CN110357568A - 一种碱激发地聚物垫层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碱激发地聚物垫层，按照质量份数，包括以下组份：天然风干硫酸盐渍土100份、粉煤灰10～18份、生石灰5～9份和水玻璃25～35份。本发明碱激发地聚物垫层中各种原料之间会发生复杂化学反应，生成胶凝物质，胶凝物质填充于团聚体间的架空孔隙，土中孔隙大幅度减少，毛细迁移通道减少，毛细阻力增大，毛细迁移速率减小，可以减少盐分积聚在土体上部，影响路基工程性质。本发明中盐渍土中的SO4 2‑会和混合材料发生反应，使其含量减少，同时，还会对SO4 2‑产生吸附作用，使得土中的SO4 2‑含量降低，碱激发地聚物垫层能有效阻碍硫酸盐渍土路基中易溶盐的毛细迁移，尤其能阻碍硫酸根离子的迁移。

Description

一种碱激发地聚物垫层及其制备方法
技术领域
本发明属于盐渍土改良应用技术和环保技术领域，具体涉及一种碱激发地聚物垫层及其制备方法。
背景技术
在干旱、半干旱地区，盐渍土分布十分广泛。我国盐渍土分布面积约3.6×105km2，占全国可利用土地面积的4.88％。压实硫酸盐渍土是西北干旱半干旱地区的主要路基材料之一，硫酸盐渍土含有大量的阴阳离子，并且是一种多孔介质材料。由于自然界的蒸发作用，使路基下自由水向上发生毛细迁移，并带动地下水和土体内的盐分向上迁移，使盐分积聚在土体上部，影响路基工程性质，从而引发了一系列的次生灾害并破坏道路及其附属设施。
现有的处理工程中遇到的盐渍土的方法通常是利用水泥掺加粉煤灰、高炉矿渣进行改性，然而水泥并不属于环境友好型材料，生产水泥需要消耗大量的能源及产生大量的二氧化碳，对环境会造成及其严重的破坏，而且此种方法并不能控制盐渍土中盐分的迁移。因此，研究如何更加节能环保的处理工程中遇到的盐渍土问题对工程具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能、环保的碱激发地聚物垫层及其制备方法，避免路基下易溶盐向上发生毛细迁移而影响路基工程性质。
本发明的这种碱激发地聚物垫层，按照质量份数，包括以下组份：天然风干硫酸盐渍土100份、粉煤灰10～18份、生石灰5～9份和水玻璃25～35份。
优选的，碱激发地聚物垫层，按照质量份数，包括以下组份：天然风干硫酸盐渍土100份、粉煤灰13-14份、生石灰6-7份和水玻璃28-29份。
所述的水玻璃为钠水玻璃，模数为3.2，浓度为20°Bé。
本发明这种碱激发地聚物垫层的制备方法，包括以下步骤：
S1将粉煤灰和生石灰质量份数进行配比，然后研磨加工，得到混合料；
S2将风干的硫酸盐渍土与S1中的混合料在搅拌机中混匀，接着加入水玻璃，继续进行搅拌，搅拌完毕后，作为碱激发地聚物垫层原料；
S3将S2步骤中的碱激发地聚物垫层原料运输至工地现场，进行压实，使其达到路基垫层所需厚度与压实度，即得碱激发地聚物垫层路基。
本发明的原理：本发明的碱激发地聚物垫层主要含有硫酸盐渍土、粉煤灰、生石灰和水玻璃几种组份；组分中生石灰会与水玻璃中的水反应生成Ca(OH)2，提供了一个碱性环境条件，表层粉煤灰中的Si-O和Al-O键断开，并溶出活性SiO2和Al2O3，与Ca(OH)2反应生成xCaO·ySiO2·zH2O和xCaO·yAl2O3·zH2O凝胶，同时，水玻璃中的Na2SiO3会与Ca(OH)2发生反应形成xCaO·ySiO2·zH2O凝胶，反应生成的xCaO·ySiO2·zH2O和xCaO·yAl2O3·zH2O凝胶会包裹在硫酸盐渍土的表面，增大了硫酸盐渍土的粒径，硫酸盐渍土团聚体间的架空孔隙会被生成的胶凝物质所填充，使得盐渍土中的孔隙大幅度减少，毛细迁移通道减少，毛细阻力增大，易溶盐毛细迁移速率减小，因此碱激发地聚物垫层能有效阻碍硫酸盐渍土路基中易溶盐的毛细迁移。
进一步而言，在碱性环境下，硫酸盐渍土中的SO4 2-会与粉煤灰中的活性Al2O3和垫层中Ca2+反应生成难溶物—3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O；硫酸盐渍土中的SO4 2-、K+会和粉煤灰、水玻璃中的Fe3+发生化学反应生成难溶物—K3Fe(SO4)3，反应过程如下：
Al2O3+Ca2++OH-+SO4 2-→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
3K++Fe3++3SO4 2-→K3Fe(SO4)3
硫酸盐渍土中的SO4 2-发生反应生成难溶物，减少SO4 2-含量，同时，碱基发地聚物会对SO4 2-产生吸附作用，降低SO4 2-含量，因此碱激发地聚物垫层能较好的阻碍硫酸盐渍土路基中SO4 2-的迁移。
