一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂的制作方法

专利名称：一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用工业废渣制作的适用于盐渍土固化的固化剂，属于土木工程 地基处理领域。
背景技术：
岩土中易溶盐含量达0. 3%以上，并具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性时，称该岩土 为盐渍土。由于其理化和力学性质与一般岩土迥异，在工程地质及地基基础工程领域被列 为特殊土。盐渍土在我国有大范围分布，现随着我国经济的快速发展，国家沿海战略和西部 大开发战略的深入推进，越来越多的基础工程建设位于盐渍土地区，工程中遇到盐渍土处 理问题也越来越多。采用固化剂对地基土进行固化处理是目前常用的一种技术，但将其用于盐渍土时 就遇到了严峻的问题。由于盐渍土中含有大量盐分，这些盐分与固化剂发生反应，或产生在 一般固化土中不曾产生的有害水化物，或改变固化土中水化物形成以及固化土结构形成的 动力学过程。因此，用于一般土的固化剂往往难以适用于盐渍土地基固化。例如目前使用 的固化剂主要有水泥和含钙的固化剂，由于盐渍土中存在大量硫酸盐、氯盐以及粘土矿物 分解产生的铝，当用水泥和含钙固化剂进行固化处理时，钙与土中的硫(或氯)、铝和水反 应生成水化硫铝酸钙(或水化氯铝酸钙)，水化硫铝酸钙(或水化氯铝酸钙)在生成过程中 固相体积膨胀将导致固化土结构破坏。在现有技术水平下固化剂中不含钙几乎不可能，因 而在盐渍土固化中水化硫铝酸钙(或水化氯铝酸钙)的产生是不可避免的。正因存在这些 技术难题，目前对于含盐量较高的盐渍土固化尚无理想的固化剂。另一方面，近年随着我国工业化进程的快速推进，大量工业废渣被排放，且逐年递 增。工业废渣的堆放占用土地又污染环境，因此废渣的有效处理成为目前我国可持续发展 面临的重要课题。钢渣是炼钢所大量排出的一种工业固体废弃物。钢渣的主要矿物成分包 括硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物所形成的固熔 体，经研磨后钢渣具有水硬活性，可水化生成凝胶类物质。但由于钢渣的活性较低，水化速 率很慢，因此其利用率很低。特别是对一般土的固化，如不采取掺加特殊激发剂等特殊措 施，钢渣几乎不能作为胶凝材料使用。电石渣是电石水解获取工业乙炔后残留的废渣，主要 成分为氢氧化钙；工业废石膏是制造磷酸、氢氟酸等化工试剂所排放的固体废弃物，主要成 分为硫酸钙。目前电石渣和废石膏的利用率也不够理想，这些废渣的存量还在持续增长。寻 求对大宗工业废渣高附加值、资源化利用就成为了一个亟待解决的课题。基于上述两方面的社会需求，本发明提出一个利用工业废渣制备盐渍土固化剂的 技术。研究表明采用固化剂固化盐渍土时，固化剂中的钙与土中的硫(或氯)、铝和水反 应生成水化硫铝酸钙(或水化氯铝酸钙)，水化硫铝酸钙(或水化氯铝酸钙)在生成过程 中体积膨胀，将导致水化硅酸钙等胶结性水化物胶结土颗粒所产生的固化土结构破坏，这 是目前盐渍土固化面临的最主要问题。经大量试验研究发现如果使产生胶结性作用的水 化物(如水化硅酸钙)的生成过程与产生膨胀作用的水化物(水化硫铝酸钙或水化氯铝酸钙)的生成过程相协调，即使胶结性水化物的生成过程减慢，使其主要在膨胀性水化物生 成之后形成，就可避免膨胀性水化物对固化土结构的破坏作用。因此，寻求使胶结性水化物 生成速率减慢的材料就成为了制备盐渍土固化剂的关键。基于上述认识，本发明采用钢渣作为胶结性材料的主要组分，让钢渣水化速率慢 这一在其他领域被视为严重缺陷的特性在盐渍土固化方面成为特有的性能优势；使钢渣这 一在其他领域难以作为主要胶凝材料的废渣，成为盐渍土固化剂制备的重要资源。利用钢 渣产生胶凝性水化产物反应速率缓慢的特性，使胶凝性水化产物与膨胀性水化产物在固化 盐渍土中协调生成，避免膨胀性水化物对早期胶结性水化物形成的固化土结构的破坏，以 达到盐渍土固化的最佳效果。