專利名稱：一種筑路用的赤泥固化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑材料，具體的說(shuō)是一種筑路用的赤泥固化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
赤泥是以鋁土礦為原料，在生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)堿性固化廢物。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年排放赤泥近一千萬(wàn)噸，隨著氧化鋁的產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)和鋁土礦品位的逐漸降低，赤泥的年產(chǎn)量還將不斷增加。赤泥綜合利用仍屬世界性難題，國(guó)際上對(duì)赤泥主要采用堆存覆土的處置方式，不僅占用大量土地，而且會(huì)產(chǎn)生二次污染。根據(jù)工業(yè)和信息化部和科技部曾聯(lián)合發(fā)文(2010-401號(hào)文件)對(duì)提高赤泥綜合利用率和技術(shù)水平，減少赤泥堆存對(duì)環(huán)境、安全造成的影響，促進(jìn)赤泥綜合利用工作，提出赤泥綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)。我國(guó)赤泥綜合利用工作近年來(lái)得到各方面的高度重視，開(kāi)展了跨學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合利用技術(shù)研究工作，如赤泥提取有價(jià)金屬，配料生產(chǎn)水泥、建筑用磚、礦山膠結(jié)充填膠凝材料、路基固結(jié)材料和高性能混凝土摻合料、化學(xué)結(jié)合陶瓷(CBC)復(fù)合材料、保溫耐火材料、環(huán)保材料等。但是赤泥中含堿鈉量高并且含有很多放射性元素，使得上述技術(shù)在推廣過(guò)程中具有一定的局限性，致使赤泥廢渣在全球的存量有增無(wú)減。由此還帶來(lái)一系列的環(huán)境效應(yīng)，如污染農(nóng)田、河流等等。關(guān)于赤泥固化作鋪路材料的研究已有文獻(xiàn)報(bào)道。將赤泥濾餅制粒并放入回轉(zhuǎn)窯中烘干燒結(jié)，由此制成的粒料比重大、強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，用來(lái)鋪設(shè)公路，完全符合浙青路面表層、中層和底層的要求。若在赤泥中加入速凝劑，可用作寒冷地區(qū)的路基材料，防凍性能良好。北京礦冶研究總院與廣西平果鋁業(yè)公司聯(lián)合研制出了利用赤泥、粉煤灰和石灰， 在慘入少量外加劑的基礎(chǔ)上性能優(yōu)良的新型赤泥道路基層。赤泥道路基層的配方是赤泥占 80%-90%，石灰占5%-10%，粉煤灰占5% 10%，固化劑為O. 2%。施工工藝為赤泥、粉煤灰、石灰、 固化劑-攪拌混合-攤鋪-整平碾壓-成型養(yǎng)護(hù)，成型過(guò)程中要求石灰采用消化石灰，在施工前7d消化，赤泥含水率要求在20% 27%，粉煤灰含水率在28%左右。在以往的研究中，主要采用石灰、水泥、石膏、粉煤灰等固化材料，從滿足道路基層所需的力學(xué)性能方面看，這些固化材料無(wú)疑是可行的，均未研究赤泥堿的影響，這在工程實(shí)際中具有較大風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)楣袒w中的堿如果不能有效固定，一方面可能會(huì)淋出污染水源和土壤，造成更大面積的環(huán)境污染；另一方面，可能因毛細(xì)現(xiàn)象滲出形成白霜，導(dǎo)致固化體膨脹酥裂而使道路發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。

發(fā)明內(nèi)容
為解決在現(xiàn)有道路基層建設(shè)時(shí)在赤泥中加入水泥、石灰等固化材料，可能導(dǎo)致的環(huán)境污染或者道路結(jié)構(gòu)破壞問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種筑路用的赤泥固化劑及其制備方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為一種筑路用的赤泥固化劑，按重量比，該赤泥固化劑的原料由10-30份的氧化硅、10-40份的氧化鋁、5-20份的氧化鈣、 10-20份的工業(yè)副產(chǎn)堿渣、5-10份的四氫鄰苯二甲酸酐酯和5-10份的乙二醇雙偏苯三酸酐酯組成，其制備方法包含以下步驟
1)按重量比，將5-20份的氧化鈣和10-20份的工業(yè)副產(chǎn)堿渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于O. 074mm，備用；
