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| 明挖工程渣土回填的固废基固化剂及应用 现有明挖工程渣土的处置方式主要为填埋处理，将渣土直接回填后再于土层最上方加盖一层正常土壤，这种方式的回填易导致渣土承载力不足，且造成水土流失，对周围建筑地基安全问题、人类生产生活质量产生负面影响。因此近年来渣土回填采用掺加固化剂的改良回填方式，实现一定的资源化利用。 目前常见的明挖工程渣土固化剂一般为水泥、石灰等，其特点是经济成本较高，制作过程排放大量二氧化碳对环境污染较大，资源化利用情况不明显。明挖工程渣土固化后强度受周围环境影响较大，主要受二氧化碳侵蚀以及渗水侵蚀影响，普通固化剂对一系列特殊环境不具有针对性，抵抗能力不足。 基于以上特点及功能需求分析，采用二氧化碳封存技术与固废材料和防渗技术联合使用的方法，能够有效弥补固化剂抵抗二氧化碳侵蚀和渗水侵蚀能力不足的现象，增强资源化利用率，并且能够大大降低明挖工程渣土固化回填工程的经济成本。同时，封存一定量的二氧化碳，有助于减轻温室效应的影响。 “二氧化碳封存技术与固废材料、防渗技术”的结合是一种经济有效的渣土回填手段，拟对抗碳化侵蚀能力、水稳定性能力进行补足，对二氧化碳封存和固废利用进行充分的验证分析，以提高对渣土回填对特殊环境的抵抗能力以及对资源进行更大限度的利用。 技术内容 基于上述背景技术分析，本技术的技术目的在于提出了一种应用于明挖工程渣土回填的固废基固化剂及其应用，主要针对明挖工程渣土回填中，明挖渣土固化回填经常使用普通固化剂，普通固化剂的制作过程对环境存在较大污染，且资源化利用率低经济成本高，以及固化效果对抵抗二氧化碳侵蚀以及渗水侵蚀的能力不具备针对性的问题。 为了达到上述目的，第一方面，本技术通过大量试验对比，设计了应用于明挖工程渣土回填的固废基固化剂：与明挖渣土固化回填经常使用普通固化剂不同的是，本技术制备的固废基固化剂在抵抗二氧化碳侵蚀能力方面有显著提高，对二氧化碳侵蚀环境具有针对性；尤其是针对在二氧化碳侵蚀下抗压强度具有成长性，具备一定的二氧化碳封存能力。 第二方面，本技术制备的固废基固化剂在抵抗渗水侵蚀能力方面具有显著提高，水稳定性好，基于防渗技术，较普通固化剂本技术提出的固废基固化剂对临水环境具有针对性和适用性。 第三方面，本技术固化剂的原材料取自按质量计95%左右均为固废材料，相较明挖渣土固化回填经常使用普通固化剂，对固废的资源化利用程度大大提高。 第四方面，本技术固化剂引入的废水泥、硅晶粉作为固化材料，在基础化学反应的基础上增加微集料填充效应和活化特性，对明挖渣土固化回填达到更好固化效果。 本技术采用的技术方案在于提出了一种明挖工程渣土回填的固废基固化剂，包括普通固废材料、固碳固废材料和防渗透侵蚀材料；上述普通固废材料包括脱硫石膏和硅晶粉；上述固碳固废材料为废水泥粉；上述防渗透侵蚀材料包括环氧树脂和麦秆纤维。 进一步地，所述硅晶粉来源为高炉炼铁时产生的工业副产物，为工业固废；硅晶粉作与脱硫石膏结合发生火山灰反应，产生胶凝团材料提升回填土强度，并存在微集料填充效应。所述废水泥粉和硅晶粉的粒径小于0.15mm；脱硫石膏和麦秆纤维粉粒径小于0.2mm。 进一步地，所述废水泥粉为长期堆放或存放不当导致已经产生部分水化的无法满足销售需求与工程应用的普通硅酸盐水泥；普通硅酸盐水泥经过破碎处理，过100目筛网后得到废水泥粉。废水泥粉活性部分在回填土固化过程中发生水化反应，生成胶凝材料以协同硬化；废水泥粉不活性部分充当回填土的粗骨料，提供前期强度；废水泥粉在水化反应中能够与空气中的二氧化碳接触时发生碳化反应，生成氢氧化钙且重新具备活化能力进行二次硬化。上述普通硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa，42.5MPa或52.5MPa中的一种或几种。 