本发明涉及铁路填料技术，尤其涉及一种以硅钙渣为主的铁路路基c组填料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术：
硅钙渣是一种从粉煤灰中提取氧化铝后所产生的二次固废，该工艺源自于上世纪50年代，国外率先从粉煤灰(al2o3＞30％)中成功提取氧化铝。随着我国环保政策日益严格及高品位铝土矿资源短缺危机加剧，近年各地开始采用从高铝粉煤灰中提取氧化铝技术，该技术能一定程度上消纳粉煤灰和缓解我国铝土矿资源短缺危机，对减轻粉煤灰环境污染、扩大粉煤灰资源化利用途径、拓展我国氧化铝工业原料来源具有积极意义。但每生产1吨al2o3的同时，伴随产生2.2～2.5吨的主要成分为c2s的硅钙渣，并且其含有2～4.5％的可溶性碱(na2o)，这就致使其具有很强的污染性，特别是对土壤和地下水的污染及其严重，大量堆存时必须对堆场进行防渗处理，硅钙渣的处理与利用已成为制约煤-电-灰-铝循环产业发展的最大瓶颈问题，因而如何能有效处理掉硅钙渣成为高铝粉煤灰提铝产业亟需解决的问题。
目前，随着我国国民经济的增长，铁路建设得到了前所未有的发展，每年需要大量的铁路建筑材料。当前最常用的铁路路基填料主要有碎石和黏土。因此，最近几年大量碎石和黏土的开采造成了我国部分地区的植被覆盖率大幅下降，生态环境遭到严重破坏。
因此，如何在铁路建设等特大型工程中使硅钙渣规模化消纳，是我国环境领域和建筑领域面临的重要课题。
技术实现要素：
针对上述缺陷，本发明提供一种以硅钙渣为主的铁路路基c组填料及其制备方法，利用硅钙渣取代其他填料修筑铁路路基，既能够为硅钙渣提供广阔的应用领域，降低固废对环境的污染，又可以减少对粘土和碎石的开采，避免对生态环境的过渡破坏。
本发明提供一种以硅钙渣为主的铁路路基c组填料，包括硅钙渣、土和水。
中国铁路部门将铁路路基填料按其适用性分为a、b、c、d四组，本发明主要针对铁路路基的c组填料。
本发明的铁路路基c组填料的主要原料包括粉煤灰提取氧化铝后的硅钙渣，该c组填料不仅不会影响铁路路基性能，还会在一定程度上增强铁路路基的强度，并且降低了铁路路基填料的成本，具有极广泛的应用前景。
硅钙渣是粉煤灰提取氧化铝的固体废弃物，硅钙渣主要矿物成分为β-硅酸二钙(β-2cao·sio2)，与水泥中的四种主要矿物(硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙)的一种主要矿物成分一致，除了β-硅酸二钙外，还包括方解石、钙钛矿、水化石榴石和水化铝酸钙等，其中，水化钙铝榴石(3cao·al2o3·sio2·4h2o)为15-20％，方解石为10-15％和水合铝酸三钙3cao·al2o3·nh2o为5-10％。由于硅钙渣的主要化学成分为氧化钙和二氧化硅，因此硅钙渣能够有效改善充填材料的性能。
具体地，本发明对所采用的原料硅钙渣的来源不作严格限定，例如可以是利用粉煤灰碱石灰烧结法提取氧化铝后得到的硅钙渣。在一实施方式中，采用公开号cn102249253a的发明专利中形成的硅钙渣；该硅钙渣中各成份的质量含量为：cao50～58％，sio222～28％，al2o32～7％，fe2o31.52～3％，mgo1～3％，(na2o+0.66k2o)<2.0％；特别是，该硅钙渣中的矿物成分主要为β-硅酸二钙(β-ca2sio4，简称β-c2s)，其质量含量＞70％，此外还含有钙铝榴石(3cao·al2o3·xsio2)、方解石(caco3)、铝酸三钙(3cao·al2o3·nh2o)等其它矿物成分。
进一步地，本发明中的铁路路基c组填料按照重量份包括如下组分：硅钙渣20-70重量份，土30-90重量份，水5-26重量份。
通过分别对硅钙渣、土和水进行比例限定，能够进一步有效增强铁路路基c组填料的强度。
进一步地，本发明的铁路路基c组填料还可以包括粉煤灰，也就是说，本发明的的铁路路基c组填料按照重量份还可以包括如下组分：硅钙渣20-70重量份，土30-90重量份，水5-26重量份，粉煤灰0-15重量份。
其中，粉煤灰来自于火力发电厂煤粉燃烧后产生的灰分，本发明对粉煤灰不作严格限制，例如可以为鄂尔多斯盆地晚古生代煤层及夹矸中所富含的一水软铝石、高岭石等矿物燃烧后所产生的粉煤灰。进一步地，所述粉煤灰的组成可以为：al2o348-52％，sio235-40％，fe2o31.5-2％，cao4.8-5％，tio21.4-1.5％，na2o0.1-0.2％。其中，高铝粉煤灰的铝硅比(即氧化铝al2o3与二氧化硅sio2的摩尔比)为1.09-1.32。
