CN115403352B - 一种利用建筑渣土制备流态固化土的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及一种利用建筑渣土制备流态固化土的方法。包括流态固化土专用外加剂的制备及与水、泥土搅拌成流态固化土的制备方法。其中所用固化剂按重量计，由下列成分组成：粉煤灰30‑35%、矿渣25‑30%、生石灰10‑15%、煅烧高岭土15‑20%、硅酸钠2‑5%、硫酸钠1‑3%、聚醚有机硅消泡剂1‑2%。使用本发明的固化剂5‑10%重量份与建筑渣土、水搅拌成浆，可以直接回填，不需要振捣，施工简单，工期短，工期仅是普通夯实回填十分之一。强度和耐水性优于发泡混凝土回填工艺，成本相对发泡混凝土回填节省30‑50%。相对同类产品本发明具有成本低廉、强度高、抗渗能力更好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及一种利用建筑渣土制备流态固化土的方法。
背景技术
目前市面上的流态固化土外加剂，无论是粉体型还是液体型，都具有一定的改善土质功能，但工艺上都需要机械夯实等过程，面对许多回填工程，尤其对于作业面狭窄的施工空间，就需要具有流动性的固化土来解决目前存在的问题。
固化土的流动性往往与强度、体积稳定性是相关的，流态固化土专用流态固化土外加剂在于保证流动性的同时，需要很好的兼顾体积稳定性和强度及地下抗渗性能。
市面上也出现了一些预拌流态固化土的产品，然而，现有的土壤固化剂普遍存在流动性不高的问题, CN112142406B一种高流态固化土用流态固化土外加剂，虽较好的解决了流动性问题,但必须使用专用大型搅拌设备进行泥浆搅拌,组分中采用主要胶凝材料为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥中的中的一种或数种。以胶凝材料水化为固化土提供早期的强度和稳定性。该专利技术中依然使用大量硅酸盐水泥作为胶凝材料，提供早期的强度,使用硅酸盐水泥成本较高，而且会消耗大量能源，污染环境。
本发明较好的解决了施工现场搅拌泥浆的问题,节省作业空间,降低生产成本,提高狭窄环境下的回填效率.专用外加剂大量使用粉煤灰等工业固废作为原料,不再使用水泥作为胶凝材料,大大减少了碳排放,做到废物的资源化再生利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉的利用建筑渣土制备流态固化土的方法。
本发明的利用建筑渣土制备流态固化土的方法，包含专用固化外加剂的制备及流态固化土的制备。
本发明首先提供一种固化外加剂，按重量计，由下列成分组成：粉煤灰25-35%、矿渣25-30%、生石灰5-15%、煅烧高岭土10-20%、硅酸钠2-5%、硫酸钠1-3%、聚醚有机硅消泡剂1-2%。
优选的所述矿渣为S95级水渣微粉，活性指数28天≥95％，比表面积在400-550㎡/kg，微粉中三氧化硫≤4.0wt%，氯离子≤0.02wt%。
优先的所述粉煤灰为普通粉煤灰进行二次研磨的微粉，比表面积为600-800 m2/kg，三氧化硫≤3.0wt%，含水量≤1.0wt%，烧失量≤5.0wt%。
优选的所述煅烧高岭土为干粉状，比表面积350-400㎡/Kg，含湿量≤2%，氧化铝含量≥45%。
优选的,所述生石灰，有效含量为≥70wt%，磨细后比表面积350-400㎡/Kg。
优选的硅酸钠为模数2.7-3.0的粉末状固体原料，净含量≥99wt%。
优选的硫酸钠为无水硫酸钠的粉末固体原料，含量≥99%。
优选的消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂,耐碱型粉末，pH值6-8，聚硅氧烷含量≥99%。
所述的流态固化土的固化外加剂制备方法，主要包括如下步骤：
1)按比例称取各原料；
2)将矿渣和粉煤灰、生石灰、煅烧高岭土使用混合机混合均匀；
3)再加入硅酸钠、硫酸钠混合均匀；
4)最后加入聚醚有机硅消泡剂混合均匀即得。
本发明还提供一种利用建筑渣土制备流态固化土的方法,制备流态固化土包含以下步骤:
