CN113896465B - 一种炉渣基喷浆材料及浆喷桩的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炉渣基喷浆材料及浆喷桩的施工方法，这种炉渣基喷浆材料包括以下固体组分：炉渣、水泥熟料、矿粉、芒硝、十二烷基硫酸钠。本发明利用炉渣中含有的热量，利用矿粉来对其化学组成进行优化配比，同时利用水泥熟料、芒硝及十二烷基硫酸钠来激发其活性，使其具有胶凝特性，达到自凝固的目的，大量消耗掉堆积的炉渣，达到节约土地、固废利用的目的。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化技术领域，具体涉及一种炉渣基喷浆材料及浆喷桩的施工方法。
背景技术
炉渣是电厂锅炉、各种工业及民用锅炉、炉窑在燃烧煤炭过程中产生的固体废弃物，主要是由燃烧完全的灰烬与不完全燃烧的煤炭组成。一般来说，每燃烧1t煤，就能产出0.25-0.3t的燃煤炉渣。煤炭的燃烧是目前电厂锅炉和部分工业获取能源的主要方式，炉渣的排放量巨大，居各种工业废渣排放之首。燃煤炉渣经过长时间的堆积，其中的微量元素、重金属及放射性元素等有害成分会富集，还可能会迁移、扩散，污染土壤和地表及地下水，甚至转移到农作物中，危害到人和动物的健康。大量的燃煤炉渣若不能得到及时、合理的利用，需要浪费大量的土地和人力、财力来对它进行堆放和处置。
发明内容
为了克服现有技术存在炉渣无法充分利用的问题，本发明的目的在于提供一种炉渣基喷浆材料，本发明的目的之二在于提供一种浆喷桩的施工方法。
本发明利用炉渣中含有的热量，利用矿粉来对其化学组成进行优化配比，同时利用水泥熟料、芒硝及十二烷基硫酸钠来激发其活性，使其具有胶凝特性，达到自凝固的目的，并应用在浆喷桩的工程施工中，大量消耗堆积的炉渣，达到节约土地、固废利用的目的。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种炉渣基喷浆材料，炉渣基喷浆材料包括以下固体组分：炉渣、水泥熟料、矿粉、芒硝、十二烷基硫酸钠。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，包括以下质量份的固体组分：35-60份炉渣、25-35份水泥熟料、7-35份矿粉、0.5-5份芒硝、0.5-5份十二烷基硫酸钠；进一步优选的，包括以下质量份的固体组分：40-55份炉渣、20-30份水泥熟料、10-30份矿粉、1-4份芒硝、1-4份十二烷基硫酸钠；再进一步优选的，包括以下质量份的固体组分：45-50份炉渣、28-30份水泥熟料、15-20份矿粉、2-4份芒硝、3份十二烷基硫酸钠。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，炉渣包括以下质量百分比的成分：55-75％SiO2、12-30％Al2O3、5-10％Fe2O3、1-5％CaO、0.5-3％MgO、1-2.5％SO3、0.8-2％TiO2和1-2.5％K2O；进一步优选的，炉渣包括以下质量百分比的成分：58-70％SiO2、15-25％Al2O3、6-9％Fe2O3、2-4％CaO、1-2.5％MgO、1.5-2.2％SO3、1-1.8％TiO2和1.2-2.2％K2O；再进一步优选的，炉渣包括以下质量百分比的成分：60-69％SiO2、18-24％Al2O3、6.5-9％Fe2O3、3-4％CaO、1.5-2.2％MgO、1.6-2.1％SO3、1.2-1.7％TiO2和1.5-2％K2O。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，炉渣的成分还包括5-12wt％烧失量；进一步优选的，炉渣的成分还包括6.15-9.80wt％烧失量；在本发明的一些优选具体实施方式中，炉渣包括以下质量百分比的成分：60.15-68.24％SiO2、18.14-23.51％Al2O3、6.95-8.60％Fe2O3、3.18-3.54％CaO、1.75-2.05％MgO、1.65-1.95％SO3、1.25-1.65％TiO2、1.5-2.0％K2O、6.15-9.80％wt％烧失量。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，炉渣的比表面积为2500-5000cm2/g；进一步优选的，炉渣的比表面积为3000-4500cm2/g；再进一步优选的，炉渣的比表面积为3200-4000cm2/g。