利用工業廢渣制備的軟土固化劑的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及軟土地基處理技術領域，更具體地說涉及一種能夠廣泛替代水泥用于加固軟土地基的環保型軟土固結材料即利用工業廢渣制備的軟土固化劑。
【背景技術】
[0002]軟弱地基主要是指由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構成的地基。軟土是一種特殊土，它具有含水量高、壓縮性大、抗剪強度低、固結系數小等特點。在外荷載作用下，需要經過較長時間壓縮固結才能穩定，同時會產生較大沉降及不均勻變形，所以需要進行人工處理，以改變地基土的結構，改善地基土的力學性能，保證建筑物的正常使用。水泥土攪拌法加固軟黏土地基的一種較常用的地基加固方法，它是以材料水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械邊鉆進邊往軟土中噴射漿液或霧狀粉體，在地基深處就地將軟土固化成具有足夠強度、變形模量和穩定性的水泥土，這些加固主體與柱體間的土構成了一種復合地基。攪拌法常用的固化劑是水泥，用量占原狀土的7%到20%之間，即水泥的用量是相當多的。而生產一噸水泥就要排放約1噸C02，對環境的污染相當嚴重。最大限度的利用工業廢渣生產綠色建材是當今材料業的一個研究主體。
[0003]脫硫石膏、鋼渣、礦渣、鋁渣作為排放量越來越多的工業廢渣，對環境造成極大壓力，而如果能用這些廢棄物替代水泥作為軟土固化劑，將具有很大的經濟意義和環保效益。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術的不足，提供一種既可以充分利用廢棄資源，減少礦山開采、減少C02排放量、改善環境和降低能耗，實現節能減排；同時，也可滿足軟土地基處理中無側限抗壓強度要求的利用工業廢渣制備的軟土固化劑。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為:一種利用工業廢渣制備的軟土固化劑，該固化劑由以下重量百分比的各組分制備:鋼渣35?65%，礦渣30?50%，脫硫石膏10?30%，硫鋁酸鹽熟料2?6%，普硅水泥熟料2?4%，鋁渣2?5%，水泥0?5%;以上各組分的重量百分比之和為100%。
[0006]作為優選，本發明上述的利用工業廢渣制備的軟土固化劑，該固化劑由以下重量百分比的各組分制備:鋼渣35?45%，礦渣35?45%，脫硫石膏10?15%，硫鋁酸鹽熟料2.5?5%，普硅水泥熟料2?3%，鋁渣2?3%，水泥0?5%。
[0007]本發明的水泥的作用主要是激發廢棄物膠凝材料水化反應活性，提高固化土體早期強度的作用；當激發劑用量少的時候水泥用量增加，早期強度會增加明顯，但水泥的使用對環境存在影響，在早期強度能滿足實際需求時下可以不用。
[0008]作為優選，所述的鋼渣是煉鋼廠廢渣經熱潑法(行業通知的處理方法)處理、球磨至比表面積大于400m2/kg，單質鐵含量小于1%的鋼渣微粉，是固化劑的主要固化材料，對土體具有膠凝作用。
[0009]作為優選，所述礦渣為粒化高爐礦渣，經粉磨后比表面積大于400m2/kg，28天活性指數大于95%的礦渣微粉。
[0010]作為優選，所述脫硫石膏為火力發電廠濕法煙氣脫硫產生的濕排石膏，脫硫石膏中主要化學成分為二水石膏(CaS04*2H20)，二水石膏的質量百分含量大于50%。二水石膏是由濕排石膏在60°C烘箱中烘干，再由球磨機磨細得到。
