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CN111470834A - 一种生态固化轻质土的制备方法及生态固化轻质土 - Google Patents

一种生态固化轻质土的制备方法及生态固化轻质土 Download PDF

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CN111470834A CN202010293377.6A CN202010293377A CN111470834A CN 111470834 A CN111470834 A CN 111470834A CN 202010293377 A CN202010293377 A CN 202010293377A CN 111470834 A CN111470834 A CN 111470834A
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Abstract

本发明公开了一种生态固化轻质土的制备方法,包括步骤:将余泥渣土、生物质材料破细至粒径不大于10mm后加水搅拌至密度为1400‑1700g/cm3的浆料;将发泡剂按50倍稀释、30倍发泡制备成泡沫与气凝胶混合物;将步骤1所得的浆料与石膏、水泥、矿粉、水混合搅拌均匀,加热一段时间冷却后,然后再加入步骤3所得的混合物搅拌均匀,得到的固化轻质土,然后进行浇注成型。本发明采用土木、水利工程等施工挖出或产生的余泥渣土为固化轻质土的原料,有效实现废弃物再利用,减少对环境的污染,减少对土、碎石、石灰、水泥等传统材料的使用,节约资源,大幅降低了固化轻质土的生产成本。

Description

一种生态固化轻质土的制备方法及生态固化轻质土
技术领域
本发明涉及建筑材料领域,尤其涉及一种生态固化轻质土的制备方法及生态固化轻质土。
背景技术
固化轻质土是土壤与土壤固化剂混合,土壤固化剂被水激活,把土壤颗粒和固化剂紧密粘结,变成一个整体,具有强度较高、抗冻融,冷混合、冷应用,零热耗、零排放,可自我修复、可再生循环利用、易养护可延伸、收缩性好、天然耐老化、耐污自洁、安全无毒、天然风貌温度调节等优点。
土木、水利工程建设过程中,因对地下、河道等开挖,会产生大量的需要废弃的余泥渣土,同时,因施工工艺的需要,在建筑中会产生一定数量的泥水、泥浆,如基桩施工的护壁泥浆,盾构隧道施工中产生的盾构土,这类泥浆目前尚未得到都很好的处理。据调研,不少城市将建筑余泥渣土进行无害化处理,将建筑余泥渣土重新利用,通过过滤、沉淀等工艺使其脱水,通过特殊工艺制备成泥饼、花盆、陶瓷灯物品,但这种处理方式往往是将余泥渣土运输移走,既无法现场再利用,移走后也往往是丢弃再填埋,增加工程量,提高成本,污染环境。目前,也无合理利用这些工程废弃余泥渣土为原料的固化轻质土的技术。
另一方面,目前的固化轻质土中多采用天然石膏,然而我国高品位的天然石膏储量小、产量低,并且产地远离消费地,造成固化轻质土生产成本进一步提高。而脱硫石膏,是燃煤或油的工业企业在治理烟气中的二氧化硫后而得到的工业副产石膏,在我国分布比较均匀,特别是石膏产品大量消费地的东部发达地区脱硫石膏的产量也很大,其成分和天然石膏一样,为二水硫酸钙CaSO4·2H2O,含量≥93%,但其在原始物理状态、颗粒大小、含水量、杂质等方面与天然石膏有较大差异。将固化轻质土中的天然石膏替换为脱硫石膏,对降低固化轻质土生产成本及促进国家环保循环经济的进一步发展有着重要意义。
因此,针对上述问题,有必要提出进一步地解决方案,一方面解决固化轻质土的原料需求问题,另一方面实现余泥渣土“可再生资源”加以利用和开放,从而实现当前“两型”社会关于生态环保和可持续发展的基本要求。
发明内容
本发明旨在提供一种生态固化轻质土,以克服现有技术中土木、水利工程等施工时挖出或产生的余泥渣土无法有效利用的问题,例如地基工程中挖出的粘土、砂土、壤土等,河道湖泊清除的淤泥,建筑拆除爆破产生的渣土等等。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种生态固化轻质土的制备方法,包括以下步骤:
(1)将余泥渣土和生物质材料破细至粒径不大于10mm后加水搅拌至密度为1400-1700g/cm3的浆料;
(2)按照以下组分称量原料:30-50质量份的浆料、4-8质量份的石膏、8-10质量份的水泥、13-15质量份的矿粉、10-15质量份的水、2-4质量份的发泡剂;
(3)将发泡剂按50倍稀释、30倍发泡制备成泡沫与气凝胶混合物;
(4)将步骤1所得的浆料与石膏、水泥、矿粉、水混合搅拌均匀,加热一段时间冷却后,然后再加入步骤3所得的混合物搅拌均匀,得到所述的固化轻质土,然后进行浇注成型;
(5)将所得固化轻质土试块在标准养护室中带模养护一天后脱模。