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，炉渣的堆积密度为700-1000kg/m3；进一步优选的，炉渣的堆积密度为800-900kg/m3；再进一步优选的，炉渣的堆积密度为820kg/m3。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，炉渣的含水率为3-9wt％；进一步优选的，炉渣的含水率为4-8wt％。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，炉渣的粒度＞0.5mm的占比＜20wt％；进一步优选的，炉渣的粒度＞0.5mm的占比＜15wt％；再进一步优选的，炉渣的粒度＞0.5mm的占比＜10wt％。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，矿粉包括以下质量百分比的成分：35-45％CaO、28-38％SiO2、8-16％Al2O3、6-14％MgO、2-3％SO3和0.8-1.4％Fe2O3；进一步优选的，矿粉包括以下质量百分比的成分：38-42％CaO、32-35％SiO2、10-15％Al2O3、8-12％MgO、2.2-2.8％SO3和0.9-1.3％Fe2O3；再进一步优选的，矿粉包括以下质量百分比的成分：39-40％CaO、32.5-34％SiO2、12-13％Al2O3、9.5-11％MgO、2.5-2.7％SO3和1-1.2％Fe2O3；在本发明的一些优选具体实施方式中，矿粉包括以下质量百分比的成分：39.7％CaO、33.1％SiO2、12.4％Al2O3、10.1％MgO、2.64％SO3和1.1％Fe2O3。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，矿粉的比表面积为3500-5000cm2/g；进一步优选的，矿粉的比表面积为4000-4800cm2/g；再进一步优选的，矿粉的比表面积为4100-4700cm2/g；更进一步优选的，矿粉的比表面积为4200-4600cm2/g。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，矿粉的粒径分布为d10为2-4μm，d50为14-16μm，d90为50-54μm；进一步优选的，d10为2.5-3.5μm，d50为14.5-15.5μm，d90为51-53μm；再进一步优选的，d10为3.05μm，d50为15.16μm，d90为52.13μm。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，水泥熟料粒径＜2.67μm的质量百分比为8-12wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜2.67μm的质量百分比为9-11wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜2.67μm的质量百分比为10wt％。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，水泥熟料粒径＜5.29μm的质量百分比为25-35wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜5.29μm的质量百分比为28-32wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜5.29μm的质量百分比为30wt％。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，水泥熟料粒径＜7.57μm的质量百分比为40-60wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜7.57μm的质量百分比为45-55wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜7.57μm的质量百分比为50wt％。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，水泥熟料粒径＜11.18μm的质量百分比为50-70wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜11.18μm的质量百分比为55-65wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜11.18μm的质量百分比为60wt％。