CN114276108A - 自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，按质量百分比计，原料包括25～45%泥土或渣土，10～15%建筑垃圾，10～20%煤矸石，10%～35%超早强结晶型固结剂，20～40%水。按质量份数计，所述超早强结晶型固结剂包括分散剂0.4～0.7份、硅质组份32～37份、铝质组份45～50份、石膏10～15份、早强剂0.1～0.2份、缓凝剂0.1～0.2份、消泡剂0.3～0.7份、保水剂0.05～0.1份、晶种2～5份、煤矸石激活剂2～5份。本发明显著缩短工期，节省机械台班，节约施工成本；解决岩土工程土体改良方面及岩土回填方面存在的施工困难、资源消耗严重、造价高昂等问题。

Description

自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆及其制备方法，属于灌浆料领域。

背景技术

目前我国处于基础设施建设大规模发展的阶段，岩土工程量巨大，而且我国幅员辽阔，地质情况复杂，在建设工程中不可避免会遇到土体的处理和改良需求。目前针对土体的处理和改良较为粗放，对环境资源消耗严重，且造价高昂，如针对软粘土的地基处理，多采用挖方弃土后换填石头的做法，开山取石造成环境污染同时，大量的土方丢弃，造成资源浪费和环境污染；针对肥槽回填，目前多采用湿贫混凝土浇筑，价格昂贵；针对机场输油管线槽区的回填，由于不能采取夯实的手段，目前多采用湿贫混凝土回填，施工工期长且造价高昂。

于此同时，我国每年因基础设施建设开挖丢弃的泥土、渣土数量达几十亿立方米之巨，因拆迁等废弃的建筑垃圾也达几亿立方米，中国因煤矿开挖遗弃的煤矸石达到10亿吨以上，且每年还将排出煤矸石1亿吨，这些开挖泥土、渣土、建筑垃圾及煤矸石绝大部分没有被有效回收和利用，由此占据了大量的土地资源并对环境造成恶劣的影响。

目前大流态固化土早期强度较低，需要等待至少一天的时间才能进行下一步施工，不仅消耗大量时间成本，而且需要较好的养护条件，在此期间，不能受地下水或地上水的浸泡。因此基于现有技术存在的缺陷，有必要对现有的大流态固化土进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，并同时提供其制备方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

技术主题一

一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，按质量百分比计，原料包括25～45％泥土或渣土，10～15％建筑垃圾，10～20％煤矸石，10％～35％超早强结晶型固结剂，20～40％水。

作为本发明的优选实施方案，所述建筑垃圾的粒径5～10mm，煤矸石的粒径5～10mm。

作为本发明的优选实施方案，按质量份数计，所述超早强结晶型固结剂包括分散剂0.4～0.7份、硅质组份32～37份、铝质组份45～50份、石膏10～15份、早强剂0.1～0.2份、缓凝剂0.1～0.2份、消泡剂0.3～0.7份、保水剂0.05～0.1份、晶种2～5份、煤矸石激活剂2～5份。

作为本发明的优选实施方案，所述分散剂由质量比为1:0.1～0.15:0.2～0.3的聚羧酸高效减水剂、戊二醇、聚丙烯酸钠组成；

作为本发明的优选实施方案，所述聚羧酸高效减水剂为西卡540P、巴斯夫2651或两者的混合物；

作为本发明的优选实施方案，所述聚羧酸高效减水剂为质量比为1：1的西卡540P和巴斯夫2651的混合物。

作为本发明的优选实施方案，所述聚丙烯酸钠的分子量为1000～10000。

作为本发明的优选实施方案，所述硅质组份为硅酸盐水泥；铝质组份为硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥或两者的混合物；

