本發(fā)明公開了一種基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑及其制備方法，屬于土壤固化。

背景技術(shù)：

1、泥炭土因其低強(qiáng)度、高含水率、高有機(jī)質(zhì)含量、顯著的壓縮性和大孔隙比等特性，在工程建設(shè)中帶來了諸多挑戰(zhàn)。例如，在涉及泥炭土的建筑項目中，常見基坑失穩(wěn)、地基不均勻沉降以及滑坡等問題。目前，針對泥炭土地基的加固處理，主要采用水泥作為膠凝材料，同時加入高嶺土、石灰、粉煤灰等摻合料作為輔助加固劑。然而，過度使用這些摻合料與可持續(xù)發(fā)展的理念不符。目前我國固體廢物年產(chǎn)量已超過30億噸，主要通過填埋和焚燒處理。這兩種處理方式都存在環(huán)保問題，填埋占用了緊張的土地資源，焚燒則會產(chǎn)生污染氣體。

2、稻殼是大米加工過程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物之一，資源豐富，僅我國年產(chǎn)量就達(dá)約4000萬噸。稻殼常被視為一種固體廢棄物。稻殼灰是稻殼經(jīng)高溫燃燒后的產(chǎn)物，因其富含二氧化硅，被視為一種火山灰材料，常用作輔助膠凝材料，部分替代混凝土中的水泥。纖維在土中互相交接、聚集起到加筋作用，可以提高土體的強(qiáng)度。由于稻殼纖維成本低廉且可再生，將其用于土體加固被認(rèn)為是一種有效且經(jīng)濟(jì)的土壤改良技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存的問題及不足，本發(fā)明提供了一種基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑及其制備方法。本發(fā)明所用的材料易得，是固體廢物的資源化利用，對于環(huán)境無污染，制作流程簡單。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑，按含水泥炭土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，摻量為30％的普通硅酸鹽水泥，摻量為5％～30％的細(xì)粒稻殼灰，摻量為0％～4％的改性稻殼纖維和普通硅酸鹽水泥質(zhì)量0.7倍的蒸餾水，其中細(xì)粒稻殼灰中控制粒度分布為d50<29um，d90<50um。

4、所述普通硅酸鹽水泥(p.o.42.5)的比表面積為340m2/kg，氧化物成分主要包括cao、sio2、fe2o3和al2o3，占總質(zhì)量的86％以上，ca/si比為2.6。

5、所述細(xì)粒稻殼灰的制備方法為：

6、(1)將稻殼纖維放入馬弗爐中在550℃～650℃高溫條件下燃燒2h生成稻殼灰；

7、(2)將稻殼灰放入600r/min的行星式球磨機(jī)中進(jìn)行研磨5min～10min，在研磨過程中，添加少量的乙醇作為分散劑，防止稻殼灰在研磨過程中發(fā)生團(tuán)聚，提高研磨的均勻性和效率；篩分后得到粒度分布為d50<29um，d90<50um的細(xì)粒稻殼灰，細(xì)粒稻殼灰比表面積大于2000cm2/g。

8、所述改性稻殼纖維的改性方法為：

9、(1)分別配置濃度為2％naoh溶液和飽和ca(oh)2溶液；

10、(2)將稻殼纖維分別加入naoh溶液和ca(oh)2溶液中混合攪拌4～5分鐘，后續(xù)每間隔每小時攪拌2～4分鐘，浸泡12h后取出，風(fēng)干12h后再干燥，得到改性后稻殼纖維。

11、所述稻殼纖維長度為6mm～10mm，堆積密度96～120kg/m3，比表面積130cm2/g。稻殼纖維為市購或常規(guī)制備。

12、一種基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑的制備方法，

13、(1)按含水泥炭土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，將摻量為30％水泥、5％～30％細(xì)粒稻殼灰、0％～4％的改性稻殼纖維充分混合，得到固相混合物；

14、(2)向(1)中得到固相混合物中加入水泥質(zhì)量0.7倍的蒸餾水，放入jj-5型水泥膠砂攪拌機(jī)，設(shè)置攪拌機(jī)的初始速度為100±5rpm，進(jìn)行初步攪拌5分鐘，確保水分充分分布；隨后，將攪拌速度提高至200±10rpm，繼續(xù)攪拌5分鐘，直至得到均勻的膏狀物，制備得到基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑。