此外，也可根据不同的钢渣水化活性、盐渍土含盐成分及使用 目的，选择性的掺加活性不同的其他废渣对胶结性水化物的生成速率进行调整，以保证胶 结性水化物与膨胀性水化物生成过程的协调性。在盐渍土固化中使用钢渣能够取得良好的 技术效果，还在于可以利用盐渍土中存在的一些盐离子对钢渣活性具有激发作用，使钢渣 的水化过程有所加快。由上述可知，利用工业废渣制备盐渍土固化剂，既解决了盐渍土固化的难题，又达 到了高附加值、资源化利用工业废渣的目的。利用钢渣、电石渣、废石膏等工业废渣制作固 化剂来固化具有特殊土性的盐渍土，固化土强度较高、水稳性较好，优于现有普遍使用的固 化剂。

发明内容
本发明的目的是提供一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂，使经过该固化剂处 理后的盐渍土，具有足够的强度和水稳定性。本发明的固化剂以工业废渣为主要原料，生产 过程能耗较低，因此既经济实用又绿色环保。本发明所述的用于盐渍土固化的固化剂，是一种利用工业废渣制作而成的固化 剂，该固化剂的特征在于包括三种组分(1)组分(i)钢渣或钢渣与一种或多种其它工业废渣的组合物，其它工业废渣 为含活性硅铝的具有潜在水硬性或火山灰性质的废渣，该组分(i)的质量百分比为占 60% -95% ；(2)组分(ii)为电石渣，该组分(ii)的质量百分比为占4% -25% ；(3)组分(iii)为工业废石膏，工业废石膏为化工生产过程或废气处理过程中产 生的以硫酸钙为主要成分的工业性废渣，该组分(iii)的质量百分比为占0%-20%。其中，组分(i)中其它工业废渣为含活性硅铝的具有潜在水硬性或火山灰性质的 废渣，包括高炉矿渣、煅烧煤矸石、铁合金炉渣、有色金属灰渣、磷渣、锂渣、下水污泥煅烧 灰、火山灰、硅灰等。其中，组分(ii)中所述的电石渣可以部分被熟石灰或生石灰或熟石灰、生石灰所 取代。其中，组分(iii)中所述工业废石膏包括磷石膏、氟石膏、硼石膏、芒硝石膏、和排 烟脱硫石膏等以及它们的组合物。其中，本发明所述的盐渍土固化剂，可以用于固化含水量为20% 150%，含盐量 为0. 5% -15%的盐渍土，包含氯盐渍土，硫酸盐渍土，亚氯盐渍土和亚硫酸盐渍土等。
本发明一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂的制备方法，其步骤如下(1)将组分组分(i)、组分(ii)和组分(iii)烘干，分别磨细或混合后磨细，磨细 至比表面积为250m2/kg-600m7kg ；(2)根据盐渍土含盐量、物理化学特性及固化土目标强度来确定固化剂组分(i)、
(ii)、(iii)的质量百分比，并将其均勻混合搅拌，得到该盐渍土固化剂。本发明所述的盐渍土固化剂，使用该固化剂固化盐渍土时，依据固化土的目标强 度来确定总掺入比。本发明固化剂可以干粉或浆液的形式用于水泥拌合土法、水泥土搅拌桩法、深层 搅拌法、粉喷桩法、高压旋喷法以及申请号为200910083099. 5、201010153656. 9的围海造
地施工方法等工法，工艺简单。本发明固化剂的功效和优点是它提供了一种高效实用的盐渍土固化剂，用该固 化剂固化盐渍土，可使固化土有足够的强度与水稳定性；该固化剂由多种工业废渣混合而 成，生产工艺过程也只是简单的烘干、磨细和机械拌合，绿色环保，造价低廉，操作简单，易 于实现；该固化剂在干燥条件下化学性质稳定，便于保存。
具体实施例方式下面以具体实施例对本发明作进一步的说明。实施例1一种硫酸盐渍土含水量25%，含盐量为5%。固化剂由组分(i)、(ii)组成，组分 ⑴为钢渣与高炉矿渣组合物，分别占总质量的50%和40%，合计90% ；组分(ii)为电石 渣和熟石灰，分别占总质量的5%和5%，合计10%。将各组分磨细至比表面积为350m2/kg 进行混合。将该固化剂与盐渍土充分拌合，均勻搅拌，然后按一定工艺进行铺摊碾压，形成 具有一定承载力和稳定性的固化土路基或简易路面。实施例2一种氯盐渍土含水量为70%，含盐量为8%。固化剂由组分(i)、(ii)、(iii)组 成，组分⑴为钢·，占总质量的75% ；组分(ii)为电石渣，占总质量的10% ；组分(iii) 为磷石膏，占总质量的15%。将各组分混合磨细至比表面积为400m2/kg。采用深层搅拌法 进行盐渍土固化施工。实施例3一种氯盐渍淤泥含水量为w = 120%，含盐量为9%。固化剂由组分(i)、(ii)、
