一种矿物基类胶凝材料及其在航道护坡上的应用

本发明属于航道护坡固化材料领域，具体涉及一种矿物基类胶凝材料及其在航道护坡上的应用。

背景技术：

1、在综合交通运输体系中，内河水运具有其运能大、占地少、耗能低等优势，水路运输可以实现大批量运输，能够有效缓解流域土地资源紧张和大宗物资陆路运输压力，对节约使用能源和减少污染物排放都具有积极作用。而在我国内河航道的建设中，护坡工程作为内河航道建设的重要组成部分，在防洪、排涝、保持水土、通航等方面都起到了极其重要的作用，现阶段经常采用的护坡方案中，浆砌块石重力式护岸，往往石料用量大，不符合当前资源节约要求，重力式护岸一般都要求干地施工，需修建围堰，加上基本都是采用人工砌筑，机械化程度低，导致了施工速度很慢，周期很长，而且施工质量较难控制。浆（干）砌块石斜坡式护岸，需要消耗石料资源，人工建造，施工质量不易控制。混凝土预制板和现浇混凝土斜坡式护岸，易损坏，修复困难、且美观性差。

2、如中国专利cn104310933a，其利用砂性弃土，减少航道整治中废弃土的转运、压地及对环境的不利影响，扩大了砂性弃土固化制品的资源化利用；但是其方案需要相关的成型模具，以及高压压制成型工艺，工序复杂，不利于推广。因此需要开发一项成本较低、施工快捷、适应性强、应用面广、耐久性好且大宗材料可以在施工现场就地就近采取的高性能矿物基类胶凝材料固化膜袋砼护坡技术。

技术实现思路

1、针对现阶段航道护坡材料及生产工艺上存在的问题，本发明提供了一种矿物基类胶凝材料，依据碱性激发活性和天然矿物形成的结晶原理与天然胶体形成的化学过程原理，采用矿粉、钢渣作为材料，可以降低成本，改善尾矿浆液流动度，降低母料中水泥水化热，增强后期强度、改善护坡材料的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力。同时还提供了该材料的制备方法，以及具体的应用效果。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种矿物基类胶凝材料，包括以下重量份数的原料：

4、胶凝剂                      30-50份；

5、硅灰石粉                    3-6份；

6、生石灰                      3-5份；

7、氧化铝                      1-3份；

8、矿粉                        5-20份；

9、细沙                        30-50份；

10、氢氧化钾                    0-1.5份；

11、钢渣                        3-5份。

12、优选地，所述的胶凝剂为石灰石、矾土、石膏经1200~1450℃煅烧后再加入8-12%石膏和1-5%氧化镁的混合物。

13、优选地，所述硅灰石粉的si含量在40%以上。

14、优选地，所述生石灰中氧化钙含量为70%以上。

15、优选地，所述钢渣为200-300目。

16、优选地，所述粉煤灰为二级粉煤灰；和/或所述细沙中为机制砂。

17、优选地，所述铁尾矿经超细研磨后经700-1300℃煅烧处理。

18、上述矿物基类胶凝材料在航道护坡上的应用，将矿物基类胶凝材料按照配比混合均匀，与航道护坡的现场土混合均匀，加入水，成型即可。

19、进一步地，所述的矿物基类胶凝材料与航道护坡的现场土的质量比为：1:1-3:7。

20、本申请采用胶凝剂的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙与水和现场土混合后反应，迅速生成大量胶体混合物，释放大量热量，同时将土体中的水固化。随着反应的进行，一些生成的胶体物质会发生硬化，当硬化的胶体逐渐增多则会形成一种空间网状结构，提高现场土强度，同时与机制砂作为细骨料，提高混合后材料的级配，是混合浆液包裹在机制砂表面并填充其空隙，提高总体强度。

21、本申请依据碱性激发活性和天然矿物形成的结晶原理与天然胶体形成的化学过程原理。胶凝剂水化产物与现场土的作用方式揭示如下：水化胶凝产物包裹在土颗粒周围，提高了土颗粒与土之间的胶结能力，增强了结构的整体性，并填充孔隙使结构更加致密。生石灰不仅可以消耗土中的部分水份，而且生成ca(oh)2呈现碱性，有利于激发土和胶凝材料中其他成分的活性，同时在胶凝材料中加入少量氢氧化钾增加碱性，避免生石灰过多导致固化物过度膨胀崩解。同时矿粉、钢渣作为材料，可以降低成本，改善尾矿浆液流动度，降低母料中水泥水化热，提高固化后尾矿的抗渗能力，增强后期强度、改善固化后尾矿的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力。

