CN102557494A

CN102557494A - 一种基于工业废料的绿色固化剂

Info

Publication number: CN102557494A
Application number: CN2011104297329A
Authority: CN
Inventors: 易耀林; 刘松玉; 顾力扬; 常胜; 郭鹏飞; 王昭
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种基于工业废料的绿色固化剂，由粒化高炉矿渣微粉和电石渣组成，电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的10％～30％。本发明能够提高固化效果，降低相应土木工程中的能耗和二氧化碳排放，降低工业废料堆放对环境的污染，同时降低工程造价。与现有技术相比，本发明在达到相同固化效果的前提下，可减少80％～90％的二氧化碳排放，60％～80％的能耗，节省30％～50％的工程造价。

Description

一种基于工业废料的绿色固化剂

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，是一种用于固化土壤、砂石等散粒体土木工程材料的绿色固化剂。

背景技术

化学固化是用来加固土壤、砂石等散粒体土木工程材料的常用方法，它通过固化剂和被加固材料（如土壤）之间物理化学作用，形成强度较高、整体性、水稳性好的复合固化材料。土木工程中最常用的固化剂为水泥和石灰。石灰是土木工程中应用历史最长的固化剂，但是它的缺点是形成的强度太低，效果不好，所以，当前土木工程中最主要的固化剂为水泥。但是水泥在生产过程需要高温煅烧，煅烧温度约为1450度，同时在水泥生产过程中需要释放大量的二氧化碳，生成1吨水泥需要向大气排放0.85吨二氧化碳。研究表明由于水泥产业排放的二氧化碳占世界上人为排放二氧化碳的10%左右，二氧化碳作为主要温室气体对全球变暖影响很大。中国作为京都协议的签约国，承担着很重的二氧化碳减排责任，而土木建筑领域是二氧化碳排放的主要重要领域之一。

粒化高炉矿渣微粉是由钢铁工业的废料——矿渣磨细而来的。矿渣是钢铁工业的一种废料，如不加以利用，其本身的堆放也会占用一定土地资源。粒化高炉矿渣微粉的化学成分与普通波特兰水泥相似，是一种潜在的胶凝材料，而且该原料的性质稳定、来源较广，价格是水泥的一半左右，能满足土木工程行业的大规模需要。但是这种材料的水化速度和强度增长很慢，需要半年甚至几年，很难满足土木工程的使用需求。

电石渣是用电石生产重要化工原料乙炔时产生的废渣，主要成分是Ca(OH)₂，CaCO₃、SiO₂、硫化物、镁和铁等金属的氧化物、氢氧化物等无机物以及少量有机物。电石渣浆是重点污染源，排放及存储电石渣常占用大量的耕地，长期存放的土地严重钙化，复耕非常困难。如果管理不当会对本地生态环境造成严重影响。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于工业废料的绿色固化剂，用于固化土壤、砂石等散粒体土木工程材料。本发明能够提高固化效果，降低相应土木工程中的能耗和二氧化碳排放，降低工业废料堆放对环境的污染，同时降低工程造价。

技术方案：一种基于工业废料的绿色固化剂：

固化剂由粒化高炉矿渣微粉（满足国标G/T 18046-2008）和电石渣组成，电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的10％～30％。

与现有技术相比，本发明在达到相同固化效果的前提下，可减少80％～90％的二氧化碳排放，60％～80％的能耗，节省30％～50％的工程造价。

本发明经过了大量的试验（在后面的试验例将举例说明）发现，电石渣能大大加快粒化高炉矿渣微粉的水化。本发明在粒化高炉矿渣微粉中掺入少量的电石渣，粒化高炉矿渣微粉及电石渣共同作用且只需两者的共同作用就能使本发明固化效果能超过相同掺量的水泥。发明人通过试验发现，电石渣掺入过多或过少都会降低固化效果，存在一个最佳的范围，即：电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的10％～30％时，固化效果最优。在该配比范围内，粒化高炉矿渣微粉和电石渣的固化效果要高于相同情况下的水泥。，本发明的固化剂主要成分为工业废料，利用它可以减少水泥生产过程中向大气排放的二氧化碳，降低工业废料堆放对环境的污染，同时大大降低固化剂的成本，所以，本发明的新型土体固化剂是一种绿色、低碳和经济的环保型固化剂。

附图说明

图1为高炉矿渣微粉和电石渣固化软土的无侧限抗压强度。

具体实施方式

本发明所述的固化剂由粒化高炉矿渣微粉（满足国标G/T 18046-2008）和电石渣组成，电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的10％～30％，在本实施例中，电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的10％、15%、20％或30％。具体的配比可以在本发明提供的范围内，采用所需要处理的土体或砂石进行几组不同的室内配合比试验，确定最优配比。用本发明固化土壤、砂石等散粒体土木工程材料时，根据具体工程需要，固化剂干质量占固化对象（土壤、砂石等）干质量的5%~50%。

试验例1

本实施例中所需要固化的对象为连云港软土，液限为56％，含水量为60％，粒化高炉矿渣微粉符合国标G/T 18046-2008要求，其掺量（粒化高炉矿渣微粉与干土质量之比）为30％。采用2种固化剂：（1）粒化高炉矿渣微粉与电石渣，其中电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉的干质量比分别为5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％；（2）南京雨花牌325级复合硅酸盐水泥，水泥掺量（水泥与干土质量之比）为30％。将上述固化剂与湿土在实验室搅拌均匀后，灌入直径5公分、高度为10公分的标准模具，进行轻微振捣、密实，然后在温度为20摄氏度，相对湿度为98％的养护室养护至28天和90天，测试试样的无侧限抗压强度，同一配比制作三个试样，取其测试强度的平均值作为结果，见图1。结果表明，30％的水泥固化土28天和90天龄期的强度分别为2120kPa、2567kPa。而粒化高炉矿渣微粉固化土的强度随着掺入电石渣的比例不同呈现有规律的变化：先增大后减小，存在一个最优的掺入范围。在28天龄期时，最优掺入范围为：电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的15％～30％。在90天龄期时，最优掺入范围为：电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的10％～20％。综合考虑不同龄期的工程要求，确定最优范围为电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的10％～30％。图1还表明，除了电石渣掺入量为粒化高炉矿渣微粉的5％的配比外，高炉矿渣微粉和电石渣固化土的强度均高于相同龄期的水泥固化土，而最优配比的28天和90天龄期的固化土则约为相同龄期水泥固化土的1.7和2倍以上，这说明新型固化剂的固化效果远远高于常规水泥。

实施例1

一种基于工业废料的绿色固化剂，固化剂由粒化高炉矿渣微粉和电石渣组成，电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的比例可为10％、20%或30％。

Claims

1.一种基于工业废料的绿色固化剂，其特征在于：固化剂由粒化高炉矿渣微粉和电石渣组成，电石渣干质量占粒化高炉矿渣微粉干质量的10％～30％。