本发明涉及一种基于矿渣的胶凝材料在公路高填方中的施工方法。
背景技术：
我国西部地区，地貌以山地为主，在山区修建高速公路，受到地形、地貌、水文地质条件的限制，不可避免的需要对原有路基进行高填方扩建施工；同时为了满足国家整体的规划要求，及更好的利用好开挖的土方资源，在进行高速公路改扩建时会越来越多的采用高填方路基的形式。在山区高等级公路中，填方和挖方路基占到80％，其中超过20m的高填方路堤不在少数。而随着国家政策的推动，交通建设发展迅速，在今后的高速公路改扩建中高路堤的结构形式无论是在数量上还是高度上，都将进一步提高，高路堤也将成为路基结构的主要形式。
在高填方路基区域，由于土体竖直压力较大，对其底部基槽承载力要求较高，而且往往由于工期较紧，无法给与其充足的自然沉降时间，致使新修道路容易在使用过程中出现不均匀沉降现象。而轻质泡沫混凝土重量比同体积的混凝土轻，约占30％～50％，可以大大减少相应压力及后期沉降，故采用轻质泡沫混凝土进行公路的高填方应用，可以大规模节省后期的维护成本和保证交通安全。
高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣，是一种易熔混合物，可采用多种工艺加工成具有多种用途的宝贵材料。由于炼铁原料品种和成分的变化以及操作工艺因素的影响，矿渣的组成和性质也不同，从而使得回收利用难度相对较高，近年来，随着冶金工业的飞速发展，矿渣的排放不断增加，目前我国高炉炼铁水萃矿渣年排放量近亿吨，回收利用率却只有约38％，从而导致各种矿渣引起的环境问题。因此提高矿渣综合利用率迫在眉睫。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于矿渣的胶凝材料在公路高填方中的施工方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于矿渣的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，包括以下步骤：
1)施工场地准备：平整、清理施工场地，用模板分隔场地成若干块施工区域；
2)制备水泥料浆：在搅拌机中，将矿渣、粉煤灰、氯氧镁水泥、生石灰、磷石膏、芒硝和减水剂混合成胶凝剂，再与水混合，得到水泥料浆；
3)制备泡沫：在发泡机中，将混凝土发泡剂和水混合配制发泡剂溶液，催生发泡剂溶液发泡，得到泡沫；
4)制备泡沫混凝土：将水泥料浆和泡沫混合，得到泡沫混凝土；
5)泡沫混凝土浇注：将泡沫混凝土用管道泵送至施工区域，通过泡沫混凝土的自流进行浇注；
6)泡沫混凝土养护：待泡沫混凝土终凝后，进行洒水养护。
步骤1)中，模板的高度<1m，每块施工区域的面积<400m2。
步骤2)中，矿渣、粉煤灰、氯氧镁水泥、生石灰、磷石膏、芒硝和减水剂的质量比为100：(68～72)：(13～17)：(6～8)：(4～6)：(2～3)：(0.3～0.6)。
步骤2)中，矿渣为高炉矿渣，粉煤灰为ⅱ级f类粉煤灰，减水剂为三聚氰胺减水剂。
步骤2)中，水泥料浆的固含量为55～65wt％。
步骤3)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：(18～20)；催生发泡是通过空气压缩机催生发泡，空气压缩机的工作压力为0.7～0.9mpa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的18～22倍。
步骤4)中，泡沫占泡沫混凝土总体积的60～70％。
步骤4)中，泡沫混凝土的湿密度控制在500kg/m3～600kg/m3。
步骤5)中，管道的出口与泡沫混凝土的浇注面平齐。
步骤6)中，养护的时间不少于10天。
本发明的有益效果是：
本发明提出一种大量利用高炉矿渣的现浇泡沫混凝土的施工工艺，用于公路的高填方工程施工中，可以进行非常简便和高效的连续浇注，并且其浇注质量符合现场施工的要求。由于用在公路的高填方工程施工的料浆中大量采用了固体废弃物高炉矿渣和粉煤灰，极大的减少了水泥的用量，使施工过程更加的节能环保，有利于社会的可持续发展。
具体实施方式
一种基于矿渣的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，包括以下步骤：
1)施工场地准备：平整、清理施工场地，用模板分隔场地成若干块施工区域；
