一种用于黄土固化的复合胶凝材料及其制备方法和应用

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种用于黄土固化的复合胶凝材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.黄土在世界上广泛分布，鉴于黄土的工程特点及其由此引发造成的各种地质灾害、工程问题、人员伤亡和财力物力的浪费，采用石灰、水泥或高分子材料及其他措施等对其进行改良以达到提高黄土强度的目的，是目前岩土工程领域的重要任务。
3.目前所采用的黄土固化方法有：换填垫层法、置换法、排水固结法、强夯法、粉喷桩法、旋喷桩法、无机材料固化(石灰、粉煤灰、水泥、新型矿渣和工业废渣等材料两者或三者混合)等方法。在以上方法的使用过程中，各种措施均有一定的局限性与缺陷。例如采用现有的无机材料固化法对黄土进行固化，存在固化后的土壤的密实度低、抗冻性和耐水稳定性差、抗压强度低、耐湿热老化性能差，以及固化成本高等。
4.因此，为减少由黄土而引发的各种地质灾害及工程问题，节约固化成本，研究高效节能的新型黄土固化的复合胶凝材料势在必行。


技术实现要素：

5.针对现有黄土固化方法存在的上述问题，本发明提供一种用于黄土固化的复合胶凝材料及其制备方法和应用，该用于黄土固化的复合胶凝材料用于固化黄土可增加固化黄土的密实度，增加固化黄土的抗压强度，提升固化黄土的抗冻、耐水和耐湿热老化的性能，且该复合胶凝材料的成本低、用量少、制备方法简单，能有效降低固化黄土的成本。
6.为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
7.一种用于黄土固化的复合胶凝材料，包括以下质量份数的组分：
8.矿渣粉35-40份，钢渣粉35-40份，辉绿岩粉10-15份，半水磷石膏4-8份，灰钙粉4-8份，阴离子表面活性剂0.03-0.08份，聚丙烯酸氨0.05-0.15份，激发剂0.5-1份，β-萘磺酸盐甲醛缩合物0.5-1份。
9.相对于现有技术，本发明提供的用于黄土固化的复合胶凝材料中，矿渣粉和钢渣中含有大量的无固定形态的玻璃体，辉绿岩粉中含有大量的长石类矿物，在灰钙粉及钢渣粉水化溶解提供碱性的环境下，与磷石膏水解产生的硫酸根离子反应生成钙矾石及硅铝酸盐凝胶类矿物。辉绿岩粉还可以提供反应物生成的晶核，促进水化反应的进行。复合胶凝材料水解产生碱性环境及硫酸根离子可以激发黄土中的粘土组分进行水化反应。且磷石膏中的磷酸根能够控制水化反应速率。阴离子表面活性剂和β-萘磺酸盐甲醛缩合物结合能够降低表面张力，具有润滑分散引气作用，提升复合胶凝材料的工作性。聚丙烯酸氨可通过缠绕、络合作用，增强体系的稳定性。上述各组分的结合形成的胶凝体系用于作为固化黄土的胶凝材料可以显著提升固化黄土的密实度、抗冻性、抗压强度、耐水性和耐湿热老化性能。
10.此外，本发明提供的用于黄土固化的复合胶凝材料中，矿渣和钢渣、辉绿岩粉具有
潜在活性，采用的激发手段为化学激化，结合灰钙和石膏的使用，使复合胶凝材料中各自的性能都能得到充分的发挥，在按照特定的配比组合，可具备高固化强度，达到与纯水泥固化材料相当的效果，费用却远低于纯水泥固化材料，显著降低固化黄土的成本。
11.优选的，所述矿渣粉的比表面积为280-310m2/kg。
12.优选的，所述钢渣粉的比表面积为280-320m2/kg。
13.优选的，所述辉绿岩粉的比表面积为250-300m2/kg。
14.优选的，所述半水磷石膏的比表面积为200-260m2/kg。
15.优选的，所述灰钙粉的比表面积为200-260m2/kg。
16.优选的，所述矿渣粉中cao的质量含量为70％-80％。
17.优选的，所述钢渣粉中al2o3的质量含量为65％-75％。
18.优选的，所述辉绿岩粉中sio2的质量含量为60％-70％。
