗压强度低、干缩开裂以及成本偏高的问题；同时该材料以工业固废为主，实现了资源的综合利用。将本发明固化剂用于建筑渣土道路水稳基层的固化时，完全可以代替传统的水泥稳定碎石的材料，不仅可以降低道路的施工成本，同时实现当地的建筑渣土资源化利用，具有广阔的市场。
具体的，本发明选用细粒级的铁尾砂颗粒，从而可以填充在拌合物的空隙中，堵截拌合物内的泌水通道，减少泌水，大幅度的减少浆体内的液体流动，增加拌合物的黏聚性，改善其孔结构和工作性能，使得拌合物的密实度增加，从而提高拌合物的抗压强度，降低拌合物的用水量。
选用由矿渣经过磨细后制成的矿渣微粉，在碱性溶液的环境里，其水硬性会急剧增加，强度也会大幅提高，具有潜在的水化活性；并以脱硫石膏作为硫酸盐激发剂，石灰作为碱性激发剂，矿渣微粉在这两种物质的激发作用下水化，主要水化产物为钙矾石、C-S-H凝胶、钙硅石，其形成速度快，产生量大，细针状的钙矾石和凝胶交叉生长在一起，使体系具有较好的胶结性能，所以能够形成较高的初期、最终强度。交叉生长形成的密实的网状结构能够牢固的包裹住建筑渣土中的细小颗粒，因此，与普通水泥相比，胶结建筑渣土的固化体更加密实，强度更高。
聚羧酸高效减水剂主要在保证拌合物黏聚性的条件下，减少水的用量，从而提高拌合物的强度。
综上所述，本发明具有能够实现建筑渣土在道路水稳基层的规模化应用的特点。
附图说明
图1是水泥水化后的凝胶的SEM图片；
图2是图1的放大图；
图3是实施例2的固化剂水化后的凝胶的SEM图片；
图4是图3的放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂，一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：铁尾砂浆料，45-50份；矿渣微粉，40-45份；脱硫石膏粉，2-3份；石灰粉，2-3份；聚羧酸高效减水剂，0.3-0.4份。
所述铁尾砂中的固含量为70％；铁尾砂粉的制备方法为：采用将铁砂尾矿经湿法搅拌磨的方式制得，粉磨后的铁尾砂粉的比表面积为800m2/kg。
矿渣微粉的制备方法为：将矿渣经烘干后采用干法粉磨，粉磨后制得矿渣微粉；矿渣微粉的比表面积为500m2/kg。
脱硫石膏粉的制备方法为：将脱硫石膏经单筒回转式烘干机进行烘干后，用高速立轴打散机进行分散；烘干分散后的脱硫石膏粉的比表面积为450m2/kg。
石灰粉的制备方法为：将煅烧后的块状石灰经磨细后制得石灰粉；磨细后的石灰粉的比表面积为500m2/kg。
实施例2。一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂，包括以下重量份的组分：铁尾砂浆料，450-500g；矿渣微粉，400-450g；脱硫石膏粉，20-30g；石灰粉，20-30g；聚羧酸高效减水剂，3.0-4.0g。
铁尾矿的主要物相组成是石英、斜长石、角闪石、辉石、云母、绿泥石和磁铁矿、其中石英、斜长石含量占70％以上。随着粉磨时间的增长，尾矿中各种矿物的衍射峰计数率越来越低。该现象表明：矿物晶体结构变化影响矿物的X射线衍射峰强度，随着晶体长程有序结构的破坏，X射线衍射峰强度降低，矿物的无定形程度加深。机械活化是利用机械力破坏物质表面，减小颗粒尺寸，改变其晶体的结构及表面物理化学性质，同时使矿物的晶体结构发生畸变，结晶度开始下降，逐渐出现晶格位错、缺陷、重结晶等现象，SiO2和Al2O3表现出可溶性，形成包覆于颗粒表面而易溶于水的非晶态形式，使得水分子更容易进入其内部，加速水化反应。因此铁尾砂在结晶良好的情况下，常温时不具有活性，在拌合物中只能发挥微集料的作用。当结晶不完全，存在有一定的无定形态物质时，具有较高能量，在常温状态下即具有火山灰活性。以此同时在建筑渣土的颗粒体系中，无论堆积的如何紧密，总存在一些空隙，细粒级的尾砂颗粒可以填充在拌合物空隙中，使拌合物的密实度增加，降低拌合物的用水量。尾砂颗粒越细，微细颗粒越多，越能均匀有效的填充到建筑渣土的颗粒空隙之中，堵截拌合物内的泌水通道，减少泌水，越能大幅度的减少浆体内的液体流动，增加拌合物的黏聚性，改善其孔结构和工作性能，从而提高拌合物的抗压强度。
矿渣是在高炉炼铁过程中铁矿石中的Si02,，A1203等杂质及燃料中的灰分与熔剂矿物分解的Ca0和Mg0化合而成的，以硅酸盐和铝硅酸盐为主要成分的熔融体，经水淬、急冷处理后形成的粒状活性材料。矿渣与硅酸盐水泥熟料相比，其碱度较低，其中共价键较多，而离子键较少。由于矿渣玻璃体结构的Si-O聚合程度很高，且其矿物相多为水化能力差甚至不具有自行水化能力的矿物，因此，矿渣单独与水拌合时基本上无法自行水化硬化。但是，当矿渣经过磨细后变成矿渣微粉，随着比表面积的增大，其在碱性溶液的环境里，其水硬性会急剧增加，强度也会大幅提高，具有潜在的水化活性。矿渣微粉在水化过程中，以石膏作为硫酸盐激发剂，石灰作为碱性激发剂，而矿渣就在这两种物质的激发作用下水化，主要水化产物为钙矾石、C-S-H凝胶、钙硅石，其形成速度快，产生量大，细针状的钙矾石和凝胶交叉生长在一起，使体系具有较好的胶结性能，所以能够形成较高的初期、最终强度。交叉生长形成的密实的网状结构能够牢固的包裹住建筑渣土中的细小颗粒，因此，与普通水泥相比，胶结建筑渣土的固化体更加密实，强度更高。