[0011]作為優選，所述脫硫石膏為半水石膏(CaS04.0.5H20)，半水石膏為由火電廠濕排石膏加熱至170°C度以上得到。
[0012]本發明的脫硫石膏可以是二水石膏也可以是半水石膏，半水石膏比二水石膏活性更好，更有利于固化劑在固化過程中的水化。
[0013]作為優選，所述的硫鋁酸鹽熟料(硫鋁酸鹽水泥熟料)主要成分為三氧化二鋁，7天抗壓強度達到60MPa以上，抗折強度為8MPa以上。
[0014]作為優選，所述的普硅水泥熟料(硅酸鹽水泥熟料)7天抗壓強度達到25MPa以上，抗折強度為5MPa以上。
[0015]作為優選，所述的硫鋁酸鹽熟料及普硅水泥熟料作為鋼渣激發劑用，混合摻量控制在5%以上、10%以下，其中硫鋁酸鹽熟料摻量大于等于普硅水泥熟料摻量(硫鋁酸鹽作為一種具有早強功能的材料，提高其用量，對激發固化土早期強度效果明顯，但同時與普硅水泥熟料相互結合可以發生協同效應，進一步提高早期強度效果)。
[0016]作為優選，所述的鋁渣是電解鋁企業的含鋁廢棄物，三氧化二鋁含量達45%以上，7d(7天)膨脹率彡0.025%,28d(28天)膨脹率彡0.05%。水化過程中具有微膨脹效果，可以抵消土體固化中收縮效應。
[0017]作為優選，所述的水泥為普通硅酸鹽水泥，強度等級42.5。可作為外加劑，起到土體初期固化強度上升緩慢的問題，并對鋼渣有一定的激發效果。
[0018]本發明所述的一種利用工業廢渣制備的軟土固化劑在軟土地基處理中的應用，所述軟土固化劑的摻入比一般為土體質量的8%?20%，可視具體土質而定。
[0019]本發明的優點和有益效果:
[0020]1.本發明的固化劑，90%的原材料不需要經過煅燒處理，二氧化碳等廢氣排放幾乎可以忽略，因而，降低能耗且具有很好的環境協調性；同時，本發明充分利用火電廠、煉鋼廠等企業的工業廢渣制備軟土固化劑，降低了這些企業的環保壓力，同時也解決了水泥行業資源緊缺的問題，變廢為寶，具有較大的經濟效益和環保效益。
[0021]2.本發明充分運用鋼渣、礦渣、脫硫石膏、鋁渣玻璃體結構中含有的CaO、Si02、A1203等活性氧化物具有一定的潛在水化活性的特性，將其運用至軟土固化劑中，特別是經過物理粉磨以后形成的固化微粉進一步增強了其水化活性，更能夠在水泥、硫鋁酸鹽熟料、普硅水泥熟料組分的化學反應作用下激發活性，并與軟土中活性CaO、A1203成分發生反應生成含水的硅酸鈣和鋁酸鈣，最終達到加固土體，滿足土體無側限抗壓強度的要求。
[0022]3.本發明通過脫硫石膏提供的硫酸根離子不僅能與礦渣和鋼渣中分解出的鋁酸根陰離子團作用，而且形成的水化硫鋁酸鹽可以促進礦渣的解聚水化，同時促進礦渣、鋼渣水化生成C-S-H凝膠，與軟土顆粒具有團聚作用，可提高土體的無側限抗壓強度；本發明的礦渣激發后水化產物為硅酸鹽相同的C-S-H凝膠，鋼渣粉的化學成分和礦物相組成與水泥熟料相似，具有一定的活性；脫硫石膏含有較多的二水硫酸鈣，其固化后產生鈣礬石，具有支撐及充填性作用；鋁渣水化后主要產生鋁酸三鈣，與脫硫石膏均混合有相應的微膨脹效果，用這些廢棄物替代水泥作為軟土固化劑，將具有很大的經濟意義和環保效益。
[0023]4.本發明可以通過改變摻入量和水灰比(水與固化劑質量比)來滿足常用土體固化劑水泥對土的固化效果。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施例進一步詳細描述本發明，但本發明不僅僅局限于以下實施例:
[0025]試件制備及測試:采用寧波地區淤泥質粉質黏土(液限37.5%，含水率37% )作為固化對象進行固化，鋼渣、礦渣、鋁渣、脫硫石膏硫鋁酸鹽和普硅水泥熟料