CN118515459A - 一种红层软岩制备高稳定性填料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，涉及施工材料技术领域。所述红层软岩制备高稳定性填料的方法主要为先将红层软岩水洗后混合煤矸石粉，后高速搅拌，再继续混合钢渣粉、分级粒径粉煤灰、生石灰和微硅粉，后添加水配置成流体料，控制各成分的含量来得到最终的红层软岩材料。本发明克服了现有技术的不足，通过对红层泥砂的处理和多成分复配，制成一种稳定性高的材料，在有效提升材料整体力学性能的同时进一步提升材料的稳定性，对红层软岩进行高效利用，减少对环境的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及施工材料技术领域，具体涉及一种红层软岩制备高稳定性填料的方法。
背景技术
红层软岩主要分布于我国南方地区，包括红层泥砂岩、红层砂泥岩、红层泥岩等，其结构表现形式多为粒状碎屑结构和泥状胶结结构。由于结构组成及风化程度不同，其承载性能存在显著差异。红层软岩性质极不稳定，与空气接触极易产生裂解、泥化，造成结构力学性能发生显著变化，红层软岩一般可以作为路基填料、边坡、矿坑及洞穴回填材料，采用红层软岩作为路基填料，容易导致不同程度的路基路面损坏，主要表现为沉降变形、边坡垮塌等。
现阶段为了工程质量得到保证，许多地区在修路工程中已经抛弃红层软岩作为路基材料，但实际施工中，若将红层软岩完全废弃，势必会对自然环境造成破坏，且导致资源严重浪费，显著增加工程建设成本。为此，加强红层软岩作为填料结构特性以达到良好的路用或者施工用性能，具有十分重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，通过对红层泥砂的处理和多成分复配制备流体状态的材料，在有效提升材料整体力学性能的同时进一步提升材料的稳定性，对红层软岩进行高效利用，减少对环境的破坏。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1、将红层软岩破碎后水洗过滤，添加煤矸石粉拌合，自密实静置，得初步混合料备用；
S2、将上述初步混合料搅拌松散后进行搅拌，后粉碎过20目筛，得粉碎浆料备用；
S3、将上述粉碎浆料混合钢渣粉、分级粒径粉煤灰搅拌均匀后按照灰水比1∶0.5-2继续混合得预混料备用；
S4、将上述预混料加入生石灰和微硅粉和高效减水剂，继续搅拌均匀后按照粉碎过2目筛，得高稳定性填料。
优选的，所述步骤S1中红层软岩破碎后水洗过滤的方式为将红层软岩加入2-5倍体积的清水，搅拌10-20min后过滤。
优选的，所述步骤S1中煤矸石添加量为红层软岩质量的1-5%。
优选的，所述步骤S1中自密实静置的时间为10-20h，且静置期间保持混合料湿度在60-80%。
优选的，所述步骤S2中搅拌的转速为120-160r/min，搅拌时间为10-20min。
优选的，所述步骤S3中钢渣粉过120目筛，且钢渣粉的添加量为红层软岩总质量的2-4%。
优选的，所述步骤S3中分级粒径粉煤灰粒径分布在200-300μm的粉煤灰占总量的40-60%，粒径在80-150μm的粉煤灰占总量的20-30%，剩下的粉煤灰粒径范围≤45μm。
优选的，所述步骤S3中分级粒径粉煤灰的添加量为红层软岩总质量的3-6%。
优选的，所述步骤S4中生石灰的添加量为红层软岩总质量的1-3%、微硅粉的添加量为红层软岩总质量的0.8-2%，高效减水剂的添加量为红层软岩总质量的0-1%。
优选的，所述步骤S4中微硅粉的粒径为0.1-0.3μm。
本发明提供一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，与现有技术相比优点在于：
本发明通过对红层软岩进行水洗和复合煤矸石粉共同高速搅拌改性后联合钢渣粉、分级粒径粉煤灰、生石灰和微硅粉，以钢渣粉、分级粒径粉煤灰、生石灰和微硅粉等为固化剂的组成成分，制备流体材料，有效提升红层软岩后续固化后的的抗压强度和稳定性，提升红层软岩的施工性能，使得能够进行道路施工，进一步减少环境资源浪费的同时保证材料的充分利用，降低施工成本，保证施工安全性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例中各原料为：
1、红层软岩的主要化学成分如下表1所示：
表1
2、煤矸石粉的主要化学成分如下表2所示：
表2
3、钢渣粉（过120目筛）的主要化学成分如下表3所示：
表3