作为本发明的优选实施方案，硅酸盐水泥为PO525硅酸盐水泥；硫铝酸盐水泥为525或725硫铝酸盐水泥；所述铝酸盐水泥为625铝酸盐水泥。

作为本发明的优选实施方案，所述早强剂为碳酸锂、氯化锂或硫酸锂中的一种或多种；缓凝剂为酒石酸、硼酸、柠檬酸、葡萄糖酸钠中的一种或几种。

作为本发明的优选实施方案，所述消泡剂为聚醚类高效消泡剂、有机硅消泡剂或矿物油类消泡剂中的一种或多种；

作为本发明的优选实施方案，所述聚醚类高效消泡剂为德固赛362消泡剂，有机硅消泡剂为EVANO631消泡剂，矿物油类消泡剂为巴斯夫消泡剂。

作为本发明的优选实施方案，所述保水剂为纤维素醚；晶种为微硅粉、重钙中的一种或两种。

作为本发明的优选实施方案，所述煤矸石激活剂为NaOH或硅酸钠；

作为本发明的优选实施方案，所述硅酸钠的模数为1.0～1.5。

技术主题二

本发明还提供了由技术主题一中所述的所述自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆的制备方法，包括如下步骤；

A、将泥土、渣土、建筑垃圾和煤矸石投入搅拌锅中进行干拌，拌合时间60s，得到干拌混合物；

B、向超早强结晶型固结剂中加入总量70％的水进行搅拌，搅拌时间30s；

C、将步骤B搅拌好的固结剂加入步骤A中制得的干拌混合物中，加入余量水，搅拌90s即可制得自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明采用我国存量巨大的开挖的泥土、渣土、建筑垃圾或煤矸石废弃物，加入超早强结晶型固结剂及一定比例的水，搅拌成具有较大流动性且几小时内具有较高强度的自密实大流态超早强固结废弃土石浆材料，最快三小时即可达到地基处理要求，不需要养护，且可以经受地下水或地上水的浸泡不受损坏，显著缩短工期，节省机械台班，节约施工成本；解决岩土工程土体改良方面及岩土回填方面存在的施工困难、资源消耗严重、造价高昂等问题，并消解目前泥土、渣土、建筑垃圾及煤矸石等难以处理的问题，保护环境，节约资源。

1、超早强结晶型固结剂对土、建筑垃圾、煤矸石的固结主要由以下三方面的作用：

(1)超早强结晶型固结剂能够迅速与水反应生成相互穿插的钙矾石结晶型骨骼网络结构，将分散的土颗粒穿插进该网络结构，形成硬化基体结构；

(2)固结剂水化生成的铝胶及C-S-H凝胶进一步将土颗粒及建筑垃圾、煤矸石包裹、粘结，形成均一的整体结构；

(3)固结剂激发了土颗粒中高岭土等高铝物质反应活性，土颗粒与固结剂反应生成胶状物质进一步增强了整体结构强度；固结剂及煤矸石激活剂激活了煤矸石反应活性，生成钙矾石及凝胶物质，进一步增强了体系强度。

超早强结晶型固结剂一方面能够显著降低土的粘性，使相互粘结的土颗粒能够较易的分散开来；另一方面能够迅速生成相互穿插的晶体骨骼结构将分散的土颗粒重新包裹、穿插、粘结，同时以化学键的方式重组软土颗粒的粘结状态，从而将土固化为具有较高强度的整体。

2、本发明超早强结晶型固结剂强度结构组成为铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏复合体系，该体系具有很高的早期强度，其早期强度来源于体系水化产物相互搭接的针棒状钙矾石。

该复合体系早期钙矾石的生成由两方面：普通硅酸盐水泥中活性较高的C₃A与硫铝酸盐水泥的C₄A₃

在高SO₄ ^2-时迅速反应生成钙矾石；铝酸盐水泥中的CA与石膏迅速反应生成钙矾石。水化产物铝胶和C-S-H凝胶填充在针棒状钙矾石搭接的空隙中，形成致密的水化基体。同时，晶种为钙矾石矿物的生成提供了凝结核，能够使钙矾石矿物的形成和生长更加均匀，结晶效果更为优异。超早强结晶型固结剂生成的针棒状钙矾石迅速穿插在软土颗粒间，并快速生长，将软土颗粒挤压变形及固定，强化了软土颗粒间的结构连接，同时，固结剂在软土颗粒间水化反应生成C-S-H凝胶，能够胶结分散的软土颗粒，时软土颗粒间形成不可逆胶化，生成的氢氧化钙能够与软土矿物生成铝酸盐、硅酸盐凝胶，进一步增强了软土颗粒间的连接状态。由于水化反应的作用，固化后的软土不仅具有优异的强度，并且具有优异的水稳定性，硬化后在水浸情况下不散解，不脱空，并且强度持续发展。

