利用工业废渣制备的软土固化剂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及软土地基处理技术领域，更具体地说涉及一种能够广泛替代水泥用于加固软土地基的环保型软土固结材料即利用工业废渣制备的软土固化剂。
【背景技术】
[0002]软弱地基主要是指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。软土是一种特殊土，它具有含水量高、压缩性大、抗剪强度低、固结系数小等特点。在外荷载作用下，需要经过较长时间压缩固结才能稳定，同时会产生较大沉降及不均匀变形，所以需要进行人工处理，以改变地基土的结构，改善地基土的力学性能，保证建筑物的正常使用。水泥土搅拌法加固软黏土地基的一种较常用的地基加固方法，它是以材料水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械边钻进边往软土中喷射浆液或雾状粉体，在地基深处就地将软土固化成具有足够强度、变形模量和稳定性的水泥土，这些加固主体与柱体间的土构成了一种复合地基。搅拌法常用的固化剂是水泥，用量占原状土的7%到20%之间，即水泥的用量是相当多的。而生产一吨水泥就要排放约1吨C02，对环境的污染相当严重。最大限度的利用工业废渣生产绿色建材是当今材料业的一个研究主体。
[0003]脱硫石膏、钢渣、矿渣、铝渣作为排放量越来越多的工业废渣，对环境造成极大压力，而如果能用这些废弃物替代水泥作为软土固化剂，将具有很大的经济意义和环保效益。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的不足，提供一种既可以充分利用废弃资源，减少矿山开采、减少C02排放量、改善环境和降低能耗，实现节能减排；同时，也可满足软土地基处理中无侧限抗压强度要求的利用工业废渣制备的软土固化剂。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为:一种利用工业废渣制备的软土固化剂，该固化剂由以下重量百分比的各组分制备:钢渣35?65%，矿渣30?50%，脱硫石膏10?30%，硫铝酸盐熟料2?6%，普硅水泥熟料2?4%，铝渣2?5%，水泥0?5%;以上各组分的重量百分比之和为100%。
[0006]作为优选，本发明上述的利用工业废渣制备的软土固化剂，该固化剂由以下重量百分比的各组分制备:钢渣35?45%，矿渣35?45%，脱硫石膏10?15%，硫铝酸盐熟料2.5?5%，普硅水泥熟料2?3%，铝渣2?3%，水泥0?5%。
[0007]本发明的水泥的作用主要是激发废弃物胶凝材料水化反应活性，提高固化土体早期强度的作用；当激发剂用量少的时候水泥用量增加，早期强度会增加明显，但水泥的使用对环境存在影响，在早期强度能满足实际需求时下可以不用。
[0008]作为优选，所述的钢渣是炼钢厂废渣经热泼法(行业通知的处理方法)处理、球磨至比表面积大于400m2/kg，单质铁含量小于1%的钢渣微粉，是固化剂的主要固化材料，对土体具有胶凝作用。
[0009]作为优选，所述矿渣为粒化高炉矿渣，经粉磨后比表面积大于400m2/kg，28天活性指数大于95%的矿渣微粉。
[0010]作为优选，所述脱硫石膏为火力发电厂湿法烟气脱硫产生的湿排石膏，脱硫石膏中主要化学成分为二水石膏(CaS04*2H20)，二水石膏的质量百分含量大于50%。二水石膏是由湿排石膏在60°C烘箱中烘干，再由球磨机磨细得到。
[0011]作为优选，所述脱硫石膏为半水石膏(CaS04.0.5H20)，半水石膏为由火电厂湿排石膏加热至170°C度以上得到。
[0012]本发明的脱硫石膏可以是二水石膏也可以是半水石膏，半水石膏比二水石膏活性更好，更有利于固化剂在固化过程中的水化。
[0013]作为优选，所述的硫铝酸盐熟料(硫铝酸盐水泥熟料)主要成分为三氧化二铝，7天抗压强度达到60MPa以上，抗折强度为8MPa以上。
[0014]作为优选，所述的普硅水泥熟料(硅酸盐水泥熟料)7天抗压强度达到25MPa以上，抗折强度为5MPa以上。
[0015]作为优选，所述的硫铝酸盐熟料及普硅水泥熟料作为钢渣激发剂用，混合掺量控制在5%以上、10%以下，其中硫铝酸盐熟料掺量大于等于普硅水泥熟料掺量(硫铝酸盐作为一种具有早强功能的材料，提高其用量，对激发固化土早期强度效果明显，但同时与普硅水泥熟料相互结合可以发生协同效应，进一步提高早期强度效果)。
[0016]作为优选，所述的铝渣是电解铝企业的含铝废弃物，三氧化二铝含量达45%以上，7d(7天)膨胀率彡0.025%,28d(28天)膨胀率彡0.05%。水化过程中具有微膨胀效果，可以抵消土体固化中收缩效应。
[0017]作为优选，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级42.5。可作为外加剂，起到土体初期固化强度上升缓慢的问题，并对钢渣有一定的激发效果。
[0018]本发明所述的一种利用工业废渣制备的软土固化剂在软土地基处理中的应用，所述软土固化剂的掺入比一般为土体质量的8%?20%，可视具体土质而定。
[0019]本发明的优点和有益效果:
[0020]1.本发明的固化剂，90%的原材料不需要经过煅烧处理，二氧化碳等废气排放几乎可以忽略，因而，降低能耗且具有很好的环境协调性；同时，本发明充分利用火电厂、炼钢厂等企业的工业废渣制备软土固化剂，降低了这些企业的环保压力，同时也解决了水泥行业资源紧缺的问题，变废为宝，具有较大的经济效益和环保效益。
[0021]2.本发明充分运用钢渣、矿渣、脱硫石膏、铝渣玻璃体结构中含有的CaO、Si02、A1203等活性氧化物具有一定的潜在水化活性的特性，将其运用至软土固化剂中，特别是经过物理粉磨以后形成的固化微粉进一步增强了其水化活性，更能够在水泥、硫铝酸盐熟料、普硅水泥熟料组分的化学反应作用下激发活性，并与软土中活性CaO、A1203成分发生反应生成含水的硅酸钙和铝酸钙，最终达到加固土体，满足土体无侧限抗压强度的要求。
[0022]3.本发明通过脱硫石膏提供的硫酸根离子不仅能与矿渣和钢渣中分解出的铝酸根阴离子团作用，而且形成的水化硫铝酸盐可以促进矿渣的解聚水化，同时促进矿渣、钢渣水化生成C-S-H凝胶，与软土颗粒具有团聚作用，可提高土体的无侧限抗压强度；本发明的矿渣激发后水化产物为硅酸盐相同的C-S-H凝胶，钢渣粉的化学成分和矿物相组成与水泥熟料相似，具有一定的活性；脱硫石膏含有较多的二水硫酸钙，其固化后产生钙矾石，具有支撑及充填性作用；铝渣水化后主要产生铝酸三钙，与脱硫石膏均混合有相应的微膨胀效果，用这些废弃物替代水泥作为软土固化剂，将具有很大的经济意义和环保效益。
[0023]4.本发明可以通过改变掺入量和水灰比(水与固化剂质量比)来满足常用土体固化剂水泥对土的固化效果。
【具体实施方式】
[0024]下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例:
[0025]试件制备及测试:采用宁波地区淤泥质粉质黏土(液限37.5%，含水率37% )作为固化对象进行固化，钢渣、矿渣、铝渣、脱硫石膏硫铝酸盐和普硅水泥熟料