CN113756144B - 一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，包括以下步骤：1)将赤泥基泡沫轻质土浆浇筑成路基，在表面覆盖养护；2)将步骤1)养护后的路基表面施涂防护层。本发明利用赤泥基泡沫轻质土制成的路基，无侧限抗压强度高、强度等级高、耐久性好，满足公路路基施工要求，通过本发明提供的泛碱控制方法，可显著抑制泛碱的出现。

Description

一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法
技术领域
本发明涉及建筑领域，具体涉及一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法。
背景技术
赤泥是工业制造氧化铝的工艺过程中的污染性废渣，每生产1吨的氧化铝就会产出1-2吨的赤泥。大量赤泥的产出需要大面积的场地，由于无法被有效充分的利用，会对场地的周边环境造成污染。长期堆存在尾矿库或露天堆积的赤泥占用了大量的土地资源，日积月累后，赤泥的堆积高度不断升高，因赤泥高含水率、低强度和粒径小的特点，可能导致山体滑坡和大面积渗漏等事故，对周边环境造成巨大的危害。然而赤泥的粒径小及含水率高，也使其拥有优秀的可塑性，可作为制备水泥浆的骨料代替部分的细砂、砾石等材料。近年来赤泥应用在水泥、建筑材料和陶瓷、合金材料及吸附材料中，而很少将赤泥应用到泡沫轻质土材料中，因此进一步探讨将赤泥应用于泡沫轻质土，对赤泥的资源化具有重要意义。
泡沫轻质土拥有轻质性、密度和强度可调节性、硬化后可自立、良好的耐久性和抗渗性、良好的隔热隔音性及优越的环保友好性等优点，已成功应用于保温隔热材料、空腔填充路基回填，极大地缩短了工期及减少了工程投资。
将赤泥应用到泡沫轻质土材料中得到赤泥基泡沫轻质土，由于赤泥基泡沫轻质土的多孔结构，赤泥中的碱性物质很容易从其中析出，出现“泛碱”现象，“泛碱”是指赤泥基泡沫轻质土表面出现粉末状、薄膜状或针状的盐沉积。实际上，使用碱性较高的材料均有可能出现“泛碱”。赤泥基泡沫轻质土路基由赤泥基泡沫轻质土制成，“泛碱”严重地影响着制品的质量，轻者会影响路基外观，重者会导致赤泥基泡沫轻质土路基结构松散、缩短路基寿命。因此，若能有效地处理赤泥基泡沫轻质土路基的“泛碱”问题，对赤泥基泡沫轻质土路基的大规模应用具有深远意义。
发明内容
为了克服现有技术存在的赤泥基泡沫轻质土路基的“泛碱”问题，本发明的目的在于提供一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，包括以下步骤：
1)将赤泥基泡沫轻质土浆浇筑成路基，在表面覆盖养护；
2)将步骤1)养护后的路基表面施涂防护层。
优选的，步骤1)中赤泥基泡沫轻质土包括以下质量份的组分：300-360份赤泥、40-80份水泥、90-140份激发剂、10-30份泡沫和250-350份水；进一步优选的，激发剂选自石膏、生石灰、碱金属硅酸盐、碱金属硫酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物、烷基磺酸碱金属盐、烷基苯磺酸碱金属盐、烷基硫酸碱金属盐中的至少一种。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤1)中赤泥为烧结法赤泥、拜耳法赤泥中的一种或其组合；进一步优选的，当赤泥为拜耳法赤泥时，拜耳法赤泥包括以下质量百分比的组分：10.31-12.15％SiO2、19.54-21.67％Al2O3、36.21-41.58％Fe2O3、1.58-3.05％CaO、0.16-0.35％MgO、14.57-16.80％灼碱、12.58-14.70％其他氧化物。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤1)中赤泥基泡沫轻质土浆的制备方法，包括以下步骤：
①将赤泥和水混合，得到赤泥料浆；
②将水泥和激发剂混合，得到改性聚合赤泥胶结激发剂；
③通过发泡剂溶液制备泡沫；
④将赤泥料浆与改性聚合赤泥胶结激发剂混合，再与泡沫混合，得到赤泥基泡沫轻质土浆。
进一步优选的，赤泥基泡沫轻质土浆的制备方法步骤①中，赤泥粒径小于200目。