外加剂的主要组成有脱硫石膏、石灰和聚羧酸减水剂。其中脱硫石膏和石灰主要作为矿渣的硫酸盐激发剂和碱性激发剂，参与矿渣的水化反应；减水剂主要在保证拌合物黏聚性的条件下，减少水的用量，从而提高拌合物的强度。
将固化剂与普通水泥固结建筑渣土水化机理进行分析
水泥水化的产物主要是C-S-H凝胶，而固化剂的水化产物主要为钙矾石、C-S-H凝胶、钙硅石，附图1和2与附图3和4分别为水泥和实施例2固化剂水化后的凝胶的SEM图片，其中附图2为附图1的放大图，附图4为附图3的放大图。
从SEM图片可以看出，水泥的水化产物C-S-H凝胶主要为柱状，结构相对比较疏松，固化剂的水化产物钙矾石主要为针状结构，其形成速度快，产生量大，细针状的钙矾石和凝胶交叉生长在一起，使体系具有较好的胶结性能，所以能够形成较高强度。
所述铁尾砂中的固含量为70％；铁尾砂粉的制备方法为：采用将铁砂尾矿经湿法搅拌磨的方式制得，粉磨后的铁尾砂粉的比表面积为800m2/kg。
矿渣微粉的制备方法为：将矿渣经烘干后采用干法粉磨，粉磨后制得矿渣微粉；矿渣微粉的比表面积为500m2/kg。
脱硫石膏粉的制备方法为：将脱硫石膏经单筒回转式烘干机进行烘干后用高速立轴打散机进行分散；烘干分散后脱硫石膏粉的比表面积为450m2/kg。
石灰粉的制备方法为：将煅烧后的块状石灰经磨细后制得石灰粉；磨细后的石灰粉的比表面积为500m2/kg。
本发明实施例2的固化剂与普通的P.O42.5级硅酸盐水泥在固结建筑渣土做道路水稳基层材料进行了对比试验，(具体的施工方法为：水泥或者固化剂为6％，建筑渣土94％，水分控制在10-12％，各种原料经计量后进入搅拌机进行拌和，拌和均匀后由汽车运输到现场进行摊铺，经整形后，立即用压路机进行碾压，为保证碾压效果，根据摊铺宽度，压路机的轮宽和轮距的不同，碾压次数要随时调整，碾压完成并经压实度检查合格后，要立即开始养生，养护7天后取芯进行检测)。
具体结果如下：
(1)抗压强度对比(抗压强度对比按JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的方法制备和养护试件，试件成型压实度控制在96％，对钢渣路面基层材料进行无侧限抗压强度测试。)
Figure BDA0003250010940000091
(2)浸泡试验对比(水稳系数)(浸泡试验对比按JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》规定的方法进行，试件成型压实度控制在96％。试件尺寸为：Φ50mm×100mm。)
Figure BDA0003250010940000092
Figure BDA0003250010940000101
(3)干湿循环试验对比(水稳系数)(干湿循环试验对比按JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》规定的方法进行，试件成型压实度控制在96％。试件尺寸为：Φ50mm×100mm。)
Figure BDA0003250010940000102
(4)干燥收缩试验对比(干燥收缩试验对比按JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》规定的方法进行，试件成型压实度控制在96％。试件尺寸为：Φ50mm×100mm。)
Figure BDA0003250010940000103
从与普通水泥的对比试验结果可以看出，固化剂在固结建筑渣土做道路水稳基层材料的抗压强度、水稳系数以及抗干缩性方面的指标都远远优于普通水泥。
(5)道路水稳层施工成本对比
Figure BDA0003250010940000111
从与传统的水稳层的施工方法相比，固化剂+建筑渣土的水稳基层材料的成本低6.81元/m2。
不仅节约工程造价，同时实现了城市固废的资源利用，具有良好的经济效益和环保效益。

Claims (2)

1.一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂，其特征在于，由以下重量份的组分组成：铁尾砂浆料45-50份；矿渣微粉40-45份；脱硫石膏粉2-3份；石灰粉2-3份；聚羧酸高效减水剂0.3-0.4份；
铁尾砂中的固含量为70%；铁尾砂粉的制备方法为：采用将铁砂尾矿经湿法搅拌磨的方式制得，粉磨后的铁尾砂粉的比表面积为800m2/kg；
矿渣微粉的制备方法为：将矿渣经烘干后采用干法粉磨，粉磨后制得矿渣微粉；矿渣微粉的比表面积为500 m2/kg；
脱硫石膏粉的制备方法为：将脱硫石膏经单筒回转式烘干机进行烘干后，用高速立轴打散机进行分散；烘干分散后的脱硫石膏粉的比表面积为450 m2/kg；
石灰粉的制备方法为：将煅烧后的块状石灰经磨细后制得石灰粉；磨细后的石灰粉的比表面积为500 m2/kg。
2.根据权利要求1所述的一种尾砂基建筑渣土水稳层基料的固化剂，其特征在于，由以下重量份的组分组成：铁尾砂浆料50份；矿渣微粉45份；脱硫石膏粉2份；石灰粉2.7份；聚羧酸高效减水剂0.3份。
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