一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法技术

本发明专利技术涉及建筑建材技术领域，具体涉及一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法。由磷石膏、脱硫灰、偏高岭土、锂化膨润土、煅烧煤矸石粉、石灰、硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、硅藻土、水玻璃和烧碱组成。使用本发明专利技术可对土壤的结构和工程性质进行改善，从而延长道路的使用寿命，节省工程维修成本，经济环境效益俱佳，是当前理想的筑路材料选择。本发明专利技术适用于道路地基加固、水利工程中的护坡、防渗、简易公路、环保工程和水土保持等领域。

Soil stabilizer prepared from phosphogypsum and desulfurized ash and its use method

The invention relates to the technical field of building materials, in particular to a soil solidifying agent prepared from phosphogypsum and desulfurization ash and its application method. It consists of phosphogypsum, desulfurized lime, metakaolin, lithium bentonite, calcined gangue powder, lime, Portland cement clinker, steel slag powder, diatomite, sodium silicate and caustic soda. The invention can improve the structure and engineering properties of the soil, thereby prolonging the service life of the road, saving the engineering maintenance cost and having good economic and environmental benefits, and is an ideal choice of road building materials at present. The invention is applicable to the fields of road foundation reinforcement, slope protection in hydraulic engineering, seepage prevention, simple highway, environmental protection engineering and soil and water conservation, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法
本专利技术涉及建筑建材
，具体涉及一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法。
技术介绍
磷石膏是硫酸萃取磷矿制磷酸的副产物，生产1吨磷酸（以100%P2O5计）副产磷石膏约5吨。由于我国目前对磷复肥的需求量越来越大，因而在生产过程中产生的磷石膏的量也越来越大，这些磷石膏的堆积对环境的压力也逐渐增加。脱硫灰是燃煤电厂干法脱硫产生的副产物，其由于含有粉煤灰中夹杂着部分脱硫石膏（主要成分为CaSO4.2H2O和CaSO4），体积稳定性不好，作为混凝土掺合料使用对混凝土性能有负面影响，不宜在混凝土中直接利用，有一定的堆存量。这些磷石膏和脱硫灰的堆积不仅占用了大量的土地，而且易造成环境污染，越来越受到环保部门的关注。特别是江、河、湖、海沿岸，旅游点等环境敏感地区的企业，环保压力越来越大，搞好磷石膏和脱硫灰的综合利用和无害化处理成为磷肥工业、电力工业可持续发展的关键。土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用于固化各类土壤的新型节能环保工程材料。它与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质，能将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来，使得土壤胶团表面电流降低，胶团所吸附的双电层减薄，电解质浓度增强，颗粒趋于凝聚，体积膨胀而进一步填充土壤孔隙，在压实功的作用下，使固化土易于压实和稳定,从而形成整体结构，并达到常规所不能达到的压密度。经过土壤固化剂处理过的土壤，其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能都得到了很大的提高，从而延长了道路的使用寿命，节省了工程维修成本，经济环境效益俱佳，是当前理想的筑路材料选择。偏高岭土、煅烧煤矸石粉、钢渣粉可在磷石膏、脱硫灰与碱性物质综合作用下，激发出火山灰活性，提高土壤固化剂的长期力学性能。锂化膨润土和硅藻土作为保水增稠组分，在石灰浆体中吸水膨胀，并通过层间的吸附作用将煅偏高岭土、烧煤矸石粉、钢渣粉和石灰颗粒连接在一起，降低了颗粒沉降，不产生泌水现象。相对于现有传统的土壤固化剂，本专利技术具有节能环保、生产成本低、施工方便、力学性能、保水性、耐久性能好等优点。经检索，利用磷石膏、脱硫灰、偏高岭土、锂化膨润土、煅烧煤矸石粉、钢渣粉等制备土壤固化剂，在国内尚属首次。
技术实现思路
本专利技术目的在于利用磷石膏、脱硫灰、偏高岭土、锂化膨润土、煅烧煤矸石粉、石灰、硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、硅藻土、水玻璃、烧碱制备土壤固化剂，提供一种成本低、工作性能高、力学性能好、耐久性能高的利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法。本专利技术提出的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，由磷石膏、脱硫灰、偏高岭土、锂化膨润土、煅烧煤矸石粉、石灰、硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、硅藻土、水玻璃和烧碱组成，各组分的重量比为：磷石膏100脱硫灰10-40偏高岭土63-95锂化膨润土1-8煅烧煤矸石粉18-30石灰7-20硅酸盐水泥熟料5-20钢渣粉1-7硅藻土0.5-2水玻璃0.2-3.5烧碱0.1-1.5。各组分较佳的重量比为：磷石膏100脱硫灰10-30偏高岭土73-88锂化膨润土1-6煅烧煤矸石粉20-25石灰8-14硅酸盐水泥熟料6-10钢渣粉2-4硅藻土0.8-1.8水玻璃0.5-1.5烧碱0.25-0.75。本专利技术提出的利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂的制备方法，具体步骤为：按前述的重量比例称量各组份，将原料通过物理机械混合均匀后，即得到所需产品。