进一步优选的，赤泥基泡沫轻质土浆的制备方法步骤③中，泡沫是通过空气压缩机催生发泡剂溶液发泡得到；发泡剂溶液的发泡倍率优选为350-450倍；发泡剂溶液是由发泡剂与水混合制成，发泡剂溶液中发泡剂与水的质量比优选为1：(18-20)；发泡剂可选用市售的发泡剂，如松香酸皂类发泡剂、金属铝粉发泡剂、植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂或石油磺酸铝发泡剂；空气压缩机的工作压力优选为0.7-0.9MPa；采用发泡剂溶液制备泡沫的方法属于本领域的常规方法。
进一步优选的，赤泥基泡沫轻质土浆的制备方法步骤④中，所得赤泥基泡沫轻质土浆的湿容重为800-1200kg/m3。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤1)中覆盖养护的天数不少于7d；进一步优选的，步骤1)中覆盖养护的天数为7-28d。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤1)中覆盖养护为赤泥基泡沫轻质土浆浇筑完成后在浆体表面铺设塑料薄膜、保温棉、复合土工膜中的至少一种；进一步优选的，覆盖养护为浇筑完成后在浆体表面上铺设塑料薄膜；浇筑完成后立即在赤泥基泡沫轻质土浆体表面铺设大型塑料薄膜，应尽量保证薄膜紧贴浆体且无气泡。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤2)中防护层为防水涂料防护层、水泥防护层中的至少一种；进一步优选的，当防护层为防水涂料防护层时，防水涂料防护层组分包括聚氨酯防水涂料、聚合物乳液防水涂料、沥青类防水涂料、硅橡胶防水涂料、环氧树脂防水涂料的至少一种；再进一步优选的，防水涂料防护层组分包括聚氨酯防水涂料、环氧树脂防水涂料中的至少一种。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤2)中施涂防护层的层数大于等于一层；进一步优选的，防护层为防水涂料防护层时，层数不少于两层；再进一步优选的，防护层为防水涂料防护层时，层数为两层，与赤泥基泡沫轻质土路基接触的作为第一层，赤泥基泡沫轻质土路基表面最外层为第二层。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤2)中防护层为防水涂料防护层时，防水涂料防护层施涂量不少于0.8kg/m2；进一步优选的，防水涂料防护层为两层时，防水涂料防护层第一层施涂量不少于1.0kg/m2，防水涂料防护层第二层施涂量不少于0.8kg/m2；再进一步优选的，防水涂料防护层第一层施涂量不少于1.5kg/m2，防水涂料防护层第二层施涂量不少于1.0kg/m2；
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤2)中防护层为水泥防护层时，水泥防护层由水泥与水配制而成；进一步优选的，水泥防护层由P.C42.5级水泥与水配制而成；再进一步优选的，水泥防护层由P.C42.5级水泥与水按质量比1:4配制而成。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤2)中防护层为水泥防护层时，水泥防护层的厚度不小于15mm；进一步优选的，水泥防护层的厚度不小于20mm。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤1)中路基为现浇直立式路基；进一步优选的，浇轻质直立式路基的高度超过10米；再进一步优选的，路基的抗压强度为1.2-1.7MPa；现浇轻质直立式路基是按照公路和铁路的路线位置及技术要求，将水硬性胶凝料浆与泡沫混合形成的材料通过现场浇注，固化成型的路面基础构造物，这种现浇轻质直立式路基是路面的基础，承受由路面传来的行车荷载。
优选的，一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法步骤1)中赤泥基泡沫轻质土浆浇筑成路基时，赤泥基泡沫轻质土浆底面铺设一层复合土工膜；复合土工膜为“两布一膜”，其规格为织物质量/膜厚/织物质量＝200g/0.5mm/200g，反滤土工布采用无纺土工布，重量200g/m2，等效孔径095≤0.21mm，渗透系数≥0.1cm/s，梯度比GR≤3。
