【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程材料，具体涉及基于固废渣土协同全粒径优化的流态固化土与制备方法。
技术介绍
1、盾构渣土作为一种工程渣土，目前国内仅有少部分通过筛分处理后用作同步注浆材料，制作浇筑建材产品、高强高密度陶粒、种植土等进行了资源化利用，而大部分的盾构渣土主要采用传统露天堆放或填埋的方式进行处理，不仅占用了大量土地资源、恶化城市环境，而且造成渣土中大量的砂石、黏土等资源的浪费。此外，过高的渣土堆放可能会引发诸如滑坡等灾害。为解决这些问题，需要研发一种行之有效的资源再利用方法，实现变废为宝的目标。而流态固化土是一种被广泛用于各种回填工程中的回填材料，对土质要求很低，因此，将工程渣土作为原材料制作流态固化土是可行的。土壤颗粒级配对土体的物理力学性能有非常重要的影响，即使是同一种土质的土，如果颗粒级配不同，其工程性质将具有较大差异，尤其对于粗颗粒土。毫无疑问，颗粒级配是土体最重要的物理性质指标之一，然而目前对盾构渣土的资源化利用缺乏该方面的实践，导致在实际工程中流态固化土的性能较差，未能将渣土的潜力充分发掘，从而限制了其资源化利用。
2、流态固化土存在流动度、泌水率和抗压强度难以协调的问题。目前，提高流态固化土流动性的方法主要是增加用水量和添加减水剂，而这两种方法在提高流态固化土流动度的同时也会增加泌水，使流态固化土的稳定性降低。
3、石墨作为一种无机非金属材料，在电气、化工、国防等领域占有重要地位。然而，由于石墨矿开采的同时会伴随遗留大量尾矿，特别是近年来伴随着石墨矿的快速开采，石墨尾矿的产生量急剧上升，对生
4、目前，在土体固化时主要采用水泥作为胶凝材料，水泥的生产过程会导致大量污染，因此迫切需要寻找替代水泥的新型绿色环保胶凝材料。碱激发固废基胶凝材料是一种以工业废弃物和天然矿物为原料的绿色新材料，将其作为渣土固化剂是建筑业的发展趋势，这种方法具有重要的工程和环境价值，有望为解决盾构渣土处理问题提供可行的方案。
5、然而，碱激发胶凝材料仍然存在一些问题，石墨尾矿、赤泥、钢渣、粉煤灰等存在活性较的问题。一方面，通过超细磨粉对其进行粒径区间优化，可以显著提高其火山灰活性，使之成为令人满意的胶凝材料来源。另一方面，通过使用氢氧化钠、水玻璃等强碱来激发胶凝材料的活性。尽管强碱激发剂可以提高碱激发胶凝材料的力学性能，但同时也带来了成本高、高碱度引发碱集料反应以及对环境产生危害等问题。虽然弱碱激发剂的使用解决了强碱激发剂带来的许多问题，但其促进矿物相溶出的速度较慢，导致激发强度不足，从而导致碱激发胶凝材料的强度发展缓慢。然而，有机碱激发剂通过与矿物相离子形成络合物，加速矿物相离子的溶出，并生成稳定的配位化合物，提高溶液中离子浓度，促进水化产物的生成。随着矿物相离子的持续被消耗，有机碱激发剂又会不断促进矿物相离子的溶出，加快胶凝材料的强度发展。然而，单独使用有机碱激发剂的成本较高。因此，将有机碱激发剂与无机碱激发剂复合，可以结合两者的优势，解决单一使用无机强碱激发剂和有机碱激发剂的弊端。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于固废及渣土协同的全粒径优化的流态固化土及制备方法，通过采用碱激发固废基胶凝材料作为渣土固化剂，不再使用水泥用作土壤固化剂，从而减少了能源消耗和二氧化碳排放，同时应用石墨尾矿、赤泥、矿渣粉、粉煤灰、钢渣等工业固废，降低固废垃圾的存储，实现盾构渣土和工业固废的资源化利用。同时，通过复合增稠剂、减水剂、发泡剂和活性氧化镁的协同作用解决了流态固化土流动性与泌水率和抗压强度之间难以协调的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
3、固废-渣土协同及全粒径优化的流态固化土，由以下重量份的原材料制成：①全粒径优化盾构渣土1512-1680份，包括：特粗砂：2-4目盾构砂100-155份；粗砂：4-10目盾构砂150-185份；中砂：10-18目盾构砂200-260份、18-40目盾构砂254-308份；细砂：40-80目盾构砂260-324份、80-200目盾构砂214-256份、40-200目石墨尾矿155-178份；特细砂：200-400目盾构砂130-180份；②全粒径优化固废基胶凝材料585-654份，包括：改性石墨尾矿64-88、赤泥a 20-25份、赤泥b 30-42份、赤泥c 60-83份、矿渣a 60-78份、矿渣b 95-127份、粉煤灰a 30-48份、粉煤灰b 64-89份、钢渣a 24-30份、钢渣b 30-36份、钢渣c 52-67粉；③拌合用水309-384份，包括盾构废水329-405份、水化硅酸钙4-6份、去离子水40-49份、kh-570硅烷偶联剂1-1.5份、无水乙醇8-12份、质量分数3%的阳离子聚丙烯酰胺3-4份、聚合氯化铝6-9份；④复合型碱激发剂315-362份，包括：碳酸钠135-159份、碳酸氢钠59-72份、硫酸钠21-25份、去离子水105-122份、甲基二乙醇胺1.2-2.4份、二异丙醇胺2.2-3.8份、四乙醇胺1-1.8份、十二烷基硫酸钠2.8-3.6份；⑤复合增稠剂8-12份，包括：纤维素醚1.5-2.5份、淀粉醚1.5-2.5份、膨润土1.2-1.5份、去离子水5-6份；⑥减水剂7-9份；⑦发泡剂7-9份；⑧活性氧化镁24-30份；⑨消泡剂12-15份。