CN116023078A - 一种利用工程废弃渣土制备的流态固化土及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用工程废弃渣土制备的流态固化土及方法，所述流态固化土原料包括渣土、矿渣微粉、粉煤灰、碱激发剂溶液和水；所述矿渣微粉与渣土的投料质量比为1:8.0‑10.0，粉煤灰与矿渣微粉的投料质量比为1:2.0‑5.0，碱激发剂溶液占矿渣微粉和粉煤灰总质量的10%‑15%；其制备步骤为：配置碱激发剂溶液；将矿渣微粉、粉煤灰与过筛渣土混合干拌；将配置好的碱激发剂溶液与外加水混合搅拌，倒入混合土体内持续搅拌使之流动度值达180mm‑220mm。本发明制备的流态土产品工作性能良好，应用极为广泛，可用于各类基坑、管道沟槽、矿坑的回填浇筑，还可广泛用于道路路基、建筑物地基等加固领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程废弃渣土的资源化利用方法，具体涉及一种利用工程废弃渣土制备的流态固化土及方法。
背景技术
近年来，随着城市化建设的高速发展，电力隧道、综合管廊等地下工程施工过程中带来大量的废弃渣土。渣土再次利用需要进行脱水处理，成本高且脱水后仍需运输至受纳场堆放，不仅占用土地资源还存在安全隐患。同时建筑行业的发展也使得水泥需求量逐年增大，带来高能耗、高碳排量等问题。
为此，可依据流态固化土的制备原理，将工程废弃渣土和工业废弃物资源化再利用，满足节约成本、保护环境的绿色低碳可持续的发展要求，但是具体如何制备，如何在保持流态固化土良好性能的前提下引入工程废弃渣土是尚待解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种利用工程废弃渣土制备的且具有良好性能的流态固化土；本发明的另一目的在于提供一种利用工程废弃渣土制备流态固化土的方法。
技术方案：本发明所述的流态固化土，其原料包括工程废弃渣土、矿渣微粉、粉煤灰、碱激发剂溶液和水；
所述矿渣微粉和废弃渣土的投料质量比为1：8.0-10.0；
所述粉煤灰和矿渣微粉的投料质量比为1：2.0-5.0；
所述碱激发剂溶液占矿渣微粉和粉煤灰总质量的10％-15％。
进一步的，所述原料中外加水的投料量与风干渣土中所含的水总量占总固体质量的55％-70％。
进一步的，所述废弃渣土中有机质含量不超过5wt％。需要说明的是，渣土中的有机质会消解形成孔洞，导致土体不密实，土体承载能力和稳定性变差，同时对不同工程材料的掺入有不同的影响。
进一步的，所述矿渣粉采用S95级粒化高炉矿渣粉。需要说明的是，高炉矿渣属于氧化钙含量较高的高钙体系，碱-矿渣水泥存在凝结过快、成型难控制、收缩大和易开裂等问题。
进一步的，所述粉煤灰采用F类二级粉煤灰。需要说明的是，目前每年产生大量的粉煤灰，既占用大量土地资源，又会对周围环境造成污染，本发明将废弃渣土作为主要材料，掺入碱激发矿渣和粉煤灰制备流态固化土，既节约了资源又保护了环境。
进一步的，F类低钙粉煤灰属于低钙体系，碱-激发粉煤灰水泥存在早期强度低和强度发展慢等问题。
进一步的，所述碱激发矿渣-粉煤灰同时发挥了矿渣的潜在水硬性和粉煤灰的火山灰活性，能有效改善碱-矿渣水泥和碱-激发粉煤灰水泥存在的问题，对处置废弃渣土具有促进作用。
进一步的，所述碱激发剂溶液为含有固体氢氧化钠及水玻璃的混合碱溶液，其中固体氢氧化钠用于调整水玻璃模数，水玻璃模数M为二氧化硅与碱金属氧化物物质的量的比值，取值为0.8-1.2。
进一步的，所述废弃渣土可以是当地开挖余土、废弃渣土、建筑固废处理还原土等。
进一步的，所选渣土以黏性土、粉质黏土为主，当加入碱激发胶凝材料和水搅拌后，胶凝材料中的各种成分与渣土中的水发生强烈的水化反应，同时从溶液中形成水化硅酸钙及其它碱性铝硅酸盐水化物使混合物凝结硬化。
所述利用工程废弃渣土制备流态固化土的方法，其具体制备步骤如下：
