CN116161910A - 一种赤泥基加筋气泡混合轻质土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种赤泥基加筋气泡混合轻质土及其制备方法；赤泥基加筋气泡混合轻质土包括以下组分：赤泥、矿渣粉、粉煤灰、纤维、碱激发剂、水、由发泡剂产生的泡沫。本发明提供的赤泥基加筋气泡混合轻质土实现了对赤泥、矿渣粉、粉煤灰等工业废弃物尤其是赤泥的高效利用，赤泥的重量在轻质土重量中占比超过40％以上，而且不掺加水泥，既可以节省自然资源，又能减轻赤泥对环境的污染，降低制备成本。并且该发明制备方法简单，生产效率高效安全，具有良好的应用前景，利于推广。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种赤泥基加筋气泡混合轻质土及其制备方法。
背景技术
在高速公路改扩建工程中，扩建路基与原有路基的交界处出现的不均匀沉降，会引起路基损坏、路面裂缝等病害，是影响改扩建高速公路正常运营和使用的关键问题。气泡混合轻质土作为一种路基材料，填筑后具有整体性好、无侧向压力、对地基荷载小、抗冲击性能好等优势，因此，气泡混合轻质土新材料在高速公路改扩建工程中有广阔的市场前景。
目前，绝大多数的气泡混合轻质土生产仍以水泥作为主要的胶凝材料，不仅施工成本高，而且也造成了较为严重的自然环境污染问题。故急需研发一种能减少水泥使用甚至完全不掺加水泥并且能保证气泡混合轻质土优越性能的新型绿色气泡混合轻质土。
发明内容
为了解决固废资源再生利用尤其是赤泥资源再生利用的问题，将建筑垃圾破碎为再生骨料，将赤泥、粒化高炉矿渣粉以及粉煤灰进行二次加工作为胶凝材料，部分替代或完全替代气泡混合轻质土中的水泥，能够大幅降低材料成本，同时实现固废资源的再利用，具有显著的社会效益、经济效益和环境效益，对于实现环保经济的行业可持续发展具有深远的意义。
本发明的目的之一在于提供一种具有较高赤泥掺量、具有较高强度的碱激发赤泥基加筋气泡混合轻质土，本发明的目的之二在于提供这种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法。
具体技术方案为：
一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，包括以下步骤：
将赤泥粉料通过球磨机研磨并通过筛网筛分；
将发泡剂稀释，并通过发泡机发泡制备成泡沫，泡沫密度为50kg/m3；
将赤泥粉末、粉煤灰、矿渣粉、碱激发剂、充分吸水的纤维按比例称取后倒入搅拌机搅拌成质地均匀的浆液；
向浆液中加入所述的泡沫，再用搅拌机搅拌均匀即可得到密度为600～1000kg/m3的赤泥基加筋气泡混合轻质土。
具体的，一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，包含以下步骤：
S1：赤泥粉末的制备
(1)将赤泥粉料放置入电热鼓风干燥箱中，控制温度为105℃，烘干赤泥24h以上，使其含水量≤1.0％，目的是便于赤泥后续的研磨筛分以及提高赤泥的活性。
(2)将烘干之后的赤泥粉料装填入行星式球磨机中，以300r/min的速度正转4min后，间歇1min，再以300r/min的速度反转4min，如此重复2个循环即可。
(3)将球磨机内磨好的赤泥粉末用筛网进行筛分，即可得到细度不大于60微米的赤泥粉末。
S2：碱激发剂的配置
将固体氢氧化钠、水玻璃溶液、水按所需比例配置成目标模数以及目标氧化钠含量的水玻璃溶液，用塑料薄膜封住容器口防止挥发，静置一天使容器内溶液充分反应。
S3：纤维的处理
称量好所需纤维，将纤维浸泡于装满水的玻璃容器中，静置一天，使纤维充分吸水达到饱和状态。然后用筛网将纤维捞出待用。
S4：泡沫群的制备
将发泡剂按照给定的稀释倍率与水混合得到发泡液，开动发泡机，通入发泡液，调整发泡机上的发泡速率，使得到的泡沫群的密度为50kg/m3，标准气泡柱1h沉降距≤5mm。
S5：胶凝材料的配置
胶凝材料是由赤泥、矿渣、粉煤灰组成的复合粉体，同时掺入聚乙烯醇纤维，经水玻璃激发而成。
按照比例称量好所需的矿渣粉、粉煤灰、步骤S1制得的赤泥粉末，倒入搅拌机中，搅拌成均匀的混合干料，再加入称量好的步骤S2制得的碱激发剂、清水以及步骤S3制得的饱和纤维，开动搅拌机，搅拌至浆液均匀且浆液中的纤维均匀分散。
S6：赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备
向步骤S5制得的胶凝材料中加入步骤S4制得的泡沫群，开动搅拌机搅拌，同时控制搅拌机转速为200r/min，搅拌时间为2min，这样就可获得较好的初始湿密度和稳定性的赤泥基加筋气泡混合轻质土。
其中，各个物料按质量分数计：
(1)赤泥粉料130-350份；优选170-270份。
(2)矿渣粉100-220份；优选150-200份。