原材料组分经过烘干，破碎，超细磨粉以及分级筛分步骤获得，各组分粒径区间分别为：改性石墨尾矿<75 μm、赤泥a<5 μm、赤泥b 5-20 μm、赤泥c20-75 μm、矿渣a 3-10 μm、矿渣b 10-20 μm、粉煤灰a<10 μm、粉煤灰b 10-50 μm。
4、固废-渣土协同及全粒径优化的流态固化土与制备方法，采用二次投料工艺和特定的搅拌工艺，具体包括以下步骤：
5、（1）盾构渣土粒径优化，利用筛分机或筛网筛选出大粒径粗骨料（＞10mm），通过颚式破碎机将大粒径粗骨料破碎至最大粒径小于10mm；将破碎后的渣土进行脱水处理，使其含水率≤20％；对脱水处理后所得盾构渣土进行分级筛分；
6、（2）制备改性石墨尾矿，首先进行高温活化，将石墨尾矿置于高温炉内，煅烧设备的升温速率控制10℃/min，达到750℃后持续煅烧2h；冷却，高温煅烧完成后，将石墨尾矿从高温炉内取出置于室内通风环境下冷却1-2h；机械活化，对进行高温活化后的石墨尾矿进行二次活化（机械活化），采用行星式球磨机进行研磨，在500-800r/min速率下研磨5h；
7、（3）制备拌合用水，将水化硅酸钙粉末和去离子水加入烧杯中，在360w的超声功率下超声震荡10-15min；超声震荡完成后，将烧杯放入恒温水浴锅中并升温至90℃；将kh-570硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，然后缓慢加入上述烧杯中，以120-240 r/min速率搅拌1.5-2h；反应完成后，使用无水乙醇洗涤样品不少于3次，然后干燥得到改性水化硅酸钙；用恒温水浴锅将质量分数3%的阳离子聚丙烯酰胺溶液在55-65本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.固废-渣土协同及全粒径优化的流态固化土，其特征在于：由以下重量份的原材料制成：①全粒径优化盾构渣土1512-1680份，包括：特粗砂：2-4目盾构砂100-155份；粗砂：4-10目盾构砂150-185份；中砂：10-18目盾构砂200-260份、18-40目盾构砂254-308份；细砂：40-80目盾构砂260-324份、80-200目盾构砂214-256份、40-200目石墨尾矿155-178份；特细砂：200-400目盾构砂130-180份；②全粒径优化固废基胶凝材料585-654份，包括：改性石墨尾矿64-88、赤泥a 20-25份、赤泥b 30-42份、赤泥c 60-83份、矿渣a 60-78份、矿渣b 95-127份、粉煤灰a 30-48份、粉煤灰b 64-89份、钢渣a 24-30份、钢渣b 30-36份、钢渣c 52-67粉；③拌合用水309-384份，包括盾构废水329-405份、水化硅酸钙4-6份、去离子水40-49份、KH-570硅烷偶联剂1-1.5份、无水乙醇8-12份、质量分数3%的阳离子聚丙烯酰胺3-4份、聚合氯化铝6-9份；④复合型碱激发剂315
2.固废-渣土协同及全粒径优化的流态固化土与制备方法，其特征在于：采用二次投料工艺和特定的搅拌工艺，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述固废-渣土协同及全粒径优化的流态固化土与制备方法，其特征在于：步骤（1）中，对脱水处理后所得盾构渣土进行分级筛分，其中，一级筛分处理中选用的一级振动筛为2目筛，二级筛分处理中选用的二级振动筛为4目筛，三级筛分处理中选用的三级振动筛为10目筛，四级筛分处理中选用的四级振动筛为18目筛，五级筛分处理中选用的五级振动筛为40目筛，六级筛分处理中选用的六级振动筛为80目筛，七级筛分处理中选用的七级振动筛为200目筛，八级筛分处理中选用的八级振动筛为400目筛。
4.根据权利要求1-2所述盾构废水，其特征在于：盾构废水为步骤（1）经脱水处理后所得含泥浆废水，其泥浆含量小于15%，有机质含量小于5%。
5.根据权利要求1所述发泡剂，其特征在于：由松香型植物发泡剂按1：50的比例用水稀释后发泡而成，密度为45~60kg/m3。
