一種土壤巖凝劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料技術領域，具體涉及一種土壤巖凝劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各種基礎工程建設越來越多，規(guī)模越來越大。在傳統(tǒng)的 工程建筑過程中需要大量的水泥、石灰、沙石等建筑材料，由于這些建筑材料的開采與制備 需要消耗大量的自然資源和能源，而且在施工中往往還需要對大量建筑材料長途運輸，所 以能耗大、成本高、環(huán)境污染嚴重。
[0003] 土壤固化技術基于上述現(xiàn)狀應運而生，從20世紀40年代開始蓬勃發(fā)展，至今已形 成一門綜合性的交叉學科。它涉及基礎建筑、公路建設、堤壩工事、井下作業(yè)、垃圾填埋、防 塵固沙等多種領域。根據(jù)各種報道，目前用于固土的技術方法很多，可以分為物理方法、化 學方法和生物方法。但是，目前真正具有工程實施價值的土壤固化技術還僅僅局限在化學 方法中，即向土壤中添加化學劑，通過化學劑的"膠聯(lián)"作用，使松散的土壤膠結成為具有一 定力學強度的相對穩(wěn)定物理結構的方法。能夠用于土壤固化的化學劑很多，有傳統(tǒng)固化材 料如石灰、水泥，以及復合型土壤固化材料如文獻報道的SH固土劑、HAS固土劑、ISS固土 劑、YTG固土劑和GT型土壤固化劑等，其固土作用都是通過使原本松散的土壤顆粒膠聯(lián)在 一起從而達到一定的力學強度而實現(xiàn)的。這類土壤固化技術在現(xiàn)實的實施中存在以下缺 點：1)力學強度有限，而且由于土質的不同往往難以達到道路建設所需的力學強度；2)穩(wěn) 定性較差，膠結完成后即達到最佳力學強度，一旦膠結結構遭受外力破壞便無法恢復，致使 整體力學強度無以為繼。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種土壤巖凝劑及其制備方 法，根據(jù)不同的土壤類型設計出不同配比的土壤巖凝劑，然后通過特定的工藝過程與方法 處理各配方組分，根據(jù)地球化學工程學原理施于工程應用，通過改變土壤的化學性質，促進 其物理結構的改善和力學性能的大幅度提高，達到工程力學強度高、穩(wěn)定性好的效果。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術方案為：一種土壤巖凝劑，包括的組分和各組分的質量分數(shù) 如下：凹凸棒石5~15% ;海泡石5~12% ;粉煤灰3~48% ;赤泥5~37% ;冶金鐵礦渣 2~30% ;鋁土礦3~12% ;煤矸石0~17% ;高嶺土 0~8% ;水玻璃0~5% ;氫氧化鈉 1~3% ;磷酸二氫鉀0~4% ;尿素0. 5~5%。
[0006] 進一步地，包括的組分和各組分的質量分數(shù)如下：凹凸棒石9% ;海泡石8% ;粉煤 灰23% ;赤泥20% ;冶金鐵礦渣14% ;鋁土礦7% ;煤矸石7% ;高嶺土 4% ;水玻璃2% ;氫 氧化鈉2% ;磷酸二氫鉀1 % ;尿素3%。
[0007] 所述土壤巖凝劑的制備方法如下：
[0008] a、將凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分別脫水至水分含量 低于15% ;
[0009] b、將步驟a中脫水后的凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分 別研磨成粒徑小于3mm的顆粒；
[0010] C、將步驟b中處理過的鋁土礦、高嶺土分別在250°C-900°c的溫度下焙燒活化 3-6h；
[0011] d、將步驟c處理后的鋁土礦、高嶺土按照設計量進行配比，并加入50%設計量的 粉煤灰混合均勻，制成第一制劑，將固定氫氧化鈉溶解制成濃度為10%的氫氧化鈉溶液， 然后向所述第一制劑中加入為所述第一制劑總質量2-2. 5倍10%的氫氧化鈉溶液，浸泡 40-70h，并同時攪拌使液體和固體充分接觸；
