一种固化盐渍土制备方法
【专利摘要】一种固化盐渍土制备方法，其特征在于：将矿渣或矿渣与一种或多种含活性硅铝的具有潜在水硬性或火山灰性质的矿物粉末的组合物、活性氧化镁或活性氧化镁与石灰组合物与含盐量为0.5%-20%、含水量为20%～150%的盐渍土按质量百分比3.5%～28.5%：0.5%～10.5%：70%～95%混合均匀后，按设计工艺成型，得到强度和耐久性满足工程要求的固化盐渍土。可用于铺筑路基或简易公路、填筑地基、制作土中固化盐渍土柱等。
【专利说明】一种固化盐渍土制备方法
(-)【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种适用于盐溃土固化的固化盐溃土制备方法，属于土木工程地基处理领域。
(二)【背景技术】:
[0002]岩土中易溶盐含量达0.3%以上，并具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性时，称该岩土为盐溃土。由于其理化和力学性质与一般岩土迥异，在工程地质及地基基础工程领域被列为特殊土。盐溃土在我国有大范围分布，现随着我国经济的快速发展，国家沿海战略和西部大开发战略的深入推进，越来越多的基础工程建设位于盐溃土地区，工程中遇到盐溃土地基处理问题也越来越多。
[0003]采用固化剂对地基土进行固化处理是常用的地基处理技术，但由于盐溃土中含有多种盐分且含盐量较高，使用常用的固化剂固化盐溃土的效果不理想。例如:最常用的固化剂——水泥，其对固化土强度起主要作用的水化产物主要为水化硅酸钙(CSH)，盐溃土中大量存在的硫酸盐、氯盐、碳酸盐等，严重影响CSH的生成与稳定存在，造成水泥固化盐溃土强度很低。同时由于土中的盐离子长期大量存在，水泥固化盐溃土的耐盐蚀性很弱，因此利用水泥固化盐溃土，难以保证固化土强度且难以满足工程耐久性要求。而现有其它土壤固化剂，提供固化土强度的水化产物仍主要为CSH，所以都存在上述的固化问题。
(三)
【发明内容】
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[0004]申请者研究表明:利用矿渣与活性氧化镁固化盐溃土，矿渣、活性氧化镁在含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl' SO42-, CO32-等几种或多种盐离子的盐溃环境中可与盐溃土中的部分盐生成大量的新水化物Mg6Al2(OH)16CO3 ? 4H20(HT)和Ca4Al2O6Cl2 ? IOH2O (Fs)，这两种新水化物作为固化盐溃土强度的主要贡献者，固化土强度可比水泥固化土强度提高1-4倍，且固化土具有良好的水稳性和耐盐蚀性。不同于水化产物CSH，HT和Fs是矿渣、活性氧化镁与土中盐反应生成，盐溃土环境利于两`种水化物生成并稳定存在，固化土强度稳定且固化土本身具备很强的耐盐蚀能力，因此利用矿渣和活性氧化镁固化盐溃土成为盐溃土固化的有效途径之一。
[0005]本发明的目的是提供一种适用于盐溃土固化的固化盐溃土制备方法，使该固化盐溃土具备足够的强度、水稳性和耐盐蚀性。
[0006]本发明所述的一种固化盐溃土制备方法，其特征在于:将组分(i )、组分(ii)与盐溃土按设计的比例混合均匀后，按设计工艺成型，得到强度和耐久性满足工程要求的固化
盐溃土。
[0007]所述组分(i )为矿渣或矿渣与一种或多种含活性硅铝的具有潜在水硬性或火山灰性质的矿物粉末的组合物，其中矿渣的质量百分比占70~100% ;所述组分(ii)为活性氧化镁或活性氧化镁与石灰组合物，其中活性氧化镁的质量百分数比占50~100% ;所述盐溃土指含盐量为0.5%-30%的盐溃土,包含氯盐溃土,硫酸盐溃土,碳酸盐溃土、亚氯盐溃土和亚硫酸盐溃土，盐溃土含水量为15%~150%。