22、因此，本发明的任一材料对胶凝材料的固化效果具有不可替代的作用，且材料之间相互协同，使胶凝材料固化现场土作为膜袋护坡材料的效果更好。在实际应用中，还可以单独将机制砂拿出，原地购买，减少材料的运输费用，通过不同护坡强度的要求，调整添加胶凝材料的配比，另外机制砂可以完美调节现场土的级配，使现场土固化后更加密实。

23、本发明的有益效果：

24、1、本发明提供了一种高性能矿物基类胶凝材料，该胶凝材料对各种天然土具有高效快速胶凝固化作用，固化后混合料的强度、稳定性、耐久性等指标可达到普通混凝土的水平。打破了常规水泥基胶凝材料的思路，引领传统胶凝材料向无污染、成本低廉的天然矿物材料方向发展。

25、2、本发明将航道护坡的材料从水泥砂浆换成现场土和矿物基胶凝材料，将护坡材料中的水泥换成土，可以在固结面上进行适量种植，既可以美观，其根系又可以作为纤维材料对护坡工程进行加固。

26、3、养护时间短，硬化快，抗压强度高，抗冻融效果好，可以在冬季施工，性能稳定，航道护坡材料寿命长；标准养护条件下，矿物基类胶凝材料与现场土1:1质量比混合，3天无侧限抗压强度可以达到10-12mpa，28天无侧限抗压强度可达到24-26mpa。

27、4、本发明航道护坡高性能矿物基类胶凝材料，替代传统高能耗、高污染的水泥，在保证降低碱金属掺量的同时，实现加水即可反应、强度高、耐久性好等目标。可以在干湿循环、冻融循环和侵蚀溶液作用等复杂环境影响下正常固化。

技术特征：

1.一种矿物基类胶凝材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

2.根据权利要求1所述的矿物基类胶凝材料，其特征在于，所述的胶凝剂为石灰石、矾土、石膏经1200~1450℃煅烧后再加入8-12%石膏和1-5%氧化镁的混合物。

3.根据权利要求1所述的矿物基类胶凝材料，其特征在于，所述硅灰石粉的si含量在40%以上。

4.根据权利要求1所述的矿物基类胶凝材料，其特征在于，所述生石灰中氧化钙含量为70%以上。

5.根据权利要求1所述的矿物基类胶凝材料，其特征在于，所述钢渣为200-300目。

6.根据权利要求1所述的矿物基类胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰为二级粉煤灰；和/或所述细沙中为机制砂。

7.根据权利要求1-6任一所述的矿物基类胶凝材料，其特征在于，所述铁尾矿经超细研磨后经700-1300℃煅烧处理。

8.权利要求1所述的矿物基类胶凝材料在航道护坡上的应用，其特征在于，将矿物基类胶凝材料按照配比混合均匀，与航道护坡的现场土混合均匀，加入水，成型即可。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的矿物基类胶凝材料与航道护坡的现场土的质量比为：1:1-3:7。

技术总结
本发明属于航道护坡固化材料领域，具体涉及一种矿物基类胶凝材料及其在航道护坡上的应用。依据碱性激发活性和天然矿物形成的结晶原理与天然胶体形成的化学过程原理，该胶凝材料对各种天然土具有高效快速胶凝固化作用，采用矿粉、钢渣作为材料，可以降低成本，改善尾矿浆液流动度，降低母料中水泥水化热，增强后期强度、改善护坡材料的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力。打标准养护条件下，矿物基类胶凝材料与现场土1:1质量比混合，3天无侧限抗压强度可以达到10‑12MPa，28天无侧限抗压强度可达到24‑26MPa。破了常规水泥基胶凝材料的思路，引领传统胶凝材料向无污染、成本低廉的天然矿物材料方向发展。

技术研发人员：杨忠年,秦夕朋,魏贤华,黄腾,凌贤长,张莹莹,孟相,张泽凯
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13