[0012] e、將經(jīng)步驟d處理后的鋁土礦、高嶺土和粉煤灰、氫氧化鈉的混合物進行脫水，同 時檢測氫氧化鈉的含量，使其符合設計量；并按設計量加入磷酸二氫鉀和尿素，在250°C~ 500°C的溫度下焙燒活化3. 5-4. 5h，制成第二制劑；
[0013] f、按照設計配比將赤泥及50%設計量的粉煤灰與步驟b處理的凹凸棒石、海泡石 和煤矸石混合均勻，制成第三制劑，然后再將所述第三制劑加入步驟e所述的第二制劑中 混合均勻，制成第四制劑；
[0014] g、向所述第四制劑中按照設計量加入水玻璃和冶金鐵礦渣混合均勻，然后研磨至 粒徑小于200目，即得到符合要求的土壤巖凝劑。
[0015] 進一步地，根據(jù)權利要求3中所述土壤巖凝劑的制備方法中，其特征在于：所述步 驟c中當鋁土礦、高嶺土在300°C時的熱失重速率小于0. 8%/h時停止焙燒。
[0016] 進一步地，根據(jù)權利要求4中所述土壤巖凝劑的制備方法中，其特征在于：所述步 驟d當鋁土礦、高嶺土和粉煤灰混合物浸泡溶液中的金屬離子含量大于6 %時，停止浸泡。
[0017] 進一步地，在步驟b和步驟c之間，進一步還包括步驟bl，所述步驟bl對步驟b中 處理過的凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分別進行物理提純，使每 個單獨成分的純度在90%以上。
[0018] 進一步地，在所述步驟a中進一步還包括步驟al，所述步驟al將步驟a中脫水后 的凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分別進行破碎，使每個單獨成分 的粒徑在3cm以下，然后對所述破碎后的凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、 高嶺土進行篩選，去除雜質，然后進行步驟b的研磨。
[0019] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明將以上原材料通過設定的制備方法有機的結合到了 一起，發(fā)揮協(xié)同作用，制成了方便使用和運輸?shù)耐寥缼r凝劑。同時，采用清潔化制備工藝，高 效利用工業(yè)廢棄物，充分體現(xiàn)節(jié)能減排，循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展戰(zhàn)略。該土壤巖凝劑直接加入到 不同類型的土壤中，在具體的施工中可以就地取材，代替水泥、石灰、碎石，大大降低建設成 本，而且通過該巖凝劑鋪筑的公路工程力學強度高、穩(wěn)定性好，使用壽命長。
[0020] 在基礎建設工程中，采用土壤巖凝劑每代替1萬噸水泥的用量，將減少5200噸C02 氣體的排放量，節(jié)省煤炭約2400噸；每代替1萬噸石灰使用量，可減少8000噸C02氣體的 排放量，節(jié)省煤炭約3000噸；每減少1萬立方米的碎石用量，能夠使約300立方米的植被得 到保護；同時，提供工程質量，延長工程壽命，降低工程成本。
【具體實施方式】
[0021] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術方案進行 詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有 其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。
[0022] 〈第一實施例〉
[0023] 本發(fā)明所描述的土壤巖凝劑是一種土壤固化劑，可以改變土壤的結構性能，其具 體成分組成和制作方法如下：