[0008]其中，组分(i )中含活性硅铝的具有潜在水硬性或火山灰性质的废渣，包括但不限于钢渣、煅烧煤矸石、铁合金炉渣、有色金属灰渣、磷渣、锂渣、下水污泥煅烧灰、火山灰、硅灰。
[0009]其中，组分(ii)中所述的活性氧化镁，可以是白云石或菱镁矿轻烧制备或是卤水一氨法沉淀煅烧制备；石灰可以是生石灰、熟石灰或是两者组合。
[0010]本发明固化盐溃土具体制备工艺如下:[0011](I)将组分(i )、组分(ii)烘干，分别磨细至比表面积为250m2/kg — 600m2/kg。
[0012](2)根据盐溃土物理化学特性、含盐量、含盐种类及比例及固化土目标强度来确定组分(i )、组分(ii )和盐溃土的质量百分比，组分(i ):组分(ii ):盐溃土 =3.5%~28.5%:
0.5% ~10.5%:70% ~95%。
[0013](3)针对不同的工程目的，可以采用如下四种方式制作固化盐溃土:
[0014]a)将组分(i )、组分(ii)的烘干粉末混合均匀，将盐溃土含水量调整到最佳含水量附近，用公知机械和工艺将组分(i )、组分(ii)和盐溃土搅拌混合均匀成固化盐溃土，将固化盐溃土摊铺并碾压至其最大干密度附近，用于路基或简易道路工程。
[0015]b)将组分(i )、组分(ii)的烘干粉末混合均匀，将盐溃土含水量调整到最佳含水量附近，用公知机械和工艺将组分(i )、组分(ii)和盐溃土搅拌混合均匀成固化盐溃土，再采用公知机械和工艺，在土中按设计要求做成一定直径和深度的孔，将固化盐溃土逐步填入到孔中，同时采用夯击或静压方法将固化盐溃土增密至其最大干密度附近，形成土中固化盐溃土柱体。
[0016]c)采用公知的机械和工艺，例如深层搅拌机、旋喷机、粉喷机，将以组分(i )、组分(ii )混合形成的粉体或浆体与地基中设计深度处的原位盐溃土搅拌均匀，边搅拌边提升，形成土中固化盐溃柱。
[0017]d)采用公知的机械和工艺，将以组分(i )、组分(ii)混合形成的粉体或浆体与盐溃土搅拌均匀，用于填筑地基。
[0018]本发明所述最佳含水量附近、最大干密度附近，是指胶结盐溃土的含水量《、干密度P与根据《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)中击实试验所得最佳含水量Wtl、最大干密度P。之间满足以下关系:I I≤10% ;()? 6 P。≤P ( P。。
[0019]本发明所述固化盐溃土制备方法的功效和优点是:它提供了一种高效实用的固化盐溃土制备方法，用该方法固化盐溃土，可使固化土有足够的强度、水稳性与耐盐蚀性；该制备方法中所涉及的固化剂由多种粉剂混合而成，生产工艺过程也只是简单的烘干、磨细和机械拌合，造价低廉，操作简单，易于实现，便于保存。
(四)【具体实施方式】:
[0020]下面以具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0021]实施例1
[0022]一种氯盐溃土含盐量为2%，主要盐离子的含量为:Ca2+:, 0.36%，Mg2+:0.21%, K+和Na+:0.49%, SO广:0.21%, CF:0.72%, HCOf:0.005% ;含水量 22%。选用组分(i )为矿渣；组分(ii )为菱镁矿轻烧所得的活性氧化镁；组分(i ):组分(ii):盐溃土 =6%:2%:92%。将组分(i )、组分(ii)的烘干粉末混合均匀并磨细至比表面积为350m2/kg，将氯盐溃土翻晒使其含水量调整到最佳含水量15.5%左右，将组分(i )、组分(ii)和盐溃土搅拌混合均匀成固化盐溃土，用摊铺机械将固化盐溃土摊铺并碾压至其最大干密度为1.8g/cm3，形成具有一定承载力和稳定性的固化土路基。
