CN112062532B - 一种赤泥基泡沫轻质土及其制备方法和应用 - Google Patents

一种赤泥基泡沫轻质土及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种赤泥基泡沫轻质土及其制备方法和应用。这种赤泥基泡沫轻质土包括以下质量份的制备组分：300～360份赤泥、40～80份水泥、90～140份激发剂、10～30份泡沫和250～350份水；激发剂选自石膏、生石灰、碱金属硅酸盐、碱金属硫酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物、烷基磺酸碱金属盐、烷基苯磺酸碱金属盐、烷基硫酸碱金属盐中的至少一种。本发明提供的赤泥基泡沫轻质土可以节省天然资源，又能减轻赤泥对环境的污染，能够降低制备成本，解决固废材料的处理。制备赤泥基泡沫轻质土的方法流程简单，生产效率高效安全，应用于道路施工时质量满足施工要求，可以做到综合利用资源，具有良好的市场前景和应用价值。

Description

一种赤泥基泡沫轻质土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种赤泥基泡沫轻质土及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济建设及城市改扩建规模的快速推进，道路工程建设对经济的发展起着越来越重要的作用。泡沫轻质土作为一种新型轻质路基填料，通过发泡装置将发泡剂水溶液制成泡沫，并与水泥基胶凝材料、集料、掺合料和水等成分经机械搅拌后形成的轻质混合材料，具有自重轻、流动性好、性能稳定、直立性强、强度高且对环境影响低的优点，目前已广泛应用于道路、地下工程、市政建筑等土木工程建设领域。
目前，绝大多数的泡沫轻质土生产仍然以水泥作为主要的胶凝材料，不仅造成施工生产成本高，同时大量的水泥生产过程中也造成严重自然环境问题。故亟需研发能减少水泥使用，且能保证泡沫轻质土优越性能的新型绿色泡沫轻质土。
赤泥，是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中排放的细颗粒碱性固体废渣。目前赤泥在我国累计堆存量已超过了12亿吨。赤泥的堆放会占用大量的土地资源，带来了资源浪费以及自然环境的问题。由于赤泥结合的化学碱难以脱除且含量大，又含氟、铝以其他多种杂质等原因，故对于赤泥的无害化利用一直难以进行。根据《有色金属工业固体废物污染控制标准》(GB5058-85)规定：因赤泥的pH值为10.5～12.0，氟化物含量小于50mg/L，属于一般固体废物。若能高效地利用赤泥作为可再生资源利用，对资源化利用建筑废料具有深远意义。
发明内容
为了解决赤泥资源再生利用的问题，本发明的目的之一在于提供一种赤泥基泡沫轻质土，本发明的目的之二在于提供这种赤泥基泡沫轻质土的制备方法，本发明的目的之三在于提供这种赤泥基泡沫轻质土的应用。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种赤泥基泡沫轻质土，包括以下质量份的制备组分：300～360份赤泥、40～80份水泥、90～140份激发剂、10～30份泡沫和250～350份水；所述激发剂选自石膏、生石灰、碱金属硅酸盐、碱金属硫酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物、烷基磺酸碱金属盐、烷基苯磺酸碱金属盐、烷基硫酸碱金属盐中的至少一种。
本发明这种赤泥基泡沫轻质土中，激发剂为改性聚合赤泥胶结激发剂。优选的，所述的激发剂中，碱金属硅酸盐、碱金属硫酸盐、碱金属碳酸盐、烷基磺酸碱金属盐、烷基苯磺酸碱金属盐、烷基硫酸碱金属盐分别可以选自各自的钠盐，即硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠。碱金属氢氧化物可优选为氢氧化钠。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土中，赤泥为烧结法赤泥、拜耳法赤泥中的一种或其组合。在本发明一些优选的具体实施方式中，这种赤泥基泡沫轻质土采用拜耳法赤泥。