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，水泥熟料粒径＜31.09μm的质量百分比≥85wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜31.09μm的质量百分比≥88wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜31.09μm的质量百分比≥90wt％。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，芒硝为工业芒硝，其粒径分布为：粒径＜2.75μm的颗粒占10wt％；粒径＜5.54μm的颗粒占30wt％；粒径＜8.61μm的颗粒占50wt％；粒径＜13.46μm的颗粒占60wt％；粒径＜35.94μm的颗粒占90wt％。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，十二烷基硫酸钠为固体产品；在本发明的一些优选具体实施方式中，采用工业级固体十二烷基硫酸钠，其指标如下：活性物质的含量≥90wt％，石油醚可溶物≤2.1％，以硫酸钠和氯化钠计的无机盐含量≤5.0％，白度＞75，水分含量为3％。
优选的，这种炉渣基喷浆材料，组分还包括水，水与固体组分的质量比为0.4-0.6；进一步优选的，水与固体组分的质量比为0.45-0.55；再进一步优选的，水与固体组分的质量比为0.45-0.53。
本发明还提供了一种炉渣基喷浆材料的制备方法，将上述炉渣基喷浆材料的各组分混合，得到炉渣基喷浆材料。
本发明还提供了一种浆喷桩的施工方法，包括以下步骤：
(1)钻机就位，进行平面偏差和垂直度偏差校正；
(2)钻机钻孔；
(3)将上述制备方法制得的喷浆料浆进行喷浆，形成浆喷桩。
优选的，这种浆喷桩的施工方法，步骤(1)中，平面偏差≤60mm；进一步优选的，步骤(1)中，平面偏差≤55mm；再进一步优选的，步骤(1)中，平面偏差≤50mm。
优选的，这种浆喷桩的施工方法，步骤(1)中，垂直度偏差≤1.5％；进一步优选的，步骤(1)中，垂直度偏差≤1.0％；再进一步优选的，步骤(1)中，垂直度偏差≤0.5％。
优选的，这种浆喷桩的施工方法，步骤(2)中，钻机钻进速度为0.8-1.2m/min；进一步优选的，钻机钻进速度为0.9-1.1m/min；再进一步优选的，钻机钻进速度为1.0m/min。
优选的，这种浆喷桩的施工方法，步骤(3)中，喷浆具体包括以下步骤：从桩底向上喷浆，同时搅拌提升，直至离地面18-22cm，再重新边喷浆边搅拌至桩底，至桩底后停止钻进，连续喷浆0.8-1.2min，最后搅拌提升至地面；进一步优选的，步骤(3)中，喷浆具体包括以下步骤：从桩底向上喷浆，同时搅拌提升，直至离地面20cm，再重新边喷浆边搅拌至桩底，至桩底后停止钻进，连续喷浆1min，最后搅拌提升至地面。
优选的，这种浆喷桩的施工方法，还包括前处理步骤，前处理步骤包括：场地平整，施工放样；场地平整是指测量放样处理地基范围，在原地面用挖掘机和推土机等机械进行清除地表种植土、垃圾土，平整施工场地；施工放样是指平整场地后，由测量人员对桩中心位置进行准确放样，桩位用竹签并撒上白灰作标记。
本发明的有益效果是：
本发明利用炉渣中含有的热量，利用矿粉来对其化学组成进行优化配比，同时利用水泥熟料、芒硝及十二烷基硫酸钠来激发其活性，使其具有胶凝特性，达到自凝固的目的，大量消耗堆积的炉渣，达到节约土地、固废利用的目的。
本发明的炉渣基喷浆材料应用于浆喷桩施工时，浆喷桩的28d和90d无侧限抗压强度满足施工要求，在本发明的优选炉渣基喷浆材料组分配比制备的炉渣基喷浆材料应用于浆喷桩施工时，其强度优于普通的水泥喷浆材料。
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。
实施例1
本例炉渣基喷浆材料的各组分含量如下表所示：
实施例2
本例炉渣基喷浆材料的各组分含量如下表所示：
| 原料 | 质量份 |
| 炉渣 | 45 |
| 水泥熟料 | 28 |
| 矿粉 | 20 |
| 芒硝 | 4 |
| 十二烷基硫酸钠 | 3 |
| 水 | 53 |
实施例3
本例炉渣基喷浆材料的各组分含量如下表所示：
| 原料 | 质量份 |
| 炉渣 | 50 |
| 水泥熟料 | 30 |
| 矿粉 | 15 |
| 芒硝 | 2 |
| 十二烷基硫酸钠 | 3 |
| 水 | 45 |
实施例4
本例炉渣基喷浆材料的各组分含量如下表所示：
实施例5
本例炉渣基喷浆材料的各组分含量如下表所示：
| 原料 | 质量份 |