1）准备建筑工程所挖的建筑渣土（工程弃土），不要有树枝、垃圾等杂物，尽量为素土，选择符合《建设用地土壤污染风险筛选值和管制值》(GB 36600-2018)及《土壤检测系列标准》（NY/T 1121-2006）的相关重金属及污染限值标准的无污染素土，土中含有的石块最大粒径应≤10mm；
2）在回填作业区开挖设立一个泥浆浸泡池，按比例将素土与水浸泡1-2d，2d后使用泥浆浸泡池将泥块打碎制备泥浆。
3）在低于泥浆浸泡池的下方砌筑一个搅拌池，将上面浸泡池中放下来的泥浆在此加入比例的专用固化外加剂，使用泥浆浸泡池及挖机配合搅拌均匀，得到本发明的流态固化土。可采用溜槽或是泵送的方式对基槽进行回填。
4）外加剂使用掺量根据不同设计要求一般为混合料重量的5-10%。
5）渣土、固化剂、水按照35-40 :5-10: 55-60的重量比例混合均匀。
6）每次回填的高度不超过1m，进行二次加高回填时间隔时间需控制在4-10h。
随着掺量的增大,固化土的强度、回填密度、凝结时间、水稳系数、抗渗性能均随之更好。
本发明的固化剂和建筑渣土、水搅拌成浆，制备成流态固化土，可以直接回填，不需要振捣，施工简单，工期短，工期仅是普通夯实回填十分之一。强度和耐水性优于发泡混凝土回填工艺，成本相对发泡混凝土回填节省30-50%。相对同类产品本发明具有成本低廉、强度高、抗渗能力好等特点。主要技术参数如下:
1、流动性好。出料坍落度150-210mm，流动度好，可采用溜槽或泵送的方式施工。
2、密度大。自密实型，无需采用振动棒， 湿密度达到每立方米1600-1650kg/m³。
3、强度高。7d无侧限抗压强度1.5-5.2MPa,28d抗压强度8.3MPa。
4、凝结固化时间短，适合快速回填和连续作业,其凝结时间影响系数比≥120%。
5、耐水性好。本发明流体固化土固化后具有优良的水稳定性,水稳系数比≥120%。
6、抗渗性能好。土体渗透系数<1x10-7cm/s。
本发明还是一个固体废弃物资源化综合利用的项目。一方面就地利用废弃的建筑渣土，加工后回填，解决了建筑渣土外运占用弃土地问题。另一方面采用了大量工业固废矿渣及粉煤灰作为原料，解决了大宗工业废弃物污染环境的问题。不再使用水泥，减少了二氧化碳的排放。
附图说明
图1是本发明制备流态固化土的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂均为可以通过市购获得的常规产品。本发明所述的百分比在无特别说明的情况下是指质量百分比。
本发明提供一种流态固化土用流态固化土外加剂，由下列成分组成：粉煤灰30-35%、矿渣25-30%、生石灰10-15%、煅烧高岭土15-20%、硅酸钠2-5%、硫酸钠1-3%、聚醚有机硅消泡剂1-2%。
组分中的粉煤灰的化学成分是含有大量活性SiO2、Al2O3、Fe203等酸性氧化物，以及少量的CaO等，其中前3种氧化物含量约占75％以上，粉煤灰中CaO含量比较低，因此其凝性较差，加入石灰后，大量的Ca0，在经均匀拌和后，在一定的含水条件下发生一系列化学反应，其最主要反应过程如下：
Ca0+H20→Ca(0H)2
SiO2+yCa(0H)2+mH20=yCa0·Si02·nH20
AL2O3+yCa0H)2+mH2O=yCaO·AL2O3·nH2O
AL2O3+yCa0H)2+xCO2+ mH2O = yCa0·AL2O3·xCaCO3·nH20
Fe203+ yCa0H)2+ nH20=xCaO·Fe203·mH2O
从反应式可知，生石灰消解后生成氢氧化钙（Ca（0H)2）扩散到粉煤灰的表面，逐渐侵蚀氧化物。在水化作用下，生成水化硅酸钙（yCa0 ~ Si02· ~ nH20）、水化铝酸钙（yCa0 ~ AL2O3 ~ xCaCO3 ~nH20）、水化铁酸钙（xCaO ~ Fe203~ mH2O），生成的结晶水合物为不溶于水，且稳定性的物质，同时可以在空气和水中逐漸硬化，并将土壤颗粒胶结在起，形成较大的团粒结构，使混合料强度大大高于传统的纯石灰土或纯粉煤灰的抗压强度,使固化土后期的抗渗性能得到明显增强。
