一种低碳型改性生土水泥及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种改性生土水泥及其制备方法，生土水泥的重量组成为40～60％粘土，20～45％水泥，0～15％石膏，0～12％膨胀剂及前述组分总量1～2％的减水剂；通过本发明公开的制备方法制备，可以减少碳排放量，节约了资源和能源；本发明生土水泥是一种节能环保材料，与目前的建材不同，其弃用后不会给环境造成影响，粉碎后撒入土中即可进入自然循环系统中；本发明生土水泥还可以大量利用或包容劣质土，且产品具有优良的抗裂性和抗水性能。
【专利说明】一种低碳型改性生土水泥及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种改性生土水泥及其制备方法，属于建筑材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 生土建筑材料以土为主要原料，经过不同方法处理后可以广泛用于建筑工程。生 土建筑材料的原材料分布广泛，取用方便，成本低廉；生土建材最大的优点在于对于节能环 保的贡献，其废弃后粉碎即可撒入土中，进入自然循环系统中。它在做为资源被利用的同 时，不对环境造成任何污染隐患和后遗症，这种优势是其他建材都不可能实现的。
[0003] 生土材料的强度和抗水性较低，以往人们主要采用夯实方法来制备生土建筑材 料；后来又出现了以水泥胶结沙石取代部分粘土制备粘土混凝土用于弹模、强度要求均不 高的大坝防渗墙，这种建材的强度一般是IOMPa左右。
[0004] 目前，国内外学者正在研究对生土进行无机改性、有机改性以增加生土的强度。 如《新型建筑材料》2010年第10期中的"生土活化胶凝材料的制备及性能研究"一文，采 用碱激发材料的技术途径来配置生土水泥，其比例为生土 ：矿渣：胶砂：激发剂：水：稻草= 4:6:30:1:4. 5 :0. 2,28d胶砂强度可达45. 34MPa，软化系数为0.96。该生土水泥主要不足 之处是：①生土利用率较低，并需消耗大量的的胶结材料资源；②含有大量的强碱性材料， 对环境有影响且不利于循环再利用；③未解决新拌生土材料的低流动性问题；④生产成本 较闻。
[0005] 本发明人利用现代水泥基复合材料制备技术，制备出一种高强度的低碳型改性生 土水泥，将古老的生土建材改进成为具有较高强度和良好耐久性的建材，可以广泛应用于 乡村建设中。
【发明内容】
[0006] 本发明人凭着自己的实践经验，经大量试验后开发了一种低碳型改性生土水泥。 本发明生土水泥具有材料体积稳定性好、强度高、抗裂性好，生土利用率高的特点。
[0007] 本发明低碳型改性生土水泥，由以下重量比的组分组成：40?60 %粘土，20? 45%水泥，0?15%石膏，0?12%膨胀剂及这些组分总量1?2%的减水剂。
[0008] 所述粘土可以是一般粘土，也可以是劣质土；劣质土如城市污泥、盐渍土、砂化土、 河道淤泥等。
[0009] 所述减水剂为木质素减水剂、萘系减水剂、聚羧酸减水剂中的一种或它们的混合 物；
[0010] 所述水泥为42. 5强度等级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；
[0011] 所述石膏为废石膏经煅烧而成。
[0012] 为了获得更好的效果，优选：重量比组分为：40?60%粘土，20?45%水泥，5? 15%石膏，5?12%膨胀剂及这些组分总量1?2%的减水剂。
[0013] 同时，可以根据生土水泥建材具体使用环境及标准要求，以粉煤灰水泥、矿渣水 泥、火山灰水泥替代组分中的水泥。
[0014] 本发明低碳型改性生土水泥可以通过下面的方法制备，步骤包括：
[0015] 1)备料
[0016] 按所述比例取粘土、水泥、石膏、膨胀剂、减水剂各组分；将粘土过0. 075mm筛，除 去杂质，备用。
[0017] 2)制备混合料
[0018] 将各组分放入容器中，搅拌混合均勻后，向其中加入水及减水剂，继续搅拌均勻， 制成混合料,水料比为0. 2?0. 3 ;然后浇注振动成型。
[0019] 3)制备生土水泥
[0020] 将步骤2)制备出的浇注成型的混合料，浇注到模具内；以振动的方式使模具内的 混合料密实成型，再经4小时静停后拆模，即得本发明生土水泥。
[0021] 本发明的机理：
[0022] 生土分散机理：土的活性与粘土矿物也有着密不可分的关系，粘土矿物是土壤固 相的主体物质，占土壤固相总质量的90%以上，粘土矿物具有高度的分散度和极性，因而 存在有大量的表面自由能，它们使土获得胶体分散系的特征，而粘土矿物表面由于晶格取 代、水化解离作用、破键作用和选择性吸附作用等，常常带有未补偿的电荷，它们被处在较 游离状态的离子所饱和，对多数粘土来说主要是阳离子。为了维持体系的电中性，粘土胶 体微粒表面往往被游离的离子所饱和而形成反离子层，于是带负电荷的粘土矿物表面和 紧邻其的带正电荷的离子扩散层构成了双电层，其分布是随距离的增大而逐渐减少的，一 部分与定势离子层相连接，形成不活动的吸附层，另一部分与颗粒间的溶液合起来，形成 离子的扩散层。木质素减水剂、萘系减水剂和聚羧酸减水剂是一类阴离子表面活性剂，其解 离出来的阴离子可以将土粒上的阳离子中和并使其表面带同种电荷，增加土粒之间的排斥 力，可以使土的微粒分散，其分散作用取决于静电作用。