优选地,步骤1中所述浆料在20-30℃的条件下静置5-10天。
优选地,将步骤5脱模后的固化轻质土试块养护至相应龄期,用全自动压力试验机以100N/s的速度测其28天强度,每龄期测试3试块,取其平均值作为该龄期填充体的单轴抗压强度和湿密度。
优选地,三所述试块的形状分别为圆柱形、方形以及板状结构。
优选地,所述发泡剂为气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶与水按质量比(0.2-2.8):(0.5-1):(0.5-0.9):(1-1.3):(0.4-1):10在常温下混合均匀。
优选地,所述发泡剂利用高压空气法发泡,其密度为55-58g/L,泌水率25-35%,沉降距<5mm,ph7-8。
优选地,步骤2中所述石膏采用脱硫石膏,所述矿粉采用碱性矿粉。
优选地,步骤1中所述生物质材料包括农作物秸秆、树木枝干以及厨余垃圾中的至少一种。
优选地,所述生物质材料中氮磷钾比例为(2-3):1:(1.5-2)。
本发明还提供了一种生态固化轻质土,包括如下组分:余泥渣土、石膏、水泥、矿粉和发泡剂,其中,
30-50质量份的浆料,所述浆料由余泥渣土、生物质材料与水搅拌后形成,并且密度为1400-1700g/cm3
4-8质量份的石膏;
8-10质量份的水泥;
13-15质量份的矿粉;
10-15质量份的水;
2-4质量份的发泡剂;
所述浆料、石膏、水泥、矿粉的总体积与水的体积与发泡剂的体积,三者的体积比为1:(0.3-0.7):(0.8-2);
所述浆料、石膏、水泥与矿粉的质量比为(5-8):(0.7-0.8):(0.8-1.3):(1.5-2.2)。
优选地,所述发泡剂包括气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶、水,其中,
气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶与水的质量比为(0.2-2.8):(0.5-1):(0.5-0.9):(1-1.3):(0.4-1):10。
优选地,所述发泡剂利用高压空气法发泡,其密度为55-58g/L,泌水率25-35%,沉降距<5mm,ph7-8。
优选地,所述浆料的密度为1540g/cm3
优选地,所述石膏为脱硫石膏。
优选地,所述矿粉为碱性矿粉。
所述生物质材料包括农作物秸秆、树木枝干以及厨余垃圾中的至少一种。
优选地,所述浆料、石膏、水泥与矿粉的质量比为(6-7):0.8:1:1.6。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)采用土木、水利工程等施工挖出或产生的余泥渣土为固化轻质土的原料,有效实现废弃物再利用,减少对环境的污染,同时混合生物质材料,实现固化轻质土内富含较多的植物养分元素,适宜生态种植,余泥渣土和生物质材料混合发酵可以提高余泥渣土的生物特性以及养分含蓄能力。
(2)以废弃余泥渣土为原料,减少对土、碎石、石灰、水泥等传统材料的使用,大幅降低了固化轻质土的生产成本;同时,无需运输转运余泥渣土,可进行现场浇注,大幅降低了施工工程成本,尤其适宜高层生态种植类基础设施施工,重量轻,降低建筑承重压力,同时,孔隙率高,富含植物养分元素,能够为植物生长提供有益条件,并且减少土壤所带来的污泥问题。
(3)采用脱硫石膏,进一步降低固化轻质土生产成本,同时促进工业副产品利用,保护天然石膏资源,有利于经济循环发展。
(4)本发明通过生物质材料加热,使之产生二氧化碳气体,增加浆料内部孔隙;同时本发明的发泡剂采用气凝胶粉体,优选二氧化硅气凝胶粉体,进一步降低固化轻质土的重量以及填充气孔孔隙。
(5)本发明的生态固化轻质土具有轻质性、强度大的特点,其密度可以控制在650g/cm3以上,并且随密度的增大强度也增大。
具体实施方式
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定,本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时,以本说明书中的定义为准。如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形,意在覆盖非排它性的包括。例如,包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素,而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中,此短语将使权利要求为封闭式,使其不包含除那些描述的材料以外的材料,但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时,其仅限定在该子句中描述的要素;其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时,这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围,而不论该范围是否单独公开了。例如,当公开了范围“1至5”时,所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时,除非另外说明,否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
