一种可用于泵送和水下灌注的赤泥粉煤灰地质聚合物材料、制备方法及施工工艺与流程

本发明涉及建筑材料，特别涉及一种可用于泵送和水下灌注的赤泥粉煤灰地质聚合物材料、制备方法及施工工艺。

背景技术：

1、拜耳法赤泥是铝土矿提炼氧化铝之后排出的固体废弃物。由于氧化铝工业的快速发展，我国产生的赤泥量越来越大，2015年全国赤泥产生量超过7000万吨，累计堆存量已超过3.52亿吨。但其利用率只有4％。赤泥的大量集中堆存，既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。因此，最大限度的减少赤泥堆存和危害，实现多渠道、大规模的资源化利用已迫在眉睫。

2、拜耳法赤泥富含地质聚合物反应所需的na2o、sio2和al2o3等，可用于制备高性能地质聚合物材料，因此逐渐成为赤泥综合利用的有效途径之一。但由于受到技术工艺的限制，赤泥粉煤灰地质聚合物材料的研究局限于室内制备及基本物理力学性能测试，难以实现在工程上的规模化应用，并且赤泥粉煤灰地质聚合物的形成均是在高温养护条件下形成的，且配比材料比较单一。此外，赤泥粉煤灰地质聚合物材料的流动性和强度随液固比的变化而变化，因此找出一种既满足于现场施工泵送和水下灌注，又具有要求强度的赤泥粉煤灰地质聚合物材料配方和施工工艺成为目前赤泥大规模工程利用的“卡脖子”难题。一旦解决，可以为赤泥大批量消纳和资源化利用提供一条切实可行的有效途径。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种可用于泵送和水下灌注的赤泥粉煤灰地质聚合物材料、制备方法及施工工艺，本发明提供的赤泥粉煤灰地质聚合物材料具有良好的和易性，常温养护下28天的抗压强度可达到13.9mpa，高温养护24小时，在常温养护28d强度可达21.4mpa，可以满足于现场施工泵送和水下灌注。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种可用于泵送和水下灌注的赤泥粉煤灰地质聚合物材料，包括以下重量份数的原料：赤泥100-200份、粉煤灰200-400份、细骨料200-400份、碎石500-600份、高炉矿渣粉10-20份、碱激发剂溶液160-200份。

3、优选地，所述粉煤灰为二级粉煤灰。

4、优选地，所述细骨料粒度为0.28-0.3mm；所述碎石粒度为10-20mm。

5、优选地，所述高炉矿渣粉为s95级高炉矿渣粉。

6、优选地，所述碱激发剂为氢氧化钠溶液和水玻璃的混合液。

7、进一步优选地，所述氢氧化钠溶液与水玻璃质量比为(1:1.5)-(1:3)。

8、进一步优选地，所述氢氧化钠溶液浓度为8-15mol/l。

9、本发明还提供了上述技术方案所述地质聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：

10、(1)将赤泥干燥后研磨、过筛，配置碱激发剂溶液；

11、(2)按重量份数称量赤泥、粉煤灰、细骨料、碎石、高炉矿渣粉和碱激发剂溶液；

12、(3)将碱激发剂溶液倒入搅拌机中，再加入赤泥、粉煤灰、细骨料、碎石和高炉矿渣粉，搅拌10-15min得到塌落度200mm～220mm的拌合物；

13、(4)取部分拌合物进行坍落度试验，测量该配比下的拌合物坍落度；

14、(5)将剩余拌合物倒入已涂有脱模剂的试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动60s～180s至试块表面不再冒出气泡，用油灰刀刮平；

15、(6)在25-30℃条件下，将试模平放24小时脱模，养护至28d；或在55-60℃条件下养护24小时后，放至常温环境养护至28d。

16、优选地，步骤(1)所述研磨时间为30-60min；所述过筛为过0.3-0.6mm圆孔筛。

17、本发明还提供了一种可用于泵送和水下灌注的赤泥粉煤灰地质聚合物材料的施工工艺，包括以下步骤：

18、(1)根据桩体材料强度和制桩工艺要求进行现场桩身材料制备，桩体材料按照权利要求1所述原料重量份数进行配比，采用自落式搅拌机，先将碱激发剂溶液倒入搅拌机中，再加入赤泥、粉煤灰、细骨料、碎石和高炉矿渣粉，搅拌10-15min，制备塌落度在220mm～240mm的相应流动性和强度的桩体材料；