2)按重量比，取10-30份的氧化硅和10-40份的氧化鋁混合均勻后，粉碎至中小顆粒物料粒度不大于O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不超過(guò)15%，備用；
3)按重量比，取5-10份的四氫鄰苯二甲酸酐酯在150-200°C溫度下加熱24小時(shí)，然后自然固化，備用；
取5-10份的乙二醇雙偏苯三酸酐酯先在150°C溫度下加熱I小時(shí)然后在180°C溫度下加熱4小時(shí)，之后自然固化，備用；
將上述固化后的四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯混合破碎成中小顆粒物料粒徑不大于O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不得超過(guò)5%，備用；
4)將步驟1、2、3的制得物混合3-5min，制得赤泥固化劑；
該赤泥固化劑的使用方法如下
O取制備好的赤泥固化劑和赤泥強(qiáng)制混合3-5分鐘,混合過(guò)程中加入占赤泥固化劑和赤泥總重量10-40%的水，攪拌均勻后制得混合料，備用；
所述的赤泥固化劑加入量為赤泥固化劑和赤泥總重的10-30%，其余為赤泥；
2)將步驟I制得的混合料攤鋪在路面上，攤鋪厚度為300-350mm，自然放置2h；
3)碾壓成型，成型厚度為150-160_，然后保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于2 5d，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后即可在此路面基層上鋪設(shè)面層。本發(fā)明將氧化硅、氧化鈣和氧化鋁等活性物質(zhì)混合，利用其有效成分相互搭配，通過(guò)合理的工藝、優(yōu)化的配方，制成固化劑與赤泥拌和后在精料的催化下發(fā)生離子交換促使赤泥顆粒凝聚，同時(shí)固化劑中膠凝材料通過(guò)水化反應(yīng)，使赤泥凝結(jié)硬化，并在較短的時(shí)間內(nèi)就具有較高的工作強(qiáng)度，并且不會(huì)發(fā)生重金屬及放射性元素等的外滲，可用于公路路面結(jié)構(gòu)層底基層、基層，真正做到變廢為寶、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的作用，為鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展解除難題。有益效果使用本發(fā)明制得的赤泥固化劑與赤泥筑路，和現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
①?gòu)?qiáng)度、板體性、耐久性、水穩(wěn)性好，適用于各種結(jié)構(gòu)的路面基層和底基層。整體強(qiáng)度高，可適當(dāng)減少結(jié)構(gòu)層厚度，縮短施工工期，一般可降低工程造價(jià)10%-20% ；
②抗凍融性能好，可以解決一直困擾公路建設(shè)的凍脹、翻漿等病害；
③抗干縮性能好。試體經(jīng)28天養(yǎng)生后，干縮系數(shù)小于O.001，一般都有微膨脹，可以解決水泥穩(wěn)定土干縮性、溫縮性差的缺點(diǎn)；
④適用范圍廣。筑路時(shí)可以因地制宜、就地取材。對(duì)不同年份和不同堿鈉含量的赤泥等均有較好的固化效果。既可以節(jié)省造價(jià)，又可以對(duì)廢物進(jìn)行利用，減少環(huán)境污染，同時(shí)也能避免亂采砂石對(duì)環(huán)境造成的破壞，有利于環(huán)保；
⑤固化赤泥的強(qiáng)度隨齡期的增加而不斷的增長(zhǎng)，后期強(qiáng)度很高。這種特征適合公路交通發(fā)展的需要，它能科學(xué)有效地延長(zhǎng)路面使用周期，減少維護(hù)費(fèi)用；
⑥施工工藝簡(jiǎn)單，易控制。重交通，工程量較大的工程須廠拌；一般道路可路拌，但應(yīng)嚴(yán)格控制拌合料含水量和均勻性能；⑦凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，可延長(zhǎng)施工時(shí)間?；旌狭霞铀韬虾罂稍?2小時(shí)內(nèi)完成碾壓，壓實(shí)后可部分開(kāi)放交通。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。實(shí)施例I :
1)赤泥固化劑的配料及制備
按重量比，將10份的氧化鈣和20份的工業(yè)副產(chǎn)堿渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于O. 074mm,備用；
取3 O份的氧化硅和2 O份的氧化鋁混合均勻后，粉碎至中小顆粒物料粒度不大于 O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不超過(guò)15%，備用；
取10份的四氫鄰苯二甲酸酐酯在150-200°C溫度下加熱24小時(shí)，自然固化，備用；
