一种道路工程用处理过湿渣土的吸水固化剂及其应用 |
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| 申请号 | CN202311805595.3 | 申请日 | 2023-12-26 | 公开(公告)号 | CN117945728A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 浙江坤德创新岩土工程有限公司; 交科院检测技术(北京)有限公司; | 发明人 | 黄新; 朱宝林; 刘晓康; 刘喜旭; 孟谦; 刘钟; 张楚福; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种道路工程用处理过湿渣土的吸 水 固化 剂及其应用，吸水固化剂的组分包括无水石灰、吸水 石膏 、活性含 铝 材料和活性材料，或无水石灰、吸水石膏和活性材料，或无水石灰和活性材料；其中无水石灰、吸水石膏、活性含铝材料为吸水组分，完成吸水的吸水组分与活性材料构成胶结组分；将吸水固化剂干粉和过湿渣土混合均匀后搁置，期间吸水组分吸收土中水分，在此期间胶结组分不得 凝结 硬化；待混合物含水率降低到最佳含水率时即碾压成型，其后完成吸水的吸水组分和活性材料组成的胶结组分凝结硬化使其形成满足路用性能的固化土。本发明可一步操作实现 现有技术 降低过湿渣土含水率和对最佳含水率渣土进行固化的两步操作所达到的双重技术需求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种道路工程用处理过湿渣土的吸水固化剂，其特征在于：所述吸水固化剂包括无水石灰粉和活性材料粉。 |
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| 说明书全文 | 一种道路工程用处理过湿渣土的吸水固化剂及其应用技术领域[0001] 本发明涉及道路工程施工技术领域，具体而言，涉及一种道路工程用处理过湿渣土的吸水固化剂及其应用。 背景技术[0002] 城市建设中的地下工程产生大量的工程渣土，消纳场地紧缺，造成了很大的环境问题。而道路工程所需优质土砂等筑路材料资源紧缺、供求矛盾突出。将工程渣土固化处理作为筑路材料，是解决上述困境的重要途径。 [0003] 然而将工程渣土用于道路工程的筑路材料面临很大的困难，限制了其推广应用：欲使道路基层填土达到设计要求的公路基层压实度，首先必须使填筑基层的渣土满足特定的含水率(即所谓最佳含水率)，通常基土最佳含水率约在15％左右。而工程渣土随来源不同含水率一般在20～50％，甚至更高；不满足路用要求。 [0004] 目前降低渣土含水率的措施主要有晾晒法和掺加石灰法。其中晾晒法需要大面积的晾晒场地，以及需要60～90小时的阳光照射，耗时长、占用空间大、对天气条件要求苛刻。采用生石灰降低渣土含水率，生产生石灰成本较高，且需要开采不可再生的有限的石灰石资源，需要900℃以上的高温煅烧，并排放大量二氧化碳。 [0005] 目前将工程渣土固化处理作为筑路材料，是将降低过湿渣土的含水率降至最佳含水率的处理工作与对满足最佳含水率的渣土进行固化处理工作，作为两个独立的工作分别进行。通常这两部分工作是分别在不同的空间和不同的时间独立进行，降低渣土含水率的吸水剂与固化渣土的固化剂需要采用两种不同的材料；相应的，需要分别在不同的工序完成；将高含水率渣土的含水率降低至最佳含水率的处理工作完成后，再经搬运将处理后的渣土进行固化处理。这种将渣土降水和固化分别处理的技术，使得施工程序繁多、技术复杂、工期延长，有些工序需要重复进行，造成生产成本过高。 发明内容[0006] 本发明要解决的技术问题是以一步操作实现目前技术降低过湿渣土的含水率降至最佳含水率与对满足最佳含水率的渣土进行固化两步操作所达到的双重技术需求，从而降低工程成本。 [0007] 为了解决上述问题，本发明提供了一种道路工程用处理过湿渣土的吸水固化剂，所述吸水固化剂包括无水石灰粉和活性材料粉。 [0008] 作为优选的方案，所述无水石灰粉和所述活性材料粉的质量配比为：(20‑50)：(50‑80)。 [0010] 其中无水石灰粉可由熟石灰或主要含Ca(OH)2的废渣(如电石渣)部分替代；吸水石膏粉可由生石膏粉或主要含CaSO4·2H2O的废渣(如脱硫石膏、磷石膏等工业废石膏)部分替代。但不得将吸水固化剂中的无水石灰、吸水石膏全部替换为熟石灰粉或主要含Ca(OH)2的废渣和生石膏粉或主要含CaSO4·2H2O的废渣，以保证该吸水固化剂具有足够的吸水能力。 [0011] 作为优选的方案，所述吸水固化剂还包括吸水石膏粉和含活性铝材料粉，且所述无水石灰粉、所述吸水石膏粉、所述含活性铝材料粉和所述活性材料粉的质量配比为：(15‑40)：(30‑60)：(10‑30)：(25‑50)。 [0012] 其中无水石灰粉可由熟石灰或主要含Ca(OH)2的废渣(如电石渣)全部或部分替代；吸水石膏粉可由生石膏粉或主要含CaSO4·2H2O的废渣(如脱硫石膏、磷石膏等工业废石膏)全部或部分替代。 [0013] 其中无水石灰、吸水石膏、活性含铝材料为吸水组分，吸水后的石灰和石膏与活性材料构成胶结组分；将吸水固化剂干粉和过湿渣土混合均匀后搁置，期间吸水组分吸收土中水分，在此期间胶结组分不能凝结硬化；待吸水固化剂与过湿渣土混合物的含水率降低到最佳含水率附近时，即可碾压成型，其后胶结组分凝结硬化使其形成满足路用性能的固化土。 [0014] 作为优选的方案，所述无水石灰粉为主要成分为活性CaO的材料，所述无水石灰粉为生石灰粉、氢氧化钙废渣煅烧产物、碳酸钙废渣煅烧产物中的一种或多种；且所述氢氧化钙废渣的煅烧方法为：经600℃～980℃温度区间煅烧30min～180min得到吸水率为15％～33％的主要含活性氧化钙的产物(如煅烧电石渣)，所述碳酸钙的废渣的煅烧方法为：经900℃～1200℃温度区间煅烧60min～150min得到吸水率为15‑26％的主要含活性氧化钙的产物。 [0015] 作为优选的方案，所述吸水石膏粉为主要成分为CaSO4·0.5H2O或/和活性CaSO4的材料，所述吸水石膏粉为熟石膏、将生石膏或工业废石膏在100℃～500℃温度区间煅烧30min～150min，得到一种吸水率为17％～27％的产物；所述工业废石膏为工业生产过程产出的以硫酸钙为主要成分的废渣或工业副产品，所述工业废石膏包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、硼石膏、钛石膏中的一种或多种。 [0016] 作为优选的方案，所述活性材料粉为含活性硅、铝成分的火山灰质无机非金属材料粉体或含活性硅、铝和钙成分的具有潜在水硬性胶凝性的无机非金属材料粉体，其可与氧化钙反应形成水化硅酸钙等水硬性胶凝性水化物；所述活性材料粉包括高炉矿渣、煅烧煤矸石、流化床粉煤灰、煅烧高岭土、煅烧硅藻土中的一种或多种。 [0018] 作为优选的方案，所述道路工程过湿渣土的吸水固化剂还包括高分子高效吸水剂，且所述高分子高效吸水剂包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类以及聚丙烯酰胺类中的一种或多种，且所述高分子高效吸水剂的掺量为所述过湿渣土干质量的0.01‑0.15％。 [0019] 本发明还包括一种道路工程用处理过湿渣土的吸水固化剂的应用，所述应用包括所述吸水固化剂以干粉形式和过湿渣土混合后搁置，其间吸水组分吸收该混合物中水分，且所述混合物的强度≤0.05MPa；(与后述不符，后述是不超过1MPa，已改正统一)待该混合物的含水率降低到最佳含水率附近时即可碾压成型，随后待胶结组分凝结硬化后，得到满足路用性能的固化土。 [0020] 作为优选的方案，所述应用包括将拟处理的过湿渣土与其干质量4％～25％的吸水固化剂拌合均匀制成的固化土混合料，搁置1h～24h后，按设计要求的厚度将该固化土混合料摊铺于路床，并按设计要求的工艺进行碾压；也可以先将该固化土混合料按设计要求的厚度摊铺，然后再搁置1h～24h后，按设计要求的工艺进行碾压，即完成渣土填筑路基的工作；其后胶结组分凝结硬化使其形成满足路用性能的固化土。将拟处理过湿渣土与吸水固化剂拌合制成固化土混合料，可以采用现行的厂拌法和路拌法。 [0021] 相较于现有技术，本发明提供的一种道路工程过湿渣土的吸水固化剂的应用至少存在以下的技术进步： [0022] 在本发明的固化剂的应用过程中，可以用现行路基工程对满足最佳含水率条件的渣土仅进行固化施工的工艺——“渣土与固化剂拌合‑运输‑摊铺‑碾压”相近的工艺和时长，以一步操作实现现有技术将高含水率渣土的含水率降低至最佳含水率和将最佳含水率渣土进行固化两步操作所能实现的双重技术需求，可以达到生石灰难以达到的降水效果；采用本发明吸水固化剂进行过湿渣土处理，时间短、工序少、占地少，意味着成本低。 [0023] 且本发明的吸水固化剂具有显著的环境效益，与采用生石灰降低渣土含水率相比，本发明的吸水固化剂使用电石渣、工业废石膏资源化利用了这些工业废渣，而且电石渣、工业废石膏的烧成温度低且不产生二氧化碳，可以取得显著的环境效益。 具体实施方式[0024] 下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0025] 本发明提供了一种道路工程用处理过湿渣土的吸水固化剂，所述吸水固化剂包括无水石灰粉和活性材料粉。 [0026] 优选的，所述无水石灰粉和所述活性材料粉的质量配比为：(20‑50)：(50‑80)。 [0027] 优选的，所述吸水固化剂还包括吸水石膏粉，且所述无水石灰粉、所述吸水石膏粉和所述活性材料粉的质量配比为：(20‑40)：(30‑60)：(40‑60)。 [0028] 其中无水石灰粉可由熟石灰或主要含Ca(OH)2的废渣(如电石渣)部分替代；吸水石膏粉可由生石膏粉或主要含CaSO4·2H2O的废渣(如脱硫石膏、磷石膏等工业废石膏)部分替代。但不得将吸水固化剂中的无水石灰、吸水石膏全部替换为熟石灰粉或主要含Ca(OH)2的废渣和生石膏粉或主要含CaSO4·2H2O的废渣，以保证该吸水固化剂具有足够的吸水能力。 [0029] 优选的，所述吸水固化剂还包括吸水石膏粉和含活性铝材料粉，且所述无水石灰粉、所述吸水石膏粉、所述含活性铝材料粉和所述活性材料粉的质量配比为：(15‑40)：(30‑60)：(10‑30)：(25‑50)。 [0030] 其中无水石灰粉可由熟石灰或主要含Ca(OH)2的废渣(如电石渣)全部或部分替代；吸水石膏粉可由生石膏粉或主要含CaSO4·2H2O的废渣(如脱硫石膏、磷石膏等工业废石膏)全部或部分替代。 [0031] 当吸水固化剂与过湿渣土拌合后，其中的无水石灰、吸水石膏首先吸收过湿渣土中的水分，同时与含活性铝材料粉体反应产生钙矾石类材料，进一步大量吸水渣土中水分，将吸水固化剂与过湿渣土的混合物搁置一定的时间，待上述各反应基本完成使渣土的含水率降低至最佳含水率附近后，即可按道路相关标准对混合物进行摊铺碾压。其间吸水固化剂中的胶结组分不得凝结硬化。随后在被碾压密实的固化土混合物中，吸水固化剂中作为胶结组分的活性材料与石灰和石膏发生水化反应，水化生成水化硅酸钙等胶结性水化物实现对碾压密实的渣土的固化。该吸水固化剂可以以现行对满足最佳含水率的渣土仅进行固化的施工工艺——“渣土与固化剂拌合‑运输‑摊铺‑碾压”相近的工艺和时长，以一步操作实现现有技术将过湿渣土的含水率降低至最佳含水率和将最佳含水率的渣土固化的两步操作所能实现的双重技术需求。 [0032] 具体地，上述技术方案中，将无水石灰粉、吸水石膏粉、含活性铝材料粉与活性材料粉按适当比例混合构成的吸水固化剂A；在实际的工程应用中，在满足吸水率要求和固化土工程性能的条件下，当受材料资源等方面的限制，可以不加入含活性铝材料粉，即吸水固化剂B由无水石灰粉、吸水石膏粉与活性材料粉按适当比例混合构成。此情况下，由于活性含铝材料的缺失，则水化产物将不再产生钙矾石，相应的也缺少了钙矾石生成过程的吸水的能力；即吸水固化剂B比吸水固化剂A的吸水能力减弱。 [0033] 将无水石灰粉、吸水石膏粉、含活性铝材料粉与活性材料粉按适当比例混合构成的吸水固化剂A，在实际的工程应用中，在满足吸水率要求和固化土工程性能的条件下，当受材料资源等方面的限制，除可以不加入含活性铝材料粉外，还可以不加入吸水石膏粉，即吸水固化剂C由无水石灰粉与活性材料粉按适当比例混合构成。此情况下，除缺少了钙矾石生成过程的吸水的能力外，还将缺少吸水石膏的吸水能力，以及石膏与活性材料相互作用对固化土强度的贡献；即吸水固化剂C比吸水固化剂B的吸水能力更弱。 [0034] 所述吸水固化剂干粉的比表面积不小于300m2/kg。 [0035] 所述无水石灰是指：主要成分为活性CaO的材料，当其与过湿渣土接触时能够快速吸收结合其中的水分，形成Ca(OH)2；包括但不限于生石灰粉，含氢氧化钙的废渣(如电石渣)经600℃～980℃温度区间煅烧30min～150min得到吸水率为15％～33％的主要含活性氧化钙的产物(如煅烧电石渣)，主要成分为碳酸钙的废渣(如生产纯碱出生的碱渣)经900℃～1200℃温度区间煅烧30min～150min得到吸水率为15％～26％的主要含活性氧化钙的产物。 [0036] 所述吸水石膏是指：主要成分为CaSO4·0.5H2O或/和活性CaSO4的材料，当其与过湿渣土拌合时能够快速吸收结合渣土中的水分，形成CaSO4·2H2O；包括但不限于：将生石膏、熟石膏或工业废石膏在100℃～500℃温度区间煅烧30min～90min，得到一种吸水率为17％～27％的产物；所述工业废石膏为工业生产过程产出的以硫酸钙为主要成分的废渣或工业副产品，包括但不限于治理烟气中的二氧化硫而产生的排烟脱硫石膏、生产磷酸或过磷酸钙等产品过程中产生的磷石膏、制造氢氟酸过程所产生氟石膏、硼酸生产过程中产生的硼石膏、采用硫酸酸解钛铁矿过程产生的钛石膏等以及废弃石膏制品等。 [0037] 所述含活性铝材料包括但不限于铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、明矾石、铝酸钙、聚2 合铝以及含活性铝成分的工业废渣。所述含活性铝材料粉比表面积不小于300m/kg。 [0038] 含活性铝材料与石灰、石膏快速反应生成钙矾石类水化物。钙矾石在其生成过程中结合32个结晶水，可进一步大幅度降低渣土的含水率；并使液体水转变为固态物质，从而可以增加固化土的体积密度。 [0039] 所谓钙矾石类水化物是指包括高硫型水化硫铝酸钙等一类水化产物，这些水化产物在形成过程吸收大量的水分，并将其转化为水化产物中的固态的结晶水。