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一种利用磷 石膏和脱硫灰制备的 土壤 固化剂及其使用方法

阅读：1发布：2022-03-21

专利汇可以提供一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及建筑建材技术领域，具体涉及一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法。由磷石膏、脱硫灰、偏高岭土、锂化膨润土、煅烧煤矸石粉、石灰、硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、硅藻土、水玻璃和烧碱组成。使用本发明可对土壤的结构和工程性质进行改善，从而延长道路的使用寿命，节省工程维修成本，经济环境效益俱佳，是当前理想的筑路材料选择。本发明适用于道路地基加固、水利工程中的护坡、防渗、简易公路、环保工程和水土保持等领域。，下面是一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，各组分的重量比为：
磷石膏                                      100
脱硫灰                                      10-40
偏高岭土                                    63-95
锂化膨润土                                  1-8
煅烧煤矸石粉                                18-30
石灰                                        7-20
硅酸盐水泥熟料                              5-20
钢渣粉                                      1-7
硅藻土                                      0.5-2
水玻璃                                      0.2-3.5
烧碱                                        0.1-1.5。
2.根据权利要求1所述的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于各组份的重量比为：
磷石膏                                      100
脱硫灰                                      10-30
偏高岭土                                    73-88
锂化膨润土                                  1-6
煅烧煤矸石粉                                20-25
石灰                                        8-14
硅酸盐水泥熟料                              6-10
钢渣粉                                      2-4
硅藻土                                      0.8-1.8
水玻璃                                      0.5-1.5
烧碱                                        0.25-0.75。
3.根据权利要求1 所述的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于所述磷石膏取自磷肥厂，在60℃温度下烘干，主要矿物组成为CaSO4·2H20。
4.根据权利要求1 所述的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于所述脱硫灰取自燃煤电厂，比表面积大于等于280m2/Kg， SO3质量分数大于等于4.0%。
5.根据权利要求1 所述的一利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于所述偏高岭土由高岭土在（600-800）℃煅烧而成，比表面积大于等于340m2/Kg，所述锂化膨润土为钙基膨润土在Li2CO3和LiOH溶液中通过离子交换作用改性而得，比表面积大于等于
2
360m/Kg的产品，所述煅烧煤矸石粉为煤矸石粉于(700-900)℃煅烧5h后磨细而成，平均粒径小于 30µm，氮吸附法测定的比表面积大于500m2/kg，所述石灰的CaO含量在65-75%，有机质含量应小于30%，比表面积为12-15 m2/kg，所述钢渣粉密度为3280 kg/m3，比表面积大于等于350 m2/kg。
6.根据权利要求1 所述的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于所述硅藻土由天然硅藻土煅烧并磨细得到，细度325目至500目，SiO2质量分数为80%-94%，Al2O3质量分数为3%-5%，Fe2O3质量分数为1.0%-1.5%。
7.根据权利要求1 所述的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，其特征在于所述水玻璃原始模数n=3.02，固含量s=37.00%，使用时配制成模数n=1.0的水溶液。
8.一种如权利要求1所述的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂的使用方法，其特征在于：按照土壤重量的6%-10%将土壤固化剂掺入土壤中，翻拌均匀，压实即可。

说明书全文

一种利用磷石膏和脱硫灰制备的 土壤 固化剂及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑建材技术领域，具体涉及一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法。

背景技术

[0002] 磷石膏是硫酸萃取磷矿制磷酸的副产物，生产1吨磷酸（以100%P2O5计）副产磷石膏约5吨。由于我国目前对磷复肥的需求量越来越大，因而在生产过程中产生的磷石膏的量也越来越大，这些磷石膏的堆积对环境的压力也逐渐增加。脱硫灰是燃煤电厂干法脱硫产生的副产物，其由于含有粉煤灰中夹杂着部分脱硫石膏（主要成分为CaSO4.2H2O和CaSO4），体积稳定性不好，作为混凝土掺合料使用对混凝土性能有负面影响，不宜在混凝土中直接利用，有一定的堆存量。这些磷石膏和脱硫灰的堆积不仅占用了大量的土地，而且易造成环境污染，越来越受到环保部门的关注。特别是江、河、湖、海沿岸，旅游点等环境敏感地区的企业，环保压力越来越大，搞好磷石膏和脱硫灰的综合利用和无害化处理成为磷肥工业、电力工业可持续发展的关键。