4、粉煤灰的主要化学成分如下表4所示：
表4
且筛分粉煤灰粒径在200-300μm、80-150μm、小于等于45μm三个区间备用；
5、微硅粉粒径为0.1-0.3μm，且硅含量大于80%。
实施例1：
红层软岩材料的制备：
（1）将红层软岩破碎后加入3倍体积的清水，搅拌15min后过滤，再添加煤矸石粉拌合，保持湿度在70%自密实静置15h，得初步混合料备用；
（2）将上述初步混合料搅拌松散后采用160r/min的搅拌机搅拌处理20min，后粉碎过20目筛，得粉碎浆料备用；
（3）将上述粉碎浆料混合钢渣粉、粉煤灰（粒径分布在200-300μm的粉煤灰占总量的50%，粒径在80-150μm的粉煤灰占总量的25%，剩下的粉煤灰粒径范围≤45μm）搅拌均匀得预混料备用；
（4）将上述预混料加入生石灰、微硅粉和聚羧酸减水剂CP1801X，继续搅拌均匀后按照灰水比1∶1继续混合均匀后，得红层软岩材料。
且以红层软岩破碎前为参照，设置下表5所示的各组分添加组合：
表5
对比例1：
红层软岩材料的制备：
按照上述实施例1的制备方法和实验组3的原料配比制备红层软岩材料，且控制粉煤灰的粒径范围如下表6：
表6
对比例2：
红层软岩材料的制备（采用上述实施例1中实验组3的原料配比）：
（1）将红层软岩破碎后加入煤矸石粉拌合，调节湿度在70%并保持，自密实静置15h，得初步混合料备用；
（2）将上述初步混合料搅拌松散后采用160r/min的搅拌机搅拌处理20min，后粉碎过20目筛，得粉碎浆料备用；
（3）将上述粉碎浆料混合钢渣粉、粉煤灰（粒径分布在200-300μm的粉煤灰占总量的50%，粒径在80-150μm的粉煤灰占总量的25%，剩下的粉煤灰粒径范围≤45μm）搅拌均匀得预混料备用；
（4）将上述预混料加入生石灰和微硅粉，继续搅拌均匀后按照灰水比1∶1继续混合均匀后，得红层软岩材料。
对比例3：
红层软岩材料的制备（采用上述实施例1中实验组3的原料配比）：
（1）将红层软岩加入煤矸石粉拌合，后粉碎过20目筛，得粉碎料；
（2）将上述粉碎料混合钢渣粉、粉煤灰（粒径分布在200-300μm的粉煤灰占总量的50%，粒径在80-150μm的粉煤灰占总量的25%，剩下的粉煤灰粒径范围≤45μm）搅拌均匀得预混料备用；
（3）将上述预混料加入生石灰和微硅粉，继续搅拌均匀后按照灰水比1∶1继续混合均匀后，得红层软岩材料。
检测：
对上述实验组1-6和对比例2-3制备得到的红层软岩材料进行如下检测，并以红层软岩为对照组：
1、参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009) 和《土壤固化外加剂》(CJ/T 486-2015)中的要求对各组红层软岩材料或者红层软岩进行无侧限抗压强度、剪切强度、收缩性能检测：
（1）无侧限抗压强度检测：
设置试样：将各组红层软岩材料分层装入模具中人工振捣均匀后静置24h进行固化，固化红砂岩渣土为Φ=39.1 mm，h=80 mm 的圆柱体试样，每组试样设置3个平行样，静置脱模后，将试样用保鲜膜包裹排除空气后密封，置于养护箱中在20±2℃的恒温情况下控制湿度为90-95%养护7d，后取出，采用YYW-2型应变控制式无侧限压力仪对各组试件进行无侧限抗压强度检测；
（2）剪切强度检测：
设置试样：将各组红层软岩材料分层装入模具中人工振捣均匀，后静置24h进行固化，将固化红砂岩渣土制成Φ=61.8 mm，h=20mm 的饼状试样，每组试样设置3个平行样，静置脱模后，将试样用保鲜膜包裹排除空气后密封，置于养护箱中在20±2℃的恒温情况下控制湿度为90-95%养护7d，后取出；采用ZJ型应变控制式直剪仪对试件进行剪切强度实验（设置垂直压力为300kPa）；
（3）收缩性能检测：
设置试样：将各组红层软岩材料分层装入模具中人工振捣均匀，后静置24h固化，将固化红砂岩渣土制成Φ=150mm，h1=120mm 的圆柱状试样，每组试样设置3个平行样，静置脱模后，将试样用保鲜膜包裹排除空气后密封，置于养护箱中在20±2℃的恒温情况下控制湿度为90-95%养护7d，后取出，将各个试件浸没于清水中，控制清水液面高于试样3-5cm，于20±2℃温度下常温静置5d，后取出，测量试件的高度，记为h2，计算收缩率，且收缩率计算如下：
收缩率%=（h1-h2）/h1×100%；
具体结果如下表7所示：
表7
2、对各组红层软岩材料的稳定性和耐久性进行检测：
（1）水稳定性检测：