(1)利用氢氧化钠调配相应模数的硅酸钠溶液作为碱激发剂，静置后备用；
(2)将废弃渣土进行破碎并清除渣土中的异物，对预备的风干渣土过筛，测定其含水率，后将风干渣土与矿渣微粉、粉煤灰混合搅拌；
(3)将步骤(1)配置好的碱激发剂溶液与水混合搅拌后倒入步骤(2)的混合物中，再持续均匀搅拌使之流动值达180mm-220mm；
(4)持续均匀搅拌上述混合溶液，最终制得流动性强、自密实性好的流态固化土。
进一步的，在步骤(1)中，所述硅酸钠溶液的制备条件是：固体氢氧化钠与硅酸钠溶液混合搅拌，将混合溶液搅拌直至溶液再次恢复透明状态，在25℃±2℃条件下静置24h-48h。
进一步的，在步骤(3)中，所述添加水的质量具体是：m添＝xm总-m渣土w；式中，m添为所需添加水的质量；x＝0.55-0.70；m总为矿渣微粉和渣土干质量总和；m渣土为渣土干质量；w为风干渣土的含水率。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明可以将大量的工程废弃渣土资源化再利用，制备得到流态固化土的流动值达180mm-220mm，28d无侧限抗压强度≥560kPa，解决工程废弃渣土处治困难的问题，采用碱激发矿渣-粉煤灰作为胶凝材料，减少了水泥用量，绿色环保。同时利用工程废弃渣土制备的流态固化土应用广泛，可以用于各类基坑、管道沟槽、矿坑的回填浇筑，还可广泛用于道路路基、建筑物地基等加固领域。本方案减轻了处置工程废弃渣土堆放带来的安全隐患，环境破坏的现状，可以在不进行脱水处置的前提下，进行资源化利用。有利于节约能源，保护生态，符合绿色低碳可持续的发展战略。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
所述流态固化土的原料包括工程废弃渣土、矿渣微粉、粉煤灰、碱激发剂溶液和水；
所述矿渣微粉和渣土的投料比为1：8.0；
所述粉煤灰和矿渣微粉的投料比为1：2.0。
进一步的，所述含有固体氢氧化钠及水玻璃的混合碱溶液占矿渣微粉和粉煤灰总质量的10％。所述混合碱溶液中固体氢氧化钠用于调整水玻璃模数，其中，水玻璃模数M为二氧化硅与碱金属氧化物物质的量的比值，取值为0.8。需要说明的是，氢氧化钠，俗称烧碱、火碱、苛性钠，为一种具有强腐蚀性的强碱，氢氧化钠采用市售工业片碱，纯度≥98％。
进一步的，所述原料中外加水的投料量与风干渣土中所含的水总量占总固体质量的55％；在拌和过程中适当加入水可以获得和易性更加有优良的产品。
所述流态固化土的制备方法，步骤如下：
(1)固体氢氧化钠与硅酸钠溶液混合搅拌，调配相应模数的硅酸钠溶液作为碱激发剂，将混合溶液搅拌直至溶液再次恢复透明状态，在25℃±2℃条件下静置24-48h后备用；
(2)将废弃渣土进行破碎并清除渣土中的异物，对预备的风干渣土过2mm筛，测定其含水率，后将风干渣土与矿渣微粉、粉煤灰混合搅拌；
(3)将上述配置好的碱激发剂溶液与水混合搅拌5min后倒入步骤(2)的混合物中，再持续均匀搅拌3-5min；
(4)持续均匀搅拌上述混合溶液，最终制得流动性强、自密实性好的流态固化土。
由前述方案可见，在本申请实施例1中，将工程废弃渣土作为回填材料，同时配比合适的矿渣、粉煤灰、碱激发剂溶液和水制备流动化回填材料，既可以保护环境，实现建筑废弃土和工业废渣的有效利用，又可以减少经济成本，节约资源。
实施例2
所述流态固化土的原料包括工程废弃渣土、矿渣微粉、粉煤灰、碱激发剂溶液和水；
所述矿渣微粉和渣土的投料比为1：9.0；
所述粉煤灰和矿渣微粉的投料比为2.0：7.0。
进一步的，所述含有固体氢氧化钠及水玻璃的混合碱溶液占矿渣微粉和粉煤灰总质量的12.5％。所述混合碱溶液中固体氢氧化钠用于调整水玻璃模数，其中，水玻璃模数M为二氧化硅与碱金属氧化物物质的量的比值，取值为1.0。
