CN114525136B - 赤泥基土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种赤泥基土壤固化剂，是由原料赤泥20～70%，增强剂20～70%，激发剂5～20%配制而成：首先将赤泥、增强剂和激发剂中的大颗粒物料粗磨小颗粒，再检测各原材料的含水率，按照赤泥:增强剂:激发剂=20～70%:20～70%:5～20%的干质量比例，计算出各原材料湿重比例，经电子称量，下漏至传送皮带，一同进入烘干设备中，搅拌烘干，直至混合料水分含量低于1%；最后将混合料送入粉磨机，将混合料研磨至粒径＜300目，即得到赤泥基土壤固化剂成品。本发明大量使用了工业固废，加大了赤泥的利用率，符合我国节能减排、绿色发展的产业政策，对赤泥等工业固废的资源化利用起到了积极的推动作用，具有广泛而深远的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及土壤固化剂，尤其是涉及一种以工业固废赤泥为主要原料的赤泥基土壤固化剂，本发明还涉及该土壤固化剂的制备方法 。
背景技术
目前在公路工程建设领域，对土体进行改良处治的一般做法是在土体中掺入水泥、石灰等固化材料，以提高土体的工程性能。根据多年的工程实践证明，传统改良剂仍然存在许多不足，常因为干缩出现裂缝，导致水分易进入缝隙并破坏土体的内部结构。并且水泥、石灰的生产需要开采大量的黏土、石灰岩等，不仅要消耗大量的能源，造成水土流失与生态失衡，还可加剧自然环境的恶化，严重有悖于国家提倡的生态环境保护理念。
土壤固化剂技术始于20世纪40年代，美国、日本、加拿大以及南非等国家对该技术进行了深层次的开发。上世纪80年代引入我国后，受到许多研究者的青睐，先后有多家科研院所、高校和企业对其开展了研究。时至今日，国内外正在研究与工程上实际使用的土壤固化剂产品种类已达上百种，在道路、水利、农业等诸多领域成功应用。
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，因含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，故被称为赤泥。根据生产工艺的不同，赤泥可分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥，属于一般工业固废。但赤泥由于碱含量高，难以脱除，具有一定的放射性，故而对赤泥的无害化利用一直难以进行。中国作为氧化铝生产大国，每年排放的赤泥高达数百万吨，赤泥的堆存量也越来越大，对环境造成的污染越来越严重。虽然世界各国对赤泥的综合利用进行了大量的研究，但真正能够产业化利用的项目并不多，利用率也不高。鉴于赤泥利用率低，污染严重，存储成本高等现状，最大限度地资源化利用赤泥已刻不容缓。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以赤泥为主要原料的赤泥基土壤固化剂，本发明还提供该土壤固化剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的赤泥基土壤固化剂，是由原料赤泥、增强剂和激发剂按下述质量百分比配制而成：赤泥20～70%，增强剂20～70%，激发剂5～20%。该质量百分比为有效干质量的百分比，总和为100%。
所述赤泥为烧结法赤泥，其中CaO含量≥25%。
本发明所用的增强剂为氢氧化钙、生石灰、消石灰、电石渣、粉煤灰、炉渣、钢渣粉、高炉粒化矿渣粉、通用硅酸盐水泥（包括不同强度等级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥）中的其中一种或几种物料的混合物；该增强剂能够与赤泥产生协同水化作用，生成的胶凝物质去粘结土颗粒、填充土颗粒间隙、促进固结反应，从而提高土体的整体性、强度以及抗水侵蚀性能。
本发明所用的激发剂是具有促进赤泥和增强剂作用效果的粉体材料，如氢氧化钠、石膏、硫酸钠、硅酸钠、明矾石中的其中一种或几种物料的混合物。
本发明所用石膏中CaSO4含量≥60％。
本发明所述赤泥基土壤固化剂的制备方法，包括下述步骤：
S1、分别将赤泥、增强剂和激发剂中的大颗粒物料（如赤泥、矿渣、钢渣等）粗磨成粒径＜5mm的颗粒备用；如果原料的块形较大，不利于生产时的物料称量和控制，先将大块的原料粗磨成大颗粒物料，更加方便精准计量；
S2、检测各原材料的含水率，按照赤泥:增强剂:激发剂=20～70%:20～70%:5～20%的干质量比例，计算出各原材料湿重比例，经电子称量，下漏至传送皮带，一同进入烘干设备中，搅拌烘干，直至混合料水分含量低于1%；
S3：将混合料送入粉磨机，将混合料研磨至粒径＜300目，得到赤泥基土壤固化剂成品。
本发明制备得到的赤泥基土壤固化剂在使用时，针对不同路基处理技术要求，按基土的3~12%掺入。
本发明的优点在于：
针对烧结法赤泥水化活性较低的特点，通过掺入水化活性高的增强剂和激发剂，并进行适当工艺处理，使制备得到的赤泥基土壤固化剂综合性能优异，可替代水泥、石灰应用于路基改良处治，具有免煅烧、节能环保等特点，较水泥、石灰有明显的价格优势。同时，本发明大量使用了工业固废，加大了赤泥的利用率，符合我国节能减排、绿色发展的产业政策，对赤泥等工业固废的资源化利用起到了积极的推动作用，具有广泛而深远的现实意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，并非对本发明的实施方式作限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