本发明中的赤泥基泡沫轻质土具有良好的强度。在制备赤泥基泡沫轻质土过程中，水泥首先与水发生水化反应，生成水化硅酸钙(C-S-H)、Ca(OH)2、钙矾石等产物，在碱性环境中，释放的Ca2+与赤泥中富含的Al2O3及SiO2发生火山灰反应，又生成新的水化硅酸钙和水化铝酸钙(C-A-S-H)等产物，故赤泥基泡沫轻质土中主要生成不定形的水化硅酸钙、立方体状或片状的氢氧化钙晶体、针状的钙矾石及水化硅铝酸钙等，当水泥掺量和赤泥掺量处于一个平衡值时，水泥水化作用生成的硅酸钙等胶凝物将赤泥细土颗粒包裹起来，使颗粒之间相互连接，形成较紧密的块状土体结构，极大地提高了泡沫轻质土的强度。
本发明的赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法可有效控制“泛碱”现象。赤泥基泡沫轻质土在制备过程中，原料中的骨料(赤泥基)及其表面均匀包裹的水泥和胶结料浆体相互粘结，经水化硬化后形成的具有孔穴均匀分布、连续孔隙结构的蜂窝状结构，遇到水时，水分子就会沿着空隙不断渗进，盐随着水分的蒸发析出，赤泥基泡沫轻质土表面出现粉末状、薄膜状或针状的盐沉积。赤泥基泡沫轻质土由于pH值较高，生成的钙矾石晶体多呈细小针状，在密闭养护的情况下，这些针状的钙矾石晶体由于被塑料膜包裹养护，其钙矾石晶体与塑料薄膜紧密贴合，从而晶体在塑料薄膜面紧密交错形成致密的钙矾石晶体结构层，抑制了赤泥中的碱性物质析出，从而做到防止“泛碱”的效果。在密闭养护后在泥基泡沫轻质土路基表面施涂防护层，创造更为密闭的环境，不仅进一步抑制了“泛碱”的出现，还提高了抗压强度。
本发明的有益效果是：
本发明合理选择原料，提高了赤泥基泡沫轻质土的结构强度，更好地消耗赤泥中的碱性物质；本发明利用赤泥基泡沫轻质土制成的路基，无侧限抗压强度高、强度等级高、耐久性好，满足公路路基施工要求；通过合理的养护控制，防止因过快失去水分造成轻质土开裂和“泛碱”；本发明工艺简单，投资少，所制得的赤泥基泡沫轻质土基本未出现“泛碱”现象，抗压强度满足要求，经济效益高，可减少冶金固废的占地与环境污染，具有较好的经济、生态环保、社会效益。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
实施例1
本实施例采用的原料组成说明如下：
拜耳法赤泥：由中铝山东公司生产现场所提供；化学成分及比例(wt％)如下：SiO2含量为10.31-12.15％，Al2O3含量为19.54-21.67％，Fe2O3含量为36.21-41.58％，CaO含量为1.58-3.05％，MgO含量为0.16-0.35％，其他氧化物含量为12.58-14.70％，灼碱含量为14.57-16.80％；赤泥的其他性能如下：密度为2.8-2.9g/cm3，pH值为10.5-12.0，氟化物含量0.0-18.60mg/L，颗粒细度0.003-0.008mm占比为60％，自然含水量为30-35％。
赤泥基泡沫轻质土包括以下质量份数的组分：拜耳法赤泥360份，水泥60份，脱硫石膏80份，石灰20份，水300份，泡沫20份。
赤泥基泡沫轻质土浆的制备方法如下：
①制备赤泥浆：将拜耳法赤泥掺入拌合用水，通过机械搅拌配成赤泥料浆；
②制备改性聚合赤泥胶结激发剂：将水泥、脱硫石膏和生石灰混合，通过机械搅拌配成改性聚合赤泥胶结激发剂；
③加入气泡混合：将发泡剂加水稀释成发泡剂溶液，并将发泡装置的进液导管置于发泡液容器中，通过空气压缩发泡装置产出泡沫；
④混合成型：将赤泥料浆与改性聚合赤泥胶结激发剂混合，然后加入泡沫进行混合，得到赤泥基泡沫轻质土浆；
其中，步骤④中赤泥基泡沫轻质土浆的湿容重为1000kg/m3。
实施例2
对实施例1得到的赤泥基泡沫轻质土浆制成的赤泥基泡沫轻质土路基进行养护，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯超滤膜铺筑于复合土工膜下表面，复合土工膜根据搭接法铺设于地面上；
(2)复合土工膜在浇筑底层时应铺设在木模板上，赤泥基泡沫轻质土浆均匀浇筑于复合土工膜内，待浇筑完成后立即在赤泥基泡沫轻质土浆体表面铺设大型塑料薄膜，应尽量保证薄膜紧贴浆体且无气泡；
(3)养护7天后撤除塑料薄膜，在赤泥基轻质路基上用聚氨酯防水涂料做防水处理，第一层涂层1.5kg/m2，第二层涂层1.0kg/m2；用帆布覆盖赤泥基泡沫轻质土，避免阳光曝晒，待赤泥基泡沫轻质土强度满足设计要求后完成路基结构层；
