一種無機類土壤固化劑及其製備方法
2023-06-01 22:58:51 2
專利名稱：一種無機類土壤固化劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種建築用土壤固化劑及其製備方法，特別是涉及一種無機類土壤固化劑及其製備方法。
背景技術：
道路基礎所用的傳統工藝是使用水泥穩定砂礫的方法。隨著經濟的發展和交通量的日益增多，道路建設進入了一個快速發展的階段。適應工程需求的築路材料也隨之緊俏。 近年來，砂石這一築路和建築大量需要的重要的自然資源日漸減少，有些地區已接近枯竭。 特別是在舊路改造工程中，原路的舊土外運，新路的砂石從遠處長距離運到現場，工程造價由此大為提高。同時，砂石的開採也帶來植被減少、水土流失、環境惡化等一系列問題。因此，迫切需要有新材料和新技術取代原有的材料和工藝。土壤固化劑是在土壤中加入的外加劑，使之與土壤發生一系列物理化學反應，從而達到改善土的物理力學性質，提高土的工程性質，減小土壤的水敏感性和提高土的水穩性，使土壤成為穩固持久的固化土的目的。近年來國內各類固化劑的研究和有關土壤固化劑的專利逐漸 增多，其中無機類土壤固化劑已有數種，但因其原材料來源及組成的區別，大多數土壤固化劑成本較高，而且兼容性有一定的限制，特別是對於鬆散的粉砂質土，固化效果不理想，影響了推廣和應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種無機類土壤固化劑及其製備方法，通過調整固化劑成分比例和摻量等手段，控制固化土的性能，可以與泥土、垃圾、工業廢棄物攪拌後的材料混合，進行固化處理，適合多種土質的無機類土壤固化劑，以滿足道路及基礎工程的需要。本發明的目的是通過以下技術方案實現的
一種無機類土壤固化劑，該固化劑的組分及重量比為
水泥熟料28% 45% ；
二級或二級以上粉煤灰30% 45% ；
礦渣10% 15% ；
生石灰12% 15%;
憐石骨1% 3% ；
鹼性激發劑2 ；
上述原料總和為100%。一種無機類土壤固化劑的製備方法，其所述方法包括以下過程
原材料輸送到球磨機中，研磨12-15min，並混合攪拌至均勻，形成灰色粉末狀材料，比表面積為280-300 m2/kg,過80 μ m方孔篩後篩餘量不超過4 % ；
施工時，清理路床，平整路基後，將6%-15%的上述土壤固化劑和鬆土混合，反覆攪拌直至均勻一致，在土壤最佳含水量下輾壓成形，達到密實度>93的要求，經養護期後即可。
本發明的優點與效果是
I、本發明適用於多種土質。應用本發明固化劑，粉性土、粘性土 (低液限粘土、中液限粘土)、砂性土(河砂、砂礫、風化砂)等都可以成功地固化(腐植質含量超過10%的土和酸性土不宜使用)。通過調整固化劑各成分比例和摻量等手段，能夠方便地控制固化土的性能， 使之用於不同等級的道路基礎中。本發明還可以與泥土、垃圾、工業廢棄物攪拌後的材料混合，進行固化處理，或利用其固化原理對有害物質進行有效的封閉。2、本發明成本低廉，經濟實用。本發明所涉及的土壤固化劑採用大量工業廢渣及國內水泥行業常用原材料作為原料，化學成分簡單，材料資源豐富，生產工藝及所需機械簡便，可利用水泥廠現成的設備和工藝加工生產，因此價格比較便宜。在應用本發明進行施工時，不需處理殘土及搬運和使用新材料，因地制宜，就地取材，節約大量資源和運輸費用，僅此一項，就可以大大降低工程造價，特別是在無砂石地區施工及陳舊道路的再生翻修，具有理想的使用效果。3、本發明產品固化效果好。用本發明穩定土作為道路基層材料，性能滿足使用要求。土質經固化後形成板體，強度隨齡期增加有明顯增長，後期強度很高且不受冷凍及高溫的影響，科學有效地延長路面使用周期，減少維護費用。這種特性正適合公路交通建設發展及各種土建工程的需要。4.本發明有利於環境保護。本固化劑一概不使用有害添加物，生產過程和應用過程中不存在汙 染。水和反應時不會急劇發熱，不出現高熱粉塵，對環境無任何不良影響。運輸、保管和處理方法與水泥相同，安全可靠。固化劑原料大量利用電廠廢棄物和鋼鐵廠的水淬礦渣，減少了環境汙染，同時可節約大量砂礫資源，避免了資源破壞，具有綠色環保的意義。
具體實施例方式實施例I :
本發明的土壤固化劑，其組分及重量比為
水泥熟料39%，二級或二級以上粉煤灰35%，礦渣10%,生石灰12%，二
水石膏2%，鹼性激發劑2%，上述原料總和為100%。 實施例2 :本發明的土壤固化劑，其其組分及重量比為
水泥熟料34%，二級或二級以上粉煤灰35%，礦渣15%，生石灰12%，二
水石膏2%，鹼性激發劑2%，上述原料總和為100%。實施例3 :本發明的土壤固化劑，其組分及重量比為
水泥熟料40%，二級或二級以上粉煤灰30%，礦渣15%，生石灰12%，磷
石膏3%，上述原料總和為100%。
實施例4 :本發明的土壤固化劑，其組分及重量比為