[0003] 土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用于固化各类土壤的新型节能环保工程材料。它与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质，能将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来，使得土壤胶团表面电流降低，胶团所吸附的双电层减薄，电解质浓度增强，颗粒趋于凝聚，体积膨胀而进一步填充土壤孔隙，在压实功的作用下，使固化土易于压实和稳定, 从而形成整体结构，并达到常规所不能达到的压密度。经过土壤固化剂处理过的土壤，其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能都得到了很大的提高，从而延长了道路的使用寿命，节省了工程维修成本，经济环境效益俱佳，是当前理想的筑路材料选择。

[0004] 偏高岭土、煅烧煤矸石粉、钢渣粉可在磷石膏、脱硫灰与碱性物质综合作用下，激发出火山灰活性，提高土壤固化剂的长期力学性能。锂化膨润土和硅藻土作为保水增稠组分，在石灰浆体中吸水膨胀，并通过层间的吸附作用将煅偏高岭土、烧煤矸石粉、钢渣粉和石灰颗粒连接在一起，降低了颗粒沉降，不产生泌水现象。

[0005] 相对于现有传统的土壤固化剂，本发明具有节能环保、生产成本低、施工方便、力学性能、保水性、耐久性能好等优点。

[0006] 经检索，利用磷石膏、脱硫灰、偏高岭土、锂化膨润土、煅烧煤矸石粉、钢渣粉等制备土壤固化剂，在国内尚属首次。

发明内容

[0007] 本发明目的在于利用磷石膏、脱硫灰、偏高岭土、锂化膨润土、煅烧煤矸石粉、石灰、硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、硅藻土、水玻璃、烧碱制备土壤固化剂，提供一种成本低、工作性能高、力学性能好、耐久性能高的利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法。

[0008] 本发明提出的一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂，由磷石膏、脱硫灰、偏高岭土、锂化膨润土、煅烧煤矸石粉、石灰、硅酸盐水泥熟料、钢渣粉、硅藻土、水玻璃和烧碱组成，各组分的重量比为：磷石膏                                      100
脱硫灰                                      10-40
偏高岭土                                    63-95
锂化膨润土                                  1-8
煅烧煤矸石粉                                18-30
石灰                                        7-20
硅酸盐水泥熟料                              5-20
钢渣粉                                      1-7
硅藻土                                      0.5-2
水玻璃                                      0.2-3.5
烧碱                                        0.1-1.5。

[0009] 各组分较佳的重量比为：磷石膏                                      100
脱硫灰                                      10-30
偏高岭土                                    73-88
锂化膨润土                                  1-6
煅烧煤矸石粉                                20-25
石灰                                        8-14
硅酸盐水泥熟料                              6-10
钢渣粉                                      2-4
硅藻土                                      0.8-1.8
水玻璃                                      0.5-1.5
烧碱                                        0.25-0.75。

[0010] 本发明提出的利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂的制备方法，具体步骤为：按前述的重量比例称量各组份，将原料通过物理机械混合均匀后，即得到所需产品。

[0011] 本发明中，磷石膏的作用一是加速矿渣粉中惰性SiO2玻璃体在碱性条件下的破碎；二是作为填充剂为固化体提供一定的机械强度，磷石膏自身不具有与矿渣粉类似的固化能力；三是其中残留的磷酸盐可以固化部分阳离子重金属，减少其浸出量。脱硫灰是燃煤电厂干法脱硫产生的副产物，其由于含有粉煤灰中夹杂着部分脱硫石膏（主要成分为CaSO4.2H2O和CaSO4），体积稳定性不好，作为混凝土掺合料使用对混凝土性能有负面影响，不宜在混凝土中直接利用，有一定的堆存量。而将脱硫灰少量用于本发明中，其中的粉煤灰具有火山灰作用，脱硫石膏可作为粉煤灰、偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉的活性激发剂。

[0012] 本发明中，偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉的作用是提供火山灰活性物质，是固2+
化剂的主体之一，但由于偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉中缺少足够的Ca ，仅靠偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉自身不能提供足够的固化强度，需要含钙激发剂激发其活性。

[0013] 本发明中，锂化膨润土是钙基膨润土在Li2CO3和LiOH溶液中通过离子交换作用改性而得的产品。锂化膨润土和硅藻土的吸水膨胀率都较大，具有较好的增稠保水作用。

[0014] 本发明中，水玻璃是碱金属硅酸盐的玻璃状熔合物，水解后生成NaOH和含水硅胶（SiO2·aq），前者可以大大提高液相pH值（＞13），激发了矿渣水化反应；后者能与矿渣溶于水中的Ca2+、Al3+等反应生成C-S-H凝胶或水化铝硅酸钙，改善混凝土结构，从而提高强度。火山灰材料矿渣粉、煅烧煤矸石粉等比表面积大，具有很高的火山灰活性，与水泥中的氢氧化钙发生火山灰反应，加速水化，提高强度。

