一种基于工业有机固废的膨胀土改良剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于工业有机固废的膨胀土改良剂及其应用，膨胀土改良剂按照质量百分比，由以下组分组成，木质素：70％～76％；氯化钙：12％～15％；粉煤灰：12％～15％。将膨胀土改良剂均匀混合至膨胀土中，压实成型，养护至规定龄期。膨胀土改良剂制作包括以下步骤：第一步，将工业制浆造纸废液进行喷雾干燥，获得木质素；第二步，将乙炔制造厂的废弃电石渣晾晒处理，使其含水量降低至10％以下，然后与废盐酸混合加热反应，获得氯化钙；第三步，将木质素、氯化钙与F级粉煤灰混合均匀，得到膨胀土改良剂。经本发明专利技术的改良剂改良后的膨胀土的自由膨胀率降低明显；改良剂环保、低廉，应用前景广阔；应用方法简单且经济、可操作性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于工业有机固废的膨胀土改良剂及其应用
本专利技术涉及岩土工程或道路工程施工领域，具体涉及一种基于工业有机固废的膨胀土改良剂及其应用。
技术介绍
膨胀土是一种特殊土，具有颗粒分散性高、黏土矿物含量多、对环境湿热变化敏感等特点。这种土吸水膨胀软化、失水收缩干裂，是我国工程建设中常见的灾害性土之一。膨胀土路基遇水浸泡后，路基土膨胀，表层出现“蓬松层”或者“橡皮泥”；干燥失水后，土体干缩龟裂，雨水可通过裂缝直接进入土体深处，降低路基承载力，严重情况时会产生崩解、隆起和局部坍塌等现象，对道路行车安全产生显著危害。对于膨胀土路基，我国相关道路路基设计规范明确规定：膨胀土不得直接用于路基填筑，必须经过一定的处理且试验论证后，才可用于工程建设。目前，我国对于膨胀土的处置尚未有经济、高效和绿色的相关成熟技术。化学改良土体技术是在不良土体中添加化学药剂，通过改良剂与土体矿物间复杂的物理化学作用，最终达到改善土体工程性质的目的。传统土体改良技术经过近百年的发展，在施工技术、设计理论和改良机理方面均取得了长足的进步。膨胀土常用的改良材料有水泥、石灰和石膏等钙基无机材料。虽然这些材料在提高强度与耐久性，降低膨胀率和渗透性等方面表现出卓越的性能，但在现代工程建设需要和绿色发展的背景下仍存在一定的缺陷：(1)水泥、石灰等材料的生产需要大量不可再生的化石能源，消耗天然黏土等自然资源；(2)制造过程中排放的二氧化碳、粉尘和二氧化硫等有害气体，加剧温室效应的同时，威胁周围环境的安全；(3)水泥土、石灰土等改良土的pH值呈强碱性，混凝土、钢结构等地下构筑物的服役寿命在此碱性环境中受到严重影响。因此，在现有膨胀土改良技术的背景下，亟需探索、开发新型、高效和环保的膨胀土改良剂，提高我国膨胀土处置的技术水平。随着绿色发展理念的不断深入，人们积极探索将各种工业废弃资源应用于土木工程建设中，提高资源的利用率。木质素就是众多工业固废中常见的一种有机材料。木质素是存在于植物木质部中的一种高分子有机化合物，具有维持植物强度和韧性的作用，在自然界中储量十分丰富，仅次于纤维素，且每年以500亿吨的速度再生。我国制浆造纸行业每年产生大量的副产品木质素，其主要成分为木质素磺酸盐类。这类有机固废物质，具有多个活性官能基团，可发生氧化、还原、水解、接枝共聚等多种化学反应。木质素已作为减水剂、黏合剂、固沙剂应用于混凝土制造、橡胶生产和农业生产等多个领域。目前，我国对于制浆造纸的副产品木质素尚未有效利用，约95％的废料直接排入江河或浓缩后作为燃料烧掉，资源利用效率很低。若利用木质素的多种化学活性，将其应用于路基膨胀土改良中，在消耗大量工业固废材料的同时，减少环境污染，降低工程建设成本，将具有良好的经济效益和社会效益。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有膨胀土处置技术存在的上述问题，提供一种基于工业有机固废的膨胀土改良剂及其应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于工业有机固废的膨胀土改良剂，所述的膨胀土改良剂按照质量百分比，由以下组分组成：木质素：70％～76％；氯化钙：12％～15％；粉煤灰：12％～15％。按上述方案，所述的改良剂中木质素、氯化钙和粉煤灰的质量比为5:1:1。按上述方案，所述的木质素来源于工业制浆造纸副产品，其中主要成分按照质量百分比为：木质素磺酸盐，60％～85％；纤维素，5％～7％；半纤维素，3％～5％；水分<3％。按上述方案，所述的粉煤灰来源于电厂废料，其中氧化钙含量小于或等于10％，属于F类粉煤灰。本专利技术还提供了一种上述基于工业有机固废的膨胀土改良剂的应用，将2％～5％掺量的膨胀土改良剂通过路基土拌合的方法，均匀混合至膨胀土中，并利用施工机械压实成型，养护至规定龄期。