一種高鈦礦渣軟土固化劑的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高鈦礦渣軟土固化劑，由高鈦礦渣、普通硅酸鹽水泥、生石灰、活化組分構(gòu)成，各組分的重量百分含量為：高鈦礦渣40.0~60.0％、普通硅酸鹽水泥25.0~40.0％、生石灰10.0~25.0％、活化組分0~10.0％。本發(fā)明充分利用生鐵冶煉的工業(yè)廢渣制備軟土固化劑，加固軟土地基時(shí)不但具有較高的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，而且變廢為寶，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)保效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高鈦礦渣軟土固化劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高鈦礦渣軟土固化劑，更具體地說(shuō)涉及一種能夠廣泛替代水泥、石灰用于加固軟土地基的環(huán)保型軟土固結(jié)材料。
【背景技術(shù)】
[0002]淤泥、淤泥質(zhì)土、軟粘性土、泥炭及泥炭質(zhì)土作為地基建設(shè)中常見(jiàn)的軟土類(lèi)型，由于天然含水率大、強(qiáng)度低、孔隙比大、壓縮系數(shù)高，并具有觸變性、蠕變性等特殊的工程性質(zhì)，且經(jīng)常處于流朔或者軟朔狀態(tài)，所以工程地質(zhì)條件較差，往往給地基加固工程帶來(lái)很大的危害，一旦處理不當(dāng)，就會(huì)給地基的施工和使用造成很大影響，因此工程中選用軟土作為天然地基來(lái)應(yīng)用，必須根據(jù)軟土的工程特性，運(yùn)用必要的加固處理措施。目前國(guó)內(nèi)仍然沿用水泥或者石灰加固軟土的方法，但是水泥產(chǎn)業(yè)作為高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)，其使用正在越來(lái)越多的受到限制，另外實(shí)踐也證明水泥在固結(jié)處理軟土方面也存在著一些缺陷，通常存在著比如加固土強(qiáng)度形成緩慢、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度低且只能選擇性的加固處理某些土質(zhì)類(lèi)型、嚴(yán)重影響施工進(jìn)度等不利因素，特別是對(duì)一些呈灰色、灰綠色、灰褐色的含有大量有機(jī)質(zhì)成分的軟土，由于這類(lèi)土質(zhì)具有較大的水容量、塑性、膨脹性和較低的滲透性，且有機(jī)質(zhì)的存在能夠與水泥礦物發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，阻礙水泥水化產(chǎn)物的晶體生長(zhǎng)，進(jìn)而間接導(dǎo)致水泥加固土的強(qiáng)度較低。石灰加固土由于干縮性較大，對(duì)加固土的最佳含水率和最大干密度極其敏感，在軟土地基加固中也受到限制，另外當(dāng)需要較高的地基承載力時(shí)，石灰土往往起不到應(yīng)有的效果，這是因?yàn)檩^高的地基承載力往往意味著需要摻加較多劑量的石灰，但是過(guò)多的石灰在土的空隙中卻又以自由灰形式存在，進(jìn)而又會(huì)導(dǎo)致石灰土的強(qiáng)度下降。與此同時(shí)，軟土固化劑加固法由于具有高效、環(huán)保、節(jié)能等突出優(yōu)點(diǎn)日益得到工程界的認(rèn)可。
[0003]高鈦礦渣作為以釩鈦礦石為原料冶煉生鐵時(shí)的副產(chǎn)物，由于經(jīng)過(guò)淬冷的冷卻方式，因此處于介穩(wěn)狀態(tài)，具有一定的潛在水硬性，在特定的活化組分作用下，游離出的Ca2+一方面能與土中的低價(jià)態(tài)離子發(fā)生交換反應(yīng)，還能與土中活性Si02、Al2O3成分作用生成含水的硅酸鈣和鋁酸鈣，如果能將高鈦礦渣應(yīng)用于軟土固化劑中，將具有很大的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)保效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種高鈦礦渣軟土固化劑，在充分利用廢棄資源、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的同時(shí)，提高軟土地基無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種高鈦礦渣軟土固化劑，其特征在于由高鈦礦渣、普通硅酸鹽水泥、生石灰、活化組分構(gòu)成，各組分的重量百分含量為:
高鈦礦渣40.0-60.0%
普通硅酸鹽水泥 25.0-40.0 %
生石灰10.0~25.0%活化組分0-~1ο.0 %。
[0006]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述高鈦礦渣為釩鈦礦石冶煉生鐵過(guò)程中經(jīng)過(guò)淬冷后形成的塊狀或粒狀廢渣粉磨至顆粒比表面積為350-550 Hl2 / kg的高鈦礦渣粉。
[0007]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述的水泥為普通硅酸鹽水泥。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述的生石灰有效(CaO+MgO)含量≥70%。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述的活化組分為碳酸鈉或氫氧化鈉中的一種或任意組合物，優(yōu)選碳酸鈉。