本发明中，使用的石灰为生石灰（CaO）有效含量为≥70wt%，磨细后比表面积400㎡/Kg。本发明中粉煤灰的比表面积≥800 m2/kg。
本发明中,以矿渣粉、偏高岭土为胶凝材料体系中存在水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)和碱铝硅酸盐(N-A-S-H)两种凝胶，水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)凝胶有利于提高聚合体的早期强度，偏高岭土所含的活性二氧化硅、活性三氧化二铝可以与矿渣粉水化时析出的氢氧化钙作用生成含水的硅酸钙凝胶和含水的铝酸钙凝胶，提高水化程度，减少结构体的孔隙率，提高固化土整体抗压强度和其他性能，使得固化土的抗渗性与抗冻性较为优异.矿渣粉选择等级不低于S95级，活性指数28天≥95％，比表面积在400-550㎡/kg。 煅烧高岭土的最佳比表面积≥800 m2/kg。
本发明采用碱性复合激发剂,硅酸钠与硫酸钠的双重组合。硅酸钠（Na2SiO3 ）的加入，提高了体系中低聚阴离子团浓度，促进聚合反应的进行。同时随着反应进行，体系中的Al2O3四面单体浓度下降，也有利于与煅烧高岭土中铝硅酸盐材料在碱性介质中的溶解，促进聚合反应程度。本发明中硅酸钠为模数2.7-3.0的粉末状固体原料。硫酸钠（Na2SO4）的加入, 能使硫铝酸钙更快地生成，从而加快了流体固化土的硬化速度。因此大大提升了结构体的早期强度,其凝结时间系数比大于基准试件的120%，本发明中硫酸钠为含量99%的粉末固体原料。
由于流态固化土制备时，需要进行外加剂的加入,将建筑渣土搅拌成流态泥浆时加水量很大,搅拌时间长,可能引发缓凝、引气超标等情况，导致固化土凝结时间变慢，含气量过高导致固化土强度降低等情况，因此通过加入一定比例的引气消泡剂,本发明中加入的聚醚改性硅消泡剂很容易在水中乳化，它化学性质稳定，耐高温性强，不易于失去对水的溶解性和机械稳定性，并耐酸、碱和无机盐，能在苛刻条件下的进行消泡，从而以减少固化土内部气孔，增加结构体的自密实性,提升抗渗性能。
本发明流态固化土专用固化外加剂的制备方法，包括如下步骤：
1)按比例称取各原料；
2)将粉煤灰和矿渣、生石灰、煅烧高岭土使用混合机混合均匀；
3)再加入硅酸钠、硫酸钠混合均匀；
4)最后加入聚醚有机硅消泡剂混合均匀即得。
性能测试：将实施例与对比例流态固化土外加剂按流态固化土中，建筑渣土:固化剂:水=35-40:5-10:55-60进行混合均匀，并进行相关技术测试:
对本发明制备的流体固化土强度测试,参照 (GB/T 50123-2019) 《土工试验方法标准》及GB/T《混凝土强度检验评定标准》对固化土进行7d抗压强度测试,其无侧限抗压强度达到1.5-5.2MPa,28d无侧限抗压强度达到5.0-8.3MPa。
对本发明制备的流体固化土流动性测试,参照GB/T2419-2019《水泥胶砂流动度测定方法 》进行测试, 出料坍落度150-210mm,表明具有大流动性,适合流槽回填工艺实施。
对本发明制备的流体固化土回填密度测试，流态固化土凝固后，参照《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2012) 在结构体顶端采用环刀取样进行7d质量密度的测试。其7d湿密度达到1600-1650kg/m³。
对本发明制备的流体固化土固化凝结时间测试, 参照《土壤固化外加剂》(CJT486-201),其凝结时间影响系数比≥120%,凝结固化时间短，适合快速回填和连续作业。
对本发明制备的流体固化土渗透试验,采用(GB/T 50123-2019) 《土工试验方法标准》其回填土体渗透系数≤1x10-7cm/s,表明本发明固化土抗渗性能优良。
对本发明制备的流体固化土水稳性测试,参照《土壤固化外加剂》(CJT486- 201),其水稳系数比≥120%,表明本发明流体固化土固化后具有优良的水稳定性及耐水性。
实施例1
使用本发明方法制备固化外加剂，原料组成为粉煤灰35%、S95级矿渣 25%、生石灰15%、煅烧高岭土15%、硅酸钠5%、硫酸钠3%、聚醚有机硅消泡剂2%。