(3)粉煤灰20-180份；优选40-90份。
(4)纤维2.6-13份；优选5.2-7.8份。
(5)发泡剂产生的泡沫10-50份；优选20-40份。
(6)碱激发剂为固体氢氧化钠、水玻璃溶液、水调配而得。
其中，所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥中的一种或其组合。在本发明一些优选的具体实施方式中，选用山东铝业公司生产的拜耳法赤泥，赤泥成分的质量百分比为：23％～27％Al2O3、34％～38％Fe2O3、14％～18％Si2O3、5％～7％CaO、0.8％～2.2％TiO2、10％～14％Na2O，赤泥的密度为2850kg/m3。
所述赤泥粉料首先在105℃下烘干，使其含水量≤1.0％，再经球磨机研磨后筛分所得，其最大颗粒直径不超过60um，密度在2800kg/m3～2900kg/m3之间。
其中，所述矿渣粉包括S95及以上等级的粒化高炉矿渣微粉，其质量要求为：含水量≤1.0％，勃氏比表面积≥350m2/kg，密度≥2800kg/m3。在本发明一些优选的具体实施方式中，选用河北省灵寿县强东矿产品加工厂生产的S95级矿渣粉，其密度为2830kg/m3。
其中，所述粉煤灰为超细粉煤灰、一级粉煤灰和二级粉煤灰的一种，密度为1900kg/m3～2200kg/m3。在本发明一些优选的具体实施方式中，选用石家庄德泽矿产品有限公司生产的二级粉煤灰，其密度为2100kg/m3。
其中，所述纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种；所述纤维长度为3mm～15mm，所述纤维掺量占所述赤泥基加筋气泡混合轻质土体积的0.2％～1.0％。在本发明一些优选的具体实施方式中，选用常州市天怡工程纤维有限公司生产的聚乙烯醇纤维(PVA纤维)，纤维长度为9mm，纤维密度为1300kg/m3，纤维的体积掺量占所述赤泥基加筋气泡混合轻质土体积的0.5％。
其中，所述发泡剂为松香皂类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂、复合聚合物发泡剂中的一种。在本发明一些优选的具体实施方式中，选用威海中盛公司生产的发泡剂，按照1：60的稀释倍率稀释为发泡液，制作出的气泡群密度为50kg/m3，发泡倍数为30倍，标准气泡柱静置1h的沉降距为4mm，标准气泡柱静置1h的泌水量为22ml。
其中，所述碱激发剂模数为1.2～2.0，固含量为20％～26％。在本发明一些优选的具体实施方式中，选用蚌埠市精诚化工有限责任公司生产的水玻璃溶液，其波美度为38，氧化钠含量为8.2％，二氧化硅含量为26％。在本发明一些优选的具体实施方式中，通过往水玻璃溶液中添加固体氢氧化钠及水，使得所配碱激发剂模数为2.0，氧化钠含量为6％。
本发明具有的有益效果：
该赤泥基加筋气泡混合轻质土，通过利用固废材料完全替代了水泥作为胶凝材料，可以大幅减少气泡混合轻质土的材料成本。
该赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，对赤泥、粒化高炉矿渣粉以及粉煤灰等固废资源的合理再利用，具有显著的社会效益、经济效益和环境效益，对于实现环保经济的行业可持续发展具有深远的意义。
具体实施方式
以下将结合具体的实施例对本发明进行清楚、完整地描述。实施例中所指出的材料均为常规商业途径可获得的材料或经过现代技术加工之后可获得的材料；所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；实施例中的配合比可以作为参考，具体配合比可根据不同的工程实践进行调整。
实施例1
一种赤泥基加筋气泡混合轻质土，按质量分数计，包括以下组分：拜耳法赤泥244份、矿渣粉177份、粉煤灰22份、9mm聚乙烯醇纤维(PVA)6.5份、配置好的水玻璃溶液207份、水115份、发泡剂的泡沫29份。
制作步骤如下：(1)将按比例称量好的拜耳法赤泥、矿渣粉、粉煤灰加入搅拌机中搅拌成均匀的混合干料；(2)向混合干料中加入配置好的水玻璃溶液、清水以及捞出的聚乙烯醇纤维，开动搅拌机，搅拌至浆液均匀且浆液中的纤维均匀分散；(3)向浆液中通入泡沫，开动搅拌机搅拌，同时控制搅拌机转速为200r/min，搅拌时间为2min；(4)将搅拌完成的浆液倒入抹过植物油的100mm×100mm×100mm试模中成型，用塑料薄膜覆盖样品，放置在恒温恒湿标准养护箱中养护72h后拆模；(5)将拆模后的泡沬轻质土试件置于密封塑料袋进行养护28天后(相对湿度为95％±3％，室内温度20±2℃)，对赤泥基泡沫轻质土的各项性能进行测试。
实施例2
一种赤泥基加筋气泡混合轻质土，按质量分数计，包括以下组分：拜耳法赤泥222份、矿渣粉177份、粉煤灰44份、9mm聚乙烯醇纤维(PVA)6.5份、配置好的水玻璃溶液207份、水115份、发泡剂的泡沫29份。
