一种新型复合激发锂渣基固化剂及软土固化方法

本发明涉及土木工程新材料与新，尤其涉及一种新型复合激发锂渣基固化剂及软土固化方法。

背景技术：

1、软土固化指在常温下直接胶结土颗粒或与粘土矿物反应生成胶凝物质，从而改善土体综合性能的技术。由于土体粘粒比表面积大、且含有一定的活性sio2、al2o3成分，与水泥的水化和水解反应生成凝胶能咬合包裹土颗粒，软土固结机理不仅与水泥自身水解水化反应、碳酸化作用有关，还与土颗粒与水化产物之间作用有关。

2、传统软土固化剂多采用硅酸盐水泥或者石灰，并添加一些添加剂来提高固化土的性能，然而传统材料的使用价格昂贵，而且生产过程中容易产生co2等温室气体。不仅严重破坏生态环境，还会造成扬尘，污染大气，不利于经济建设可持续发展。

3、现有技术常采用工业固体废弃物，主要指在钢铁、治金、发电等工业生产活动中所排放的固体废渣，如矿渣、粉煤灰和钢渣等，辅以水玻璃、烧碱、石灰等作为外加剂来改善工业废渣固化软土的综合性能，这些添加材料主要通过激发土体中的活性硅、活性铝发生火山灰反应，在水的作用下生成c-s-h和c-a-h等胶结物。实际上，工业废渣的资源特征与水泥较为接近，以硅、铝、镁和钙氧化物为主，具备一定水化活性，借助激发手段可以发挥其潜在活性达到固化软土的目的。

4、工业固体废弃物，其种类较多，排放量较大，堆存量过多，然而我国的工业废渣综合利用率较低，与西方发达国家还有一定的差距，这带来了严重的生态环境和安全隐患问题。因此，以工业废渣作为固化胶凝材料开展相关的研发和推广软土固化方法符合我国可持续发展的长远战略，同时还能实现大宗工业固废的资源化利用，有利于早日实现碳达峰、碳中和。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种新型复合激发锂渣基固化剂及软土固化方法。

2、实现本发明目的的技术方案是：一种新型复合激发锂渣基固化剂，所述固化剂按质量分数计，包括

3、固化材料：65wt％～90wt％、

4、外添加剂：5wt％～25wt％、

5、复合激发剂：5wt％～10wt％，

6、所述固化剂总质量占工程软土干质量的10wt％～30wt％。

7、作为优选，所述固化材料为锂渣。

8、作为优选，固化剂中锂渣：生石灰：复合激发剂质量比为14～20：2～4：1～2。

9、作为优选，所述外添加剂为生石灰，是一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料，溶于水时发生剧烈的水化反应并生成氢氧化钙，进一步与固化材料及工程软土颗粒表面的活性氧化硅和氧化铝反应生成的水化硅酸钙凝胶体和水化铝酸钙凝胶体，从而使土体骨架密实，强度提升，具备火山灰反应特性。

10、作为优选，所述复合激发剂同时包括碳酸钙和氢氧化钠，所述复合激发剂中的碱能有效破坏胶凝组分中的玻璃体结构，使得玻璃体中的硅氧四面体和铝氧四面体解聚生成低聚合的水化凝胶；

11、所述碳酸钙与氢氧化钠的质量比为：1～2：1；

12、所述水与工程软土的质量比为：0.35～0.45：1。

13、作为优选，述锂渣的比表面积大于400m2/kg。

14、作为优选，所述锂渣为硅铝质工业废渣，含有低聚合度的si-o-si共价键和al-o-al共价键结构，具有潜在胶凝活性，在碱性条件下火山灰活性得到有效激发。

15、本发明还提供一种新型复合激发锂渣基固化剂的软土固化方法，将所述新型复合激发锂渣基固化剂固化工程软土时，其软土固化方法包括如下步骤：

16、(1)将工程软土、工业废渣分别进行预处理，获得预处理后的工程软土及锂渣；

17、(2)按配比称取步骤(1)预处理后的预处理工程软土和锂渣；

18、(3)按配比称取外添加剂、复合激发剂和水，将固化剂中各材料机械搅拌均匀，获得具有潜在胶凝活性固化剂干混料，将水加入固化剂干混料搅拌均匀得到固化剂浆料；

19、(4)将步骤(3)的具有胶凝活性的固化剂浆料倒入预处理后的工程软土中拌合均匀得到无机固化土混合浆料；

20、(5)将步骤(4)的混合浆料浇筑至指定区域，覆盖土工布养护直至规定龄期，即得到工业废渣软土固化体。

21、作为优选，所述预处理包括将工程软土中的大块有机质、矿物质去除，然后简单破碎，筛分，获得预处理工程软土；将工业固体废弃物中的矿物杂质去除，然后破碎，筛分，获得预处理工业废渣；所述预处理工程软土、预处理工业废渣的粒径不宜大于2mm。