以高硫型水化硫铝酸钙为例，其反应化学式包括但不限于如下： [0040] C3A+3(CaSO4·2H2O)+26H2O＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O [0041] C2A+3(CaSO4·2H2O)+Ca(OH)2+25H2O＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O [0042] CA+3(CaSO4·2H2O)+2Ca(OH)2+24H2O＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O [0043] 4CaO·3Al2O3·CaSO4+8CaSO4+5CaO+96H2O＝3(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)[0044] Al2O3+3Ca(OH)2+3CaSO4+29H2O＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O [0045] 2AlO2‑+4OH‑+30H2O+6Ca2++3SO42‑＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O[0046] 2Al3++3SO42‑+6Ca2++12OH‑+26H2O＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O [0047] 由此可知：只要有含活性铝成分、钙成分和硫酸根的合适的物质，在一定的条件下即可生成水化硫铝酸钙。包括但不限于以下组成方式：利用铝酸盐水泥水化产生的水化铝酸钙作为含活性铝材料，再增加适量的氧化钙等钙相和硫酸钙等硫酸盐共同构成；利用硫铝酸盐水泥水化产生的水化硫铝酸钙以及水化产生的水化铝酸钙作为含活性铝材料，再增加适量的氧化钙等钙相和硫酸钙等硫酸盐共同构成。还可以用含有各种有效成分的工业废渣组合：含活性铝成分的废渣+含有氧化钙成分的废渣+含有硫酸盐成分的废渣。例如：聚合铝(如[Al2(OH)nCl6‑n]m、[AL2(OH)n(SO4)3‑n/2]m)或含聚合铝的废渣+含氧化钙或氢氧化钙的废渣(如电石渣)+含硫酸盐的废渣(如磷石膏)以适当配比也可构成水化硫铝酸钙；含活性氧化铝的废渣(如经预水化和煅烧工艺处理后的粉煤灰、煅烧煤矸石等)+含氧化钙或氢氧化钙的废渣(如电石渣)+含硫酸盐的废渣(如脱硫石膏)以适当配比即构成水化硫铝酸钙；含有活性铝酸钙的冶炼渣(如精炼钢渣)+含氧化钙(如电石渣)+脱硫石膏以适当配比也可构成水化硫铝酸钙。含有明矾石粉(KAl(SO4)2·12H2O)+含氧化钙或氢氧化钙的废渣(如电石渣)+石膏也可构成水化硫铝酸钙。 [0048] 因此，所述“含活性铝材料包括但不限于铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、明矾石、铝酸钙、聚合铝以及含活性铝成分的工业废渣”的叙述并不严谨；事实上有些材料同时包括铝、钙、硫酸根中的两种或三种；例如：硫铝酸盐水泥包括全部三种成分，只是各成分比例不符合本使用要求；铝酸盐水泥包含钙和铝，明矾石包含铝和硫酸根，石膏包含钙和硫酸根。 [0049] 上述不同材料由于有效成分含量不同，所以其水化产物的吸水率不同；上述各种不同形成途径得到的钙矾石的吸水速率也各不相同。可以根据实际工程对吸水率和吸水速率的要求选择合适的组成和钙矾石的反应途径。 [0050] 所述活性材料是指：含活性硅、铝成分的火山灰质无机非金属材料粉体或含活性硅、铝和钙成分的具有潜在水硬性胶凝性的无机非金属材料粉体，其可与氧化钙反应形成水化硅酸钙等水硬性胶凝性水化产物；包括但不限于：高炉矿渣、煅烧煤矸石、流化床粉煤2 灰、煅烧高岭土、煅烧硅藻土等，所述活性材料粉比表面积不小于300m/kg。此材料的选择对本发明吸水固化剂的性能有重要影响。 [0051] 在吸水固化剂中，无水石灰、吸水石膏和含活性铝材料构成吸水组分，活性材料与石灰或石灰和石膏构成吸水固化剂中的胶结组分。欲达到以一步操作实现现有技术对高含水率渣土的降水和固化两步操作所达到的双重技术需求，本吸水固化剂的关键技术特点是：①吸水固化剂需具有快速吸水能力和足够高的吸水率，可使高含水率的渣土在合适的时长内降低其含水率达到最佳含水率，以保证固化土混合料碾压施工后满足设计标准的干密度；且固化剂吸水得到的产物应是稳定且具有足够刚度的；②应能将胶结组分发生凝结硬化作用的时间控制在吸水固化剂吸水作用基本完成并使渣土含水率降至最佳含水率、固化土混合料被碾压成型之后，以避免渣土在碾压之前由胶结组分水化已经形成一定程度的胶结结构、在碾压过程又需将该已经形成的胶结结构破坏，从而造成固化剂的这部分固化胶结能在碾压过程的损失或增加碾压能耗；③应能将胶结组分发生凝结硬化作用的时间控制在形成钙矾石的反应过程基本完成之后，因为钙矾石形成过程不仅有吸收水分、降低渣土含水率的作用，同时会产生体积膨胀，如果在固化渣土碾压成型之后、且胶结组分已发生部分凝结硬化作用，则后续产生的过量钙矾石膨胀有可能破坏已经成型的路基固化土；④道路固化土的力学指标检测龄期为7d，因此应使固化剂中胶结组分水化产生的胶凝水化物大部分在7d时产生；一方面避免后期产生的胶结能力的浪费，更重要的是需避免固化土后期强度和刚度的过分增长导致其路用性能劣化。 [0052] 本吸水固化剂的材料组成需要针对此技术要求进行设计。本发明的吸水固化剂中，无水石灰、吸水石膏与含活性铝材料为吸水组分，吸水后的石灰和石膏与活性材料构成胶结组分。通常无水石灰、吸水石膏与渣土拌合后，其对渣土的吸水作用和物理改良作用需要经过一段时长才能完成，而且渣土与吸水固化剂拌合形成的混合物还要经过运输、摊铺等工序后再经碾压，这也需要一定的时间。