拜耳法赤泥是氧化铝生产过程中产生的废渣，原生拜耳法赤泥含有的碱、氟化物、钠及铝含量均很高且属于污染性物质。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土中，当所述赤泥为拜耳法赤泥时，拜耳法赤泥包括如下质量百分比的成分：10.31％～12.15％SiO2，19.54％～21.67％Al2O3，36.21％～41.58％Fe2O3，1.58％～3.05％CaO，0.16％～0.35％MgO，12.58％～14.70％其他氧化物。其他氧化物包括TiO2、Na2O。
优选的，这种拜耳法赤泥灼碱含量(质量含量)为14.57％～16.80％。
由于拜耳法赤泥中Al2O3的含量高，根据赤泥的化学组成，通过添加适量组分的功能改性聚合激发材料，使赤泥的钙硅比、钙铝比等组份得到进一步优化匹配，产生协同增强激发效应，同时对赤泥中的微量重金属进行络合、包裹，形成具有水硬胶凝特性的改性聚合胶结料，通过胶结有效抑制赤泥中的碱、氟化物及重金属离子等析出。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土中，拜耳法赤泥的密度为2.8g/cm3～2.9g/cm3。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土中，拜耳法赤泥中细度为0.003mm～0.008mm的颗粒占比≥60wt％。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土中，拜耳法赤泥的pH值为10.5～12.0。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土中，拜耳法赤泥的氟化物含量为0.0mg/L～18.60mg/L。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土中，拜耳法赤泥的自然含水量为30％～35％。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土中，激发剂为石膏，或者是石膏与生石灰；进一步优选的，所述的石膏为脱硫石膏。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土是由以下质量份的制备组分制得：300～360份赤泥，40～80份水泥，60～110份脱硫石膏，0～30份生石灰，20份泡沫和300份水；进一步优选的，这种赤泥基泡沫轻质土是由以下质量份的制备组分制得：300～360份赤泥，40～80份水泥，60～110份脱硫石膏，20～30份生石灰，20份泡沫和300份水。
本发明第二方面提供了上述赤泥基泡沫轻质土的制备方法。
一种上述赤泥基泡沫轻质土的制备方法，包括以下步骤：
将赤泥和水混合，得到赤泥料浆；
将水泥和激发剂混合，得到激发剂；
通过发泡剂溶液制备泡沫；
将赤泥料浆与激发剂混合，再与泡沫混合，所得的浆料浇模成型，得到赤泥基泡沫轻质土。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土的制备方法中，赤泥料浆的密度为1.3g/cm3～1.5g/cm3。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土的制备方法中，泡沫是通过空气压缩机催生发泡剂溶液发泡得到。发泡剂溶液的发泡倍率优选为350～450倍；发泡剂溶液是由发泡剂与水混合制成，发泡剂与水的质量比优选为1：(18～20)；发泡剂可选用市售的发泡剂，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、水解血胶发泡剂或石油磺酸铝发泡剂。空气压缩机的工作压力优选为0.7MPa～0.9MPa。采用发泡剂溶液制备泡沫的方法属于本领域的常规方法。
优选的，这种赤泥基泡沫轻质土的制备方法中，浆料的湿容重为800kg/m3～1000kg/m3。
本发明第三方面提供了上述赤泥基泡沫轻质土的应用。
本发明提供了上述赤泥基泡沫轻质土在道路施工中的应用。
进一步的，上述赤泥基泡沫轻质土通过现浇直立式路基施工方法进行施工。
