CN108033807A - 一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法。这种施工方法包括以下步骤：1)施工场地准备；2)制备水泥料浆；3)制备泡沫；4)制备泡沫混凝土；5)泡沫混凝土浇注；6)泡沫混凝土养护。本发明提出了一种基于铁尾矿的现浇泡沫混凝土施工工艺，用于公路的高填方中，可以进行简便和高效的连续浇注，并且其浇注质量符合现场施工的要求。在公路高填方的施工方法中使用了大量的固体废弃物铁尾矿来代替水泥，可以在固体废弃物资源化的同时节省公路的制造成本，有利于可持续发展。

Description

一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法
技术领域
本发明涉及一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法。
背景技术
我国西部地区，地貌以山地为主，在山区修建高速公路，受到地形、地貌、水文地质条件的限制，不可避免的需要对原有路基进行高填方扩建施工；同时为了满足国家整体的规划要求，及更好的利用好开挖的土方资源，在进行高速公路改扩建时会越来越多的采用高填方路基的形式。在山区高等级公路中，填方和挖方路基占到80％，其中超过20m的高填方路堤不在少数。而随着国家政策的推动，交通建设发展迅速，在今后的高速公路改扩建中高路堤的结构形式无论是在数量上还是高度上，都将进一步提高，高路堤也将成为路基结构的主要形式。
在高填方路基区域，由于土体竖直压力较大，对其底部基槽承载力要求较高，而且往往由于工期较紧，无法给与其充足的自然沉降时间，致使新修道路容易在使用过程中出现不均匀沉降现象。而轻质泡沫混凝土重量比同体积的混凝土轻，约占30％～50％，可以大大减少相应压力及后期沉降，故采用轻质泡沫混凝土进行公路的高填方应用，可以大规模节省后期的维护成本和保证交通安全。
铁尾矿是铁选厂在特定经济技术条件下，将铁矿石磨细，选取有用组分后排放的废弃物，也就是铁矿石经过选取铁精矿后剩余的固体废物。改革开放以来，我国矿山开采出现了前所未有的高峰。据工业和信息化部近期的初步排查，截至2014年，我国有15.3万个矿山。有2700多座大型尾矿库的积存总量超过50亿吨，其中铁尾矿占30亿吨。大量的尾矿不仅占用了土地和造成资源的浪费，而且也给人类的生活环境带来了严重的污染和危害，破坏生态平衡等问题。为铁尾矿找到一种新的利用途径，不仅能节省资源还能消除其带来的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，包括以下步骤：
1)施工场地准备：平整、清理施工场地，用模板分隔场地成若干块施工区域；
2)制备水泥料浆：在搅拌机中，将粉煤灰、水泥熟料、矿粉、铁尾矿、农林生物质、生石灰和脱硫石膏混合成胶凝剂，再与水混合，得到水泥料浆；
3)制备泡沫：在发泡机中，将混凝土发泡剂和水混合配制发泡剂溶液，催生发泡剂溶液发泡，得到泡沫；
4)制备泡沫混凝土：将水泥料浆和泡沫混合，得到泡沫混凝土；
5)泡沫混凝土浇注：将泡沫混凝土用管道泵送至施工区域，通过泡沫混凝土的自流进行浇注；
6)泡沫混凝土养护：待泡沫混凝土终凝后，进行洒水养护。
步骤1)中，模板的高度<1m，每块施工区域的面积<400m2。
步骤2)中，胶凝剂中，粉煤灰、水泥熟料、矿粉、铁尾矿、农林生物质、生石灰和脱硫石膏的质量比为(11～13)：(7～9)：(7～9)：(5～7)：(3～5)：(0.8～1.2)：1；水泥料浆的固含量为45～55wt％。
步骤2)中，粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰，矿粉为高炉矿渣粉，农林生物质为麦秆、玉米杆、稻草、稻壳、锯末和核桃壳粒按质量比为(25～30)：(10～15)：(30～40)：(25～30)：(20～30)：(1～5)组成的混合物。
步骤2)中，农林生物质的粒径为300～900μm。
步骤3)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：(18～20)；催生发泡是通过空气压缩机催生发泡，空气压缩机的工作压力为0.7～0.9MPa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的18～22倍。
步骤4)中，泡沫占泡沫混凝土总体积的60～70％。
步骤4)中，泡沫混凝土的湿密度控制在500kg/m3～600kg/m3。
步骤5)中，管道的出口与泡沫混凝土的浇注面平齐。
步骤6)中，养护的时间不少于10天。
本发明的有益效果是：
本发明提出了一种基于铁尾矿的现浇泡沫混凝土施工工艺，用于公路的高填方中，可以进行简便和高效的连续浇注，并且其浇注质量符合现场施工的要求。在公路高填方的施工方法中使用了大量的固体废弃物铁尾矿来代替水泥，可以在固体废弃物资源化的同时节省公路的制造成本，有利于可持续发展。
具体实施方式
一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，包括以下步骤：
1)施工场地准备：平整、清理施工场地，用模板分隔场地成若干块施工区域；
2)制备水泥料浆：在搅拌机中，将粉煤灰、水泥熟料、矿粉、铁尾矿、农林生物质、生石灰和脱硫石膏混合成胶凝剂，再与水混合，得到水泥料浆；