在制备流态固化土中，在上述外加剂组分一定的情况下对掺量不同的效果进行测试，按建筑渣土:固化剂:水=40:5:55进行混合搅拌均匀(上述外加剂掺量取5%)。测试结果：流态固化土混合料流动性较好且可泵送，施工性能良好，基本无需人工震动泵，固化体表观均匀密实度好,经检测主要指标如下:
出料坍落度160mm，凝结时间影响系数比105%, 水稳系数比110%, 7d环刀检测密度1600kg/m³,7d结构体渗透系数≤1x10-6cm/s,7d无侧限抗压强度1.5MPa,28d无侧限抗压强度3.0MPa。
实施例2
使用本发明方法制备固化外加剂，原料组成为粉煤灰35%、S95级矿渣 25%、生石灰15%、煅烧高岭土15%、硅酸钠5%、硫酸钠3%、聚醚有机硅消泡剂2%。
在制备流态固化土中，在上述外加剂组分一定的情况下对掺量不同的效果进行测试。按建筑渣土:固化剂:水=38:7:55进行混合搅拌均匀(上述外加剂掺量取7%)。测试结果：流态固化土混合料溜槽测试流动性好，施工性能良好，无需人工震动泵，固化体表观均匀密实度好,经检测主要指标如下:
出料坍落度180mm，凝结时间影响系数比108%, 水稳系数比117%, 7d环刀检测密度1620kg/m³,7d结构体渗透系数≤1x10-7cm/s,7d无侧限抗压强度3.1MPa,28d无侧限抗压强度5.3MPa。
实施例3
使用本发明方法制备固化外加剂，原料组成为粉煤灰35%、S95级矿渣25%、生石灰15%、煅烧高岭土15%、硅酸钠5%、硫酸钠3%、聚醚有机硅消泡剂2%。
在制备流态固化土中，在上述外加剂组分一定的情况下对掺量不同的效果进行测试。按建筑渣土:固化剂:水=35:10:55进行混合搅拌均匀(上述外加剂掺量取10%)。测试结果：流态固化土混合料溜槽测试流动性好，施工性能良好，无需人工震动泵，固化体表观均匀密实度好,经检测主要指标如下:
出料坍落度210mm，凝结时间影响系数比120%, 水稳系数比120%, 7d环刀检测密度1650kg/m³,7d结构体渗透系数≤1x10-7cm/s,7d无侧限抗压强度5.5MPa,28d无侧限抗压强度8.3MPa。
实施例4
本发明外加剂的制备，原料组成为粉煤灰35%、S95级矿渣30%、生石灰10%、煅烧高岭土15%、硅酸钠5%、硫酸钠3%、聚醚有机硅消泡剂2%。
在制备流态固化土中，以上述组分的外加剂10%的掺量进行性能测试。测试结果：出料坍落度200mm，凝结时间影响系数比106%, 水稳系数比112%, 7d环刀检测密度1630kg/m³,7d结构体渗透系数≤1x10-7cm/s,7d无侧限抗压强度4.8MPa,28d无侧限抗压强度7.9MPa。
生石灰组分的减少,对刺激碱激发有一定的影响,主要提现在凝结时间影响系数及水稳系数,抗压强度有小许降低.
实施例5
本发明外加剂的制备，原料组成为粉煤灰30%、S95级矿渣25%、生石灰15%、煅烧高岭土20%、硅酸钠5%、硫酸钠3%、聚醚有机硅消泡剂2%。
在制备流态固化土中，以上述组分的外加剂10%的掺量进行性能测试。测试结果：出料坍落度200mm，凝结时间影响系数比103%, 水稳系数比110%, 7d环刀检测密度1610kg/m³,7d结构体渗透系数≤1x10-7cm/s,7d无侧限抗压强度4.7MPa,28d无侧限抗压强度6.8MPa。
对于粉煤灰用量的减少而煅烧高岭土的增加,主要对7d和28d的抗压强度有一定的影响。
实施例6
本发明外加剂的制备，原料组成为粉煤灰35%、S95级矿渣30%、生石灰13%、煅烧高岭土15%、硅酸钠2%、硫酸钠3%、聚醚有机硅消泡剂2%。
在制备流态固化土中，以上述组分的外加剂10%的掺量进行性能测试。测试结果：出料坍落度210mm，凝结时间影响系数比103%, 水稳系数比110%, 7d环刀检测密度1630kg/m³,7d结构体渗透系数≤1x10-7cm/s,7d无侧限抗压强度4.7MPa,28d无侧限抗压强度7.2MPa。
硅酸钠的减少引起凝结时间变慢,强度稍有降低,结构体渗透性变化不大.