特别是所述无水石灰、吸水石膏与含活性铝材料反应生成钙矾石类水化物的过程也需要一定的时间；且随其原材料的不同，形成生成钙矾石的反应时长也不相同。因此，要求由活性材料与石灰和石膏构成的胶结组分其凝结硬化发生的时间需要与吸水作用和物理改良作用所需时长、钙矾石生成时长和施工工艺所需时长相协调。之所以选择活性材料构成本发明的胶结组分，是因为通常这类材料的早期水化速率比较低，而通过将该材料磨细并使粒径分布窄化，可以使其后期水化速率加快，也能满足固化土后期强度和刚度不过分增长的要求。因此，所述活性材料的选择，应根据具体的土质条件和施工条件确定，可以通过对材料本身活性的选择和粉体细度的选择，调控吸水固化剂中胶结组分的反应速率。 [0053] 具体而言，所选的活性材料，在渣土与吸水固化剂拌合后的相当长时间内(1～24h，视土质条件、钙矾石生成速率和施工条件，由现场试验确定)，不应有显著的水化反应发生，以避免在混合物中形成胶结结构，(通常在对渣土与吸水固化剂混合形成的固化土混合料进行碾压之前，固化土混合料强度不宜超过0.05MPa)；另一方面，其水化物的生成又不能过晚，水化物的生成应主要在7d期间完成，(通常7d之后固化土的强度增量不宜大于7d强度的0.5倍，由设计决定)。因此，所述活性材料的选择，应根据具体的土质条件和施工条件确定，可以通过对活性材料本身活性的选择和粉体细度的选择，调控吸水固化剂中胶结组分的反应速率。 [0054] 在吸水固化剂中，所述活性材料与无水石灰和吸水石膏构成本吸水固化剂的胶结组分，活性材料的掺量主要取决于固化土所要求的强度，约占渣土干质量的3％～6％。无水石灰和吸水石膏与含活性铝材料反应生成钙矾石构成本吸水固化剂的主要吸水组分；含活性铝材料的掺量主要取决于所需减低的水量以及含活性铝材料中的有效成分含量，约占渣土干质量的3％～15％。 [0055] 无水石灰与吸水石膏在本吸水固化剂中起三重作用，既可以吸收结合渣土中水分，减低渣土含水率；吸收水分过后的石灰、石膏又与含活性铝材料反应生成钙矾石；活性铝材料与吸水石膏的质量比约为40％～80％，无水石灰与含活性铝材料与的质量比约为50％～90％；石灰、石膏还与活性材料进行水化反应产生胶凝性水化物，吸水石膏与活性材料的质量比约为10％～40％，视活性材料中的含活性铝成分的数量确定；无水石灰占潜在水硬性胶凝材料的量约为10％～40％；对于火山灰质的活性材料约为60％～90％。无水石灰和吸水石膏的掺量，可以根据①活性材料产生胶凝材料所需石灰、石膏的量，和②含活性铝材料反应生成钙矾石所需石灰、石膏量两项叠加。对于吸水固化剂B和吸水固化剂B，当渣土含水率较高时，按产生胶结性水化物的材料比例所配制的吸水固化剂不能满足吸水率要求时，可以提高无水石灰和吸水石膏的掺量；在此基础上，具体的吸水固化剂各组分的比例，需根据实际渣土的含水率、渣土的物理化学性质、对固化土的强度等性能要求以及石灰、石膏、含活性铝材料和活性材料的品质，通过试验确定。 [0056] 所述将无水石灰粉、吸水石膏粉、含活性铝材料粉与活性材料粉按适当比例混合构成的吸水固化剂A，在实际的工程应用中，在满足吸水率要求和固化土工程性能的条件下，当受材料资源等方面的限制，可以用熟石灰粉或主要含Ca(OH)2的废渣(如电石渣)部分或全部替代无水石灰；也可以用生石膏粉或主要含CaSO4·2H2O的废渣(如脱硫石膏、磷石膏等工业废石膏)部分或全部替代吸水石膏；此种情况，将丧失石灰和石膏的吸水作用，吸水固化剂的吸水能力将相应减弱。 [0057] 所述将无水石灰粉、吸水石膏粉与活性材料粉按适当比例混合构成的吸水固化剂B，在实际的工程应用中，在满足吸水率要求和固化土工程性能的条件下，因受材料资源等方面的限制，可以用熟石灰粉或主要含Ca(OH)2的废渣(如电石渣)部分或全部替代无水石灰；也可以用生石膏粉或主要含CaSO4·2H2O的废渣(如脱硫石膏、磷石膏等工业废石膏)部分或全部替代吸水石膏；但不得将吸水固化剂中的无水石灰、吸水石膏全部替换为熟石灰粉或主要含Ca(OH)2的废渣和生石膏粉或主要含CaSO4·2H2O的废渣，以保证该吸水固化剂具有足够的吸水能力。 [0058] 所述吸水固化剂，还可以与高分子高效吸水剂复合使用。所述高分子高效吸水剂包括但不限于：市售的聚丙烯酸盐类(PAA)、聚乙烯醇类(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)等。这些高分子高效减水剂其吸水后的产物没有刚度和强度，因此，其单独不能作为降低路用高含水率渣土含水率的吸水剂。但与本发明的吸水固化剂复合使用可以产生如下利益：①对于高含水率的渣土可以利用其在早期快速大量吸水；②该高分子高效吸水剂的吸水作用是可逆的，在干燥环境可以释放其所吸收的水分；路基固化土成型之后一般很难进行补水养护，可利用该高分子高效吸水剂的可逆吸水作用，为后期胶结材料的继续水化提供水分；③利用该高分子高效吸水剂吸水后产物没有刚度的特点，可以容纳后续钙矾石生成产生的体积膨胀，缓解钙矾石生成产生的膨胀应力；④利用该高分子高效吸水剂吸水后产物没有刚度和强度的柔性特点，可以缓解后期产生的胶结作用对固化土刚度和强度的过分提升。