进一步地，所述脱硫石膏的初凝时间不低于4min，2h抗折强度不低于4MPa以及2h抗压强度不低于8MPa。所述脱硫石膏为烟气脱硫作业产生的工业副产物，脱硫石膏遇水凝结形成胶凝团材料。 进一步地，环氧树脂和麦秆纤维为固化剂的防渗透侵蚀材料；环氧树脂粉遇水呈胶结状，将其掺入回填土中封锁回填土土团微粒之间的孔隙，阻拦水分子渗透；通过掺加麦秆纤维提高回填土抗剪强度。 进一步地，所述环氧树脂在25℃下粘度为6-10Pa·s，环氧当量不低于210g/eq。所述麦秆纤维在650℃下燃烧60min，其灰分不高于10.5%。 进一步地，所述硅晶粉的密度不低于2.4g/cm3，二氧化硅含量不低于95%，莫氏硬度不低于6.8。 进一步地，固废基固化剂的28d抗压强度中，其无侧限抗压强度范围在1.21-5.93MPa之间。 明挖工程渣土为干土。 应用流程为：对明挖工程渣土进行晾晒预处理得到风干渣土，风干渣土含水率不超过5%；将固废基固化剂与风干渣土拌合均匀，随后加入预先准备无污染的拌合用水，拌合均匀得到固废改良渣土回填土混合料；将固废改良渣土回填土混合料回填至明挖基坑中，采用振荡压实法进行压实，压实度不低于2.05g/cm3，最后采用混凝土路面养护工艺对明挖基坑进行养护。 所述拌合用水以偏碱性水。 需要注意地是，固废改良渣土回填土有三个施工要点：1）所述废水泥要将其破碎过筛，以防止其拌合不均匀的情况；2）固废基固化剂配比可根据气候环境、工程需求、土质情况等不同影响进行设计计算；3）该回填土拌合完成后需要于半小时内回填至基坑中，通过振荡压实令其压实度达到2.05-2.15g/cm3，其养护和现有混凝土路面养护工艺相似。 与现有技术相比较，1、本技术固废基固化剂可以解决明挖渣土堆放和运输产生的成本损耗，通过改良回填，扩大资源利用率。为工业固废提供一种合理的处理途径，解决了普通回填土对抗渗透、抗碳化侵蚀能力差的问题，以及承载力低的问题。使用本技术的固废基固化剂可以使回填土最终的无侧限抗压强度达到1.21MPa以上，通过调整配比可以达到5.93MPa，大大提高回填土无侧限抗压强度和承载力。 2、本技术固废基固化剂的配比模式采用了“二氧化碳封存技术与固废材料、防渗技术”的组合方式，将普通固废材料、固碳固废材料与防渗透侵蚀材料三者作为协同组分进行搭配。不仅填补了固化剂市场上针对抗碳化侵蚀能力固化剂的缺失，还弥补了其在抗渗透领域对降低水流冲刷作用影响的空白；随时间推移，其在碳化环境下的承载力强度不仅不会降低，甚至还会有所增强，是可成长性质的新型固化剂。 3、本技术固废基固化剂，将二氧化碳封存技术、防渗技术与固废材料联合使用，是一种提高明挖工程回填渣土强度和恶劣环境抗性的高性价比技术手段。与传统固化剂相比，利用大量工业固废作为固化剂主体，造价相应降低，因此在技术、经济方便具有可行性。 固废协同固化的道路基层材料制备方法及应用 高液限红黏土是碳酸盐岩在热带、亚热带湿热气候条件下经物理、化学风化和第四纪以来的红土化作用而形成的一种呈褐红、棕红等颜色、颗粒较细的高塑性黏土体，它具有黏粒含量大、含水量高，具有一定的胀缩性，收缩性尤其明显，在土的划分中属于不良土的范畴。道路建设中对于该种类型的土，大多采用的是直接废弃换填或者改良的方式进行处置。采用直接换填的方式会占用土地资源不利于环境保护；而改良通常采用掺石灰或者砂的方式，也仅限于路基填筑，附加值低的同时，成本还会显著增加。 建筑垃圾产生量巨大，约占城市垃圾中的40％。在“碳达峰，碳中和”大背景和“固废废弃物资源化利用”大需求的加持下，政府大力扶持，企业愈发重视，目前建筑垃圾破碎分选行业已经日渐成熟，逐步产业化、规模化了。目前若建筑垃圾细粉用于路基填筑，还需增加一道拌和工艺，显然不具性价比。