进一步的，所述原料中外加水的投料量与风干渣土中所含的水总量占总固体质量的62％；在拌和过程中适当加入水可以获得和易性更加有优良的产品。
所述流态固化土的制备方法，步骤如下：
(1)固体氢氧化钠与硅酸钠溶液混合搅拌，调配相应模数的硅酸钠溶液作为碱激发剂，将混合溶液搅拌直至溶液再次恢复透明状态，在25℃±2℃条件下静置24-48h后备用；
(2)将废弃渣土进行破碎并清除渣土中的异物，对预备的风干渣土过2mm筛，测定其含水率，后将风干渣土与矿渣微粉、粉煤灰混合搅拌；
(3)将上述配置好的碱激发剂溶液与水混合搅拌5min后倒入步骤(2)的混合物中，再持续均匀搅拌3-5min；
(4)持续均匀搅拌上述混合溶液，最终制得流动性强、自密实性好的流态固化土。
实施例3
所述流态固化土的原料包括工程废弃渣土、矿渣微粉、粉煤灰、碱激发剂溶液和水；
所述矿渣微粉和渣土的投料比为1：10.0；
所述粉煤灰和矿渣微粉的投料比为1：5.0。
进一步的，所述含有固体氢氧化钠及水玻璃的混合碱溶液占矿渣微粉和粉煤灰总质量的15％。所述混合碱溶液中固体氢氧化钠用于调整水玻璃模数，其中，水玻璃模数M为二氧化硅与碱金属氧化物物质的量的比值，取值为1.2。
进一步的，所述原料中外加水的投料量与风干渣土中所含的水总量占总固体质量的70％；在拌和过程中适当加入水可以获得和易性更加有优良的产品。
所述流态固化土的制备方法，步骤如下：
(1)固体氢氧化钠与硅酸钠溶液混合搅拌，调配相应模数的硅酸钠溶液作为碱激发剂，将混合溶液搅拌直至溶液再次恢复透明状态，在25℃±2℃条件下静置24-48h后备用；
(2)将废弃渣土进行破碎并清除渣土中的异物，对预备的风干渣土过2mm筛，测定其含水率，后将风干渣土与矿渣微粉、粉煤灰混合搅拌；
(3)将上述配置好的碱激发剂溶液与水混合搅拌5min后倒入步骤(2)的混合物中，再持续均匀搅拌3-5min；
(4)持续均匀搅拌上述混合溶液，最终制得流动性强、自密实性好的流态固化土。
根据上述制备方法制备完成后，需对实施例1-3制成的成品进行流动性和无侧限抗压强度测试，具体如下：
1)流动性测试
流动度测试装置由一块有机玻璃平板和一个高80mm、内径80mm的有机玻璃双开口圆筒组成。试验时，先用抹布将有圆筒内壁和玻璃平板表面润湿，将圆筒放置在水平的玻璃平板中间；然后将新拌流态土样装入圆筒，装样过程中不断振捣以排出气泡，保证装样密实，装满后用刮刀将表面刮平；装样完成后将有机玻璃圆筒垂直向上轻轻提起，30s后或土样不再扩散时，用钢尺测量拌合物摊开后的最大直径和最小直径，取二者平均值为流动值。为了保证试验的可靠性，每组试样需进行2-3次平行试验，以平均值作为最终的流动值；
2)无侧限抗压强度测试
无侧限抗压强度测试按照《土工实验方法标准》(GB/T50123-2019)来进行。试样尺寸为：Ф39.1mm×80mm，进行(20±2)℃和95％以上的湿度养护规定的龄期。试验所用仪器为南京土壤仪器厂生产的YYW-2型应变控制式无侧限压力仪，压缩速率为1.18mm/min。为了保证试验的可靠性，每组试样需进行2-3次平行试验，以平均值作为最终的无侧限抗压强度。
本申请实施例中，测试合格标准为：
1)流动值为180-220mm，在有特殊需求的情况下可根据回填区的要求进行修改；
2)3天的无侧限抗压强度＞200kPa，7天的无侧限抗压强度约300-400kPa，28天的无侧限抗压强度≤500-900kPa，以满足早期强度要求和后期可开挖要求。
流态固化土的相关性能测试结果如下：
具体实例1-3是使用本方案提供的碱激发矿渣-粉煤灰制备流态固化土方法制备流态固化土性能测试结果。
Claims (9)
1.一种利用工程废弃渣土制备的流态固化土，其特征在于：其原料包括废弃渣土、矿渣微粉、粉煤灰、碱激发剂溶液和水；
所述矿渣微粉和渣土的投料质量比为1:8.0-10.0；
所述粉煤灰和矿渣微粉的投料质量比为1:2.0-5.0；