取10份的乙二醇雙偏苯三酸酐酯先在150°C溫度下加熱I小時(shí)然后在180°C溫度下加熱4小時(shí)，自然固化，備用；
將上述固化后的四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯混合破碎成中小顆粒物料粒徑不大于O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不得超過(guò)5%，備用；
將上述制得的氧化鈣、工業(yè)副產(chǎn)堿渣、氧化硅、氧化鋁、四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯顆粒混合3-5min，制得赤泥固化劑；
2)道路基層材料混合料制備
按照質(zhì)量比為固化劑10份，赤泥90份強(qiáng)制混合3-5分鐘，調(diào)整水分至25%，攪拌均勻， 攤鋪到路面上，攤鋪厚度為300_，自然放置2小時(shí)，然后碾壓成型后，在精料的催化下發(fā)生離子交換促使赤泥顆粒凝聚，同時(shí)固化劑中膠凝材料通過(guò)水化反應(yīng)，使赤泥凝結(jié)硬化，并在較短的時(shí)間內(nèi)就具有較高的工作強(qiáng)度，成型厚度150mm，成型體保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不宜少于 2 5d。3)性能測(cè)試
上述道路基層材料7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3. 2MPa，固化赤泥路基(或地基)施工質(zhì)量要求與檢查驗(yàn)收除應(yīng)符合《城市道路路基工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》CJJ44-91與《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002執(zhí)行。實(shí)施例2
O赤泥固化劑的配料及制備
按重量比，將20份的氧化鈣和10份的工業(yè)副產(chǎn)堿渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于O. 074mm,備用；
取2 O份的氧化硅和4 O份的氧化鋁混合均勻后，粉碎至中小顆粒物料粒度不大于 O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不超過(guò)15%，備用；
取5份的四氫鄰苯二甲酸酐酯在150-200°C溫度下加熱24小時(shí)，自然固化，備用；
取5份的乙二醇雙偏苯三酸酐酯先在150°C溫度下加熱I小時(shí)然后在180°C溫度下加熱4小時(shí)，自然固化，備用；
將上述固化后的四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯混合破碎成中小顆粒物料粒徑不大于O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不得超過(guò)5%，備用；將上述制得的氧化鈣、工業(yè)副產(chǎn)堿渣、氧化硅、氧化鋁、四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯顆粒混合3-5min，制得赤泥固化劑；
2)道路基層材料混合料制備
按照質(zhì)量比為固化劑20份，赤泥80份強(qiáng)制混合3-5分鐘，調(diào)整水分至40%，攪拌均勻， 攤鋪到路面上，攤鋪厚度為350mm，自然放置2小時(shí)，然后碾壓成型后，在精料的催化下發(fā)生離子交換促使赤泥顆粒凝聚，同時(shí)固化劑中膠凝材料通過(guò)水化反應(yīng)，使赤泥凝結(jié)硬化，并在較短的時(shí)間內(nèi)就具有較高的工作強(qiáng)度，成型厚度160mm，成型體保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不宜少于 2 5d。3)性能測(cè)試
上述道路基層材料7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3. 2MPa，固化赤泥路基(或地基)施工質(zhì)量要求與檢查驗(yàn)收除應(yīng)符合《城市道路路基工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》CJJ44-91與《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002執(zhí)行。實(shí)施例3
O赤泥固化劑的配料及制備
按重量比，將10份的氧化鈣和20份的工業(yè)副產(chǎn)堿渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于O. 074mm,備用；
取2 O份的氧化硅和3 O份的氧化鋁混合均勻后，粉碎至中小顆粒物料粒度不大于 O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不超過(guò)15%，備用；