[0010]一種高鈦礦渣軟土固化劑在軟土地基中的應(yīng)用，所述軟土固化劑的摻入比例一般為土方質(zhì)量的59TlO%，可視具體軟土質(zhì)而定。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果:
水淬高鈦礦渣作為釩鈦礦石在生鐵冶煉過(guò)程中的必然副產(chǎn)品，近年來(lái)隨著國(guó)民建設(shè)對(duì)生鐵需求的增高產(chǎn)量逐年攀升，但高鈦礦渣資源化再利用的方法和能力卻極其有限，僅四川攀鋼集團(tuán)每年就產(chǎn)生廢渣500多萬(wàn)噸，巨量的廢渣堆置已經(jīng)嚴(yán)重制約了集團(tuán)的發(fā)展，隨意傾倒不僅占用大量耕地，而且也會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大污染。隨著我國(guó)環(huán)保政策的逐步實(shí)施和深化，高鈦礦渣的處理已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。
[0012]本發(fā)明充分運(yùn)用經(jīng)過(guò)水淬急冷的高鈦礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)中含有的CaO、SiO2等活性氧化物具有一定的潛在水硬活性的特性，將其運(yùn)用至軟土固化劑中，特別是高鈦礦渣經(jīng)過(guò)物理粉磨以后形成的高鈦礦渣微粉進(jìn)一步增強(qiáng)了其水硬活性，更能夠在水泥、石灰組分的化學(xué)反應(yīng)作用下激發(fā)活性，并與軟土中活性CaO、Al2O3成分發(fā)生反應(yīng)生成含水的硅酸鈣和鋁酸鈣，最終達(dá)到加固土體，提到無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的目的，固化劑中的活化組分水解以后呈現(xiàn)較強(qiáng)的堿性，也即其水解產(chǎn)物能夠進(jìn)一步增強(qiáng)固化劑所需要的堿性環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)礦渣玻璃體的解聚，從而與粉磨作用一道更加發(fā)揮高鈦礦渣的潛在活性。
[0013]本發(fā)明的軟土固化劑不僅能夠有效的解決軟土地基難以加固，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度低的問(wèn)題，還能夠綜合利用工業(yè)固體廢棄物高鈦礦渣，促進(jìn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)持續(xù)高效發(fā)展。
[0014]【具體實(shí)施方式】:
試件制備及測(cè)試:采用成都地區(qū)淤泥質(zhì)軟土 (液限64.2%，含水率60.3%)作為固化對(duì)象進(jìn)行固化，高鈦礦渣經(jīng)過(guò)粉磨至一定比表面積以后，和水泥、生石灰、活化組分按照固化劑配比準(zhǔn)確稱量并混合攪拌均勻即可得到本發(fā)明的軟土固化劑。將上述固化劑和P042.5水泥分別按一定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù))與軟土攪拌均勻后分別分層灌入直徑為50_，高度為50mm的圓柱形模具中，振搗并壓實(shí)成型，隨后將其置于溫度20°C，相對(duì)濕度為90%的密閉養(yǎng)護(hù)室中，一天后脫模，養(yǎng)護(hù)至預(yù)設(shè)齡期后，根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-010-1999)測(cè)試試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。
[0015]實(shí)施例1
稱取粉磨至比表面積為350m2/kg的水淬高鈦礦渣53.3kg，P042.5水泥33.3kg，生石灰(有效氧化鈣+氧化鎂含量> 70%) 13.3kg，共同混合并攪拌均即得到本發(fā)明的一種軟土固化劑。按照上述的試驗(yàn)及測(cè)試步驟，分別稱取占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、10%的軟土固化劑與軟土攪拌均勻制備固化土試件，測(cè)定7d、28d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。結(jié)果為占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為837.3KPa、1022.0KPa ；占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為999.8KPa、1303.2KPa。[0016]實(shí)施例2
在實(shí)施例1中加入8 kg碳酸鈉，其余實(shí)施如實(shí)施例1.結(jié)果為占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為951.9KPa、1283.0KPa ；占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1164.8KPa、1479.0KPa0
[0017]實(shí)施例3
在實(shí)施例1中加入8 kg氫氧化鈉，其余實(shí)施如實(shí)施例1.結(jié)果為占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為875.2KPa、1108.5KPa ；占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1034.8KPa、1416.6KPa。
[0018]實(shí)施例4