若用于道路基层，对性能的要求会显著提升，现有的常规的处理手段难以解决微粉含量过高带来的容易开裂等问题。 本技术的主要目的是提供一种固废协同固化的道路基层材料、制备方法及应用，旨在解决现有技术利用高液限红黏土和建筑垃圾细粉制备的道路基层容易开裂等问题。 为实现上述目的，本技术提供一种固废协同固化的道路基层材料，按质量份计，所述固废协同固化的道路基层材料包括干重高液限红黏土、干重建筑垃圾细粉、无机结合料、固化剂以及水；所述无机结合料包括水泥和/或石灰。 与现有技术相比，本技术至少具有以下优点： 1、本技术采用以“废”治“废”的思路，利用分选后处理难度高的建筑垃圾细粉改良道路工程周边难以处理的高液限红黏土，并通过加入适量的水泥和固化剂对性能进行调控，制备出符合基层性能要求的固废协同固化的道路基层材料，实现固废的高附加值利用； 2、充分考虑了高液限红黏土空隙小、吸水保水性强、透气性差，以及建筑垃圾细粉黏结性差、通气透水性好的物理性能，在高液限红黏土中掺入适量的建筑垃圾细粉，可显著降低高液限红黏土液限、塑性指数，并且建筑垃圾细粉还能起到一定的骨架支撑及空隙填充效果，提升土体压实密度和强度； 3、充分考虑了高液限红黏土硅铝含量高，以及建筑垃圾细粉钙硅含量高的化学性质，通过合适的配比形成合适的钙铝硅比，采用无机结合料提供基础强度，并针对性的开发固化剂进行活性激发及性能调控，保证制备出的基层材料性能符合要求； 4、本技术提供的固废协同固化的道路基层材料、制备方法及应用最大程度的保证了道路基层的工程质量，并且工艺可操作性强，具有大面积推广大的价值。 全固废无害化的软土固化剂及在加固软土中的应用 软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。软土的天然孔隙比大于或等于1.0，软土地基因其强度低、压缩量高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大，往往给道路工程带来很大的麻烦，因此需要进行处理，以防止地基沉降、坍塌的麻烦。 目前加固软土的通用做法是水泥搅拌法，采用水泥作为固化剂，其质量占原状土的10％到20％，通过搅拌机械在软土里喷射浆液或者雾状粉体，将水泥在软土中拌和均匀，在地基深处就地将软土固化成具有较高承载力的水泥固化土。 但水泥生产过程中产生粉尘，不但污染作业场所，而且通过大烟筒放出还会成为环境污染的重要来源，并且生产水泥的过程中会产生CO2，不符合现在国家的低碳环保战略。硅酸盐水泥作为软土固化材料时，并不能有效填充固化土中的孔隙，限制了固化土强度的提高；且固化效果受土壤类别的限制，对塑性指数高的粘土、裂土、有机土及盐渍土固化效果不理想。此外，因硅酸盐水泥初终凝时间无法调整，尤其在低温环境下其凝结时间过长，限制了工程进展；后期干燥收缩较大、易开裂。因此，亟需开发更合适的软土固化剂。 磷石膏是指由磷矿石生产肥料而形成的副产品硫酸钙水合物，它主要组分是石膏(CaSO4·2H2O)，还含有磷、氟等有害物质。石膏是建筑业中广泛使用的材料，但通常不使用磷石膏。磷石膏的利用率有所提升，但全国现有堆存量依然很大，且仍然以每年超过5000万吨的净增量增长。如何大量利用磷石膏已经成为了非常重要的一个问题。 赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0-2.0吨赤泥，一般因氧化铁含量较高而呈赤红色。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。随着赤泥的堆存量越来越大以及对环境造成的污染越来越严重，最大限度地资源化利用赤泥已刻不容缓。 电石渣是电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，其浆体为灰褐色浑浊液体。