3、煤矸石中SiO₂含量在50～70％，Al₂O₃含量在20～35％，在超早强结晶型固结剂的激发下，煤矸石结构中的Si-O-Si和Al-O-Al共价键断裂，分解出无定形状态的SiO₂和Al₂O₃，这些无定形状态下的SiO₂和Al₂O₃会发生如下反应：

Al₂O₃+3CaO+3CaSO₄+32H₂O＝3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H2O

Al₂O₃+3CaO+CaSO₄+18H₂O＝3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·18H₂O

Al₂O₃+4CaO+13H₂O＝4CaO·Al₂O₃·13H₂O

SiO₂+CaO+xH₂O＝CaO·SiO₂·xH₂O

反应生成的水化产物不断穿插，产生高强的结构体系。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

本发明中所采用的建筑垃圾为渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂浆、泥浆、沥青块、废塑料、废金属、废竹木等，将其破碎成5～10mm碎块,煤矸石的粒径5～10mm。实施例1、实施例6、实施例7采用市售1000～5000分子量的聚丙烯酸钠，实施例2-5采用市售5000～10000分子量的聚丙烯酸钠；硅酸钠的模数为1.0～1.5。

表1自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆组成

表2超早强结晶性固化剂组分

实施例1

按照表1和表2准备各个组分，称取上述超早强结晶型固化剂12％，泥土、渣土105℃干燥12小时，用锤破碎至通过5mm圆孔筛，称取40％，破碎后的建筑垃圾10％，破碎后煤矸石10％，水28％；

将泥土、渣土、建筑垃圾和煤矸石投入搅拌锅中进行干拌，拌合时间60s，得到干拌混合物；向超早强结晶型固结剂中加入总量70％的水进行搅拌，搅拌时间30s；将搅拌好的固结剂加入干拌混合物中，加入余量水，搅拌90s即可制得自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆。在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

实施例2-5

按照表1和表2准备实施例2-5各个组分，制备方法同实施例1，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

实施例6

与实施例4相比，区别仅在于聚羧酸减水剂采用西卡540P，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

实施例7

与实施例4相比，区别仅在于聚羧酸减水剂采用质量比为1:1的西卡540P和巴斯夫2651，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

对比例1

常规固化剂，主要由硫铝酸盐水泥40％、脱硫石膏30％、硅酸盐水泥10％、生石灰3％、蔗糖2％、矿渣15％。称取上述超早强结晶型固化剂12％，泥土、渣土105℃干燥12小时，用锤破碎至通过5mm圆孔筛，称取40％，破碎后的建筑垃圾10％，破碎后煤矸石10％，水28％，经搅拌后浇筑成型，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

对比例2

与实施例1相比，区别仅在于固化剂中高效分散剂仅采用单组份高效聚羧酸减水剂，省略戊二醇及聚丙烯酸钠，其余固化剂组份与实施例1相同，称取上述超早强结晶型固化剂12％，泥土、渣土105℃干燥12小时，用锤破碎至通过5mm圆孔筛，称取40％，破碎后的建筑垃圾10％，破碎后煤矸石10％，水28％；

将泥土、渣土、建筑垃圾和煤矸石投入搅拌锅中进行干拌，拌合时间60s，得到干拌混合物；向超早强结晶型固结剂中加入总量70％的水进行搅拌，搅拌时间30s；将搅拌好的固结剂加入干拌混合物中，加入余量水，搅拌，经搅拌后发现浆体流动性很差，为了浇筑成型，将水提升至36％，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