进一步地，本发明的铁路路基c组填料还可以包括脱硫石膏，也就是说本发明的的铁路路基c组填料按照重量份还可以包括如下组分：硅钙渣20-70重量份，土30-90重量份，水5-26重量份，粉煤灰0-15重量份，脱硫石膏0-10重量份。
其中，脱硫石膏与粉煤灰一样，也是一种工业固废，具体地，脱硫石膏也是一种电厂主要固体废弃物。
具体在使用前，只需将所述硅钙渣、粉煤灰、土、脱硫石膏以及水混合，即制得所述铁路路基c组填料。
本发明的铁路路基c组填料的无侧限抗压强度为1-4mpa，渗透系数为1×10-5-3×10-5cm/s，因此强度得到明显的提升。
本发明提供的铁路路基c组填料利用硅钙渣、粉煤灰等固体废物中含有大量硅钙成分的特性，将硅钙渣、脱硫石膏、粉煤灰等工业固废和水按照一定比例混合，得到能用于建设铁路路基的c组填料，不仅可以节约大量的筑路材料，充分利用废弃物，还有利于节约能源，降低环境污染，达到节约资源、保护环境、提高铁路质量，符合绿色交通发展理念。
本发明还提供一种上述任一所述的以硅钙渣为主的铁路路基c组填料的制备方法，将组成本发明铁路路基c组填料的原料组分在常温下均匀混合制备得到。
本发明还提供一种填筑铁路路基的方法，将上述任一所述的以硅钙渣为主的铁路路基c组填料摊铺在路床后，利用压路机施压于所述以硅钙渣为主的铁路路基c组填料。
具体的，可以利用摊铺机进行摊铺操作，压实操作可以通过震动压路机完成，一般的，可以选用22吨的震动压路机对以硅钙渣为主的铁路路基c组填料进行6遍施压。
进一步地，所述压路机的工作速度为3km/h。
本发明的实施，至少具有如下优势：
1、硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏是电厂主要固体废弃物，以这些煤基固废为主要原料制备铁路路基c组填料，不仅解决了这些固废的利用问题，减少堆存占地，减少了生态环境的破坏，同时成本较低，利于大规模推广应用。
2、硅钙渣、粉煤灰可代替铁路路基填料的粘土和碎石，特别是对于燃煤电厂、煤矿等企业的运煤、运灰铁路专线的建设，因地制宜，提供原材料，减少对粘土和碎石的开采，降低生态环境；
3、本发明对硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏进行有效利用，不仅有效解决了其存放和环境污染等问题，此外还减少对粘土碎石的开采，降低生态环境的破坏，有利于节约粘土、水泥等原料，极大地提高了经济效益。
4、本发明铁路路基c组填料的制备方法所采用的原料来源广泛、成本低廉，该制备方法工艺简单、易于操作、无“三废”排放，特别是能够在常压和较低温度下进行，所需能耗低，从而大大降低了铁路路基c组填料生产成本，具有良好的推广应用前景。
5、本发明铁路路基c组填料制备方法简单，无需大型仪器协助，参数可控性高。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，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做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。
实施例1
1、备料
本实施例的铁路路基c组填料包括如下原料：硅钙渣60重量份、土30重量份、水10重量份。
2、制备
将上述原料混合，搅拌均匀，制备得到本实施例的铁路路基c组填料。
3、填筑
将上述制备的铁路路基c组填料利用摊铺机均匀摊铺于路床上，并用22吨的震动压路机以3km/h的速度施压6遍，完成对铁路路基的c组填料的填筑。
对铁路路基的c组填料进行取样，检测相关参数，结果如下：
1、界限含水率
液限(％)：36
塑限(％)：20.3
塑指：15.7
2、液塑限定名
低液限粉质黏土c组
3、击实后参数
最优含水率(％)：16.0
最大干密度(g/cm3)：1.34
4、无侧限抗压强度(mpa)：2.3
5、渗透系数((cm/s)：2.1×10-5
6、自由膨胀率(％)：-3
7、颗粒密度(g/cm3)：2.03
实施例2
1、备料
本实施例的铁路路基c组填料包括如下原料：硅钙渣56重量份、土35重量份、粉煤灰2重量份、水7重量份。
2、制备
将上述原料混合，搅拌均匀，制备得到本实施例的铁路路基c组填料。
3、填筑
将上述制备的铁路路基c组填料利用摊铺机均匀摊铺于路床上，并用22吨的震动压路机以3km/h的速度施压6遍，完成对铁路路基的c组填料的填筑。