6.根据权利要求1所述硫酸钠纯度≥99.5％，碳酸钠纯度≥99.0％，碳酸氢钠纯度≥99.5％，甲基二乙醇胺纯度≥95.0％，二异丙醇胺纯度≥99.0％，四乙醇胺纯度≥99.5％，十二烷基硫酸钠纯度≥99.5％。
7.根据权利要求1-2所述复合型碱激发剂，其特征在于：由以下步骤制备而成：
8.根据权利要求1-2所述复合增稠剂，其特征在于：由以下步骤制备而成：
9. 根据权利要求1-2所述赤泥在磨粉之前符合国家标准GB50986-2014中的规定；所述矿渣在磨粉前为符合国家标准GB/T18046-2008的S95级矿渣；所述粉煤灰在磨粉前为符合国家标准GB/T1596-2017的II级粉煤灰；所述钢渣在磨粉前符合国家标准GB/T20491-2017中的规定；所述阳离子聚丙烯酰胺符合国家标准GB/T 31246-2014中的规定；所述聚合氯化铝符合国家标准GB/T22627-2022中的规定；所述纤维素醚为符合国家标准GB/T34263-2017的羟丙基甲基纤维素，黏度为10万mP·S，细度为18%（300目方孔筛筛余）；所述淀粉醚为符合国家标准GB/T20375-2006的羧甲基淀粉，黏度为1万m SP，细度为17%（300目方孔筛筛余）；所述膨润土为符合国家标准GB∕T20973-2020的钠基膨润土，2h吸水率≤150%，细度为6.5%（300目方孔筛筛余）；所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，符合国家标准GB8076-2008中的规定；所述消泡剂为符合国家标准GB/T26527-2011...
【技术特征摘要】
1.固废-渣土协同及全粒径优化的流态固化土，其特征在于：由以下重量份的原材料制成：①全粒径优化盾构渣土1512-1680份，包括：特粗砂：2-4目盾构砂100-155份；粗砂：4-10目盾构砂150-185份；中砂：10-18目盾构砂200-260份、18-40目盾构砂254-308份；细砂：40-80目盾构砂260-324份、80-200目盾构砂214-256份、40-200目石墨尾矿155-178份；特细砂：200-400目盾构砂130-180份；②全粒径优化固废基胶凝材料585-654份，包括：改性石墨尾矿64-88、赤泥a 20-25份、赤泥b 30-42份、赤泥c 60-83份、矿渣a 60-78份、矿渣b 95-127份、粉煤灰a 30-48份、粉煤灰b 64-89份、钢渣a 24-30份、钢渣b 30-36份、钢渣c 52-67粉；③拌合用水309-384份，包括盾构废水329-405份、水化硅酸钙4-6份、去离子水40-49份、kh-570硅烷偶联剂1-1.5份、无水乙醇8-12份、质量分数3%的阳离子聚丙烯酰胺3-4份、聚合氯化铝6-9份；④复合型碱激发剂315-362份，包括：碳酸钠135-159份、碳酸氢钠59-72份、硫酸钠21-25份、去离子水105-122份、甲基二乙醇胺1.2-2.4份、二异丙醇胺2.2-3.8份、四乙醇胺1-1.8份、十二烷基硫酸钠2.8-3.6份；⑤复合增稠剂8-12份，包括：纤维素醚1.5-2.5份、淀粉醚1.5-2.5份、膨润土1.2-1.5份、去离子水5-6份；⑥减水剂7-9份；⑦发泡剂7-9份；⑧活性氧化镁24-30份；⑨消泡剂12-15份。原材料组分经过烘干，破碎，超细磨粉以及分级筛分步骤获得，各组分粒径区间分别为：改性石墨尾矿 < 75 μm、赤泥a < 5 μm、赤泥b 5-20μm、赤泥c 20-75 μm、矿渣a 3-10 μm、矿渣b 10-20 μm、粉煤灰a< 10 μm、粉煤灰b 10-50 μm。
2.固废-渣土协同及全粒径优化的流态固化土与制备方法，其特征在于：采用二次投料工艺和特定的搅拌工艺，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述固废-渣土协同及全粒径优化的流态固化土与制备方法，其特征在于：步骤（1）中，对脱水处理后所得盾构渣土进行分级筛分，其中，一级筛分处理中选用的一级振动筛为2目筛，二级筛分处理中选用的二级振动筛为4目筛，三级筛分处理中选用的三级振动筛为10目筛，四级筛分处理中选用的四级振动筛为18目筛，五级筛分处理中选用的五级振动筛为40目筛，六级筛分处理中选用的六级振动筛为80目筛，七级筛分处理中选用的七级振动筛为200目筛，八级筛分处理中选用的八级振动筛为400目筛。
4.根据权利要求1-2所述盾构废水，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：沙飞，王全峰，董雨龙，张兰盈，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。