对比例3

与实施例1相比，区别仅在于省略了煤矸石激活剂，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

对比例4

与实施例1相比，区别仅在于固化剂中高效分散剂仅采用单组份高效聚羧酸减水剂和戊二醇，省略聚丙烯酸钠，其余固化剂组份与实施例1相同，称取上述超早强结晶型固化剂12％，泥土、渣土105℃干燥12小时，用锤破碎至通过5mm圆孔筛，称取40％，破碎后的建筑垃圾10％，破碎后煤矸石10％，水28％，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

对比例5

与实施例1相比，区别仅在于固化剂中高效分散剂仅采用单组份高效聚羧酸减水剂和聚丙烯酸钠，省略戊二醇，其余固化剂组份与实施例1相同，称取上述超早强结晶型固化剂12％，泥土、渣土105℃干燥12小时，用锤破碎至通过5mm圆孔筛，称取40％，破碎后的建筑垃圾10％，破碎后煤矸石10％，水28％，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

对比例6

与实施例1相比，区别仅在于分散剂由质量比为1:0.08:0.16的聚羧酸高效减水剂、戊二醇、聚丙烯酸钠组成(质量份数分别为0.50、0.04、0.08)，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

对比例7

与实施例1相比，区别仅在于分散剂由质量比为1:0.16:0.32的聚羧酸高效减水剂、戊二醇、聚丙烯酸钠组成(质量份数分别为0.50、0.08、0.16)，在20℃养护至3h，1d，7d，28d，测定其强度，如表3所示。

按照GB/T 17671-1999对各实施例和对比例制备的自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆进行抗压强度的测试，结果如下表3所示。

表3各实施例和对比例制备的自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆抗压强度

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，其特征在于：按质量百分比计，原料包括25～45%泥土或渣土，10～15%建筑垃圾，10～20%煤矸石，10%～35%超早强结晶型固结剂，20～40%水。

2.根据权利要求1所述的一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，其特征在于：所述建筑垃圾的粒径5～10mm，煤矸石的粒径5～10mm。

3.根据权利要求1所述的一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，其特征在于：按质量份数计，所述超早强结晶型固结剂包括分散剂0.4～0.7份、硅质组份32～37份、铝质组份45～50份、石膏10～15份、早强剂0.1～0.2份、缓凝剂0.1～0.2份、消泡剂0.3～0.7份、保水剂0.05～0.1份、晶种2～5份、煤矸石激活剂2～5份。

4.根据权利要求1所述的一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，其特征在于：所述分散剂由质量比为1:0.1～0.15:0.2～0.3的聚羧酸高效减水剂、戊二醇、聚丙烯酸钠组成。

5.根据权利要求1所述的一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，其特征在于：所述硅质组份为硅酸盐水泥；铝质组份为硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥或两者的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，其特征在于：所述早强剂为碳酸锂、氯化锂或硫酸锂中的一种或多种；缓凝剂为酒石酸、硼酸、柠檬酸、葡萄糖酸钠中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，其特征在于：所述消泡剂为聚醚类高效消泡剂、有机硅消泡剂或矿物油类消泡剂中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，其特征在于：所述保水剂为纤维素醚；晶种为微硅粉、重钙中的一种或两种。

9.根据权利要求1所述的一种自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆，其特征在于：所述煤矸石激活剂为NaOH或硅酸钠；

所述硅酸钠的模数为1.0～1.5。

10.如权利要求1-9任一项所述自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆的制备方法，其特征在于：包括如下步骤；

A、将泥土、渣土、建筑垃圾和煤矸石投入搅拌锅中进行干拌，拌合时间60s，得到干拌混合物；

B、向超早强结晶型固结剂中加入总量70%的水进行搅拌，搅拌时间30s；

C、将步骤B搅拌好的固结剂加入步骤A中制得的干拌混合物中，加入余量水，搅拌90s即可制得自密实、大流态、超早强固结废弃土石浆。