3)制备泡沫：在发泡机中，将混凝土发泡剂和水混合配制发泡剂溶液，催生发泡剂溶液发泡，得到泡沫；
4)制备泡沫混凝土：将水泥料浆和泡沫混合，得到泡沫混凝土；
5)泡沫混凝土浇注：将泡沫混凝土用管道泵送至施工区域，通过泡沫混凝土的自流进行浇注；
6)泡沫混凝土养护：待泡沫混凝土终凝后，进行洒水养护。
优选的，步骤1)中，模板的高度<1m，每块施工区域的面积<400m2。
优选的，步骤2)中，胶凝剂中，粉煤灰、水泥熟料、矿粉、铁尾矿、农林生物质、生石灰和脱硫石膏的质量比为(11～13)：(7～9)：(7～9)：(5～7)：(3～5)：(0.8～1.2)：1；水泥料浆的固含量为45～55wt％；进一步优选的，步骤2)中，胶凝剂中，粉煤灰、水泥熟料、矿粉、铁尾矿、农林生物质、生石灰和脱硫石膏的质量比为12：8：8：6：4：1：1；水泥料浆的固含量为50wt％。
优选的，步骤2)中，粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰，矿粉为高炉矿渣粉，农林生物质为麦秆、玉米杆、稻草、稻壳、锯末和核桃壳粒按质量比为(25～30)：(10～15)：(30～40)：(25～30)：(20～30)：(1～5)组成的混合物。
进一步的，铁尾矿的化学成分及质量分数为：SiO2占34～35％，CaO占8～23％，Al2O3占5～7％，MgO占3～6％，Na2O占0.5～2％，Fe2O3占16～29％，S的氧化物占7～12％。
优选的，步骤2)中，农林生物质的粒径为300～900μm。
优选的，步骤2)中，搅拌机的转速为20～40r/min，胶凝剂的混合搅拌时间为5～10min，和水混合后搅拌的时间为10～15min。
优选的，步骤3)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：(18～20)；催生发泡是通过空气压缩机催生发泡，空气压缩机的工作压力为0.7～0.9MPa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的18～22倍；进一步优选的，步骤3)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：19；空气压缩机的工作压力为0.8MPa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的20倍。
进一步的，步骤3)中，混凝土发泡剂为泡沫轻质土制备使用的常规发泡剂，如松香酸皂类发泡剂、金属铝粉发泡剂、植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂等。
优选的，步骤4)中，泡沫占泡沫混凝土总体积的60～70％。
优选的，步骤4)中，泡沫混凝土的湿密度控制在500kg/m3～600kg/m3。
优选的，步骤5)中，管道的出口与泡沫混凝土的浇注面平齐。
优选的，步骤6)中，养护的时间不少于10天；进一步优选的，步骤6)中，养护的时间为10～14天。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
实施例：
1、施工场地准备
场地准备包括：场地平整，清扫场地垃圾及浮尘，清理场地中的浮土，以免影响浇注过后泡沫混凝土与基层的结合力，保持待处理场地干净、平整、坚固和干燥；天气干燥时对场地进行洒水预处理，润湿场地，至少洒两遍，以增加浇注层与基层的结合力，但基层表面不得有明显的积水，以防止基层因吸水过大而造成泡沫混凝土中的泡沫破裂；将施工场地用模板分隔成面积小于400m2的区域，并用模板支架固定模板，防止施工过程中泡沫混凝土的侧压力致使模板倒塌；模板高度根据每次施工需要调整，每次施工高度不超过1m。
2、制备水泥料浆
按质量份，将60份Ⅱ级F类粉煤灰、40份水泥熟料、40份高炉矿渣粉、30份铁尾矿、20份农林生物质、5份生石灰和5份脱硫石膏加入搅拌机中搅拌5～10分钟得到基于铁尾矿的胶凝剂，搅拌转速控制在20～40r/min，以防止粉体搅拌时扬尘；在初步混合均匀的搅拌桶内按加入200份的水，然后开启搅拌机继续搅拌10min，混合成浓度为50％的水泥料浆。
其中，所用的铁尾矿其化学成分及质量分数为：SiO2占34.5％，CaO占18.8％，Al2O3占6.2％，MgO占4.3％，Na2O占1.1％，Fe2O3占24.6％，S的氧化物占9.4％；所用的农林生物质是麦秆、玉米杆、稻草、稻壳、锯末和核桃壳粒的以质量比为27：13：35：28：25：2组成的混合物，使用前按配比将各种生物质原料称量混合，磨成粉末状，其粒径为300～900μm。
将制备得到的料浆进行性能测试。其中，强度的测试方法为：①将浆料倒入内壁刷满润滑油的100*100*100mm大小的标准三联试模中，每组样品浇注三组，分别用以测量28天的强度；②将试块放入温度为(20±1)℃，相对湿度为95％的标准养护箱内，养护24h后脱模将试块重新放入养护箱中养护至相应龄期，用全自动压力试验机以100N/s的速度按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试其28天强度，共测试3个试块，取其平均值作为该龄期充填体的单轴抗压强度。测试结果证明，其28天的强度为17.52MPa。另外，还测定了其吸水率为16％，软化性能为0.85。通过测试结果证明本发明制备所得的水泥料浆是一种性能优良的胶凝材料，可满足建筑行业的使用要求。