本发明实施例所用的工业固废原材料的理化数据如下表1、表2：
表1 所用原材料的主要化学成分 /%
表2 所用原材料的主要物理参数
本发明实施例所用的土壤为粉土，属于低液限粉土，塑性指数低，水稳定性很差，不能固结，土的性能参数如表3所示。
表3 土的性能参数
本发明所用的试验方法如下：
1、固体7d无侧限抗压强度：按照JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中试验方法，固化土试件成型后，在湿度为95%的条件下养护6d，再放入清水中浸泡24h,然后用压力机检测7d无侧限抗压强度。
2、CBR：按照JTGE40-2007《公路土工试验规程》中试验方法进行。
实施例1 制备1#赤泥基土壤固化剂
原料配比：赤泥70%，增强剂（电石渣）25%，激发剂（氢氧化钠）5%；
制备方法：首先将赤泥、电石渣烘干至水分含量低于1%，和氢氧化钠混合均匀后送入粉磨机研磨至粒径＜300目，得到1#赤泥基土壤固化剂成品。
按4%的掺入量将制得的1#固化剂加入土壤中，测定最佳含水率，以混合料的最佳含水率加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的各项性能，如表4所示。
实施例2 制备2#赤泥基土壤固化剂
原料配比：赤泥50%，增强剂（电石渣:钢渣粉=2:1）40%，激发剂（钛石膏）10%；
制备方法：首先分别将赤泥、电石渣、钢渣粉和钛石膏粗磨成粒径＜5mm的颗粒，烘干至水分含量低于1%，再将按比例配制的混合料送入粉磨机研磨至粒径＜300目，得到2#赤泥基土壤固化剂成品。
分别按4%、6%、8%的掺入量将制得的2#固化剂加入土壤中，测定最佳含水率，以混合料的最佳含水率加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的各项性能，如表4所示。
实施例3 制备3#赤泥基土壤固化剂
原料配比：赤泥30%，增强剂（P.O 42.5水泥）60%，激发剂（硅酸钠）10%；
制备方法：将赤泥烘干至水分含量低于1%，再将按比例配制的赤泥、P.O 42.5水泥和硅酸钠混合料送入粉磨机研磨至粒径＜300目，得到3#赤泥基土壤固化剂成品。
按4%的掺入量将制得的3#固化剂加入土壤中，测定最佳含水率，以混合料的最佳含水率加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的各项性能，如表4所示。
实施例4 制备4#赤泥基土壤固化剂
原料配比：赤泥20%，增强剂（P.F 32.5水泥）70%，激发剂（硫酸钠）10%；
制备方法：将赤泥烘干至水分含量低于1%，再将按比例配制的赤泥、P.F 32.5水泥和硫酸钠混合料送入粉磨机研磨至粒径＜300目，得到4#赤泥基土壤固化剂成品。
按4%的掺入量将制得的4#固化剂加入土壤中，测定最佳含水率，以混合料的最佳含水率加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的各项性能，如表4所示。
对比例1
在土壤中掺入4%的 P.F 32.5水泥，并测定混合料的最优含水率；以混合料的最佳含水率，加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的各项性能，如表4所示。
对比例2
在土壤里面掺入4%、6%、8%的赤泥，并测定混合料的最优含水率；以混合料的最佳含水率，加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的各项性能，如表4所示。
表4 实施例1-4以及对比例1-2的固化土性能测试结果
由表4中数据可以看出，本发明制备的赤泥基土壤固化剂稳定粉土的CBR值均随着掺量的增加而不断提高。对于稳定粉土，当赤泥基土壤固化剂掺量为4%时，均满足《公路路基设计规范》中上路床CBR大于8%的要求。
Claims (2)
1.一种赤泥基土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述赤泥基土壤固化剂，是由原料赤泥、增强剂和激发剂按下述质量百分比配制而成：赤泥20～30%，增强剂60～70%，激发剂5～20%；
其中，所述增强剂为氢氧化钙、生石灰、消石灰、电石渣、粉煤灰、炉渣、钢渣粉、高炉粒化矿渣粉、通用硅酸盐水泥中的一种或几种混合物；
所述激发剂为硫酸钠、硅酸钠中的一种或几种混合物；
所述制备方法，包括下述步骤：
S1、分别将赤泥、增强剂和激发剂粗磨成粒径＜5mm的颗粒备用；
S2、检测各原材料的含水率，按照赤泥:增强剂:激发剂=20～30%:60～70%:5～20%的干质量比例，计算出各原材料湿重比例，经电子称量，下漏至传送皮带，一同进入烘干设备中，搅拌烘干，直至混合料水分含量低于1%；
S3：将混合料送入粉磨机，将混合料研磨至粒径＜300目，得到赤泥基土壤固化剂成品。
2.根据权利要求1所述的赤泥基土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述赤泥为烧结法赤泥，其中CaO含量≥25%。
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