[0023]实施例2 [0024]根据工程勘察报告得知某氯盐溃土盐含量为:5.1%，主要离子的含量为:Ca2+:0.21%, Mg2+:0.34%, K+ 和 Na+:1.66%, SO广:0.5%, CF:2.14%, HCO3^:0.05%, CO广:0.06% ;含水量为36%。选用组分(i )为矿渣；组分(ii)为白云石轻烧所得含有氧化钙的活性氧化镁；组分(i ):组分(ii ):盐溃土 =12%:3%:85%。将组分(i )、组分(ii )的烘干粉末混合均匀并磨细至比表面积为400m2/kg，然后采用粉喷法将组分(i )、组分(ii)混合形成的粉体与地基中设计深度处的原位盐溃土搅拌均匀，边搅拌边提升，形成土中固化盐溃桩。经桩身质量检测，固化盐溃土桩28天的强度达到4.5MPa。
[0025]实施例3
[0026]一种海底氯盐溃淤泥含水量为w=120%，含盐量为2.7%,主要离子的含量为:Ca2+:
0.24%, Mg2+:0.14%, K+ 和 Na+:0.92%, SO广:0.34%, CF:0.98%, HCO3^:0.02%, CO广:0.03% ;选用组分(i )为矿渣和磷渣的组合物，其中矿渣质量百分比占75% ;组分(ii)为卤水一氨法沉淀煅烧制备的活性氧化镁和生石灰的组合物，其中活性氧化镁质量百分比占70% ;组分(i ):组分(ii):盐溃土 =15%:5%:80%。将组分(i )、组分(ii )的粉末混合均匀并磨细至比表面积为350m2/kg，采用管道气动搅拌传输固化技术，将组分(i )、组分(ii)混合粉末与从海底泵抽起的盐溃淤泥在气动传输管道内混合搅拌并气动传输，吹填至围堰填海区域，形成具有一定承载力的地基。经固化土强度测试，固化盐溃土 28天的强度达到2.2MPa。
[0027]实施例4
[0028]一种亚硫酸盐溃土含水量为w=36%，含盐量为17.5%，根据工程勘察报告得知该盐溃土主要离子的含量为:Ca2+:0.9%,Mg2+:2.4%，K+和 Na+:4.2%，SO广:5.7%, CF:2.8%, HCO3^:
0.2%，C032_:1.2%。选用组分(i )为矿渣和钢渣组合物，其中矿渣质量百分比占85% ;组分(ii )为卤水一氨法沉淀煅烧制备的活性氧化镁；组分(i ):组分(ii ):盐溃土 =18%:7%:75%。将组分(i )、组分(ii)的粉末混合均匀并磨细至比表面积为500m2/kg后制成混合浆体，采用高压旋喷桩法将混合浆体与地基中设计深度处的原位盐溃土搅拌均匀，边搅拌边提升，形成土中固化盐溃桩。经桩身质量检测，固化盐溃土桩28天的强度达到5.6MPa。
[0029]实施例5
[0030]一种硫酸盐溃土含水量为w=90%，含盐量为10%，根据工程勘察报告得知该盐溃土主要离子的含量为:Ca2+:0.62%, Mg2+:1.56%, K+ 和 Na+:2.77%, SO广:3.62%, CF:0.94%,HC03_:0.05%，C032_:0.34%。选用组分(i )为矿渣、铜金属灰渣和硅灰的组合物，其中矿渣质量百分比占80% ;组分(ii)为菱镁矿轻烧所得的活性氧化镁；组分(i ):组分(ii):盐溃土=20%:8%:72%。将组分(i )、组分(ii )的粉末混合均匀并磨细至比表面积为350m2/kg，采用水下浇筑固化土施工工艺，将组分(i )、组分(ii)混合粉末与盐溃淤泥充分拌合，直接在浅水接岸带进行水下浇筑，形成具有一定承载力的场地。经固化土强度测试，固化盐溃土 28天的强度达到2MPa。
[0031]实施例6[0032]一种亚氯盐溃土含水量为w=28%，含盐量为6.3%，根据工程勘察报告得知该盐溃土主要离子的含量为:Ca2+:0.32%, Mg2+:0.56%, K+ 和 Na+:2.27%, SO广:0.84%, CF:2.1%，CO/—:0.14%。选用组分(i )为矿渣、铁合金炉渣和下水污泥煅烧灰的组合物，其中矿渣质量百分比占80% ;组分(ii )为卤水一氨法沉淀煅烧制备的活性氧化镁和熟石灰的组合物，其中活性氧化镁质量百分比占80% ;组分(i ):组分(ii ):盐溃土 =17%:3%:80%。将组分(i )、组分(ii)烘干混合均匀，磨细至比表面积为550m2/kg，将亚氯盐溃土晾晒至最佳含水量附近，将组分(i )、组分(ii)与盐溃土拌合均匀形成固化盐溃土，在土中按设计要求做成一定直径和深度的孔，将固化盐溃土逐步填入孔中，采用夯击法将固化盐溃土增密至其最大干密度附近，最终形成土中固化盐溃土柱体。经桩身质量检测，地下增密固化盐溃土柱28天的强度达到6.4MPa。`