[0024] 一種土壤巖凝劑，包括的組分和各組分的質量分數(shù)如下：凹凸棒石5 %;海泡石 5% ;粉煤灰3% ;赤泥37% ;冶金鐵礦渣30% ;鋁土礦12% ;煤矸石2% ;高嶺土 2% ;水玻 璃2. 5% ;氫氧化鈉1% ;磷酸二氫鉀0% ;尿素0. 5%。將以上組分制成混合制劑，將混合 制劑按照1:11的比例和土壤進行混合，進行施工。
[0025] 〈第二實施例〉
[0026] 一種土壤巖凝劑，包括的組分和各組分的質量分數(shù)如下：凹凸棒石15%;海泡石 12% ;粉煤灰48% ;赤泥5% ;冶金鐵礦渣2% ;鋁土礦3% ;煤矸石1 % ;高嶺土 1 % ;水玻 璃1% ;氫氧化鈉3% ;磷酸二氫鉀4% ;尿素5%。將以上組分制成混合制劑，將混合制劑 按照1:10的比例和土壤進行混合，進行施工。
[0027] 〈第三實施例〉
[0028] 一種土壤巖凝劑，其特征在于，包括的組分和各組分的質量分數(shù)如下：凹凸棒石 10% ;海泡石8. 5% ;粉煤灰25. 5% ;赤泥21% ;冶金鐵礦渣20. 5% ;鋁土礦7. 5% ;煤矸石 0% ;高嶺土 0% ;水玻璃0% ;氫氧化鈉2% ;磷酸二氫鉀2% ;尿素3%。將以上組分制成 混合制劑，將混合制劑按照1:10的比例和土壤進行混合，進行施工。
[0029] 〈第四實施例〉
[0030] 一種土壤巖凝劑，包括的組分和各組分的質量分數(shù)如下：凹凸棒石6%;海泡石 10% ;粉煤灰8. 5% ;赤泥15% ;冶金鐵礦渣13% ;鋁土礦12% ;煤矸石17% ;高嶺土 8% ; 水玻璃5% ;氫氧化鈉1. 5% ;磷酸二氫鉀3% ;尿素1%。將以上組分制成混合制劑，將混 合制劑按照1:9的比例和土壤進行混合，進行施工。
[0031]〈第五實施例〉
[0032] 一種土壤巖凝劑，包括的組分和各組分的質量分數(shù)如下：凹凸棒石6.5 %;海泡石 7% ;粉煤灰18% ;赤泥18% ;冶金鐵礦渣23% ;錯土礦9% ;煤矸石8. 5% ;高嶺土 4% ;水 玻璃1% ;氫氧化鈉2. 5% ;磷酸二氫鉀1% ;尿素1. 5%。將以上組分制成混合制劑，將混 合制劑按照1:13的比例和土壤進行混合，進行施工。
[0033] 〈第六實施例〉
[0034] 實施例一到實施例五的基礎上，其土壤巖凝劑的制備方法為：
[0035] 1)將凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分別脫水至水分含量 低于15%;
[0036] 2)將脫水后的凹凸棒石、海泡石、冶金鐵礦渣、鋁土礦、煤矸石、高嶺土分別進行破 碎，使破碎后礦物質和礦渣的粒徑在3cm左右，然后進行篩選，除去雜質，最后進行研磨，制 成成粒徑小于3mm的顆粒；
[0037] 3)將研磨后的鋁土礦、高嶺土顆粒分別在575°C左右的溫度下焙燒活化3_6h，在 焙燒的過程中不斷進行檢測，每次檢測的時間間隔為0. 5h左右，當在300°C時連續(xù)三次檢 測的熱失重速率小于0. 8 %/h時停止焙燒；（熱失重就是某物體在一定溫度下加熱時，在單 位時間內由于其物質揮發(fā)、氧化、分解等造成的質量損失的量，其大小可以用來衡量其熱穩(wěn) 定性或含水率。）
[0038] 4)按照施工所在地的土壤類型，將不同比例焙燒后的鋁土礦、高嶺土和50%設計 量的粉煤灰混合均勻，制成第一制劑，將固體氫氧化鈉溶解制成濃度為10%的氫氧化鈉水 溶液，然后向所述第一制劑中加入為所述第一制劑總質量2. 25倍的10%氫氧化鈉溶液，并 同時攪拌使液體和固體充分接觸，在浸泡的過程中每兩小時檢測一次鋁土礦、高嶺土混合 物侵泡溶液中的金屬離子的含量，浸泡48小時后，當連續(xù)三次檢測溶液中金屬離子含量大 于6%時，停止浸泡；
[0039] 5)將浸泡后的鋁土礦、高嶺土、粉煤灰、氫氧化鈉的混合物溶液，通過蒸發(fā)法和過 濾法相結合進