一种土壤岩凝剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种土壤岩凝剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的不断发展，各种基础工程建设越来越多，规模越来越大。在传统的 工程建筑过程中需要大量的水泥、石灰、沙石等建筑材料，由于这些建筑材料的开采与制备 需要消耗大量的自然资源和能源，而且在施工中往往还需要对大量建筑材料长途运输，所 以能耗大、成本高、环境污染严重。
[0003] 土壤固化技术基于上述现状应运而生，从20世纪40年代开始蓬勃发展，至今已形 成一门综合性的交叉学科。它涉及基础建筑、公路建设、堤坝工事、井下作业、垃圾填埋、防 尘固沙等多种领域。根据各种报道，目前用于固土的技术方法很多，可以分为物理方法、化 学方法和生物方法。但是，目前真正具有工程实施价值的土壤固化技术还仅仅局限在化学 方法中，即向土壤中添加化学剂，通过化学剂的"胶联"作用，使松散的土壤胶结成为具有一 定力学强度的相对稳定物理结构的方法。能够用于土壤固化的化学剂很多，有传统固化材 料如石灰、水泥，以及复合型土壤固化材料如文献报道的SH固土剂、HAS固土剂、ISS固土 剂、YTG固土剂和GT型土壤固化剂等，其固土作用都是通过使原本松散的土壤颗粒胶联在 一起从而达到一定的力学强度而实现的。这类土壤固化技术在现实的实施中存在以下缺 点：1)力学强度有限，而且由于土质的不同往往难以达到道路建设所需的力学强度；2)稳 定性较差，胶结完成后即达到最佳力学强度，一旦胶结结构遭受外力破坏便无法恢复，致使 整体力学强度无以为继。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种土壤岩凝剂及其制备方 法，根据不同的土壤类型设计出不同配比的土壤岩凝剂，然后通过特定的工艺过程与方法 处理各配方组分，根据地球化学工程学原理施于工程应用，通过改变土壤的化学性质，促进 其物理结构的改善和力学性能的大幅度提高，达到工程力学强度高、稳定性好的效果。
[0005] 本发明所采用的技术方案为：一种土壤岩凝剂，包括的组分和各组分的质量分数 如下：凹凸棒石5~15% ;海泡石5~12% ;粉煤灰3~48% ;赤泥5~37% ;冶金铁矿渣 2~30% ;铝土矿3~12% ;煤矸石0~17% ;高岭土 0~8% ;水玻璃0~5% ;氢氧化钠 1~3% ;磷酸二氢钾0~4% ;尿素0. 5~5%。
[0006] 进一步地，包括的组分和各组分的质量分数如下：凹凸棒石9% ;海泡石8% ;粉煤 灰23% ;赤泥20% ;冶金铁矿渣14% ;铝土矿7% ;煤矸石7% ;高岭土 4% ;水玻璃2% ;氢 氧化钠2% ;磷酸二氢钾1 % ;尿素3%。
[0007] 所述土壤岩凝剂的制备方法如下：
[0008] a、将凹凸棒石、海泡石、冶金铁矿渣、铝土矿、煤矸石、高岭土分别脱水至水分含量 低于15% ;
[0009] b、将步骤a中脱水后的凹凸棒石、海泡石、冶金铁矿渣、铝土矿、煤矸石、高岭土分 别研磨成粒径小于3mm的颗粒；
[0010] C、将步骤b中处理过的铝土矿、高岭土分别在250°C-900°c的温度下焙烧活化 3-6h；
[0011] d、将步骤c处理后的铝土矿、高岭土按照设计量进行配比，并加入50%设计量的 粉煤灰混合均匀，制成第一制剂，将固定氢氧化钠溶解制成浓度为10%的氢氧化钠溶液， 然后向所述第一制剂中加入为所述第一制剂总质量2-2. 5倍10%的氢氧化钠溶液，浸泡 40-70h，并同时搅拌使液体和固体充分接触；