所制得的产品可放置于土基上，然后其上可填筑煤矸石、电石渣、高炉矿渣等废料类路基填筑材料。
实施例3
对实施例1得到的赤泥基泡沫轻质土浆体制成的赤泥基泡沫轻质土路基进行养护，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯超滤膜铺筑于复合土工膜下表面，复合土工膜根据搭接法铺设于地面上；
(2)复合土工膜在浇筑底层时应铺设在木模板上，赤泥基泡沫轻质土浆均匀浇筑于复合土工膜内，待浇筑完成后立即在赤泥基泡沫轻质土浆体表面铺设大型塑料薄膜，应尽量保证薄膜紧贴浆体且无气泡；
(3)养护7天后撤除塑料薄膜，在赤泥基轻质路基上用环氧树脂做防水处理，第一层涂层1.5kg/m2，第二层涂层1.0kg/m2；用帆布覆盖赤泥基泡沫轻质土，避免阳光曝晒，待赤泥基泡沫轻质土强度满足设计要求后完成路基结构层；
所制得的产品可放置于土基上，然后其上可填筑煤矸石、电石渣、高炉矿渣等废料类路基填筑材料。
实施例4
对实施例1得到的赤泥基泡沫轻质土浆体制成的赤泥基泡沫轻质土路基进行养护，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯超滤膜铺筑于复合土工膜下表面，复合土工膜根据搭接法铺设于地面上；
(2)复合土工膜在浇筑底层时应铺设在木模板上，赤泥基泡沫轻质土浆均匀浇筑于复合土工膜内，待浇筑完成后立即在赤泥基泡沫轻质土浆体表面铺设大型塑料薄膜，应尽量保证薄膜紧贴浆体且无气泡；
(3)养护7天后撤除塑料薄膜，在赤泥基泡沫轻质土上涂抹一层20mm的水泥保护层，待赤泥基泡沫轻质土强度满足设计要求后完成路基结构层；
所制得的产品可放置于土基上，然后其上可填筑煤矸石、电石渣、高炉矿渣等废料类路基填筑材料。
对比例1
对实施例1得到的赤泥基泡沫轻质土浆体制成的赤泥基泡沫轻质土路基进行养护，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯超滤膜铺筑于复合土工膜下表面，复合土工膜根据搭接法铺设于地面上；
(2)复合土工膜在浇筑底层时应铺设在木模板上，赤泥基泡沫轻质土浆均匀浇筑于复合土工膜内；
(3)自然养护7天，用帆布覆盖赤泥基泡沫轻质土，避免阳光曝晒，待赤泥基泡沫轻质土强度满足设计要求后完成路基结构层；
所制得的产品可放置于土基上，然后其上可填筑煤矸石、电石渣、高炉矿渣等废料类路基填筑材料。
对比例2
对实施例1得到的赤泥基泡沫轻质土浆体制成的赤泥基泡沫轻质土路基进行养护，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯超滤膜铺筑于复合土工膜下表面，复合土工膜根据搭接法铺设于地面上；
(2)复合土工膜在浇筑底层时应铺设在木模板上，赤泥基泡沫轻质土浆均匀浇筑于复合土工膜内；
(3)覆盖塑料膜进行保湿养护，养护7天，用帆布覆盖赤泥基泡沫轻质土，避免阳光曝晒，待赤泥基泡沫轻质土强度满足设计要求后完成路基结构层；
所制得的产品可放置于土基上，然后其上可填筑煤矸石、电石渣、高炉矿渣等废料类路基填筑材料。
对实施例2-4与对比例1-2所得的赤泥基泡沫轻质土路基进行性能测试，包括抗压强度测试和“泛碱”观测，测试方法如下：
(1)抗压强度测试
抗压强度利用万能电子试验机检测得到，单个样品抗压强度按公式进行计算。计算公式如下：
Figure BDA0003276734680000072
式中：RP-单个样品抗压强度，MPa；P-最大破坏荷载，N；S-样品受压面积，mm3。
(2)“泛碱”观测
“泛碱”情况通过目测法进行判断，通过无、轻微、较严重和严重判断“泛碱”情况。
上述评价中“无”表示赤泥基泡沫轻质路基上未出现“泛碱”，“轻微”表示“泛碱”覆盖面积少于2％，“较严重”表示“泛碱”覆盖面积少于10％，“严重”表示“泛碱”覆盖面积大于10％。
抗压强度测试和“泛碱”观测结果如下表1所示：
表1测试结果
Figure BDA0003276734680000071