所述高分子高效吸水剂的掺量约为渣土干质量的0.01％～0.15％。 [0059] 所述过湿渣土为土木工程施工过程产生和排弃的含水率大于其最佳含水率的渣土(含水率在25％～70％)，包括但不限于深基坑开挖产生的渣土、地铁等地下过程施工产生和排弃的渣土、打桩泥浆和隧道施工排除的泥浆经干化处理得到的渣土等。 [0060] 本发明的吸水固化剂的使用与一般道路用固化剂固化满足最佳含水率的渣土的使用方法和程序基本一致，即将拟处理的过湿渣土与其干质量4％～25％的吸水固化剂拌合均匀后，将吸水固化剂与渣土的混合物按设计要求的厚度摊铺，然后再搁置1h～24h后，按设计要求的工艺进行碾压；即完成渣土填筑路基的工作。 [0061] 本发明的吸水固化剂与过湿渣土的拌合工艺，可以是将吸水固化剂的所有组分一同与渣土进行拌合，也可以将吸水固化剂的不同组分分别在不同的时间投入与渣土进行拌合。例如可以先将无水石灰、吸水石膏和含活性铝材料等吸水组分与渣土拌合，在一定时间之后再将活性材料投入拌合；如此可以降低胶结性水化物早期生成的不利影响。 [0062] 所述吸水率为无水石灰或吸水石膏的干燥粉末吸收结合的水分的质量与该干燥粉末的质量之比。无水石灰吸水率的测试方法如下：取无水石灰n1g，加水2n1g，搅拌成均匀糊状，然后以60℃将该混装物烘干至恒重以去除自由水；称重后记录该质量m1g，吸水率为w1＝{(m1‑n1)/n1}％。吸水石膏吸水率的测试方法如下：取吸水石膏n2g，加水2n2g，搅拌成均匀糊状，然后以45℃将该混装物烘干至恒重以去除自由水，称重后记录该质量m2g，吸水率为w2＝{(m2‑n2)/n2}％。 [0063] 吸水固化剂所需用量及其与拟处理的过湿渣土拌合后混合物搁置的时长，可根据吸水固化剂的吸水率、吸水速率和渣土的性质，经试验决定。吸水固化剂中的无水石灰和吸水石膏通过其吸水作用，可以使渣土含水率降低；同时对渣土有物理改良作用，使其颗粒粒径分布粗化、液限降低；这两个作用都会影响渣土的最佳含水率和最大干密度；对性质不同的渣土，无水石灰和吸水石膏与之作用的程度和时长不同。无水石灰和吸水石膏与拟处理的渣土的混合物搁置时长，主要与渣土的性质有关。如渣土的粘性(Ip值)大，与拟处理的渣土拌合后搁置时长相对较长；无水石灰和吸水石膏的吸水速率也有一定影响。吸水固化剂中钙矾石的生成速率与含活性铝材料的性质以及与钙矾石的生成途径有关。 [0064] 将吸水固化剂与拟处理的过湿渣土拌合并搁置适当时间，以保证无水石灰和吸水石膏充分水化并使其与渣土充分反应，钙矾石形成过程基本完成，使渣土的含水率减低至最佳含水率附近后，即可按道路工程的相关技术标准或规范，进行道路路基及基层的铺筑施工。通常每层摊铺的吸水固化剂和渣土混合物的厚度、吸水固化剂和渣土混合物的层数、碾压的机械及工艺，由设计提出，并经现场试验确定。目前道路施工固化满足最佳含水率渣土的处理主要有两种模式：一种路拌模式，即将拟处理渣土按设计的厚度摊铺在路床上，并将固化剂按设计的量均匀散布在渣土上，然后用拌合机械就地将固化剂与渣土拌合，然后进行碾压成型；对于这种施工模式，可采用先将吸水固化剂与高含水率渣土拌合，搁置适当时间、待到吸水固化剂与渣土的混合物达到最佳含水率后，再进行碾压的工艺。另一种厂拌模式：即在搅拌站用特定机械将拟处理渣土与设计给定量的固化剂搅拌均匀成渣土混合物，然后将该渣土混合物运输并摊铺到路床，然后进行碾压成型；对于这种施工模式，可以采用先将吸水固化剂与高含水率渣土的混合物按设计要求的厚度摊铺，然后再搁置适当时间、待到吸水固化剂和渣土的混合物达到最佳含水率后，进行碾压的工艺。 [0065] 为了对本发明上述的技术方案进行进一步地解释，以下提供结合了实际应用以及具体数据的多组实施例，但本发明所包含的保护范围不仅仅包括下述实施例： [0066] 本发明下述实施例中，包括了并列的两种技术方案，实施例1和3中为吸水固化剂B的配方包括无水石灰粉、吸水石膏粉以及活性材料粉；实施例2中为吸水固化剂C的配方包括无水石灰粉和活性材料粉；实施例4‑5中为吸水固化剂A的配方包括无水石灰粉、吸水石膏粉、含活性铝材料粉与活性材料粉的混合物，以及实施例1‑5中还包括了可以加入高分子吸水剂的案例。 [0067] 本发明的具体实施例如下： [0068] 实施例1 [0069] 实施例1中的道路工程过湿渣土的吸水固化剂应用于某高速公路基层填筑工程，其荷载等级为中、轻交通。拟采用本发明的吸水固化剂与过湿渣土拌合后填筑，采用厂拌施工模式进行施工。所用渣土为附近地铁建设施工开挖的土方，土的液限43％，塑性指数Ip 20，原始含水率40.8％。设计要求：用于该类型道路基层填筑时，固化土的7d无侧限抗压强度≥3MPa，固化土结构层厚度为200mm。 [0070] 本实施例的吸水固化剂的配方包括：采用某塑料厂制取乙炔过程中产生的电石渣经高温煅烧(900℃，煅烧60min)脱水制得煅烧电石渣干粉(其吸水率29.8％)，某燃煤电厂的烟气脱硫所产生的脱硫石膏经高温煅烧(400℃，煅烧30min)脱水制得可溶性无水石膏粉(其吸水率23.2％)，和高炉矿渣粉(S95级)混合而成。