[0012] e、将经步骤d处理后的铝土矿、高岭土和粉煤灰、氢氧化钠的混合物进行脱水，同 时检测氢氧化钠的含量，使其符合设计量；并按设计量加入磷酸二氢钾和尿素，在250°C~ 500°C的温度下焙烧活化3. 5-4. 5h，制成第二制剂；
[0013] f、按照设计配比将赤泥及50%设计量的粉煤灰与步骤b处理的凹凸棒石、海泡石 和煤矸石混合均匀，制成第三制剂，然后再将所述第三制剂加入步骤e所述的第二制剂中 混合均匀，制成第四制剂；
[0014] g、向所述第四制剂中按照设计量加入水玻璃和冶金铁矿渣混合均匀，然后研磨至 粒径小于200目，即得到符合要求的土壤岩凝剂。
[0015] 进一步地，根据权利要求3中所述土壤岩凝剂的制备方法中，其特征在于：所述步 骤c中当铝土矿、高岭土在300°C时的热失重速率小于0. 8%/h时停止焙烧。
[0016] 进一步地，根据权利要求4中所述土壤岩凝剂的制备方法中，其特征在于：所述步 骤d当铝土矿、高岭土和粉煤灰混合物浸泡溶液中的金属离子含量大于6 %时，停止浸泡。
[0017] 进一步地，在步骤b和步骤c之间，进一步还包括步骤bl，所述步骤bl对步骤b中 处理过的凹凸棒石、海泡石、冶金铁矿渣、铝土矿、煤矸石、高岭土分别进行物理提纯，使每 个单独成分的纯度在90%以上。
[0018] 进一步地，在所述步骤a中进一步还包括步骤al，所述步骤al将步骤a中脱水后 的凹凸棒石、海泡石、冶金铁矿渣、铝土矿、煤矸石、高岭土分别进行破碎，使每个单独成分 的粒径在3cm以下，然后对所述破碎后的凹凸棒石、海泡石、冶金铁矿渣、铝土矿、煤矸石、 高岭土进行筛选，去除杂质，然后进行步骤b的研磨。
[0019] 本发明的有益效果为：本发明将以上原材料通过设定的制备方法有机的结合到了 一起，发挥协同作用，制成了方便使用和运输的土壤岩凝剂。同时，采用清洁化制备工艺，高 效利用工业废弃物，充分体现节能减排，循环经济的发展战略。该土壤岩凝剂直接加入到 不同类型的土壤中，在具体的施工中可以就地取材，代替水泥、石灰、碎石，大大降低建设成 本，而且通过该岩凝剂铺筑的公路工程力学强度高、稳定性好，使用寿命长。
[0020] 在基础建设工程中，采用土壤岩凝剂每代替1万吨水泥的用量，将减少5200吨C02 气体的排放量，节省煤炭约2400吨；每代替1万吨石灰使用量，可减少8000吨C02气体的 排放量，节省煤炭约3000吨；每减少1万立方米的碎石用量，能够使约300立方米的植被得 到保护；同时，提供工程质量，延长工程寿命，降低工程成本。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行 详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有 其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0022] 〈第一实施例〉
[0023] 本发明所描述的土壤岩凝剂是一种土壤固化剂，可以改变土壤的结构性能，其具 体成分组成和制作方法如下：
[0024] 一种土壤岩凝剂，包括的组分和各组分的质量分数如下：凹凸棒石5 %;海泡石 5% ;粉煤灰3% ;赤泥37% ;冶金铁矿渣30% ;铝土矿12% ;煤矸石2% ;高岭土 2% ;水玻 璃2. 5% ;氢氧化钠1% ;磷酸二氢钾0% ;尿素0. 5%。将以上组分制成混合制剂，将混合 制剂按照1:11的比例和土壤进行混合，进行施工。