水泥熟料32. 5%，二級或二級以上粉煤灰40%，礦渣10. 5%，生石灰13%，磷石膏2. 5%，鹼性激發劑I. 5%，上述原料總和為100%ο本發明土壤固化劑的固化原理
本發明採用水泥熟料和粉煤灰、石灰等無機材料組合的複合土壤固化劑，對土壤的固化效應可歸結為兩大效應，即複合膠凝效應和填充效應。固化土的結構為膠結性水化物包裹膠結土顆粒和膠結性或膨脹性水化物填充孔隙所構成，且孔隙填充對固化土強度增長起重要作用。水泥熟料遇水發生水化反應生成C-S-H和CH，C-S-H提供了早期強度；CH與固化劑中的活性激發劑共同激發粉煤灰中玻璃體和土體中的矽氧六面體、矽氧八面體的活性， 生成水化矽酸鈣和水化鋁酸鈣，具有膠凝能力。固化材料顆粒與土壤顆粒相互填充，形成最緊密堆積結構，使土壤固化體系形成細觀層次的自緊密狀態；土壤和水化產物之間通過水化產物的搭接，產生了強有力的「微集料填充」和「骨架支撐」作用，增強了固化土體系的強度。由於該反應是持續發生的，因此，被固化劑固化的體系的強度隨時間呈遞增趨勢。主要涉及的化學反應有
Ca ( O H)2+nH20 —Ca (0Η)2·ηΗ20
X Ca ( O H)2+Si02 十 mH 20— xCaO · Si02· (x+m) H20
y Ca ( 0 H)2+A1203+mH20 — yCaO. A1203· (y+m) H20
Ca2++ 2 0 H- — Ca ( 0 H)2
2C3S + 6H20— Ca*2 SiO· 3 H20+3 Ca ( 0 H) 2
水淬礦渣為煉鐵廠的廢渣，主要礦物成分為矽酸二鈣、鋁酸三鈣，主要化學成分為Si02 (約37. 28%)，CaO(約39. 2)，A1203(約12. 77)。礦渣被激發後的水化產物除了與矽酸鹽相同的膠結性C-S-H凝膠外，還生成高強度、難溶解的沸石類礦物。這些化合物的細微晶體具有很高的強度，不僅在熱力學上極為穩定，而且是極難溶於水的物質。摻加到固化劑中，既可以充當集料，在水化過程中礦渣又可以參與固結土體的強度構建。固化土中起到填充作用的膨脹性的水化物主要是水化硫鋁酸鈣(3Ca0*A 1203*3 CaS04. 32H20)即鈣礬石。石膏可生成膨脹性物質，起填充孔隙作用。固化劑中添加鹼性激發劑,可有效激發粉煤灰、礦渣和粘土礦物的潛在活性,加速火山灰反應，改善和提高土壤的技術性能。其具體作用方式可以有三種一是提供有效的氫氧根離子，形成較強的鹼性環境，促使活性Si02、A1203溶蝕，從而提高火山灰反應的速度；二是提供較強的鹼，直接參與反應，加快基本火山灰膠結產生的生成；其三是提供酸根離子，並能與CA2+. Mg2+離子作用，直接生成其它膠結物質。試驗結果
針對不同土質，本發明設計的土壤固化劑調整各組分的比例，並採用不同摻量，分別進行了多次無側限抗壓強度試驗。方法試件為Φ IOX 10cm。試件在最佳含水率和最大幹密度的條件下靜壓成型， 脫模後裝入塑膠袋中密封，置於標準養護室內養生6天或27天，浸水I天后，用路面材料強度試驗儀測定抗壓強度，取平均值作為測試結果。試驗結果如表I所示。其中Al A4為前述實施例中固化劑的不同組分，B、C、D、 E分別為粉砂土、粘土、砂土、山皮土的土樣，F為粉砂土和粘土的混合土。表I無側限抗壓強度測試結果
權利要求
1.一種無機類土壤固化劑，其特徵在於，該固化劑的組分及重量比為 水泥熟料28% 45% ； 二級或二級以上粉煤灰30% 45% ； 礦渣10% 15% ； 生石灰12% 15%; 憐石骨1% 3% ； 鹼性激發劑2 ； 上述原料總和為100%。
2.一種無機類土壤固化劑的製備方法，其特徵在於，所述方法包括以下過程 原材料輸送到球磨機中，研磨12-15min，並混合攪拌至均勻，形成灰色粉末狀材料，比表面積為280-300 m2/kg,過80 μ m方孔篩後篩餘量不超過4 % ； 施工時，清理路床，平整路基後，將6%-15%的上述土壤固化劑和鬆土混合，反覆攪拌直至均勻一致，在土壤最佳含水量下輾壓成形，達到密實度>93的要求，經養護期後即可。
全文摘要
一種無機類土壤固化劑及其製備方法，涉及一種建築用土壤固化劑及其製備方法，固化劑的組分水泥熟料28%～45%；二級或二級以上粉煤灰30%～45%；礦渣10%～15%；生石灰12%～15%；磷石膏1%～3%；鹼性激發劑2。原材料輸送到球磨機中，研磨12-15min，並混合攪拌至均勻，形成灰色粉末狀材料，比表面積為280-300m2/kg，過80μm方孔篩後篩餘量不超過4%；施工時將6%-15%的上述土壤固化劑和鬆土混合，在土壤最佳含水量下輾壓成形，經養護期後即可。本發明通過調整固化劑成分比例和摻量等手段，可以與泥土、垃圾、工業廢棄物攪拌後的材料混合，適合多種土質的無機類土壤固化劑。
文檔編號C09K17/12GK102703086SQ201210157819
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者丁毅 申請人:瀋陽大學