[0015] 本发明中，石灰作为化学添加剂使用，加入水泥浆体后，可提高水化体系的碱度，对矿渣粉起到碱性激发的辅助效果。

[0016] 本发明中，磷石膏、脱硫灰作为胶凝材料与水拌合后，可渗入到土壤结构内部中，发生水化反应，产生水化产物，可在短时间内与被修复体的缺陷壁形成整体。偏高岭土、煅烧煤矸石粉和钢渣粉可在石灰的作用下，与石灰生产的产物Ca(OH)2产生水化反应，改善胶凝体系的微观结构，提高耐久性。

[0017] 本发明中，所述磷石膏取自磷肥厂，在60℃温度下烘干，主要矿物组成为CaSO4·2H20。

[0018] 本发明中，所述脱硫灰取自燃煤电厂，比表面积大于等于280m2/Kg， SO3质量分数大于等于4.0%。

[0019] 本发明中，所述偏高岭土由高岭土在（600-800）℃煅烧而成，比表面积大于等于340m2/Kg。

[0020] 本发明中，所述锂化膨润土为钙基膨润土在Li2CO3和LiOH溶液中通过离子交换作用改性而得，比表面积大于等于360m2/Kg的产品。

[0021] 本发明中，所述煅烧煤矸石粉为煤矸石粉于(700-900)℃煅烧5h后磨细而成，平均粒径小于 30µm，氮吸附法测定的比表面积大于500m2/kg。

[0022] 本发明中，所述石灰的CaO含量在65-75%，有机质含量应小于30%，比表面积为12-15 m2/kg。

[0023] 本发明中，所述硅酸盐水泥熟料密度为3160kg/m3，比表面积大于等于300m2/kg。

[0024] 本发明中，所述钢渣粉密度为3280 kg/m3，比表面积大于等于350 m2/kg。

[0025] 本发明中，所述硅藻土由天然硅藻土煅烧并磨细得到，细度325目至500目，SiO2质量分数为80%-94%，Al2O3质量分数为3%-5%，Fe2O3质量分数为1.0%-1.5%。

[0026] 本发明中，所述水玻璃原始模数n=3.02，固含量s=37.00%，使用时配制成模数n=1.0的水溶液。

[0027] 本发明中，所述烧碱为工业级。

[0028] 本发明提出的利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂的使用方法为：按照土壤重量的6%-10%将土壤固化剂掺入土壤中，翻拌均匀，压实即可。

[0029] 本发明作为土壤固化剂使用，可改良土壤的工程性质，且具有一定保水性，力学性能与耐久性均十分优异。使用本发明可对土壤的结构和工程性质进行改善，从而延长道路的使用寿命，节省工程维修成本，经济环境效益俱佳，是当前理想的筑路材料选择。

[0030] 本发明对土壤结构无腐蚀作用，可广泛应用于道路地基加固、水利工程中的护坡、防渗、简易公路、环保工程和水土保持等领域。

具体实施方式

[0031] 本发明中土壤固化剂固化土后无侧限抗压强度的测定，采用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的实验方法（T0805-94）。

[0032] 实施例1，一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法，由磷石膏100，脱硫灰10，偏高岭土63，锂化膨润土1，煅烧煤矸石粉18，石灰7，硅酸盐水泥熟料5，钢渣粉1，硅藻土0.5，水玻璃0.2，烧碱0.1的质量比组成。按照10%的质量比掺入土壤，加水搅拌均匀，压实后，性能测试结果见表1。

[0033] 实施例2，一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法，由磷石膏100，脱硫灰40，偏高岭土95，锂化膨润土8，煅烧煤矸石粉30，石灰20，硅酸盐水泥熟料20，钢渣粉7，硅藻土2，水玻璃3.5，烧碱1.5的质量比组成。按照7%的质量比掺入土壤，加水搅拌均匀，压实后，性能测试结果见表1。

[0034] 实施例3，一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法，由磷石膏100，脱硫灰25，偏高岭土80，锂化膨润土6，煅烧煤矸石粉20，石灰8，硅酸盐水泥熟料13，钢渣粉6，硅藻土1.3，水玻璃3.0，烧碱1.4的质量比组成。按照6%的质量比掺入土壤，加水搅拌均匀，压实后，性能测试结果见表1。

[0035] 表1 实施例性能测试结果

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一种利用磷石膏和脱硫灰制备的土壤固化剂及其使用方法

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