单数形式包括复数讨论对象,除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生,而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。
说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量,表示本发明并不限定于该具体数量,还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的,用“大约”、“约”等修饰一个数值,意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中,近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中,范围限定可以组合和/或互换,如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
此外,本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个,并且单数形式的要素或组分也包括复数形式,除非所述数量明显旨指单数形式。
实施例1:
制备本发明生态固化轻质土,包括步骤:
(1)将余泥渣土和生物质材料破细至粒径不大于10mm后加水搅拌至密度为1400-1700g/cm3的浆料,一般采用破碎机破细即可。优选方案中,调配密度为1540g/cm3
其中,浆料优选在20-30℃的条件下静置5-10天,以进行发酵,以提高余泥渣土的生物特性以及养分含蓄能力。
(2)按照以下组分称量原料:30质量份的浆料,4质量份的石膏,8.5质量份的水泥,13质量份的矿粉,15质量份的水,2.5质量份的发泡剂。
其中,发泡剂为气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶与水按质量比0.25:0.6:0.7:1:0.5:10在常温下混合均匀。
其中,发泡剂优选利用高压空气法发泡,其密度为55-58g/L,泌水率25-35%,沉降距<5mm,ph7-8,优选ph值为8。
其中,石膏优选采用脱硫石膏,矿粉采用碱性矿粉。
生物质材料包括农作物秸秆、树木枝干以及厨余垃圾中的至少一种,尤其可以提前将其氮磷钾比例控制在(2-3):1:(1.5-2),以更适宜植物生长,优选地氮磷钾比例为2.5:1:1.5。
(3)将发泡剂按50倍稀释、30倍发泡制备成泡沫与气凝胶混合物;
(4)将步骤1所得的浆料与石膏、水泥、矿粉、水混合搅拌均匀,加热一段时间冷却后,然后再加入步骤3所得的混合物搅拌均匀,得到所述的固化轻质土,然后进行浇注成型;
(5)将所得固化轻质土试块在标准养护室中带模养护一天后脱模。
测试时,将脱模后的固化轻质土试块养护至相应龄期,用全自动压力试验机以100N/s的速度测其28天强度,每龄期测试3试块,取其平均值作为该龄期填充体的单轴抗压强度和湿密度。
其中,3试块的形状分别为圆柱形、方形以及板状结构。三种不同形状的试块能够提高单轴抗压强度的测试准确度。
实施例2:
步骤2中按照以下组分称量原料:36质量份的浆料,4.5质量份的石膏,8.8质量份的水泥,14质量份的矿粉,14质量份的水,2.67质量份的发泡剂。
其中,发泡剂为气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶与水按质量比0.9:0.8:0.7:1.1:0.4:10在常温下混合均匀。
其它步骤相同。
实施例3:
步骤2中按照以下组分称量原料:40质量份的浆料,5质量份的石膏,8.9质量份的水泥,13.2质量份的矿粉,13质量份的水,2.7质量份的发泡剂。
其中,发泡剂为气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶与水按质量比2:1:0.65:1.3:0.8:10在常温下混合均匀。
其它步骤相同。
实施例4:
步骤2中按照以下组分称量原料:45质量份的浆料,6质量份的石膏,8.9质量份的水泥,13.5质量份的矿粉,13.5质量份的水,2.2质量份的发泡剂。