本专利技术中，磷石膏的作用一是加速矿渣粉中惰性SiO2玻璃体在碱性条件下的破碎；二是作为填充剂为固化体提供一定的机械强度，磷石膏自身不具有与矿渣粉类似的固化能力；三是其中残留的磷酸盐可以固化部分阳离子重金属，减少其浸出量。脱硫灰是燃煤电厂干法脱硫产生的副产物，其由于含有粉煤灰中夹杂着部分脱硫石膏（主要成分为CaSO4.2H2O和CaSO4），体积稳定性不好，作为混凝土掺合料使用对混凝土性能有负面影响，不宜在混凝土中直接利用，有一定的堆存量。而将脱硫灰少量用于本专利技术中，其中的粉煤灰具有火山灰作用，脱硫石膏可作为粉煤灰、偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉的活性激发剂。本专利技术中，偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉的作用是提供火山灰活性物质，是固化剂的主体之一，但由于偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉中缺少足够的Ca2+，仅靠偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉自身不能提供足够的固化强度，需要含钙激发剂激发其活性。本专利技术中，锂化膨润土是钙基膨润土在Li2CO3和LiOH溶液中通过离子交换作用改性而得的产品。锂化膨润土和硅藻土的吸水膨胀率都较大，具有较好的增稠保水作用。本专利技术中，水玻璃是碱金属硅酸盐的玻璃状熔合物，水解后生成NaOH和含水硅胶（SiO2·aq），前者可以大大提高液相pH值（＞13），激发了矿渣水化反应；后者能与矿渣溶于水中的Ca2+、Al3+等反应生成C-S-H凝胶或水化铝硅酸钙，改善混凝土结构，从而提高强度。火山灰材料矿渣粉、煅烧煤矸石粉等比表面积大，具有很高的火山灰活性，与水泥中的氢氧化钙发生火山灰反应，加速水化，提高强度。本专利技术中，石灰作为化学添加剂使用，加入水泥浆体后，可提高水化体系的碱度，对矿渣粉起到碱性激发的辅助效果。本专利技术中，磷石膏、脱硫灰作为胶凝材料与水拌合后，可渗入到土壤结构内部中，发生水化反应，产生水化产物，可在短时间内与被修复体的缺陷壁形成整体。偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉可在石灰的作用下，与石灰生产的产物Ca(OH)2产生水化反应，改善胶凝体系的微观结构，提高耐久性。本专利技术中，所述磷石膏取自磷肥厂，在60℃温度下烘干，主要矿物组成为CaSO4·2H20。本专利技术中，所述脱硫灰取自燃煤电厂，比表面积大于等于280m2/Kg，SO3质量分数大于等于4.0%。本专利技术中，所述偏高岭土由高岭土在（600-800）℃煅烧而成，比表面积大于等于340m2/Kg。本专利技术中，所述锂化膨润土为钙基膨润土在Li2CO3和LiOH溶液中通过离子交换作用改性而得，比表面积大于等于360m2/Kg的产品。本专利技术中，所述煅烧煤矸石粉为煤矸石粉于(700-900)℃煅烧5h后磨细而成，平均粒径小于30µm，氮吸附法测定的比表面积大于500m2/kg。本专利技术中，所述石灰的CaO含量在65-75%，有机质含量应小于30%，比表面积为12-15m2/kg。本专利技术中，所述硅酸盐水泥熟料密度为3160kg/m3，比表面积大于等于300m2/kg。本专利技术中，所述钢渣粉密度为3280kg/m3，比表面积大于等于350m2/kg。本专利技术中，所述硅藻土由天然硅藻土煅烧并磨细得到，细度325目至500目，SiO2质量分数为80%-94%，Al2O3质量分数为3%-5%，Fe2O3质量分数为1.0%-1.5%。本专利技术中，所述水玻璃原始模数n=3.02，固含量s=37.00%，使用时配制成模数n=1.0的水溶液。本专利技术中，所述烧碱为工业级。本专利技术提出的利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂的使用方法为：按照土壤重量的6%-10%将土壤固化剂掺入土壤中，翻拌均匀，压实即可。本专利技术作为土壤固化剂使用，可改良土壤的工程性质，且具有一定保水性，力学性能与耐久性均十分优异。使用本专利技术可对土壤的结构和工程性质进行改善，从而延长道路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，各组分的重量比为：磷石膏                                      100脱硫灰                                      10‑40偏高岭土                                    63‑95锂化膨润土                                  1‑8煅烧煤矸石粉                                18‑30石灰                                        7‑20硅酸盐水泥熟料                              5‑20钢渣粉                                      1‑7硅藻土                                      0.5‑2水玻璃                                      0.2‑3.5烧碱                                        0.1‑1.5。...

【技术特征摘要】
1.一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，各组分的重量比为：磷石膏100脱硫灰10-40偏高岭土63-95锂化膨润土1-8煅烧煤矸石粉18-30石灰7-20硅酸盐水泥熟料5-20钢渣粉1-7硅藻土0.5-2水玻璃0.2-3.5烧碱0.1-1.5。2.根据权利要求1所述的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于各组份的重量比为：磷石膏100脱硫灰10-30偏高岭土73-88锂化膨润土1-6煅烧煤矸石粉20-25石灰8-14硅酸盐水泥熟料6-10钢渣粉2-4硅藻土0.8-1.8水玻璃0.5-1.5烧碱0.25-0.75。3.根据权利要求1所述的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于所述磷石膏取自磷肥厂，在60℃温度下烘干，主要矿物组成为CaSO4·2H20。4.根据权利要求1所述的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于所述脱硫灰取自燃煤电厂，比表面积大于等于280m2/Kg，SO3质量分数大于等于4.0%。5.根据权利要求1所述的一利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于所述偏高岭土由高岭土在（600-800）℃煅烧而成，比表面积大于等于340...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振平，张世杰，冀言亮，李嘉伟，田俊涛，刘恒，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31