2)制备水泥料浆：在搅拌机中，将矿渣、粉煤灰、氯氧镁水泥、生石灰、磷石膏、芒硝和减水剂混合成胶凝剂，再与水混合，得到水泥料浆；
3)制备泡沫：在发泡机中，将混凝土发泡剂和水混合配制发泡剂溶液，催生发泡剂溶液发泡，得到泡沫；
4)制备泡沫混凝土：将水泥料浆和泡沫混合，得到泡沫混凝土；
5)泡沫混凝土浇注：将泡沫混凝土用管道泵送至施工区域，通过泡沫混凝土的自流进行浇注；
6)泡沫混凝土养护：待泡沫混凝土终凝后，进行洒水养护。
优选的，步骤1)中，模板的高度<1m，每块施工区域的面积<400m2。
优选的，步骤2)中，矿渣、粉煤灰、氯氧镁水泥、生石灰、磷石膏、芒硝和减水剂的质量比为100：(68～72)：(13～17)：(6～8)：(4～6)：(2～3)：(0.3～0.6)；进一步优选的，步骤2)中，矿渣、粉煤灰、氯氧镁水泥、生石灰、磷石膏、芒硝和减水剂的质量比为100：70：15：7：5：2.5：0.5。
优选的，步骤2)中，矿渣为高炉矿渣，粉煤灰为ⅱ级f类粉煤灰，减水剂为三聚氰胺减水剂。
进一步优选的，步骤2)中，矿渣为s95级高炉矿渣。
优选的，步骤2)中，生石灰为高钙生石灰，其cao含量大于88wt％。
优选的，步骤2)中，水泥料浆的固含量为55～65wt％；进一步优选的，步骤2)中，水泥料浆的固含量为60wt％。
优选的，步骤2)中，搅拌机的转速为20～40r/min，胶凝剂的混合搅拌时间为5～10min，和水混合后搅拌的时间为10～15min。
优选的，步骤3)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：(18～20)；催生发泡是通过空气压缩机催生发泡，空气压缩机的工作压力为0.7～0.9mpa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的18～22倍；进一步优选的，步骤3)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：19；空气压缩机的工作压力为0.8mpa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的20倍。
进一步的，步骤3)中，混凝土发泡剂为泡沫轻质土制备使用的常规发泡剂，如松香酸皂类发泡剂、金属铝粉发泡剂、植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂等。
优选的，步骤4)中，泡沫占泡沫混凝土总体积的60～70％。
优选的，步骤4)中，泡沫混凝土的湿密度控制在500kg/m3～600kg/m3。
优选的，步骤5)中，管道的出口与泡沫混凝土的浇注面平齐。
优选的，步骤6)中，养护的时间不少于10天；进一步优选的，步骤6)中，养护的时间为10～14天。
进一步的，本发明所述的氯氧镁水泥是用煅烧菱镁矿石所得的轻烧粉或低温煅烧白云石所得的灰粉(主要成分为mgo)为胶结剂，以六水氯化镁(mgcl2·6h2o)等水溶性镁盐为调和剂，所形成的胶凝材料，也称为镁水泥。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
实施例：
1、施工场地准备
场地准备包括：场地平整，清扫场地垃圾及浮尘，清理场地中的浮土，以免影响浇注过后泡沫混凝土与基层的结合力，保持待处理场地干净、平整、坚固和干燥；天气干燥时对场地进行洒水预处理，润湿场地，至少洒两遍，以增加浇注层与基层的结合力，但基层表面不得有明显的积水，以防止基层因吸水过大而造成泡沫混凝土中的泡沫破裂；将施工场地用模板分隔成面积小于400m2的区域，并用模板支架固定模板，防止施工过程中泡沫混凝土的侧压力致使模板倒塌；模板高度根据每次施工需要调整，每次施工高度不超过1m。
2、制备水泥料浆
按质量份，将100份s95级高炉矿渣，70份ⅱ级f类粉煤灰水泥，15份氯氧镁水泥，7份生石灰，5份磷石膏，2.5份芒硝和0.5份三聚氰胺减水剂加入搅拌机中搅拌5～10分钟，搅拌转速控制在20～40r/min，以防止粉体搅拌时扬尘；在初步混合均匀的搅拌桶内加入133份的水，然后开启搅拌机继续搅拌10min，混合成浓度为60％的水泥料浆；