结合吸水和固化性能综合考虑，吸水固化剂的配比如下：煅烧电石渣占过湿渣土干土质量5.6％，无水石膏粉占过湿渣土干土质量的10.8％，矿粉占过湿渣土干土质量的4.8％。 [0071] 采用厂拌模式，吸水固化剂与过湿渣土在搅拌站拌合成均匀混合物后，将该混合物运输至路基的摊铺点，将该混合物按设计的厚度摊铺，自在搅拌站吸水固化剂与过湿渣土拌合起，包括运输和摊铺，总计搁置8h后，即可进行路基碾压。路基采用将吸水固化剂与渣土的拌合物分层填筑的工艺，每层厚度不大于20cm，每层用20T以上的压路机碾压5遍以上；最后两遍压实的压陷差应小于2cm；且该层压实度满足上述规定，方可进行下一层填筑。整体碾压成型完成后洒水养护保持湿润，养护期不小于7d。 [0072] 试验测得：吸水固化剂和过湿渣土拌合的混合料最佳含水率为21.5％，最大干密3 度为1.781g/cm，碾压后的压实度以及7d无侧限抗压强度均符合设计要求。 [0073] 实施例2 [0074] 实施例2中的道路工程过湿渣土的吸水固化剂应用于某二级公路底基层填筑工程，其荷载等级为中、轻交通。拟采用本发明的吸水固化剂与过湿渣土拌合后填筑，采用路拌施工模式进行施工。所用渣土为附近房建建设施工开挖的土方，土的液限39％，塑性指数Ip 18.6，原始含水率33％。设计要求：用于该类型道路基层填筑时，固化土的7d无侧限抗压强度≥1MPa，固化土结构层厚度为300mm。 [0075] 本实施例的吸水固化剂的配方包括：采用某塑料厂制取乙炔过程中产生的电石渣经高温煅烧(750℃，煅烧90min)脱水制得煅烧电石渣干粉(其吸水率26.8％)，粉煤灰(Ⅰ级)2 并磨细至比表面积500m/kg，聚丙烯酸高分子吸水剂。结合吸水和固化性能综合考虑，吸水固化剂的配比如下：煅烧电石渣占过湿渣土干土质量6％，粉煤灰占过湿渣土干土质量的 7.2％，聚丙烯酸高分子吸水剂占过湿渣土干土质量的0.05％。 [0076] 吸水固化剂干粉和过湿渣土的拌合采用路拌方式，将渣土均匀摊铺在施工区域，渣土的松铺厚度根据压实厚度乘以松铺系数确定，每层不大于300mm；然后将吸水固化剂干粉均匀摊铺在渣土上，采用路拌机械由两侧向中心拌合；然后用平地机对混合料进行整形，之后焖料12h，当混合料接近最佳含水率时，应当立即用15t重型轮胎压路机在路基全宽内进行碾压，碾压到设计要求的压实度，且不得有明显的轮迹。整体碾压成型完成后洒水养护保持湿润，养护期不小于7d。 [0077] 试验测得：吸水固化剂和过湿渣土拌合的混合料最佳含水率为19.1％，最大干密3 度为1.823g/cm，碾压后的压实度以及7d无侧限抗压强度均符合设计要求。 [0078] 实施例3 [0079] 实施例3中的道路工程过湿渣土的吸水固化剂应用于某二级公路基层填筑工程，其荷载等级为中、轻交通。拟采用本发明的吸水固化剂与过湿渣土拌合后填筑，采用厂拌施工模式进行施工。所用渣土为附近机场建设施工开挖的土方，土的液限42.6％，塑性指数Ip 3 19，原始含水率38.2％，最佳含水率16.8％，最大干密度1.962g/cm 。设计要求：用于该类型道路基层填筑时，固化土的7d无侧限抗压强度≥2MPa，固化土结构层厚度为300mm。 [0080] 本实施例的吸水固化剂的配方包括：采用一级生石灰粉(其吸水率28.1％)，磷石膏经高温煅烧(300℃，煅烧60min)脱水制得可溶性无水石膏粉(其吸水率21.2％)，高炉镍2 铁渣粉比表面积500m /kg，聚丙烯酰胺高分子吸水剂混合而成。结合吸水和固化性能综合考虑，吸水固化剂的配比如下：生石灰粉占过湿渣土干土质量5.6％，无水石膏粉占过湿渣土干土质量的7.8％，高炉镍铁渣粉占过湿渣土干土质量的6.0％，聚丙烯酰胺高分子吸水剂占过湿土干土质量0.1％。 [0081] 采用厂拌模式，吸水固化剂与过湿渣土拌合后在搅拌站拌合成均匀混合物后，将该混合物运输至路基的摊铺点，将该混合物按设计的厚度摊铺，自在搅拌站复合干粉与过湿渣土拌合起，包括运输和摊铺，总计搁置12h后，即可进行路基碾压。路基采用将吸水固化剂与渣土的拌合物分层填筑的工艺，每层厚度不大于20cm，每层用20T以上的压路机碾压5遍以上；最后两遍压实的压陷差应小于2cm；且该层压实度满足上述规定，方可进行下一层填筑。整体碾压成型完成后洒水养护保持湿润，养护期不小于7d。 [0082] 试验测得：吸水固化剂和过湿渣土拌合的混合料最佳含水率为19.1％，最大干密3 度为1.842g/cm，碾压后的压实度以及7d无侧限抗压强度均符合设计要求。 [0083] 实施例4 [0084] 实施例4中的道路工程过湿渣土的吸水固化剂应用于某高速公路，其荷载等级为中、轻交通，其基层拟采用本发明的吸水固化剂与高含水率渣土拌合后填筑，采用厂拌施工模式。所用渣土为附近建筑工地基坑开挖的土方，渣土的液限48％，塑性指数Ip 17，原始含水率44.8％。设计要求：固化土无侧限抗压强度为4MPa。 [0085] 本实施例的吸水固化剂的配方包括：采用某塑料厂产生的电石渣经900℃‑90min高温煅烧脱水制得无水石灰粉，其吸水率30.38％；吸水石膏采用脱硫石膏经300℃‑60min高温煅烧脱水制得可溶性无水石膏粉(其吸水率19.8％)；硫铝酸盐水泥，高炉矿渣粉(S95级)。 [0086] 根据设计要求的固化土强度，在最佳含水率的渣土固化达到设计要求的固化土强度时需要的胶结组分的配比和数量，得到无水石灰的量6.2％、吸水石膏的量7.2％和高炉矿渣的量26.6％；根据渣土天然含水率与最佳含水率的差值计算所需要降低的水量，扣除无水石灰6.2％、吸水石膏7.2％所能吸取的水量，据此计算吸收这些剩余水量所需要产生的钙矾石量，进而计算得到无水石灰的量7.8％、吸水石膏的量32.4％、和硫铝酸盐水泥的量19.8％；以此次为基础，通过试验得到既可以满足降低渣土含水率要求又可以满足固化土强度要求的吸水固化剂配比：硫铝酸盐水泥17.8％、吸水石膏39.6％、无水石灰16％，矿渣26.6％；吸水固化剂总掺量为渣土干质量的15％试验测得：该配比的钙矾石，10h时形成量约为理论计算值的87％，24小时形成量约为理论计算值的95％；采用石灰、石膏和矿渣与渣土拌合24h时固化土几乎没有强度，而7d固化土强度则为28d强度的85％。说明本吸水固化剂的胶结组分与钙矾石两者的生成速率比较协调。 [0087] 在搅拌站，将吸水固化剂与渣土按设计的配比投入搅拌机中搅拌均匀；运至拟填筑的路床，将吸水固化剂与渣土的拌合物按设计要求的厚度进行摊铺；从吸水固化剂与渣土开始搅拌计搁置24h后，按设计要求的工艺对摊铺的吸水固化剂与渣土的混合物进行碾压。路基填筑采用将吸水固化剂与渣土的拌合物分层填筑的工艺，每层厚度不大于20cm，每层用20T以上的压路机碾压5遍以上；最后两遍压实的压陷差应小于2cm，且该层压实度不小于98％，方可进行下一层填筑。整体碾压成型完成后洒水养护保持湿润，养护期不小于7d。 [0088] 实施例5 [0089] 实施例5中的道路工程过湿渣土的吸水固化剂应用于某二级公路，其荷载等级为重交通。其基层拟采用本发明的吸水固化剂与高含水率渣土拌合后填筑，采用路拌施工模式。所用渣土为附近地铁施工排弃的土方，渣土的液限47％，塑性指数Ip 20，原始含水率52.4％。设计要求：固化土无侧限抗压强度为3.5MPa。 [0090] 本实施例的吸水固化剂的配方包括：采用某乙炔气生产厂产出的电石渣经850℃‑90min高温煅烧脱水制得可溶性无水石灰粉(其吸水率28％)；吸水石膏采用磷石膏经300℃‑150min高温煅烧脱水制得可溶性无水石膏粉(其吸水率19％)，高铝水泥，煅烧煤矸石粉(细度400目)。 [0091] 试验测得该配比的钙矾石，12h时形成量约为理论计算值的73％，24小时形成量约为理论计算值的85％，7d形成量约为理论计算值的98％。采用无水石灰、吸水石膏和煅烧煤矸石粉与渣土拌合24h时固化土几乎没有强度，3d固化土强度为28d强度的45％,而7d固化土强度则为28d强度的73％。说明本吸水固化剂的胶结组分与钙矾石两者的生成速率的协调稍差，早期吸水率不足，吸水固化剂与渣土填筑碾压成型后，还有少量钙矾石产生，由此产生的后期膨胀可能对路基固化土稳定性有不利影响；7d仍有较大比例的胶结性水化物产生，后期固化土的刚度和强度较大的提高，对路基也有不利影响。故采用吸水固化剂与高分子高效吸水剂复合使用。高分子高效吸水剂为市售SAP，掺量为干土质量的0.2％。 [0092] 根据设计要求的固化土强度，在最佳含水率的渣土固化达到设计要求的固化土强度时需要的胶结组分的配比和数量，得到无水石灰的量10.8％、吸水石膏的量24％和煅烧煤矸石粉的量42％；根据渣土天然含水率与最佳含水率的差值计算所需要降低的水量，扣除无水石灰10.8％、吸水石膏24％所能吸取的水量和高效吸水剂所能吸取的水量，据此计算吸收这些剩余水量所需要产生的钙矾石量，进而计算得到无水石灰的量7.2％、吸水石膏的量16％和高铝水泥的量26.8％。以此为基础，通过试验得到既可以满足降低渣土含水率要求又可以满足固化土强度要求的吸水固化剂配比：高铝水泥12％、吸水石膏40％、无水石灰18％，煅烧煤矸石粉30％；吸水固化剂总掺量为渣土干质量的20％；高效吸水剂为渣土干质量0.2％。 [0093] 先将渣土按设计要求的厚度摊铺，然后将吸水固化剂和高分子高效减水剂均匀的分散在渣土层上，然后用路拌机械将渣土与吸水固化剂和高分子高效吸水剂拌合均匀，再搁置12h后，按设计要求的工艺进行碾压；路基的填筑采用将吸水固化剂与渣土的拌合物分层填筑的工艺，每层厚度不大于20cm，每层用20T以上的压路机碾压5遍以上；最后两遍压实的压陷差应小于2cm，且该层压实度不小于98％，方可进行下一层填筑。整体碾压成型完成后洒水养护保持湿润，养护期不小于7d；即完成渣土填筑路基的工作。 [0094] 通过所述实施例的进一步展开说明，也是进一步地说明了，通过本发明提供的吸水固化剂能够有效地对过湿渣土进行降水以及固化，提供了一种资源化处理过湿渣土的处理方法。 |
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