其中,发泡剂为气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶与水按质量比2.5:0.9:0.7:1.3:0.7:10在常温下混合均匀。
其它步骤相同。
实施例5:
步骤2中按照以下组分称量原料:50质量份的浆料,7质量份的石膏,9.2质量份的水泥,14.5质量份的矿粉,12.5质量份的水,3.2质量份的发泡剂。
其中,发泡剂为气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶与水按质量比2.6:0.9:0.8:1.1:0.8:10在常温下混合均匀。
其它步骤相同。
表1:实施例的性能测试结果
Figure BDA0002451261050000111
综上所述,本发明采用建筑、道路桥梁、水利工程等施工挖出的废弃余泥渣土以及废弃生物质材料为固化轻质土的原料,有效实现废弃物再利用,减少对环境的污染,同时,一方面减少对土、碎石、石灰、水泥等传统材料的使用,大幅降低了固化轻质土的生产成本,另一方面无需运输转运余泥渣土,可进行现场浇注,大幅降低了施工工程成本,尤为适合生态种植用途。并且本发明的生态固化轻质土具有轻质性、强度大的特点,其密度可以控制在650g/cm3以上,并且随密度的增大强度也增大,可根据施工需要,设计出不同密度、不同强度的配合比供施工选用。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种生态固化轻质土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将余泥渣土和生物质材料破细至粒径不大于10mm后加水搅拌至密度为1400-1700g/cm3的浆料;
(2)按照以下组分称量原料:30-50质量份的浆料、4-8质量份的石膏、8-10质量份的水泥、13-15质量份的矿粉、10-15质量份的水、2-4质量份的发泡剂;
(3)将发泡剂按50倍稀释、30倍发泡制备成泡沫与气凝胶混合物;
(4)将步骤1所得的浆料与石膏、水泥、矿粉、水混合搅拌均匀,加热一段时间冷却后,然后再加入步骤3所得的混合物搅拌均匀,得到所述的固化轻质土,然后进行浇注成型;
(5)将所得固化轻质土试块在标准养护室中带模养护一天后脱模。
2.根据权利要求1所述的生态固化轻质土的制备方法,其特征在于,步骤1中所述浆料在20-30℃的条件下静置5-10天。
3.根据权利要求1所述的生态固化轻质土的制备方法,其特征在于,将步骤5脱模后的固化轻质土试块养护至相应龄期,用全自动压力试验机以100N/s的速度测其28天强度,每龄期测试3试块,取其平均值作为该龄期填充体的单轴抗压强度和湿密度。
4.根据权利要求3所述的生态固化轻质土的制备方法,其特征在于,三所述试块的形状分别为圆柱形、方形以及板状结构。
5.根据权利要求1所述的生态固化轻质土的制备方法,其特征在于,步骤2中所述石膏采用脱硫石膏,所述矿粉采用碱性矿粉。
6.根据权利要求1所述的生态固化轻质土的制备方法,其特征在于,步骤1中所述生物质材料包括农作物秸秆、树木枝干以及厨余垃圾中的至少一种。
7.一种生态固化轻质土,其特征在于,包括如下组分:余泥渣土、石膏、水泥、矿粉和发泡剂,其中,
30-50质量份的浆料,所述浆料由余泥渣土、生物质材料与水搅拌后形成,并且密度为1400-1700g/cm3
4-8质量份的石膏;
8-10质量份的水泥;
13-15质量份的矿粉;
10-15质量份的水;
2-4质量份的发泡剂;
所述浆料、石膏、水泥、矿粉的总体积与水的体积与发泡剂的体积,三者的体积比为1:(0.3-0.7):(0.8-2);
所述浆料、石膏、水泥与矿粉的质量比为(5-8):(0.7-0.8):(0.8-1.3):(1.5-2.2)。
8.根据权利要求7所述的生态固化轻质土,其特征在于,所述发泡剂包括气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶、水,其中,
气凝胶粉体、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚、果胶与水的质量比为(0.2-2.8):(0.5-1):(0.5-0.9):(1-1.3):(0.4-1):10。
9.根据权利要求7所述的生态固化轻质土,其特征在于,所述发泡剂利用高压空气法发泡,其密度为55-58g/L,泌水率25-35%,沉降距<5mm,ph7-8。
10.根据权利要求7所述的生态固化轻质土,其特征在于,所述生物质材料包括农作物秸秆、树木枝干以及厨余垃圾中的至少一种,所述石膏为脱硫石膏,所述矿粉为碱性矿粉。
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