设置试样：将各组红层软岩材料分层装入模具中人工振捣均匀，后静置固化24h，将固化红砂岩渣土制成Φ=39.1 mm，h=80 mm 的圆柱体试样，每组试样设置6个平行样，静置脱模后，将试样用保鲜膜包裹排除空气后密封，置于养护箱中在20±2℃的恒温情况下控制湿度为90-95%养护6d，同一组中3个试样继续养护1d，另外3个试样采用清水浸没1d，后取出分别检测各组不同条件处理的试样的无侧限抗压强度，具体结果如下表8所示：
表8
由上表可知，实验组和对比例由于添加多种有固化效果的成分，在浸水后，水分提升红层软岩与其余成分之间的相互作用，且与水反应彻底，能够形成硅酸钙、铝酸钙等胶凝物质，从而进一步提升试件的强度。
（2）干湿循环性能检测：
设置试样：将各组红层软岩材料分层装入模具中人工振捣均匀后静置固化24h，将固化红砂岩渣土制成Φ=39.1 mm，h=80 mm 的圆柱体试样，每组试样设置6个平行样，静置脱模后，将试样用保鲜膜包裹排除空气后密封，置于养护箱中在20±2℃的恒温情况下控制湿度为90-95%养护14d并称重记为初始重量，同一组中3个试样取出直接检测无侧限抗压强度，另外3个试样进行干湿循环处理，且干湿循环的方式为先将试样浸入清水中24h后，再取出采用恒温干燥箱45℃恒温干燥至初始重量误差±2g，总共进行7次干湿循环，取出试样检测其无侧限抗压强度，具体结果如下表9所示：
表9
由上述检测可知，实验组1-3制备得到的红层软岩材料能够有效提升产品的力学性能，并且能够保持产品的稳定性，扩大红层软岩的应用范围，减少资源的浪费。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、将红层软岩破碎后水洗过滤，添加煤矸石粉拌合，自密实静置，得初步混合料备用；
S2、将上述初步混合料搅拌松散后进行搅拌，后粉碎过20目筛，得粉碎浆料备用；
S3、将上述粉碎浆料混合钢渣粉、分级粒径粉煤灰搅拌均匀后按照灰水比1∶0.5-2继续混合得预混料备用；
S4、将上述预混料加入生石灰和微硅粉和高效减水剂，继续搅拌均匀后按照粉碎过2目筛，得高稳定性填料。
2.根据权利要求1所述的一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于：所述步骤S1中红层软岩破碎后水洗过滤的方式为将红层软岩加入2-5倍体积的清水，搅拌10-20min后过滤。
3.根据权利要求1所述的一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于：所述步骤S1中煤矸石添加量为红层软岩质量的1-5%。
4.根据权利要求1所述的一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于：所述步骤S1中自密实静置的时间为10-20h，且静置期间保持混合料湿度在60-80%。
5.根据权利要求1所述的一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于：所述步骤S2中搅拌的转速为120-160r/min，搅拌时间为10-20min。
6.根据权利要求1所述的一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于：所述步骤S3中钢渣粉过120目筛，且钢渣粉的添加量为红层软岩总质量的2-4%。
7.根据权利要求1所述的一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于：所述步骤S3中分级粒径粉煤灰粒径分布在200-300μm的粉煤灰占总量的40-60%，粒径在80-150μm的粉煤灰占总量的20-30%，剩下的粉煤灰粒径范围≤45μm。
8.根据权利要求1所述的一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于：所述步骤S3中分级粒径粉煤灰的添加量为红层软岩总质量的3-6%。
9.根据权利要求1所述的一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于：所述步骤S4中生石灰的添加量为红层软岩总质量的1-3%、微硅粉的添加量为红层软岩总质量的0.8-2%，高效减水剂的添加量为红层软岩总质量的0-1%。
10.根据权利要求1所述的一种红层软岩制备高稳定性填料的方法，其特征在于：所述步骤S4中微硅粉的粒径为0.1-0.3μm。
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