制作步骤如下：(1)将按比例称量好的拜耳法赤泥、矿渣粉、粉煤灰加入搅拌机中搅拌成均匀的混合干料；(2)向混合干料中加入配置好的水玻璃溶液、清水以及捞出的聚乙烯醇纤维，开动搅拌机，搅拌至浆液均匀且浆液中的纤维均匀分散；(3)向浆液中通入泡沫，开动搅拌机搅拌，同时控制搅拌机转速为200r/min，搅拌时间为2min；(4)将搅拌完成的浆液倒入抹过植物油的100mm×100mm×100mm试模中成型，用塑料薄膜覆盖样品，放置在恒温恒湿标准养护箱中养护72h后拆模；(5)将拆模后的泡沬轻质土试件置于密封塑料袋进行养护28天后(相对湿度为95％±3％，室内温度20±2℃)，对赤泥基泡沫轻质土的各项性能进行测试。
实施例3
一种赤泥基加筋气泡混合轻质土，按质量分数计，包括以下组分：拜耳法赤泥199份、矿渣粉177份、粉煤灰66份、9mm聚乙烯醇纤维(PVA)6.5份、配置好的水玻璃溶液207份、水115份、发泡剂的泡沫29份。
制作步骤如下：(1)将按比例称量好的拜耳法赤泥、矿渣粉、粉煤灰加入搅拌机中搅拌成均匀的混合干料；(2)向混合干料中加入配置好的水玻璃溶液、清水以及捞出的聚乙烯醇纤维，开动搅拌机，搅拌至浆液均匀且浆液中的纤维均匀分散；(3)向浆液中通入泡沫，开动搅拌机搅拌，同时控制搅拌机转速为200r/min，搅拌时间为2min；(4)将搅拌完成的浆液倒入抹过植物油的100mm×100mm×100mm试模中成型，用塑料薄膜覆盖样品，放置在恒温恒湿标准养护箱中养护72h后拆模；(5)将拆模后的泡沬轻质土试件置于密封塑料袋进行养护28天后(相对湿度为95％±3％，室内温度20±2℃)，对赤泥基泡沫轻质土的各项性能进行测试。
实施例4
一种赤泥基加筋气泡混合轻质土，按质量分数计，包括以下组分：拜耳法赤泥177份、矿渣粉177份、粉煤灰89份、9mm聚乙烯醇纤维(PVA)6.5份、配置好的水玻璃溶液207份、水115份、发泡剂的泡沫29份。
制作步骤如下：(1)将按比例称量好的拜耳法赤泥、矿渣粉、粉煤灰加入搅拌机中搅拌成均匀的混合干料；(2)向混合干料中加入配置好的水玻璃溶液、清水以及捞出的聚乙烯醇纤维，开动搅拌机，搅拌至浆液均匀且浆液中的纤维均匀分散；(3)向浆液中通入泡沫，开动搅拌机搅拌，同时控制搅拌机转速为200r/min，搅拌时间为2min；(4)将搅拌完成的浆液倒入抹过植物油的100mm×100mm×100mm试模中成型，用塑料薄膜覆盖样品，放置在恒温恒湿标准养护箱中养护72h后拆模；(5)将拆模后的泡沬轻质土试件置于密封塑料袋进行养护28天后(相对湿度为95％±3％，室内温度20±2℃)，对赤泥基泡沫轻质土的各项性能进行测试。
对比例1
混合轻质土，按质量分数计，包括以下组分：拜耳法赤泥266份、矿渣粉177份、9mm聚乙烯醇纤维(PVA)6.5份、配置好的水玻璃溶液207份、水115份、发泡剂的泡沫29份。
制作步骤如下：(1)将按比例称量好的拜耳法赤泥、矿渣粉、粉煤灰加入搅拌机中搅拌成均匀的混合干料；(2)向混合干料中加入配置好的水玻璃溶液、清水以及捞出的聚乙烯醇纤维，开动搅拌机，搅拌至浆液均匀且浆液中的纤维均匀分散；(3)向浆液中通入泡沫，开动搅拌机搅拌，同时控制搅拌机转速为200r/min，搅拌时间为2min；(4)将搅拌完成的浆液倒入抹过植物油的100mm×100mm×100mm试模中成型，用塑料薄膜覆盖样品，放置在恒温恒湿标准养护箱中养护72h后拆模；(5)将拆模后的泡沬轻质土试件置于密封塑料袋进行养护28天后(相对湿度为95％±3％，室内温度20±2℃)，对赤泥基泡沫轻质土的各项性能进行测试。
对比例2
混合轻质土，按质量分数计，包括以下组分：拜耳法赤泥222份、矿渣粉177份、粉煤灰44份、配置好的水玻璃溶液207份、水115份、发泡剂的泡沫29份。
制作步骤如下：(1)将按比例称量好的拜耳法赤泥、矿渣粉、粉煤灰加入搅拌机中搅拌成均匀的混合干料；(2)向混合干料中加入配置好的水玻璃溶液、清水以及捞出的聚乙烯醇纤维，开动搅拌机，搅拌至浆液均匀且浆液中的纤维均匀分散；(3)向浆液中通入泡沫，开动搅拌机搅拌，同时控制搅拌机转速为200r/min，搅拌时间为2min；(4)将搅拌完成的浆液倒入抹过植物油的100mm×100mm×100mm试模中成型，用塑料薄膜覆盖样品，放置在恒温恒湿标准养护箱中养护72h后拆模；(5)将拆模后的泡沬轻质土试件置于密封塑料袋进行养护28天后(相对湿度为95％±3％，室内温度20±2℃)，对赤泥基泡沫轻质土的各项性能进行测试。
抗压强度测试：
本发明依据CJJ/T177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规范》对实施例1-4和对比例1的泡沫土试件进行28d抗压力学性能测试，测试结果如表1所示。