19.优选的，所述阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸钠。
20.选择特定含量的烷基苯磺酸钠与β-萘磺酸盐甲醛缩合物共同作用，结合复合胶凝材料中的其他成分，可进一步增加固化颗粒的密实度，利于固化材料的抗冻性能、抗压强度、耐水稳定性以及耐湿热老化性能的提升。
21.优选的，所述聚丙烯酸氨是由丙烯酸通过自由基聚合，然后加入氨水中和得到的高分子聚合物，分子量为1000万-3000万。
22.优选的，所述激发剂为硫酸钠、硅酸钠和醇胺类化合物中的至少一种。
23.优选的，所述醇胺类化合物包括n-甲基二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺。
24.优选的，所述β-萘磺酸盐甲醛缩合物的减水率为15％-20％。
25.本发明还提供了所述用于黄土固化的复合胶凝材料的制备方法，该制备方法包括：将所述矿渣粉、钢渣粉、辉绿岩粉、半水磷石膏、灰钙粉、阴离子表面活性剂、聚丙烯酸氨、激发剂和β-萘磺酸盐甲醛缩合物按照所述质量份数进行混合得到。
26.相对于现有技术，本发明提供的用于黄土固化的复合胶凝材料的制备方法的制备工艺简单，成本低廉，适合工业化生产。同时该复合胶凝材料的制备过程的碳排放量低，消耗的材料为磷石膏、矿渣粉、钢渣粉等工业固体废弃物，具有较高的生态保护价值。
27.本发明提供了利用该用于黄土固化的复合胶凝材料进行黄土固化的方法。该方法包括：将所述复合胶凝材料、待固化黄土和水按照1:4-8:0.4-1的质量比混合均匀，得到固化材料，将所述固化材料回填至所述待固化黄土的采挖位置并压实。
28.利用该用于黄土固化的复合胶凝材料进行黄土固化的方法，操作简单，固化黄土效果明显，可推广应用。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.实施例
31.用于黄土固化的复合胶凝材料，其包含的各组分及各组分质量份数配比如表1所示。
32.表1用于黄土固化的复合胶凝材料
33.34.[0035][0036]
其中，聚丙烯酸氨是由丙烯酸通过自由基聚合，然后加入氨水中和得到的高分子聚合物，分子量为1000万-3000万。
[0037]
制备上述实施例1-4和对比例2中的用于黄土固化的复合胶凝材料，制备方法为：将所述矿渣粉、钢渣粉、辉绿岩粉、半水磷石膏、灰钙粉、烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸氨、激发剂和β-萘磺酸盐甲醛缩合物按照表1中的质量份数进行混合得到。
[0038]
试验例
[0039]
利用上述制备好的用于黄土固化的复合胶凝材料进行黄土的固化：
[0040]
将实施例1和对比例1-2中的胶凝材料分别与黄土和水按照1:6:0.6的质量比混合均匀，得到固化材料，压实得到黄土固化样品；
[0041]
将实施例2的胶凝材料分别与黄土和水按照1:8:0.4的质量比混合均匀，得到固化材料，压实得到黄土固化样品；
[0042]
将实施例3和4的胶凝材料分别与黄土和水按照1:4:1的质量比混合均匀，得到固化材料，压实得到黄土固化样品。
[0043]
对得到的固化材料和黄土固化样品的性质进行测试，测试结果如表2所示。
[0044]
表2测试结果
[0045]
[0046][0047]
由表2中的数据可知，本发明提供的用于黄土固化的复合胶凝材料用于固化黄土可增加固化黄土的密实度，增加固化黄土的抗压强度，提升固化黄土的抗冻、耐水和耐湿热老化的性能，且该复合胶凝材料的成本低、用量少，材料来源广泛，能有效降低固化黄土的成本。
[0048]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。