本发明还提供了一种现浇轻质直立式路基，该现浇轻质直立式路基是由上述的赤泥基泡沫轻质土制成。
优选的，这种现浇轻质直立式路基的高度超过18米。
现浇轻质直立式路基是按照公路和铁路的路线位置及技术要求，将水硬性胶凝料浆与泡沫混合形成的材料通过现场浇注，固化成型的路面基础构造物。这种现浇轻质直立式路基是路面的基础，承受由路面传来的行车荷载。
本发明的有益效果是：
本发明提供的赤泥基泡沫轻质土可以节省天然资源，又能减轻赤泥对环境的污染，能够降低制备成本，解决固废材料的处理。制备赤泥基泡沫轻质土的方法流程简单，生产效率高效安全，应用于道路施工时质量满足施工要求，可以做到综合利用资源，具有良好的市场前景和应用价值。
具体实施方式
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。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
以下例子的采用的原料组成说明如下：
拜耳法赤泥：由中铝山东公司生产现场所提供；化学成分及比例(wt％)如下：SiO2含量为10.31％～12.15％；Al2O3含量为19.54％-21.67％；Fe2O3含量为36.21％～41.58％；CaO含量为1.58％～3.05％；MgO含量为0.16％～0.35％；其他氧化物含量为12.58％～14.70％；灼碱含量为14.57％～16.80％。赤泥的其他性能如下：密度为2.8～2.9g/cm3；pH值为10.5～12.0，氟化物含量0.0mg/L～18.60mg/L，颗粒细度0.003～0.008mm占比为60％，自然含水量为30～35％。
实施例1
本例赤泥基泡沫轻质土的原料组成如表1所示。
表1实施例1赤泥基泡沫轻质土的原料组成
原料 质量份
拜耳法赤泥 360
水泥 60
脱硫石膏 80
生石灰 20
泡沫 20
水 300
实施例2
本例赤泥基泡沫轻质土的原料组成如表2所示。
表2实施例2赤泥基泡沫轻质土的原料组成
原料 质量份
拜耳法赤泥 330
水泥 70
脱硫石膏 90
生石灰 30
泡沫 20
水 300
实施例3
本例赤泥基泡沫轻质土的原料组成如表3所示。
表3实施例3赤泥基泡沫轻质土的原料组成
原料 质量份
拜耳法赤泥 300
水泥 80
脱硫石膏 110
生石灰 30
泡沫 20
水 300
实施例4
本例赤泥基泡沫轻质土的原料组成如表4所示。
表4实施例4赤泥基泡沫轻质土的原料组成
原料 质量份
拜耳法赤泥 360
水泥 40
脱硫石膏 100
生石灰 20
泡沫 20
水 300
实施例5
本例赤泥基泡沫轻质土的原料组成如表5所示。
表5实施例5赤泥基泡沫轻质土的原料组成
原料 质量份
拜耳法赤泥 360
水泥 70
脱硫石膏 60
生石灰 30
泡沫 20
水 300
实施例6
本例赤泥基泡沫轻质土的原料组成如表6所示。
表6实施例6赤泥基泡沫轻质土的原料组成
原料 质量份
拜耳法赤泥 360
水泥 70
脱硫石膏 90
生石灰 0
泡沫 20
水 300
实施例1～6的赤泥基泡沫轻质土制备方法如下：
1)按照表1～6的组成，将拜耳法赤泥掺入拌合用水，通过机械搅拌配成赤泥料浆，
2)将水泥、脱硫石膏和生石灰混合，通过机械搅拌配成改性聚合赤泥胶结激发剂；
3)将发泡剂加水稀释成发泡剂溶液，并将发泡装置的进液导管置于发泡液容器中，通过空气压缩发泡装置产出泡沫；
4)将赤泥料浆与改性聚合赤泥胶结激发剂混合，然后加入泡沫进行混合，所得的浆料经浇模成型，养护，得到改性聚合赤泥基泡沫轻质土。
浆料的湿容重为800～1000kg/m3。
对比例1
本例赤泥基泡沫轻质土的原料组成如表7所示。
表7对比例1赤泥基泡沫轻质土的原料组成
原料 质量份
拜耳法赤泥 360
水泥 160
泡沫 20
水 300
对比例的制备方法与实施例的相同，所不同的是按表7的组成添加原料。
将实施例1～6和对比例1的赤泥基泡沫轻质土分别进行7天、14天及28天的抗压强度测试。按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测试，采用万能压力试验机测试赤泥基泡沫轻质土的流动度和强度，结构如表8所示。