[0025] 〈第二实施例〉
[0026] 一种土壤岩凝剂，包括的组分和各组分的质量分数如下：凹凸棒石15%;海泡石 12% ;粉煤灰48% ;赤泥5% ;冶金铁矿渣2% ;铝土矿3% ;煤矸石1 % ;高岭土 1 % ;水玻 璃1% ;氢氧化钠3% ;磷酸二氢钾4% ;尿素5%。将以上组分制成混合制剂，将混合制剂 按照1:10的比例和土壤进行混合，进行施工。
[0027] 〈第三实施例〉
[0028] 一种土壤岩凝剂，其特征在于，包括的组分和各组分的质量分数如下：凹凸棒石 10% ;海泡石8. 5% ;粉煤灰25. 5% ;赤泥21% ;冶金铁矿渣20. 5% ;铝土矿7. 5% ;煤矸石 0% ;高岭土 0% ;水玻璃0% ;氢氧化钠2% ;磷酸二氢钾2% ;尿素3%。将以上组分制成 混合制剂，将混合制剂按照1:10的比例和土壤进行混合，进行施工。
[0029] 〈第四实施例〉
[0030] 一种土壤岩凝剂，包括的组分和各组分的质量分数如下：凹凸棒石6%;海泡石 10% ;粉煤灰8. 5% ;赤泥15% ;冶金铁矿渣13% ;铝土矿12% ;煤矸石17% ;高岭土 8% ; 水玻璃5% ;氢氧化钠1. 5% ;磷酸二氢钾3% ;尿素1%。将以上组分制成混合制剂，将混 合制剂按照1:9的比例和土壤进行混合，进行施工。
[0031]〈第五实施例〉
[0032] 一种土壤岩凝剂，包括的组分和各组分的质量分数如下：凹凸棒石6.5 %;海泡石 7% ;粉煤灰18% ;赤泥18% ;冶金铁矿渣23% ;错土矿9% ;煤矸石8. 5% ;高岭土 4% ;水 玻璃1% ;氢氧化钠2. 5% ;磷酸二氢钾1% ;尿素1. 5%。将以上组分制成混合制剂，将混 合制剂按照1:13的比例和土壤进行混合，进行施工。
[0033] 〈第六实施例〉
[0034] 实施例一到实施例五的基础上，其土壤岩凝剂的制备方法为：
[0035] 1)将凹凸棒石、海泡石、冶金铁矿渣、铝土矿、煤矸石、高岭土分别脱水至水分含量 低于15%;
[0036] 2)将脱水后的凹凸棒石、海泡石、冶金铁矿渣、铝土矿、煤矸石、高岭土分别进行破 碎，使破碎后矿物质和矿渣的粒径在3cm左右，然后进行筛选，除去杂质，最后进行研磨，制 成成粒径小于3mm的颗粒；
[0037] 3)将研磨后的铝土矿、高岭土颗粒分别在575°C左右的温度下焙烧活化3_6h，在 焙烧的过程中不断进行检测，每次检测的时间间隔为0. 5h左右，当在300°C时连续三次检 测的热失重速率小于0. 8 %/h时停止焙烧；（热失重就是某物体在一定温度下加热时，在单 位时间内由于其物质挥发、氧化、分解等造成的质量损失的量，其大小可以用来衡量其热稳 定性或含水率。）
[0038] 4)按照施工所在地的土壤类型，将不同比例焙烧后的铝土矿、高岭土和50%设计 量的粉煤灰混合均匀，制成第一制剂，将固体氢氧化钠溶解制成浓度为10%的氢氧化钠水 溶液，然后向所述第一制剂中加入为所述第一制剂总质量2. 25倍的10%氢氧化钠溶液，并 同时搅拌使液体和固体充分接触，在浸泡的过程中每两小时检测一次铝土矿、高岭土混合 物侵泡溶液中的金属离子的含量，浸泡48小时后，当连续三次检测溶液中金属离子含量大 于6%时，停止浸泡；
[0039] 5)将浸泡后的铝土矿、高岭土、粉煤灰、氢氧化钠的混合物溶液，通过蒸发法和过 滤法相结合进