[0023] 生土激发、胶结机理：土壤中粘粒氧化物、氢氧化物、水铝英石类和层状硅酸盐矿 物的边缘断键处的表面功能团都是羟基，羟基团的增多能够增加土粒与胶结料之间的结 合与反应。SiO2凝胶和胶态Ca(OH)2都可以胶结土粒，直接起到加固作用，土的抗压强度 提高，反应速度加快。当激活、加固土时，往往是结合料与土的微团粒和裹覆土粒的胶体 薄膜发生作用，而不是与土的原粒发生作用，这影响了结合料与粘土颗粒本身的作用，严 重束缚了土中活性Si02、Al2O3的溶出与胶结料反应，降低了土壤活性；所以在激发粘土时 应先考虑将其先分散再激发，提高土壤活性的效果会更好。生土水泥强度构成分为4个层 次：土的固有结构、物理改良、水泥硬化、硬凝反应，其中水泥硬化对强度的贡献最大。生土 水泥结构的形成是通过胶凝性水化物包裹胶结土壤颗粒、胶结性水化物或膨胀性水化物填 充土壤颗粒间孔隙、膨胀性水化物挤压和填充土壤颗粒内孔隙而形成。此外，硬凝反应可 提高土壤颗粒粘粒间的连接强度。对于粘粒为主的生土，由于胶结性水化物不能填充土壤 颗粒内的孔隙，同时又不能完全包覆土壤颗粒，所以必须用含有膨胀性水化物进行加固， 方可消除粘粒间的孔隙而得到最高的固化强度。
[0024] 本发明的优点和特点：
[0025] 1.首次提出生土水泥的思路，为制备高性能低成本水泥开拓了一条新的途径，为 广大农村的新农村建设提供了高性能建材，可广泛应用于农村的道路、住宅、护坡等的建设 中。
[0026] 2.环保节能。减少碳排放量，节约资源和能源。
[0027] 3.可以大量利用或包容劣质土，有利于环境保护和环境整洁。
[0028] 4.本发明生土水泥流动性好，保护施工环境；强度高，收缩少。
[0029] 5.成本较低。本发明大量利用了粘土，仅采用少量改性组分对生土进行改性，因而 生产成本较低。
[0030] 6.抗裂性好。明显提高生土建筑的美观性。
[0031] 7.抗水性好。降低了生土的孔隙率，使其抗水性和体积稳定性得到提高。
【具体实施方式】
[0032] 为了理解本发明，下面进行进一步的详细说明，并不限制本发明。本部分的描述仅 是示范性和解释性的。
[0033] 实施例1
[0034] 取一般粘土，过0.075mm筛，除去杂质。按重量取粘土 50 %水泥40%，膨胀剂10 % 及三种组分总量2%的木质素减水剂；水泥为42. 5强度等级的普通硅酸盐水泥。
[0035] 将粘土、水泥、膨胀剂放入容器中搅拌混合均勻；再加入水和减水剂，水料比为 0. 25,继续搅拌均勻，得生土水泥混合料，然后浇注振动成型；将已浇注成型的混合料，浇注 到模具内，以振动方式使模具内的混合料密实成型，之后静停4小时，拆模；即得本发明生 土水泥。
[0036] 实施例2
[0037] 按重量取筛过的粘土55%，水泥35%、石膏10%以及前述三种组分总量2%的萘 系减水剂；
[0038] 其余同实施例1操作，水料比为0. 21，得本发明生土水泥。
[0039] 实施例3
[0040]按重量取筛过的粘土 50%、水泥45%、膨胀剂5%以及前述三种组分总量1 %的减 水剂；减水剂由〇. 4 %木质素和0. 6 %萘系复合减水剂复配而成；
[0041] 其余同实施例1操作，水料比为0. 25,得本发明生土水泥。
[0042]试验例：
[0043] 对本实施例1?3制备出的低碳型改性生土水泥，进行强度测试。
[0044] 方法按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行。软化系数 是以改性生土水泥达到28d养护龄期后，又在水中浸泡1天的28d抗压强度与28d养护龄 期强度之比计算的。
[0045]
【权利要求】
1. 一种低碳型改性生土水泥，其特征在于由以下重量比的组分组成：40?60%粘土， 20?45%水泥，0?15%石膏，0?12%膨胀剂及这些组分总量1?2%的减水剂； 所述粘土可以是一般粘土，也可以是劣质土； 所述减水剂为木质素减水剂、萘系减水剂、聚羧酸减水剂中的一种或它们的混合物； 所述水泥为42. 5强度等级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥； 所述石膏为废石膏经煅烧而成。
2. 如权利要求1所述的一种低碳型改性生土水泥，其特征在于由以下重量比的组分组 成：40?60%粘土，20?45%水泥，5?15%石膏，5?12%膨胀剂及这些组分总量1? 2 %的减水剂。
3. 如权利要求1所述的一种低碳型改性生土水泥的制备方法，步骤包括： 1) 备料 按所述比例取粘土、水泥、石膏、膨胀剂、减水剂各组分；将粘土过0. 075mm筛，除去杂 质，备用； 2) 制备混合料 将各组分放入容器中，搅拌混合均勻后，向其中加入水及减水剂，继续搅拌均勻，制成 混合料，水料比为〇. 2?0. 3 ;然后浇注振动成型； 3) 制备低碳型改性生土水泥 将步骤2)制备的浇注成型的混合料，浇注到模具内；以振动的方式使模具内的混合料 密实成型，再经4小时静停后拆模，即得。
【文档编号】C04B28/14GK104326716SQ201410553908
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】曲烈, 王渊, 杨久俊, 刘洪丽 申请人:天津城建大学