22、采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明将工业固废作为二次资源再利用，变废为宝，既能实现工业固废的大规模利用，也能减少水泥的用量，节能减排，有助于解决工业固体废弃物的环境污染问题，实现环境和经济效益的双赢。

23、(2)本发明以工业废渣为主要固化材料，充分利用废渣中的硅铝质组分改善对工程软土的固化效果，原料来源广泛，成本低廉，固化工艺简单，成效显著。本发明采用复合激发剂激活硅铝质玻璃体发生火山灰反应生成低聚合凝胶，能调节工程软土的酸性环境，改善固化土体特性，固化效果良好。

技术特征：

1.一种新型复合激发锂渣基固化剂，其特征在于：所述固化剂按质量分数计，包括

2.根据权利要求1所述的新型复合激发锂渣基固化剂，其特征在于：所述固化材料为锂渣。

3.根据权利要求2所述的新型复合激发锂渣基固化剂，其特征在于：固化剂中锂渣：生石灰：复合激发剂质量比为14～20：2～4：1～2。

4.根据权利要求1所述的新型复合激发锂渣基固化剂，其特征在于：所述外添加剂为生石灰，是一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料，溶于水时发生剧烈的水化反应并生成氢氧化钙，进一步与固化材料及工程软土颗粒表面的活性氧化硅和氧化铝反应生成的水化硅酸钙凝胶体和水化铝酸钙凝胶体，从而使土体骨架密实，强度提升，具备火山灰反应特性。

5.根据权利要求2所述的新型复合激发锂渣基固化剂，其特征在于：所述复合激发剂同时包括碳酸钙和氢氧化钠，所述复合激发剂中的碱能有效破坏胶凝组分中的玻璃体结构，使得玻璃体中的硅氧四面体和铝氧四面体解聚生成低聚合的水化凝胶；

6.根据权利要求2所述的新型复合激发锂渣基固化剂，其特征在于：述锂渣的比表面积大于400m2/kg。

7.根据权利要求2所述的新型复合激发锂渣基固化剂，其特征在于：所述锂渣为硅铝质工业废渣，含有低聚合度的si-o-si共价键和al-o-al共价键结构，具有潜在胶凝活性，在碱性条件下火山灰活性得到有效激发。

8.根据权利要求1-7任意一所述的新型复合激发锂渣基固化剂的软土固化方法，其特征在于：将所述新型复合激发锂渣基固化剂固化工程软土时，其软土固化方法包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的新型复合激发锂渣基固化剂及软土固化方法，其特征在于：所述预处理包括将工程软土中的大块有机质、矿物质去除，然后破碎，筛分，获得预处理工程软土；将工业固体废弃物中的矿物杂质去除，然后破碎，筛分，获得预处理工业废渣；所述预处理工程软土、预处理工业废渣的粒径不宜大于2mm。

技术总结
本发明公开了一种新型复合激发锂渣基固化剂及软土固化方法，所述固化剂包括固化材料、外添加剂及复合激发剂，其中固化材料具有潜在胶凝活性。所述方法将工业废渣锂渣进行预处理，按配比称取工业废渣锂渣灰体、外添加剂生石灰及碳酸钙与氢氧化钠复合激发剂，机械搅拌均匀，获得具有潜在胶凝活性固化剂干混料；按配比称取水，搅拌得到固化剂浆料；将固化剂浆料倒入工程软土中拌合均匀得到无机固化土混合浆料；将混合浆料浇筑及养护后得到所述工业废渣软土固化体。本发明固化效果优良，促进工业废渣作为二次资源再利用，变废为宝，有利于解决工业固体废弃物的环境污染问题。研制锂渣基固化剂的方法流程简单，施工效率高，材料成本低廉、设备要求低及能耗小，具有广阔的市场前景。

技术研发人员：杨建宇,杨林,杨伟军
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8