3、制备泡沫
将发泡机的发泡剂进料管接到混凝土发泡剂中，同时接好发泡机的进水管，设定好稀释倍率为20，即发泡剂和水的质量比为1：19，配成发泡剂溶液。然后联接好空气压缩机，设定好空气压缩机的压强为0.8MPa，开始发泡，最终的发泡倍率为20倍，即按体积发泡剂溶液：泡沫＝1：20，泡沫直径为0.5～3mm。
4、制备泡沫混凝土
将步骤2中制备好的水泥料浆通过泵送管道匀速输送进发泡机的水泥料浆进料口，同时将制备好的泡沫输送进发泡机的搅拌仓进行搅拌，待两者混合均匀后，取混合好的泡沫混凝土测量湿密度，控制湿密度在500kg/m3～600kg/m3之间，此时泡沫量占总泡沫混凝土体积的60％～70％。经检测，制备得到的泡沫磷酸镁混凝土其流动度为340～350，可以实现自流输送。
5、泡沫混凝土浇注
将混合好的泡沫混凝土通过管道泵送到步骤1准备好的工作区，管道口与泡沫混凝土的液面平齐，尽量减少泡沫混凝土与空气的接触，防止消泡。待一个预定的工作区浇注高度达到设计高度后，可以提高管道口对泡沫混凝土进行整体扫平，然后停止供料，转移管道去下一个工作区，已浇注的工作区不用进行人工刮平。
6、泡沫混凝土养护
泡沫混凝土终凝后即开始洒水养护，防止泡沫混凝土表面失水干缩开裂。夏季时，每天洒水至少3次；冬季时，养护温度应控制在0～35℃。养护期限不得少于10天，可以适当延长到14天。经过养护后，其强度可达到1MPa以上，满足现场的施工要求。
本发明的优点如下：1、在本施工方法大量消耗了各种固体废弃物如铁尾矿和农林生物质等，可以消耗大量的固体废充物，解决环境保护的压力；2、本施工方法大量采用了固体废弃物，利用了矿粉、粉煤灰的活性，减少了对水泥的需求，也有利于对环境的保护，有利于可持续发展；3、本发明的泡沫混凝土还利用矿粉及粉煤灰的抗腐蚀作用，大大提高了公路的使用年限，提高公路运行的稳定性。

Claims (10)

1.一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)施工场地准备：平整、清理施工场地，用模板分隔场地成若干块施工区域；
2)制备水泥料浆：在搅拌机中，将粉煤灰、水泥熟料、矿粉、铁尾矿、农林生物质、生石灰和脱硫石膏混合成胶凝剂，再与水混合，得到水泥料浆；
3)制备泡沫：在发泡机中，将混凝土发泡剂和水混合配制发泡剂溶液，催生发泡剂溶液发泡，得到泡沫；
4)制备泡沫混凝土：将水泥料浆和泡沫混合，得到泡沫混凝土；
5)泡沫混凝土浇注：将泡沫混凝土用管道泵送至施工区域，通过泡沫混凝土的自流进行浇注；
6)泡沫混凝土养护：待泡沫混凝土终凝后，进行洒水养护。
2.根据权利要求1所述的一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：步骤1)中，模板的高度<1m，每块施工区域的面积<400m2。
3.根据权利要求1所述的一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：步骤2)中，胶凝剂中，粉煤灰、水泥熟料、矿粉、铁尾矿、农林生物质、生石灰和脱硫石膏的质量比为(11～13)：(7～9)：(7～9)：(5～7)：(3～5)：(0.8～1.2)：1；水泥料浆的固含量为45～55wt％。
4.根据权利要求3所述的一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：步骤2)中，粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰，矿粉为高炉矿渣粉，农林生物质为麦秆、玉米杆、稻草、稻壳、锯末和核桃壳粒按质量比为(25～30)：(10～15)：(30～40)：(25～30)：(20～30)：(1～5)组成的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：步骤2)中，农林生物质的粒径为300～900μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：步骤3)中，混凝土发泡剂与水的质量比1：(18～20)；催生发泡是通过空气压缩机催生发泡，空气压缩机的工作压力为0.7～0.9MPa；发泡倍率为发泡剂溶液体积的18～22倍。
7.根据权利要求1所述的一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：步骤4)中，泡沫占泡沫混凝土总体积的60～70％。
8.根据权利要求1所述的一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：步骤4)中，泡沫混凝土的湿密度控制在500kg/m3～600kg/m3。
9.根据权利要求1所述的一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：步骤5)中，管道的出口与泡沫混凝土的浇注面平齐。
10.根据权利要求1所述的一种基于铁尾矿的胶凝材料在公路高填方中的施工方法，其特征在于：步骤6)中，养护的时间不少于10天。
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