(iii)组成，组分⑴为钢渣和磷渣的组合物，分别占总质量的45%和20%，合计65%；组 分(ii)为电石渣和生石灰组合物，分别占总质量的15%和10%，合计25%;组分(iii)为 排烟脱硫石膏，占总质量的10%。将组分混合磨细至比表面积为400m2/kg。采用申请号为 200910083099. 5的吹填淤泥围海造地的施工工艺，将盐渍淤泥与固化剂充分拌合，吹填于 围填海的区域，形成具有一定承载力的地基。实施例4一种亚氯盐渍土含水量为w = 48%，含盐量为12%。固化剂由组分(i)、(ii)、 (iii)组成，组分(i)为钢渣、煅烧煤矸石和火山灰的组合物，分别占总质量的20%、25%和 25%，合计70%;组分(ii)为电石渣和熟石灰的组合物，分别占总质量的15%和5%，合计20% ；组分(iii)为芒硝石膏，占总质量的10%。将各组分混合磨细至比表面积为350m2/ kg。采用粉喷桩法进行盐渍土固化施工。实施例5一种硫酸盐渍土含水量为w = 30%，含盐量为2%。固化剂由组分(i)、(ii)组成， 组分(i)为钢渣和锂渣的组合物，分别占总质量的60%和15%，合计75%;组分(ii)为电 石渣，占总质量的25%。将各组分混合磨细至比表面积为500m2/kg。采用高压旋喷桩法进 行盐渍土固化施工。实施例6一种亚硫酸盐渍土含水量为w = 90%，含盐量为5%。固化剂由组分(i)、(ii)、 (iii)组成，组分⑴为钢渣、有色金属灰渣和硅灰的组合物，分别占总质量的20%、40%和 10%，合计70% ；组分(ii)为电石渣与生石灰，分别占总质量的5%和20%，合计25% ；组 分(iii)为氟石膏，占总质量的5%。将各组分混合磨细至比表面积为450m2/kg。采用采 用申请号为201010153656.9的吹填淤泥造地的施工工艺，将盐渍土与固化剂充分拌合，吹 填于围填海区域的接岸带，形成具有一定承载力的场地。实施例7一种亚氯盐渍土含水量为w = 55%，含盐量为3%。固化剂由组分⑴、(ii)、(iii) 组成，组分(i)为钢渣、铁合金炉渣和下水污泥煅烧灰的组合物，分别占总质量的15%、 40%和30%，合计85% ；组分(ii)为电石渣，占总质量的10% ；组分(iii)为硼石膏，占总 质量的5%。将各组分混合磨细至比表面积为550m2/kg。采用深层搅拌法进行盐渍土固化 施工。实施例8一种海底氯盐渍淤泥含水量为w = 80%，含盐量为6.5%。固化剂由组分(i)、 (ii)、(iii)组成，组分⑴为钢渣和铁合金炉渣的组合物，分别占总质量的51%和40%， 合计91%;组分(ii)为电石渣，占总质量的4%;组分(iii)为芒硝石膏，占总质量的5%。 将各组分混合磨细至比表面积为260m2/kg。采取普通吹填淤泥造地的施工工艺，将盐渍淤 泥与固化剂充分拌合，吹填于围海造地区域，形成具有一定承载力的地基。实施例9一种氯盐渍土含水量为w = 60%，含盐量为5%。固化剂由组分(i)、(ii)、(iii) 组成，组分(i)为钢渣和硅灰的组合物，分别占总质量的40%和20%，合计60%;组分(ii) 为电石渔，占总质量的20%;组分(iii)为排烟脱硫石膏和氟石膏组合物，分别占总质量的 10%和10%，合计20%。将各组分混合磨细至比表面积为600m2/kg。采用高压旋喷法进行 盐渍土固化施工。实施例10一种亚硫酸盐渍土含水量为w = 120%，含盐量为5.4%。固化剂由组分(i)、 (ii)、(iii)组成，组分(i)为钢渣、高炉矿渣、有色金属灰渣和下水污泥煅烧灰的组合物， 分别占总质量的20%、20%、20%和20%，合计80%;组分(ii)为电石渣与熟石灰，分别占 总质量的5%和10%，合计15% ；组分(iii)为氟石膏和芒硝石膏组合物，分别占总质量的 2. 