对铁路路基的c组填料进行取样，检测相关参数，结果如下：
1、界限含水率
液限(％)：37.8
塑限(％)：23.6
塑指：14.2
2、液塑限定名
低液限粉质黏土c组
3、击实后参数
最优含水率(％)：17.5
最大干密度(g/cm3)：1.37
4、无侧限抗压强度(mpa)：2.5
5、渗透系数((cm/s)：1.9×10-5
6、自由膨胀率(％)：-2
7、颗粒密度(g/cm3)：2.00
实施例3
1、备料
本实施例的铁路路基c组填料包括如下原料：硅钙渣45重量份、土40量份、脱硫石膏4重量份、水11重量份。
2、制备
将上述原料混合，搅拌均匀，制备得到本实施例的铁路路基c组填料。
3、填筑
将上述制备的铁路路基c组填料利用摊铺机均匀摊铺于路床上，并用22吨的震动压路机以3km/h的速度施压6遍，完成对铁路路基的c组填料的填筑。
对铁路路基的c组填料进行取样，检测相关参数，结果如下：
1、界限含水率
液限(％)：38.7
塑限(％)：25.7
塑指：13.0
2、液塑限定名
低液限粉质黏土c组
3、击实后参数
最优含水率(％)：18.1
最大干密度(g/cm3)：1.41
4、无侧限抗压强度(mpa)：2.4
5、渗透系数((cm/s)：2.0×10-5
6、自由膨胀率(％)：-4
7、颗粒密度(g/cm3)：2.05
实施例4
1、备料
本实施例的铁路路基c组填料包括如下原料：硅钙渣25重量份、土50重量份、粉煤灰8重量份、脱硫石膏2重量份、水15重量份。
2、制备
将上述原料混合，搅拌均匀，制备得到本实施例的铁路路基c组填料。
3、填筑
将上述制备的铁路路基c组填料利用摊铺机均匀摊铺于路床上，并用22吨的震动压路机以3km/h的速度施压6遍，完成对铁路路基的c组填料的填筑。
对铁路路基的c组填料进行取样，检测相关参数，结果如下：
1、界限含水率
液限(％)：33
塑限(％)：17.3
塑指：15.7
2、液塑限定名
低液限粉质黏土c组
3、击实后参数
最优含水率(％)：15.0
最大干密度(g/cm3)：1.26
4、无侧限抗压强度(mpa)：-2
5、渗透系数((cm/s)：2.5×10-5
6、自由膨胀率(％)：-2
7、颗粒密度(g/cm3)：2.12
实施例5
1、备料
本实施例的铁路路基c组填料包括如下原料：硅钙渣25重量份、土50重量份、粉煤灰8重量份、脱硫石膏2重量份、水15重量份。
2、制备
将上述原料混合，搅拌均匀，制备得到本实施例的铁路路基c组填料。
3、填筑
将上述制备的铁路路基c组填料利用摊铺机均匀摊铺于路床上，并用22吨的震动压路机以3km/h的速度施压6遍，完成对铁路路基的c组填料的填筑。
对铁路路基的c组填料进行取样，检测相关参数，结果如下：
1、界限含水率
液限(％)：34.1
塑限(％)：20.1
塑指：14.0
2、液塑限定名
低液限粉质黏土c组
3、击实后参数
最优含水率(％)：11.0
最大干密度(g/cm3)：1.54
4、无侧限抗压强度(mpa)：2.0
5、渗透系数((cm/s)：2.0×10-5
6、自由膨胀率(％)：-1
7、颗粒密度(g/cm3)：2.44
实施例6
1、备料
本实施例的铁路路基c组填料包括如下原料：硅钙渣52重量份、土33重量份、粉煤灰3重量份、脱硫石膏2重量份、水10重量份。
2、制备
将上述原料混合，搅拌均匀，制备得到本实施例的铁路路基c组填料。
3、填筑
将上述制备的铁路路基c组填料利用摊铺机均匀摊铺于路床上，并用22吨的震动压路机以3km/h的速度施压6遍，完成对铁路路基的c组填料的填筑。
对铁路路基的c组填料进行取样，检测相关参数，结果如下：
1、界限含水率
液限(％)：33.3
塑限(％)：21.2
塑指：12.1
2、液塑限定名
低液限粉质黏土c组
3、击实后参数
最优含水率(％)：14.0
最大干密度(g/cm3)：1.56
4、无侧限抗压强度(mpa)：2.2
5、渗透系数((cm/s)：2.1×10-5
6、自由膨胀率(％)：-3
7、颗粒密度(g/cm3)：2.32
将上述实施例1-6中的检测结果整理于表1中，表1即为本发明实施例1-6中铁路路基c组填料的相关参数。
表1实施例1-6中的铁路路基c组填料的相关参数
由上述表1可知：本发明的铁路路基c组填料部件满足铁路路基设计规范tb10001-2005中c组填料的即使指标要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。