取10份的四氫鄰苯二甲酸酐酯在150-200°C溫度下加熱24小時(shí)，自然固化，備用；
取10份的乙二醇雙偏苯三酸酐酯先在150°C溫度下加熱I小時(shí)然后在180°C溫度下加熱4小時(shí)，自然固化，備用；
將上述固化后的四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯混合破碎成中小顆粒物料粒徑不大于O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不得超過(guò)5%，備用；
將上述制得的氧化鈣、工業(yè)副產(chǎn)堿渣、氧化硅、氧化鋁、四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯顆?；旌?-5min，制得赤泥固化劑；
2)道路基層材料混合料制備
按照質(zhì)量比為固化劑30份，赤泥70份強(qiáng)制混合3-5分鐘，調(diào)整水分至10%，攪拌均勻， 攤鋪到路面上，攤鋪厚度為300mm，自然放置2小時(shí)，然后碾壓成型后，在精料的催化下發(fā)生離子交換促使赤泥顆粒凝聚，同時(shí)固化劑中膠凝材料通過(guò)水化反應(yīng)，使赤泥凝結(jié)硬化，并在較短的時(shí)間內(nèi)就具有較高的工作強(qiáng)度，成型厚度150mm，成型體保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不宜少于 2 5d。3)性能測(cè)試
上述道路基層材料7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3. 2MPa，固化赤泥路基(或地基)施工質(zhì)量要求與檢查驗(yàn)收除應(yīng)符合《城市道路路基工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》CJJ44-91與《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002執(zhí)行。實(shí)施例4
O赤泥固化劑的配料及制備
按重量比，將20份的氧化鈣和15份的工業(yè)副產(chǎn)堿渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于O. 074mm,備用；CN 102584128 A 取10份的氧化硅和40份的氧化鋁混合均勻后，粉碎至中小顆粒物料粒度不大于 O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不超過(guò)15%，備用；
取7份的四氫鄰苯二甲酸酐酯在150-200°C溫度下加熱24小時(shí)，自然固化，備用；
取8份的乙二醇雙偏苯三酸酐酯先在150°C溫度下加熱I小時(shí)然后在180°C溫度下加熱4小時(shí)，自然固化，備用；
將上述固化后的四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯混合破碎成中小顆粒物料粒徑不大于O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不得超過(guò)5%，備用；
將上述制得的氧化鈣、工業(yè)副產(chǎn)堿渣、氧化硅、氧化鋁、四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯顆粒混合3-5min，制得赤泥固化劑；
2)道路基層材料混合料制備
按照質(zhì)量比為固化劑30份，赤泥70份強(qiáng)制混合3-5分鐘，調(diào)整水分至30%，攪拌均勻， 攤鋪到路面上，攤鋪厚度為300mm，自然放置2小時(shí)，然后碾壓成型后，在精料的催化下發(fā)生離子交換促使赤泥顆粒凝聚，同時(shí)固化劑中膠凝材料通過(guò)水化反應(yīng)，使赤泥凝結(jié)硬化，并在較短的時(shí)間內(nèi)就具有較高的工作強(qiáng)度，成型厚度150mm，成型體保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不宜少于 2 5d。3)性能測(cè)試
上述道路基層材料7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3. 2MPa，固化赤泥路基(或地基)施工質(zhì)量要求與檢查驗(yàn)收除應(yīng)符合《城市道路路基工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》CJJ44-91與《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002執(zhí)行。實(shí)施例5
O赤泥固化劑的配料及制備
按重量比，將20份的氧化鈣和20份的工業(yè)副產(chǎn)堿渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于O. 074mm,備用；