表8测试结果
Figure BDA0002621166590000061
Figure BDA0002621166590000071
从表8的测试结果可以看出，随着赤泥掺量的增加，泡沫轻质土流动度整体上逐渐下降，但均满足道路现场施工要求流动性160～180mm范围内，同时也表明拜耳法赤泥会增大胶凝材料体系的需水性；通过掺入不同配比所制备的改性聚合激发剂，改性聚合拜耳法赤泥基泡沫轻质土的抗压强度比普通水泥赤泥基泡沫轻质土的要高5～15％，同时由于水泥用量少，配合比的稳定性和可控性更有保障。实施例配制得到的泡沫轻质土采用800～1000kg/m3的湿容重，孔隙率大幅降低，模量增大，耐久性、稳定性及质量的可控性也随之提高。通过制备赤泥基泡沫轻质土，可以解决赤泥废渣堆积对环境造成的污染，减少了建筑行业在生产过程中水泥、粉煤灰等的使用，实现了赤泥的大宗利用、变废为宝并且改善环境。
利用改性聚合激发剂对赤泥进行改性并加以制备成泡沫轻质土，同时这种制备生产工艺流程直观，生产效率高效安全，生产质量均满足施工要求，对推动固废循环利用具有显著的积极作用和深远的效果。
通过采用赤泥基泡沫轻质土制成的路基，适用于现浇直立式轻质路基施工。与赤泥的露天堆场不同，路基使用的轻质土处在一个完全封闭的环境中，不会产生浸出液，可以减少对环境造成的影响。另外，一般而言，高速公路和一级公路的路床无侧限抗压强度要求≥0.8MPa，二级及二级以下公路的路床无侧限抗压强度要求≥0.6MPa，高速公路和一级公路的路堤(包括上路堤和下路堤)无侧限抗压强度要求≥0.6MPa，二级及二级以下公路的路堤(包括上路堤和下路堤)无侧限抗压强度要求≥0.5MPa。而高速公路用的轻质土设计28天强度要求是1.0MPa。所以，本发明提供的这种赤泥基泡沫轻质土制成的路基可以符合目前基的强度要求，满足道路施工的需要。
一般高速公路轻质土的***为400元/m3～500元/m3，而采用本发明这种赤泥基泡沫轻质土可以将成本降低至300元/m3。可见，采用赤泥基泡沫轻质土应用于道路施工，尤其是高速公路施工，可以大大降低成本，降本增效显著。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种赤泥基泡沫轻质土，其特征在于：包括以下质量份的制备组分：300～360份赤泥、40～80份水泥、90～140份激发剂、10～30份泡沫和250～350份水；所述激发剂为石膏与生石灰；所述赤泥为拜耳法赤泥，所述拜耳法赤泥包括如下质量百分比的成分：10.31％～12.15％SiO2，19.54％～21.67％Al2O3，36.21％～41.58％Fe2O3，1.58％～3.05％CaO，0.16％～0.35％MgO，12.58％～14.70％其他氧化物；
所述拜耳法赤泥中细度为0.003mm～0.008mm的颗粒占比≥60wt％；
所述赤泥基泡沫轻质土的制备方法包括以下步骤：
将赤泥和水混合，得到赤泥料浆；
将水泥和激发剂混合，得到激发剂；
通过发泡剂溶液制备泡沫；
将赤泥料浆与激发剂混合，再与泡沫混合，所得的浆料浇模成型，得到赤泥基泡沫轻质土；
所述浆料的湿容重为800kg/m3～1000kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种赤泥基泡沫轻质土，其特征在于：所述拜耳法赤泥的密度为2.8g/cm3～2.9g/cm3。
3.一种权利要求1至2任一项所述赤泥基泡沫轻质土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将赤泥和水混合，得到赤泥料浆；
将水泥和激发剂混合，得到激发剂；
通过发泡剂溶液制备泡沫；
将赤泥料浆与激发剂混合，再与泡沫混合，所得的浆料浇模成型，得到赤泥基泡沫轻质土；
所述浆料的湿容重为800kg/m3～1000kg/m3。
4.权利要求1至2任一项所述赤泥基泡沫轻质土在道路施工中的应用。
5.一种现浇轻质直立式路基，其特征在于：所述现浇轻质直立式路基是由权利要求1至2任一项所述的赤泥基泡沫轻质土制成。
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