本发明的有益效果：1)本发明中选取天然风干盐渍土作为主要原材料，就地取材；以粉煤灰(工业废渣)作为原材料，符合绿色可持续发展理念。2)本发明碱激发地聚物垫层中各种原料之间会发生复杂化学反应，生成胶凝物质，胶凝物质填充于团聚体间的架空孔隙，土中孔隙大幅度减少，毛细迁移通道减少，毛细阻力增大，毛细迁移速率减小，可以减少盐分积聚在土体上部，影响路基工程性质。3)本发明中盐渍土中的SO4 2-会和混合材料发生反应，使其含量减少，同时，还会对SO4 2-产生吸附作用，使得土中的SO4 2-含量降低，碱激发地聚物垫层能有效阻碍硫酸盐渍土路基中易溶盐的毛细迁移，尤其能阻碍硫酸根离子的迁移。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述：
实施例(一)
一种碱激发地聚物垫层，包括以下重量份计数的组分，天然风干硫酸盐渍土100份、粉煤灰15份、生石灰7份和水玻璃30份。所述水玻璃为钠水玻璃，模数为3.2，浓度为20°Bé。
碱激发地聚物垫层的制备方法，包括以下步骤：
S1按重量份数准备100份天然风干硫酸盐渍土；
S2按重量份数准备15份粉煤灰和7份石灰，并将准备好的14份粉煤灰和7份石灰进行研磨加工；
S3将100份天然风干硫酸盐渍土和研磨加工完成的粉煤灰、石灰在搅拌机内混合均匀并搅拌至均匀；
S4按重量份数准备30份水玻璃；
S5将30份水玻璃加入步骤S3所得混合物中，并在搅拌机内搅拌均匀，得到碱激发地聚物垫层原料。
S6将步骤S5所得碱激发地聚物垫层原料运输至工地现场，进行压实，使其达到路基垫层所需厚度与压实度。
实施例(二)
一种碱激发地聚物垫层，包括以下重量份计数的组分，天然风干硫酸盐渍土100份、粉煤灰10份、生石灰5份和水玻璃25份。所述水玻璃为钠水玻璃，模数为3.2，浓度为20°Bé。
碱激发地聚物垫层的制备方法，包括以下步骤：
S1按重量份数准备100份天然风干硫酸盐渍土；
S2按重量份数准备10份粉煤灰和5份石灰，并将准备好的10份粉煤灰和5～9份石灰进行研磨加工；
S3将100份天然风干硫酸盐渍土和研磨加工完成的粉煤灰、石灰在搅拌机内混合均匀并搅拌至均匀；
S4按重量份数准备25份水玻璃；
S5将25份水玻璃加入步骤S3所得混合物中，并在搅拌机内搅拌均匀，得到碱激发地聚物垫层原料；
S6将步骤5所得碱激发地聚物垫层原料运输至工地现场，进行压实，使其达到路基垫层所需厚度与压实度。
实施例(三)
一种碱激发地聚物垫层，包括以下重量份计数的组分，天然风干硫酸盐渍土100份、粉煤灰18份、生石灰9份和水玻璃25份。所述水玻璃为钠水玻璃，模数为3.2，浓度为20°Bé。
碱激发地聚物垫层的制备方法，包括以下步骤：
S1按重量份数准备100份天然风干硫酸盐渍土；
S2按重量份数准备18份粉煤灰和9份石灰，并将准备好的粉煤灰和石灰进行研磨加工；
S3将100份天然风干硫酸盐渍土和研磨加工完成的粉煤灰、石灰在搅拌机内混合均匀并搅拌至均匀；
S4按重量份数准备25份水玻璃。
S5将25份水玻璃加入步骤S3所得混合物中，并在搅拌机内搅拌均匀，，得到碱激发地聚物垫层原料；
S6将步骤S5所得碱激发地聚物垫层原料运输至工地现场，进行压实，使其达到路基垫层所需厚度与压实度。
实施例(四)
一种碱激发地聚物垫层，包括以下重量份计数的组分，天然风干硫酸盐渍土100份、粉煤灰10份、生石灰5份和水玻璃35份。所述水玻璃为钠水玻璃，模数为3.2，浓度为20°Bé。
碱激发地聚物垫层的制备方法，包括以下步骤：
S1按重量份数准备100份天然风干硫酸盐渍土；
S2按重量份数准备10份粉煤灰和5份石灰，并将准备好的粉煤灰和石灰进行研磨加工；
S3将100份天然风干硫酸盐渍土和研磨加工完成的粉煤灰、石灰在搅拌机内混合均匀并搅拌至均匀；
S4按重量份数准备35份水玻璃；
S5将25份水玻璃加入步骤S3所得混合物中，并在搅拌机内搅拌均匀，，得到碱激发地聚物垫层原料；
S6将步骤S5所得碱激发地聚物垫层原料运输至工地现场，进行压实，使其达到路基垫层所需厚度与压实度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (4)

1.一种碱激发地聚物垫层，按照质量份数，包括以下组份：天然风干硫酸盐渍土100份、粉煤灰10～18份、生石灰5～9份和水玻璃25～35份。
2.根据权利要求1所述碱激发地聚物垫层，其特征在于，按照质量份数，包括以下组份：天然风干硫酸盐渍土100份、粉煤灰13-14份、生石灰6-7份和水玻璃28-29份。
3.根据权利要求1或2所述的所述碱激发地聚物垫层，其特征在于，水玻璃为钠水玻璃，模数为3.2，浓度为20°Bé。
4.一种根据权利要求1所述的碱激发地聚物垫层的制备方法，包括以下步骤：
S1将粉煤灰和生石灰质量份数进行配比，然后研磨加工，得到混合料；
S2将风干的硫酸盐渍土与S1中的混合料在搅拌机中混匀，接着加入水玻璃，继续进行搅拌，搅拌完毕后，碱激发地聚物垫层原料；
S3将S2步骤中的碱激发地聚物垫层原料运输至工地现场，进行压实，使其达到路基垫层所需厚度与压实度，即得碱激发地聚物垫层路基。
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