稱取粉磨至比表面積為550m2/kg的水淬高鈦礦渣44.4kg，P042.5水泥29.6kg，生石灰(有效氧化鈣+氧化鎂含量> 70%) 18.5kg，碳酸鈉7.5kg共同混合并攪拌均即得到本發(fā)明的一種軟土固化劑。按照上述的試驗(yàn)及測(cè)試步驟，分別稱取占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、10%的軟土固化劑與軟土攪拌均勻制備固化土試件，測(cè)定7d、28d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。結(jié)果為占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1223.7KPa、1325.1KPa ；占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1341.8KPa、1572.5KPa。
[0019]實(shí)施例5
稱取粉磨至比表面積為450m2/kg的水淬高鈦礦渣47.6kg，P042.5水泥31.0kg,生石灰(有效氧化鈣+氧化鎂含量> 70%) 16.7kg，碳酸鈉4.8kg共同混合并攪拌均即得到本發(fā)明的一種軟土固化劑。按照上述的試驗(yàn)及測(cè)試步驟，分別稱取占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、10%的軟土固化劑與軟土攪拌均勻制備固化土試件，測(cè)定7d、28d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。結(jié)果為占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1045.0KPa、1371.9KPa ；占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1285.3KPa、1488.7KPa。
[0020]實(shí)施例6
稱取粉磨至比表面積為450m2/kg的水淬高鈦礦渣47.6kg，P042.5水泥31.0kg,生石灰(有效氧化鈣+氧化鎂含量> 70%) 16.7kg，碳酸鈉2.4kg，氫氧化鈉2.4kg共同混合并攪拌均即得到本發(fā)明的一種軟土固化劑。按照上述的試驗(yàn)及測(cè)試步驟，分別稱取占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、10%的軟土固化劑與軟土攪拌均勻制備固化土試件，測(cè)定7d、28d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。結(jié)果為占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為969.5KPa、1245.5KPa ;占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1172.6KPa、1343.1KPa0
[0021]對(duì)比例
稱取占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、10%的P042.5水泥與軟土攪拌均勻制備水泥固化土試件，測(cè)定7d、28d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。結(jié)果為占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的水泥固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別僅為531.9KPa、845.2KPa ；占軟土質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的固化土試件7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別僅為680.7KPa、927.6KPa。
【權(quán)利要求】
1.一種高鈦礦渣軟土固化劑，其特征在于:由以下重量配比的原料經(jīng)混合后制成， 高鈦礦渣40.0-60.0% 普通硅酸鹽水泥 25.0-40.0 % 生石灰10.0~25.0% 活化組分0-10.0 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈦礦渣軟土固化劑，其特征在于:所述的高鈦礦渣為釩鈦礦石冶煉生鐵過(guò)程中，經(jīng)過(guò)淬冷后形成的塊狀或粒狀廢渣，再經(jīng)粉磨至顆粒比表面積為350-550 m2 / kg的高鈦礦渣粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈦礦渣軟土固化劑，其特征在于:所述的活化組分為碳酸鈉或氫氧化鈉中的一種或任意組合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈦礦渣軟土固化劑，其特征在于:所述的活化組分為碳酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈦礦渣軟土固化劑，其特征在于:所述的生石灰有效CaO+MgO 含量≥ 70%ο
6.權(quán)利要求1至 5任意一項(xiàng)所述的一種高鈦礦渣軟土固化劑在軟土地基中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C09K103/00GK103911160SQ201410162580
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】華蘇東, 張競(jìng), 張愛(ài)平, 姚曉, 諸華軍, 楊鑫 申請(qǐng)人:江蘇工大偉業(yè)新材料有限公司