所述碱激发剂溶液占矿渣微粉和粉煤灰总质量的10％-15％。
2.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于：所述原料中外加水的投料量与废弃渣土中所含的水总量占总固体质量的55％-70％。
3.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于：所述废弃渣土中有机质含量不超过5wt％。
4.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于：所述矿渣粉采用S95级粒化高炉矿渣粉。
5.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于：所述粉煤灰采用F类二级粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的流态固化土，其特征在于：所述碱激发剂溶液为含有固体氢氧化钠及水玻璃的混合碱溶液，其中固体氢氧化钠用于调整水玻璃模数，水玻璃模数M为二氧化硅与碱金属氧化物物质的量的比值，取值为0.8-1.2。
7.一种权利要求1-6任意所述流态固化土的制备方法，其特征在于：步骤如下：
(1)利用氢氧化钠调配相应模数的硅酸钠溶液作为碱激发剂，静置后备用；
(2)将废弃渣土进行破碎并清除渣土中的异物，对预备的风干渣土过筛，测定其含水率，后将风干渣土与矿渣微粉、粉煤灰混合搅拌；
(3)将上述配置好的碱激发剂溶液与水混合搅拌后倒入步骤(2)的混合物中，再持续均匀搅拌使之流动值达180mm-220mm；
(4)持续均匀搅拌上述混合溶液，最终制得流动性强、自密实性好的流态固化土。
8.根据权利要求7所述流态固化土的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述硅酸钠溶液的制备条件是：固体氢氧化钠与硅酸钠溶液混合搅拌，将混合溶液搅拌直至溶液再次恢复透明状态，在25℃±2℃条件下静置24h-48h。
9.根据权利要求7所述流态固化土的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述添加水的质量满足：m添＝xm总-m渣土w；式中，m添为所需添加水的质量；x＝0.55-0.70；m总为矿渣微粉、粉煤灰和渣土干质量总和；m渣土为渣土干质量；w为风干渣土的含水率。
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|---|---|---|---|---|
| CN111205060A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-05-29 | 东南大学 | 一种工业废渣多元复合盾构隧道壁后注浆材料及其制备方法 |
| CN115340325A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-11-15 | 北京中鼎长信科技有限公司 | 一种用于预拌流态固化土的固化剂及其制备和使用方法 |
| CN115448684A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-09 | 南京苏逸实业有限公司 | 一种利用高含水率淤泥制备流态土的方法 |
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2023
- 2023-01-31 CN CN202310048435.2A patent/CN116023078A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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