实施例7
本发明外加剂的制备，原料组成为粉煤灰35%、S95级矿渣30%、生石灰12%、煅烧高岭土15%、硅酸钠5%、硫酸钠1%、聚醚有机硅消泡剂2%。
在制备流态固化土中，以上述组分的外加剂10%的掺量进行性能测试。测试结果：出料坍落度210mm，凝结时间影响系数比102%, 水稳系数比110%, 7d环刀检测密度1630kg/m³,7d结构体渗透系数≤1x10-7cm/s,7d无侧限抗压强度3.3MPa,28d无侧限抗压强度7.3MPa。
硫酸钠的减少引起凝结时间变慢,早期强度较低,28d强度差距不大,结构体渗透性变化不大。
实施例8
本发明外加剂的制备，原料组成为粉煤灰35%、S95级矿渣26%、生石灰15%、煅烧高岭土15%、硅酸钠5%、硫酸钠3%、聚醚有机硅消泡剂1%。
在制备流态固化土中，以上述组分的外加剂10%的掺量进行性能测试。测试结果：出料坍落度180mm，凝结时间影响系数比120%, 水稳系数比120%, 7d环刀检测密度1600kg/m³,7d结构体渗透系数≤1x10-6cm/s,7d无侧限抗压强度3.1MPa,28d无侧限抗压强度5.3MPa。
消泡剂的减少引起孔隙率大密度较小, 7d及28d因而强度较低,结构体渗透性变大。
Claims (6)
1.一种利用建筑渣土制备流态固化土的方法，其特征在于，包含专用固化外加剂的制备及流态固化土的制备；
所述固化外加剂，按重量计，由下列成分组成：粉煤灰25-35%、矿渣25-30%、生石灰5-15%、煅烧高岭土10-20%、硅酸钠2-5%、硫酸钠1-3%、聚醚有机硅消泡剂1-2%；所述粉煤灰为粉煤灰进行二次研磨的微粉，比表面积为600-800 m2/kg，三氧化硫≤3.0wt%，含水量≤1.0wt%，烧失量≤5.0wt%，所述煅烧高岭土为干粉状，比表面积350-400㎡/Kg，含湿量≤2%，氧化铝含量≥45%；
固化外加剂制备方法，包括如下步骤：
1)按比例称取各原料；
2)粉煤灰和矿渣微粉、生石灰、煅烧高岭土使用混合机混合均匀；
3)再加入硅酸钠、硫酸钠混合均匀；
4)最后加入聚醚有机硅消泡剂混合均匀即得；
所述流态固化土的准备方法，包括如下过程：
1)准备建筑工程所挖的建筑渣土，选择符合《建设用地土壤污染风险筛选值和管制值》(GB 36600-2018)及《土壤检测系列标准》（NY/T 1121-2006）的相关重金属及污染限值标准的无污染素土，土中含有的石块最大粒径应≤10mm；
2）在回填作业区开挖设立一个泥浆浸泡池，按比例将素土与水浸泡1-2d，2d后使用泥浆浸泡池将泥块打碎制备泥浆；
3）在低于泥浆浸泡池的下方砌筑一个搅拌池，将上面浸泡池中放下来的泥浆在此加入比例的固化外加剂，使用泥浆浸泡池及挖机配合搅拌均匀，得到本发明的流态固化土；渣土、固化外加剂、水按照35-40 :5-10: 55-60的重量比例混合；
4）采用溜槽或是泵送的方式对基槽进行回填，每次回填的高度不超过1m，进行二次加高回填时间隔时间需控制在4-10h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿渣为S95级水渣微粉，活性指数28天≥95％，比表面积在400-550㎡/kg，微粉中三氧化硫≤4.0wt%，氯离子≤0.02wt%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用的生石灰，有效含量为≥70wt%，磨细后比表面积350-400㎡/Kg。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，硅酸钠为模数2.7-3.0的粉末状固体原料，净含量≥99wt%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，硫酸钠为无水硫酸钠的粉末固体原料，含量≥99wt%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，聚醚改性有机硅消泡剂为耐碱型粉末，pH值6-8，聚硅氧烷含量≥99%。
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Effective date of registration: 20240719 Address after: No. 37, Nonferrous Geological Exploration Industry Building, No. 100, South Section of Dongliu Road, Langli Street, Changsha County, Changsha City, Hunan Province 410100 Patentee after: Hunan Junxi Construction Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 410007 Room 216, Building 18, Mingdu Garden, No. 22, Shuguang Middle Road, Yuhua District, Changsha City, Hunan Province Patentee before: Jiang Qianxiang Country or region before: China |
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