15、本發(fā)明使用制備稻殼灰的原因是：(1)稻殼灰富含高活性無定形的sio2，研磨處理過后細(xì)粒稻殼灰中控制粒度分布為d50<29um，d90<50um，使得其細(xì)度優(yōu)化、比表面積增大，能夠更快與水泥水化生成的氫氧化鈣接觸發(fā)生火山灰反應(yīng)(ca(oh)2+sio2+h2o→c-s-h)，生成更多的膠凝物質(zhì)。(2)粒度分布為d50<29um，d90<50um的稻殼灰微小顆?？梢蕴畛湓谕寥李w粒之間，提高密度，隨著稻殼灰摻量的增加，填充的作用會愈加顯著。(3)粒度分布為d50<29um，d90<50um的稻殼灰還具有一定的吸水性，能夠吸附土中的水分，在火山灰反應(yīng)時可以達(dá)到供水的效果。(4)稻殼灰做為一種固廢用于工程應(yīng)用，是一種綠色可持續(xù)的舉措。

16、本發(fā)明使用改性稻殼纖維的原因是：(1)改性后的纖維表面更加粗糙，能夠有效地與水泥、稻殼灰和土壤顆粒發(fā)生摩擦和互鎖作用，提高了顆粒間的粘結(jié)力，有助于提高材料的抗壓強(qiáng)度。(2)稻殼纖維具有一定的拉伸強(qiáng)度和韌性，纖維分布在固化土體中，可以減少應(yīng)力集中，延緩裂縫的發(fā)展。(3)泥炭土為酸性環(huán)境，用堿處理的纖維，可以更耐腐蝕和降解，提高了纖維的耐久性。(4)稻殼纖維成本低，且豐富，稻殼纖維的使用是對廢棄物的一種綠色處理。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、(1)相比于純水泥摻量下，在加入研磨稻殼灰和改性纖維后，固化泥炭土強(qiáng)度提升明顯。當(dāng)水泥摻量30％，稻殼灰摻量25％時，達(dá)到了295kpa，相比于純水泥強(qiáng)度提高了146.66％。在此基礎(chǔ)上，添加2％的ca(oh)2溶液改性的稻殼纖維后的固化泥炭土強(qiáng)度達(dá)到了361.9kpa。

19、(2)稻殼是中國最豐富的廢棄物之一，無論是稻殼纖維還是將稻殼轉(zhuǎn)化為稻殼灰后再用于工程實(shí)踐，不僅有助于可持續(xù)處理固廢，且低成本。

20、(3)原料易獲取，制作簡單，可在種植水稻、涉及泥炭土工程的地區(qū)應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑，其特征在于，按含水泥炭土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，摻量為30％的普通硅酸鹽水泥，摻量為5％～30％的細(xì)粒稻殼灰，摻量為0％～4％的改性稻殼纖維和普通硅酸鹽水泥質(zhì)量0.7倍的蒸餾水，其中細(xì)粒稻殼灰中控制粒度分布為d50<29um，d90<50um。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑，其特征在于，所述普通硅酸鹽水泥的比表面積為340m2/kg，氧化物成分主要包括cao、sio2、fe2o3和al2o3，占總質(zhì)量的86％以上，ca/si比為2.6。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑，其特征在于，所述細(xì)粒稻殼灰的制備方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑，其特征在于，所述改性稻殼纖維的改性方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑，其特征在于，所述稻殼纖維長度為6mm～10mm，堆積密度96～120kg/m3，比表面積130cm2/g。

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項所述的基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑的制備方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑及其制備方法，屬于土壤固化技術(shù)領(lǐng)域。該基于稻殼材料制備的泥炭土固化劑按含水泥炭土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，摻量為30％的普通硅酸鹽水泥，摻量為5％～30％的細(xì)粒稻殼灰，摻量為0％～4％的改性稻殼纖維和普通硅酸鹽水泥質(zhì)量0.7倍的蒸餾水，其中細(xì)粒稻殼灰中控制粒度分布為d50<29um，d90<50um。本發(fā)明相比于純水泥摻量下，在加入研磨稻殼灰和改性纖維后，固化泥炭土強(qiáng)度提升明顯。當(dāng)水泥摻量30％，稻殼灰摻量25％時，達(dá)到了295kPa，相比于純水泥強(qiáng)度提高了146.66％。在此基礎(chǔ)上，添加2％的Ca(OH)2溶液改性的稻殼纖維后的固化泥炭土強(qiáng)度達(dá)到了361.9kPa。

技術(shù)研發(fā)人員：王志良,蔡江鵬,申林方,俞揚(yáng)首
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26