19、(2)制桩

20、根据桩身设计尺寸、地层条件可选择如下制桩工艺；

21、①泥浆护壁旋挖钻孔制桩：采用旋挖钻孔工艺施工时，应进行泥浆制备和护筒埋设；钻机就位后，在钻进过程中，根据机载装置随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。旋挖钻均匀缓慢钻进，起到钻进和泥浆护壁的作用。钻孔达到设计深度后清孔和检孔。满足质量要求后采用导管法进行水下灌注拌合物，完成制桩；

22、②长螺旋钻孔压灌拌合物制桩：采用长螺旋钻孔时，开孔时下钻速度缓慢；钻进过程中，不得反转或提升钻杆；在钻进过程中遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，立即停钻，查明原因，采取相应措施后继续作业；钻孔深度达到设计要求后，可利用混凝土输送泵泵送拌合物，同时提升钻杆完成制桩。

23、有益技术效果：

24、本发明以赤泥、粉煤灰、高炉矿渣粉和碎石为基本原材料，在碱激发剂溶液的作用下常温得到的地质聚合物材料，消耗赤泥量大；本发明获得可用于泵送的地质聚合物材料常温养护28d强度可达13mpa以上，高温养护下28d强度可达21.4mpa，现场施工更加方便，更加节约能源，且针对工程为一般桩体材料或其他低强度结构材料，强度符合要求；本申请配比增加了粗骨料、细骨料、高炉矿渣粉的配比，在保证地质聚合物材料强度的同时更加注重在工程应用上的工作性能；本发明提供的地质聚合物材料适用于现场泵送和水下灌注，并总结出一套适用该配方的施工工艺；本申请能广泛用于建筑工程，解决赤泥的堆存问题和污染问题，对赤泥和粉煤灰的综合利用具有推动作用。

技术特征：

1.一种可用于泵送和水下灌注的赤泥粉煤灰地质聚合物材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：赤泥100-200份、粉煤灰200-400份、细骨料200-400份、碎石500-600份、高炉矿渣粉10-20份、碱激发剂溶液160-200份。

2.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述粉煤灰为二级粉煤灰。

3.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述细骨料粒径为0.28-0.3mm；所述碎石粒径为10-20mm。

4.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述高炉矿渣粉为s95级高炉矿渣粉。

5.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述碱激发剂为氢氧化钠溶液和水玻璃的混合液。

6.根据权利要求5所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述氢氧化钠溶液与水玻璃质量比为(1:1.5)-(1:3)。

7.根据权利要求5或6所述的地质聚合物材料，其特征在于，所述氢氧化钠溶液浓度为8-15mol/l。

8.权利要求1-7任一项所述地质聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述研磨时间为30-60min；所述过筛为过0.3-0.6mm圆孔筛。

10.一种可用于泵送和水下灌注的赤泥粉煤灰地质聚合物材料的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种可用于泵送和水下灌注的赤泥粉煤灰地质聚合物材料、制备方法及施工工艺，属于建筑材料技术领域。本发明以赤泥、粉煤灰、高炉矿渣粉和碎石为基本原材料，在激发剂溶液的作用下在常温下得到的地质聚合物材料，具有良好的和易性，常温养护28d强度可达13.9MPa，高温养护24小时，在常温养护28d强度可达21.4Mpa，可泵送、干法或水下灌注，用于建筑工程中的桩体材料或其他结构材料。本发明消耗赤泥量大，解决赤泥的堆存问题和污染问题，对赤泥和粉煤灰的资源化利用具有推动作用。

技术研发人员：聂庆科,李华伟,王英辉,贾向新,杨海朋,商卫东,张日华,张海清,秦禄盛,于俊超
受保护的技术使用者：中冀建勘集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15