【权利要求】
1.一种固化盐溃土制备方法，其特征在于:将组分(i )、组分(ii)与盐溃土按设计比例混合均匀后，按设计工艺成型，得到强度和耐久性满足工程要求的固化盐溃土。 所述组分(i )为矿渣或矿渣与一种或多种含活性硅铝的具有潜在水硬性或火山灰性质的矿物粉末的组合物，其中矿渣的质量百分比占70~100% ;所述组分(ii)为活性氧化镁或活性氧化镁与石灰组合物，其中活性氧化镁的质量百分数比占50~100% ;所述盐溃土指含盐量为0.5%-30%、含水量为15%~150%的盐溃土,包含氯盐溃土,硫酸盐溃土,碳酸盐溃土、亚氯盐溃土和亚硫酸盐溃土。
2.根据权利要求1所述的一种固化盐溃土制备方法，其特征在于:固化盐溃土具体制备工艺如下: (1)将组分(i)、组分(ii)烘干，分别磨细至比表面积为250m2/kg — 600m2/kg。 (2)根据盐溃土物理化学特性、含盐量、含盐种类及比例及固化土目标强度来确定组分(i )、组分(ii)和盐溃土的质量百分比，组分(i ):组分(ii):盐溃土 =3.5%~28.5%:0.5%~ 10.5%:70% ~95%。 (3)针对不同的工程目的，可以采用如下四种方式制作固化盐溃土: a)将组分(i)、组分(ii)的烘干粉末混合均匀，将盐溃土含水量调整到最佳含水量附近，用公知机械和工艺将组分(i )、组分(ii)和盐溃土搅拌混合均匀成固化盐溃土，将固化盐溃土摊铺并碾压至其最大干密度附近，用于路基或简易道路工程。 b)将组分(i)、组分(ii)的烘干粉末混合均匀，将盐溃土含水量调整到最佳含水量附近，用公知机械和工艺将组分(i )、组分(ii)和盐溃土搅拌混合均匀成固化盐溃土，再采用公知机械和工艺，在土中按设计要求做成一定直径和深度的孔，将固化盐溃土逐步填入到孔中，同时采用夯击或静压方法将固化盐溃土增密至其最大干密度附近，形成土中固化盐溃土柱体。 c)采用公知的机械和工艺，例如深层搅拌机、旋喷机、粉喷机，将以组分(i)、组分(ii)混合形成的粉体或浆体与地基中设计深度处的原位盐溃土搅拌均匀，边搅拌边提升，形成土中固化盐溃土。 d)采用公知的机械和工艺，将以组分(i)、组分(ii)混合形成的粉体或浆体与盐溃土搅拌均匀，用于填筑地基。
3.根据权利要求1所述的一种固化盐溃土制备方法，其特征在于:所述的含活性硅铝的具有潜在水硬性或火山灰性质的矿物粉末包括但不限于钢渣、煅烧煤矸石、铁合金炉渣、有色金属灰渣、磷渣、锂渣、下水污泥煅烧灰、火山灰、硅灰；所述的活性氧化镁，可以是白云石或菱镁矿轻烧制备或是卤水一氨法沉淀煅烧制备；所述的石灰可以是生石灰、熟石灰或是两者组合。
4.根据权利要求2所述的一种固化盐溃土制备方法，其特征在于:所述最佳含水量附近、最大干密度附近，是指胶结盐溃土的含水量《、干密度P与根据《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)中击实试验所得最佳含水量Wtl、最大干密度P C1之间满足以下关系:I W0-O I ( 10% ；0.6 P 0 ^ P ( p0。
【文档编号】C04B28/10GK103613351SQ201310687986
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】程寅, 于浩, 黄新 申请人:北京航空航天大学