其中，所用的s95级高炉矿渣的化学成份及各种成分的比例为：sio2含量为39.25wt％，cao含量为39.36wt％，mgo含量为7.43wt％，al2o3含量为12.22wt％，s的氧化物含量为1.32wt％，其它氧化物占0.42wt％；高炉矿渣的粒径分布为：粒径小于2.65μm的颗粒占9wt％，粒径小于5.3μm的颗粒占35wt％，粒径小于7.55μm的颗粒占53wt％，粒径小于10.71μm的颗粒占65wt％，粒径小于26.62μm的颗粒占90wt％；生石灰是一种高钙灰，其化学成份及比例为：cao含量为89.6wt％，mgo含量为5.75wt％，sio2含量为4.65wt％；磷石膏的粒径分布为：粒径小于3.12μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.35μm的颗粒占40wt％，粒径小于6.83μm的颗粒占40wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占60wt％，粒径小于36.38μm的颗粒占90wt％；氯氧镁水泥的粒径分布为：粒径小于2.68μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.49μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占50wt％，粒径小于11.34μm的颗粒占60wt％，粒径小于32.09μm的颗粒占90wt％；芒硝为工业芒硝，其粒径分布为：粒径小于2.75μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.54μm的颗粒占30wt％，粒径小于8.61μm的颗粒占50wt％，粒径小于13.46μm的颗粒占60wt％，粒径小于35.94μm的颗粒占90wt％。
取市面售所购买的32.5r早强水泥作为胶凝剂进行对比，同样方法将32.5r早强水泥和水混合成60％的对比例水泥料浆。将步骤2制备得到的实施例水泥料浆与对比例的料浆分别进行强度测试，其测试方法为：①将浆体灌注在70.7*70.7*70.7mm标准三联试模中，每组样品浇注两组，分别用以测量3天、7天和28天的强度；②将试块放入温度为20℃，相对湿度为90％的标准养护箱中，养护24h后脱模将试块重新放入养护箱中养护至相应龄期，用全自动压力试验机以100n/s的速度测其3天、7天和28天强度，每龄期测试3试块，取其平均值作为该龄期充填体的单轴抗压强度。结果证明，对比例的试样其3天、7天和28天的强度分别为0.79mpa、0.87mpa和1.75mpa，而本实施例的试样对应为1.22mpa、2.11mpa和2.78mpa，实施例的强度均比对比例有明显的提高。
3、制备泡沫
将发泡机的发泡剂进料管接到混凝土发泡剂中，同时接好发泡机的进水管，设定好稀释倍率为20，即发泡剂和水的质量比为1：19，配成发泡剂溶液。然后联接好空气压缩机，设定好空气压缩机的压强为0.8mpa，开始发泡，最终的发泡倍率为20倍，即按体积发泡剂溶液：泡沫＝1：20，泡沫直径为0.5～3mm。
4、制备泡沫混凝土
将步骤2中制备好的水泥料浆通过泵送管道匀速输送进发泡机的水泥料浆进料口，同时将制备好的泡沫输送进发泡机的搅拌仓进行搅拌，待两者混合均匀后，取混合好的泡沫混凝土测量湿密度，控制湿密度在500kg/m3～600kg/m3之间，此时泡沫量占总泡沫混凝土体积的60％～70％。经检测，制备得到的泡沫磷酸镁混凝土其流动度为340～350，可以实现自流输送。
5、泡沫混凝土浇注
将混合好的泡沫混凝土通过管道泵送到步骤1准备好的工作区，管道口与泡沫混凝土的液面平齐，尽量减少泡沫混凝土与空气的接触，防止消泡。待一个预定的工作区浇注高度达到设计高度后，可以提高管道口对泡沫混凝土进行整体扫平，然后停止供料，转移管道去下一个工作区，已浇注的工作区不用进行人工刮平。
6、泡沫混凝土养护
泡沫混凝土终凝后即开始洒水养护，防止泡沫混凝土表面失水干缩开裂。夏季时，每天洒水至少3次；冬季时，养护温度应控制在0～35℃。养护期限不得少于10天，可以适当延长到14天。经过养护后，其强度可达到1mpa以上，满足现场的施工要求。
本发明的优点如下：1、在本施工方法大量消耗了高炉矿渣，可以消耗固体废弃物，解决环境保护的压力；2、本施工方法大量采用了固体废弃物，利用了矿粉、粉煤灰的活性，减少了对水泥的需求，也有利于对环境的保护，有利于可持续发展；3、本发明的泡沫混凝土还利用矿粉及粉煤灰的抗腐蚀作用，大大提高了公路的使用年限，提高公路运行的稳定性。