根据表1中实施例2-4与对比例1的数据对比可得，有效的养护方式比自然养护增加赤泥基泡沫轻质土28-35％的无侧限抗压强度，并且显著抑制了泛碱的出现；赤泥基泡沫轻质土在生产过程中，原料中的骨料及其表面均匀包裹的水泥和胶结料浆体相互粘结，经水化硬化后形成的具有孔穴均匀分布、连续孔隙结构的蜂窝状结构，遇到水时，水分子就会沿着空隙不断渗进；在密闭养护的情况下，能够在赤泥基泡沫轻质土硬化过程中形成具有空隙的蜂窝状结构的同时在骨料包裹的外层形成一种憎水膜，防止水渗进骨料内，将水隔离开来，在水蒸发上升的过程中赤泥基泡沫轻质土中的盐不会随水上升至表面，有效地阻止了泛碱现象的发生。根据实施例2-4和对比例2的数据可知，利用环氧树脂、聚氨酯和水泥作为赤泥基泡沫轻质土的保护层比仅用塑料薄膜覆盖养护的无侧限抗压强度高11％左右，说明密封性的优劣是影响赤泥基泡沫轻质土质量不可忽略的因素。
通过采用赤泥基泡沫轻质土制成的路基，适用于现浇直立式轻质路基施工，与赤泥的露天堆场不同，路基使用的轻质土处在一个完全封闭的环境中，不会产生浸出液，可以减少对环境造成的影响。另外，一般而言，高速公路和一级公路的路床无侧限抗压强度要求≥0.8MPa，二级及二级以下公路的路床无侧限抗压强度要求≥0.6MPa，高速公路和一级公路的路堤(包括上路堤和下路堤)无侧限抗压强度要求≥0.6MPa，二级及二级以下公路的路堤(包括上路堤和下路堤)无侧限抗压强度要求≥0.5MPa，而高速公路用的轻质土设计28天强度要求是0.8MPa，所以，本发明提供的这种赤泥基泡沫轻质土制成的路基可以符合目前路基的强度要求，满足道路施工的需要。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化等，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将赤泥基泡沫轻质土浆浇筑成路基，在表面覆盖养护；
2)将步骤1)养护后的路基表面施涂防护层；
步骤1)中，所述覆盖养护为浇筑完成后在浆体表面上铺设塑料薄膜；
步骤2)中，所述防护层为水泥防护层、防水涂料防护层和水泥涂料防护层复合防护层中的一种。
2.根据权利要求1所述一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，其特征在于，步骤1)中所述赤泥基泡沫轻质土包括以下质量份的组分：300-360份赤泥、40-80份水泥、90-140份激发剂、10-30份泡沫和250-350份水；所述激发剂选自石膏、生石灰、碱金属硅酸盐、碱金属硫酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物、烷基磺酸碱金属盐、烷基苯磺酸碱金属盐、烷基硫酸碱金属盐中的至少一种。
3.根据权利要求2所述一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，其特征在于，所述赤泥为烧结法赤泥、拜耳法赤泥中的一种或其组合；当所述赤泥为拜耳法赤泥时，所述拜耳法赤泥包括以下质量百分比的组分：10.31-12.15％SiO2、19.54-21.67％Al2O3、36.21-41.58％Fe2O3、1.58-3.05％CaO、0.16-0.35％MgO、14.57-16.80％灼碱、12.58-14.70％其他氧化物。
4.根据权利要求1所述一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，其特征在于，所述防水涂料防护层组分包括聚氨酯防水涂料、聚合物乳液防水涂料、沥青类防水涂料、硅橡胶防水涂料、环氧树脂防水涂料的至少一种。
5.根据权利要求4所述一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，其特征在于，所述防水涂料防护层组分包括聚氨酯防水涂料、环氧树脂防水涂料中的至少一种。
6.根据权利要求4所述一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，其特征在于，所述防水涂料防护层的施涂量不少于0.8kg/m2。
7.根据权利要求4所述一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，其特征在于，所述水泥防护层的厚度不小于15mm。
8.根据权利要求1所述一种赤泥基泡沫轻质土路基的泛碱控制方法，其特征在于，步骤1)中所述路基为现浇直立式路基。
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