在静置后分成三部分，澄清液、固体沉积层及中间胶体过渡层。电石渣具有强碱性，不经处理排放会堵塞下水道，壅积河床，危害渔业生产。 目前，基于磷石膏、赤泥和电石渣持续大面积堆放，并且需要尽可能减少水泥的利用率。因此，急需研发一种新的固废配比以利用这些大量堆积且对环境有不利影响的固废，使其能够在软土固化中得到应用，既体现了商业价值又实现了环保意义。 本技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，而提供一种以全固废为原料加固软土地基的方法，以解决现有软土地基处理中使用大量水泥，无法满足社会需求以及工业生产中的废料难以进行处理的问题。 为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案： 一种全固废无害化的软土固化剂，按质量百分比包括如下组分：磷石膏、赤泥、电石渣和矿粉。 本技术与现有技术相比具有以下有益效果： (1)本技术首次发现磷石膏-赤泥-电石渣协同激发矿粉，具有非常优良的力学性能，原因为：电石渣碱性极强，使用pH计测定pH值为12以上，含有90％以上的CaO，此为激发源1；赤泥的pH值为10.29-11.83，Al2O3的含量大于27％以及Fe2O3含量大于26％，此为激发源2；磷石膏的pH值为2-5，含有70％以上的CaSO4·2H2O，此为激发源3。在激发源中，电石渣提供丰富的钙元素，OH-协同激发矿渣发生火山灰反应可生成水化硅酸钙(C-S-H)、水化铝酸钙(C-A-H)凝胶，赤泥提供的铝与磷石膏提供的硫酸盐共同激发矿渣可生成水化硫铝酸钙(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)等晶体型水化产物，体系中发生碱激发反应与类似于硫铝酸盐水泥的水化反应。生成的水化硫铝酸钙不仅可以使物相体积增长120％左右，还可以吸收大量的自由水。体积的膨胀作用可以填充软土中的孔隙，使得固化土体积结构更加的致密，孔隙量降低。钙矾石针状结构相互交错与形成的C-S-H形成独特的空间网状结构，使得孔隙得到细化，使其具有更好的承载能力。 (2)本技术应用的电石渣均值粒径为5-10μm，矿粉均值粒径为10-15μm，赤泥均值粒径为15-20μm，磷石膏均值粒径为20-40μm，可以形成良好的颗粒物理级配，使得电石渣-矿渣的火山灰反应、赤泥-矿渣的碱激发反应以及赤泥-磷石膏-电石渣的类硫铝酸盐水泥水化反应达到最优的水化效果，最终使得固化剂力学性能与工作性能达到最优。本技术不仅考虑了化学的协同激发，而且考虑了物理上的良好级配，因此形成了考虑物理-化学相互作用的全材料尺度全固废胶凝材料级配设计方法。 (3)传统使用的碱激发材料为氢氧化钠或者水玻璃，而本技术采用的固化剂为电石渣和赤泥协同激发，利用电石渣的高钙性来提高固化土的强度，同时，电石渣可以固化磷石膏中的有害物质，例如磷、氟，同时也固化赤泥中的重金属，得到双赢的效果。且本技术的固化剂可以根据施工场地土的性质以及组成成分，适当调节对应的配比以及掺入量，并且该固化剂未使用任何其他外加剂，不需要指定的养护条件以及成型条件，使得固化剂具有更好的适用性以及路用效果，应用前景更加广阔。 (4)本技术使用的原材料均为固废，完全取代水泥，成本低廉，原材料来源广泛，并且大量堆积会造成严重的环境污染，因此具有良好的经济性和环保性。根据计算，本技术制备的以固废为原材料的软土固化剂比以水泥为主要材料的软土固化剂节约至少30％-60％的成本，价格优势明显，且符合现行国家的低碳排放环保战略，对固废的多元化利用具有深远意义。 技术资料费380元，包括生产配方、原料介绍、工艺流程等。 |
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