表1测试结果
| 项目 | 实测湿密度/kg/m3 | 7d抗压强度/MPa | 28d抗压强度/MPa |
| 实施例1 | 800 | 1.08 | 1.44 |
| 实施例2 | 801 | 1.15 | 1.54 |
| 实施例3 | 795 | 1.11 | 1.40 |
| 实施例4 | 812 | 1.04 | 1.48 |
| 对比例1 | 798 | 0.97 | 1.31 |
| 对比例2 | 803 | 0.91 | 1.25 |
最后说明的是：上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的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，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将赤泥粉料通过球磨机研磨并通过筛网筛分；
将发泡剂稀释，并通过发泡机发泡制备成泡沫，泡沫密度为50kg/m3；
将赤泥粉末、粉煤灰、矿渣粉、碱激发剂、充分吸水的纤维按比例称取后倒入搅拌机搅拌成质地均匀的浆液；
向浆液中加入所述的泡沫，再用搅拌机搅拌均匀即可得到密度为600～1000kg/m3的赤泥基加筋气泡混合轻质土。
2.根据权利要求1所述的一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，其特征在于：各个物料按质量分数计：
(1)赤泥粉料130-350份；
(2)矿渣粉100-220份；
(3)粉煤灰20-180份；
(4)纤维2.6-13份；
(5)发泡剂产生的泡沫10-50份；
(6)碱激发剂为固体氢氧化钠、水玻璃溶液、水调配而得。
3.根据权利要求1所述的一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，其特征在于：所述赤泥粉料成分的质量百分比为：23％～27％Al2O3、34％～38％Fe2O3、14％～18％SiO2、5％～7％CaO、0.8％～2.2％TiO2、10％～14％Na2O，合计100％。
4.根据权利要求1所述的一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，其特征在于：所述赤泥粉料首先在105℃下烘干，使其含水量≤1.0％，再经球磨机研磨后筛分所得，其最大颗粒直径不超过60um，密度在2800kg/m3～2900kg/m3之间。
5.根据权利要求1所述的一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，其特征在于：所述矿渣粉包括S95及以上等级的粒化高炉矿渣微粉，其质量要求为：含水量≤1.0％，勃氏比表面积≥350m2/kg，密度≥2800kg/m3。
6.根据权利要求1所述的一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰为超细粉煤灰、一级粉煤灰和二级粉煤灰的一种，密度为1900kg/m3～2200kg/m3。
7.根据权利要求1所述的一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，其特征在于：所述纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种；所述纤维长度为3mm～15mm，所述纤维掺量占所述赤泥基加筋气泡混合轻质土体积的0.2％～1.0％。
8.根据权利要求1所述的一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，其特征在于：所述发泡剂为松香皂类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂、复合聚合物发泡剂中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种赤泥基加筋气泡混合轻质土的制备方法，其特征在于：所述碱激发剂模数为1.2～2.0，固含量为20％～26％。
10.一种赤泥基加筋气泡混合轻质土，其特征在于，基于权利要求1～9中任一项所述的制备方法所得。
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| CN114230280A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-25 | 上海建工建材科技集团股份有限公司 | 一种高保温隔热轻质高强混凝土及其制备方法 |
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