按上述方案，膨胀土改良剂的制作包括以下步骤：S1、将所得的工业制浆造纸废液进行喷雾干燥，获得含水量低于3％的固体粉末状木质素；S2、将乙炔制造厂的废弃电石渣晾晒处理，含水量降低至10％以下，然后将废盐酸与干燥电石渣混合加热反应，获得氯化钙；S3、将步骤S1获得的木质素、步骤S2获得的氯化钙与F级粉煤灰按照设定的质量比混合均匀，得到膨胀土改良剂。本专利技术所取得的有益效果为：1.经本专利技术膨胀土改良剂改良后的膨胀土(简称改良土)的自由膨胀率和膨胀势远低于素土，改良效果显著；其改良效果与传统水泥材料效果相比略差，但木质素和粉煤灰属于工业副产品，具有资源再利用和保护环境的意义；改良土的收缩特性较素土有明显改善，室内条件下改良土的线缩率显著低于未改良土；改良膨胀土的强度亦得到一定程度的提高，改良剂中粉煤灰组分与土体矿物经过一系列物理化学作用，产生胶凝产物联结、包裹颗粒并填充空隙，形成稳定的土体结构；2.膨胀土改良剂环保、价格低廉，取材广泛，应用前景广阔；本专利技术的膨胀土改良剂中的主要组分木质素来源于工业废弃材料，氯化钙源自固废电石渣材料，粉煤灰亦是燃煤电厂的主要排放废弃物之一，取材十分广泛，变废为宝；3.改良剂的应用简单且经济、可操作性强，本专利技术的膨胀土改良剂的应用步骤主要为三步，对两种组分进行简单的物理干燥和化学反应后即可获得所需改良材料，不需要复杂的技术设备和专业的操作人员；新型改良剂应用于路基膨胀土改良中与传统路基土拌合法施工方法基本相同，不需要额外的机械设备，方法简单，可操作性强。附图说明图1是本专利技术实施例膨胀土改良剂改良粉土与石灰改良粉土线缩率的变化图；图2是本专利技术实施例膨胀土改良剂改良粉土与石灰改良粉土养护28天后水稳系数的变化图；图3是现有技术8％掺量石灰改良粉土养护7天/28天后质量损失率随干湿循环次数的变化图；图4是本专利技术实施例提供的12％掺量膨胀土改良剂改良粉土养护7天/28天后质量损失率随干湿循环次数变化的结果图；图5是本专利技术实施例提供的膨胀土改良剂改良膨胀土与水泥改良膨胀土养护7天后的最终膨胀率随改良剂掺量变化的关系图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本实施例提供了一种基于工业有机固废的膨胀土改良剂，膨胀土改良剂按照质量百分比，由以下组分组成：木质素：70％～76％；氯化钙：12％～15％；粉煤灰：12％～15％。优选的，改良剂中木质素、氯化钙和粉煤灰的质量比具体为5:1:1。木质素来源于工业制浆造纸副产品，其中主要成分按照质量比为：木质素磺酸盐(60％～85％)、纤维素(5％～7％)、半纤维素(3％～5％)和微量水分(<3％)。粉煤灰来源于电厂废料，其氧化钙含量不得高于10％，属于F类粉煤灰，氯化钙由乙炔制造厂的废弃电石渣与废盐酸混合加热后得到。膨胀土改良剂的制作包括以下步骤：第一步，将所得的工业制浆造纸废液进行喷雾干燥，获得含水量低于3％的固体粉末状木质素；第二步，将乙炔制造厂的废弃电石渣晾晒处理，含水量降低至10％以下，然后将废盐酸与干燥电石渣混合加热反应，获得氯化钙；第三步，将第一步获得的木质和第二步获得的氯化钙与F级粉煤灰按照设定的质量比例5:1:1混合均匀，得到本专利技术所提供的膨胀土改良剂。实施例中膨胀土改良剂的应用为，将2％～5％掺量的改良剂通过路基土拌合的方法，均匀混合至膨胀土中，并利用施工机械压实成型，养护至规定龄期。本专利技术的膨胀土改良剂中的主要组分木质素来源于工业废弃材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于工业有机固废的膨胀土改良剂，其特征在于：所述的膨胀土改良剂按照质量百分比，由以下组分组成：木质素：70％～76％；氯化钙：12％～15％；粉煤灰：12％～15％。

【技术特征摘要】
1.一种基于工业有机固废的膨胀土改良剂，其特征在于：所述的膨胀土改良剂按照质量百分比，由以下组分组成：木质素：70％～76％；氯化钙：12％～15％；粉煤灰：12％～15％。2.根据权利要求1所述的基于工业有机固废的膨胀土改良剂，其特征在于：所述的改良剂中木质素、氯化钙和粉煤灰的质量比为5:1:1。3.根据权利要求1所述的基于工业有机固废的膨胀土改良剂，其特征在于：所述的木质素来源于工业制浆造纸副产品，其中主要成分按质量比组成为：木质素磺酸盐，60％～85％；纤维素，5％～7％；半纤维素，3％～5％；水分，<3％。4.根据权利要求1所述的基于工业有机固废的膨胀土改良剂，其特征在于：所述的粉煤灰来源于电厂废料，其中氧化钙含量小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，段隆臣，张驿，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42