取3 O份的氧化硅和IO份的氧化鋁混合均勻后，粉碎至中小顆粒物料粒度不大于 O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不超過(guò)15%，備用；
取10份的四氫鄰苯二甲酸酐酯在150-200°C溫度下加熱24小時(shí)，自然固化，備用；
取10份的乙二醇雙偏苯三酸酐酯先在150°C溫度下加熱I小時(shí)然后在180°C溫度下加熱4小時(shí)，自然固化，備用；
將上述固化后的四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯混合破碎成中小顆粒物料粒徑不大于O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不得超過(guò)5%，備用；
將上述制得的氧化鈣、工業(yè)副產(chǎn)堿渣、氧化硅、氧化鋁、四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯顆?；旌?-5min，制得赤泥固化劑；
2)道路基層材料混合料制備
按照質(zhì)量比為固化劑20份，赤泥80份強(qiáng)制混合3-5分鐘，調(diào)整水分至20%，攪拌均勻， 攤鋪到路面上，攤鋪厚度為300mm，自然放置2小時(shí)，然后碾壓成型后，在精料的催化下發(fā)生離子交換促使赤泥顆粒凝聚，同時(shí)固化劑中膠凝材料通過(guò)水化反應(yīng)，使赤泥凝結(jié)硬化，并在較短的時(shí)間內(nèi)就具有較高的工作強(qiáng)度，成型厚度150mm，成型體保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不宜少于 2 5d。3)性能測(cè)試
7上述道路基層材料7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3. 2MPa，固化赤泥路基(或地基)施工質(zhì)量要求與檢查驗(yàn)收除應(yīng)符合《城市道路路基工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》CJJ44-91與《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種筑路用的赤泥固化劑，其特征在于按重量比，所述的赤泥固化劑的原料由 10-30份的氧化硅、10-40份的氧化鋁、5-20份的氧化鈣、10-20份的工業(yè)副產(chǎn)堿渣、5_10份的四氫鄰苯二甲酸酐酯和5-10份的乙二醇雙偏苯三酸酐酯組成。
2.一種筑路用的赤泥固化劑的制備方法，其特征在于，包含以下步驟1)按重量比，將5-20份的氧化鈣和10-20份的工業(yè)副產(chǎn)堿渣混合干燥至含水量1%以下，然后粉磨至粒度不大于O. 074mm,備用；2)按重量比，取10-30份的氧化硅和10-40份的氧化鋁混合均勻后，粉碎至中小顆粒物料粒度不大于O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不超過(guò)15%，備用；3)按重量比，取5-10份的四氫鄰苯二甲酸酐酯在150-200°C溫度下加熱24小時(shí)，然后自然固化，備用；取5-10份的乙二醇雙偏苯三酸酐酯先在150°C溫度下加熱I小時(shí)然后在180°C溫度下加熱4小時(shí)，之后自然固化，備用；將上述固化后的四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯混合破碎成中小顆粒物料粒徑不大于O. 074mm的顆粒，且標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不得超過(guò)5%，備用；4)將步驟1、2、3的制得物混合3-5min，制得赤泥固化劑。
全文摘要
一種筑路用的赤泥固化劑及其制備方法，由氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、工業(yè)副產(chǎn)堿渣、四氫鄰苯二甲酸酐酯和乙二醇雙偏苯三酸酐酯制成。本發(fā)明將氧化硅、氧化鈣和氧化鋁等活性物質(zhì)混合，利用其有效成分相互搭配，制成固化劑與赤泥拌和后在精料的催化下發(fā)生離子交換促使赤泥顆粒凝聚，同時(shí)固化劑中膠凝材料通過(guò)水化反應(yīng)，使赤泥凝結(jié)硬化，并在較短的時(shí)間內(nèi)就具有較高的工作強(qiáng)度，并且不會(huì)發(fā)生重金屬及放射性元素等的外滲。使用本發(fā)明制得的赤泥固化劑與赤泥筑路，和現(xiàn)有技術(shù)相比具有強(qiáng)度、板體性、耐久性、水穩(wěn)性好，抗凍融性能好，抗干縮性能好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B28/00GK102584128SQ20121004757
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者張玉清, 王輝 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)