| 炉渣 | 51 |
| 水泥熟料 | 27 |
| 矿粉 | 16 |
| 芒硝 | 3 |
| 十二烷基硫酸钠 | 3 |
| 水 | 55 |
对比例1
采用目前普遍使用的成熟喷浆材料，砂为河砂，水胶比为0.5，灰砂比为1：3。其中河砂的相关指标为：表观密度2580kg/m3，堆积密度为1650kg/m3，含泥量为1.42wt％；水为普通自来水，水泥为普通国标硅酸盐P.O42.5水泥。
实施例1-5的炉渣基喷浆材料及对比例1的喷浆材料进行浆喷桩施工，具体包括以下步骤：
1)整平场地：测量放样处理地基范围，在原地面用挖掘机和推土机等机械进行清除地表种植土、垃圾土，平整施工场地。
2)施工放样：平整场地后，由测量人员对桩中心位置进行准确放样，桩位用竹签并撒上白灰作标记。
3)将钻机、水泥压浆机、搅拌机械等运至工地后，先安装调试，待转速、空气压力及计量设施正常后，再开始就位。
4)将搅拌机平稳摆放在合适的位置后，将实施例的炉渣基喷浆材料、对比例的喷浆材料固体组分加入搅拌机中，开启搅拌机10min，使粉料充分混合，再加入水，开启搅拌机10min，充分混合得到喷浆料浆，然后将料浆通过设计好的导流槽流入喷浆料浆暂存池中。
5)钻机定位：将钻机搅拌头对准设计桩位，钻机就位后使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，以吊线锤校正机架垂直度，使平面偏差不超过50mm，使垂直度偏差不超过0.5％。
6)接好暂存池、水泥压浆机和钻机的连接管，使其密封连接完好，以免漏气对后续喷浆造成影响。
7)钻孔至设计底高程：启动电机，钻机搅拌头转速正常后开始钻进，钻进速度为1.0m/min，边旋转切土边下沉，直至达到设计深度。
8)启动水泥压浆机，从桩底向上喷浆，同时搅拌提升，直至离地面20cm，再重新边喷浆边搅拌至桩底，至桩底后停止钻进，连续喷浆1min，最后搅拌提升至地面。
9)关闭电源，移动设备至需要喷桩的地点，重复以上步骤进行下一个浆喷桩施工。
对成桩后28d及90d的浆喷桩进行钻孔取芯，进行无侧限抗压强度试验。强度实验采用BC-300D电脑恒应力压力试验机进行测定，具体测试结果见下表1所示：
表1无侧限抗压强度测试结果对比
对于浆喷桩的设计要求为其桩身的无侧限抗压强度为R28≥1450KPa，R90≥2500Kpa，通过上表1的结果可以看出，实施例1-5的无侧限抗压强度均高于设计要求，实施例2、实施例3的强度高于采用水泥的对比例1，表明本发明的炉渣基喷浆材料用于浆喷桩施工工艺完全可行。同时本发明采用了大量的固体废弃物，大多只有运输成本，因此，本发明同时具有节省成本，绿色环保的功能。
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，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种炉渣基喷浆材料，其特征在于，所述炉渣基喷浆材料包括以下质量份的固体组分：35-60份炉渣、25-35份水泥熟料、7-35份矿粉、0.5-5份芒硝、0.5-5份十二烷基硫酸钠；
所述炉渣包括以下质量百分比的成分：55-75％SiO2、12-30％Al2O3、5-10％Fe2O3、1-5％CaO、0.5-3％MgO、1-2.5％SO3、0.8-2％TiO2和1-2.5％K2O。
2.根据权利要求1所述的炉渣基喷浆材料，其特征在于，所述炉渣的比表面积为2500-5000cm2/g。
3.根据权利要求1所述的炉渣基喷浆材料，其特征在于，所述炉渣基喷浆材料的组分还包括水，所述水与固体组分的质量比为0.4-0.6。
4.一种权利要求1-3任一项所述炉渣基喷浆材料的制备方法，其特征在于，将所述炉渣基喷浆材料的各组分混合，得到所述炉渣基喷浆材料。
5.一种浆喷桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)钻机就位，进行平面偏差和垂直度偏差校正；
(2)钻机钻孔；
(3)将权利要求1-3任一项所述的炉渣基喷浆材料进行喷浆，形成浆喷桩。
6.根据权利要求5所述的浆喷桩的施工方法，其特征在于，所述步骤(1)中，平面偏差≤60mm。
7.根据权利要求5所述的浆喷桩的施工方法，其特征在于，所述步骤(1)中，垂直度偏差≤1.5％。
8.根据权利要求5所述的浆喷桩的施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中，钻机钻进速度为0.8-1.2m/min。
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