5%和2.5%，合计5%。将各组分混合磨细至比表面积为420m2/kg。采用采用申请号为 201010153656.9的吹填淤泥造地的施工工艺，将盐渍土与固化剂充分拌合，吹填于围填海区域，形成具有一定承载力的场地。实施例11一种硫酸盐渍土含水量为63%，含盐量为6%。固化剂由组分(i)、(ii)组成，组 分⑴为钢·，占总质量的95%;组分(ii)为电石渣，占总质量的5%。将各组分混合磨细 至比表面积为460m2/kg。采用固化剂拌合土法进行盐渍土固化施工。实施例12一种氯盐渍土含水量为w = 86%，含盐量为7%。固化剂由组分(i)、(ii)、(iii) 组成，组分(i)为钢渣和有色金属灰渣的组合物，分别占总质量的55%和15%，合计70% ； 组分(ii)为电石渣，占总质量的10% ；组分(iii)为磷石膏、排烟脱硫石膏和氟石膏组合 物，分别占总质量的10%、5%和5%，合计20%。将各组分混合磨细至比表面积为600m2/ kg。采用粉喷桩法进行盐渍土固化施工。
权利要求
1.一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂，其特征在于它包括三种组分(1)组分⑴钢渣或钢渣与一种或多种其它工业废渣的组合物，质量百分比占 60% -95% ；(2)组分(ii)为电石渣，质量百分比占4%-25% ；(3)组分(iii)为工业废石膏，质量百分比占0%-20%。
2.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣制作盐渍土固化剂的制备方法，其特征在 于其制备方法如下(1)首先将组分组分(i)、组分(ii)和组分(iii)烘干，分别磨细或混合后磨细，磨细 至比表面积为250m2/kg-600m7kg ；(2)根据盐渍土含盐量、物理化学特性及固化土目标强度来确定固化剂组分(i)、 (ii)、(iii)的质量百分比，并将其均勻混合搅拌，得到该盐渍土固化剂。
3.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂，其特征在于该固 化剂固化的盐渍土含盐量为0.5% -15%，包含氯盐渍土，硫酸盐渍土，亚氯盐渍土和亚硫 酸盐渍土。
4.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂，其特征在于组分(i)中其它工业废渣为含活性硅铝的具有潜在水硬性或火山灰性质的废渣，包括高炉矿渣、 煅烧煤矸石、铁合金炉渣、有色金属灰渣、磷渣、锂渣、下水污泥煅烧灰、火山灰、硅灰。
5.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂，其特征在于组分(ii)中所述的电石渣，其为电石渣或电石渣与熟石灰组合物或电石渣与生石灰所组合物或 电石渣与熟石灰、生石灰组合物。
6.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂，其特征在于组分(iii)中所述工业废石膏包括磷石膏、氟石膏、硼石膏、芒硝石膏、和排烟脱硫石膏以及它们 的组合物。
全文摘要
一种利用工业废渣制作的盐渍土固化剂，由下列组分组成组分(i)钢渣或钢渣与一种或多种其他工业废渣的组合物，质量百分比占60％-95％；组分(ii)为电石渣，质量百分比占4％-25％；组分(iii)为工业废石膏，质量百分比占0％-20％。其制备方法为(1)首先将组分组分(i)、组分(ii)和组分(iii)烘干，分别磨细或混合后磨细，磨细至比表面积为250m2/kg-600m2/kg；(2)根据盐渍土含盐量、物理化学特性及固化土目标强度来确定固化剂组分(i)、(ii)、(iii)的质量百分比，并将其均匀混合搅拌，得到该盐渍土固化剂。
文档编号C09K17/06GK102002366SQ20101052680
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者程寅, 黄新 申请人:武汉华荣科技发展有限责任公司