CN114230259A - 一种粉煤灰基土壤固化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种粉煤灰基土壤固化剂及其制备方法，属于工业固废综合利用和建筑材料技术领域，目的在于利用粉煤灰、脱硫石膏等工业固废制备的土壤固化剂，所述粉煤灰基土壤固化剂，包括如下质量百分数的组份：粉煤灰40‑70%、激发剂30‑60%、辅助增强剂0‑5%。本发明制备的粉煤灰基土壤固化剂可替代水泥、石灰应用于道路路基改良处治，具有低成本，节能环保等优点，较水泥、石灰具有明显的价格优势，应用前景广阔。为粉煤灰、脱硫石膏等工业固废的资源化利用起到了积极的推动作用。
Description
技术领域
本发明属于工业固废综合利用和建筑材料技术领域，具体涉及一种粉煤灰基土壤固化剂及其制备方法。
背景技术
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞。
目前，在研究粉煤灰的综合利用方面研究很多，利用的方向主要是提取有价金属元素、土壤调理剂等；还有一些用粉煤灰制备烧结砖等建材。目前的研究存在以下问题：一是这些技术投入成本大，二是还没有一种完全成熟的可以产业化生产的技术，目前还无法大规模利用粉煤灰，大量的粉煤灰仍以堆存为主，占用土地、污染环境。
脱硫石膏又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏，主要成分和天然石膏一样，为二水硫酸钙CaSO4·2H2O。脱硫石膏是燃煤或油的工业企业在治理烟气中的二氧化硫后而得到的工业副产石膏，目前，我国每年的产出量超过4000万吨，主要应用领域为水泥工业和建材行业，但利用率还比较低，仍以堆存为主。
以粉煤灰、脱硫石膏等为代表的大宗工业固废的综合利用，成为推动高质量发展，提高资源利用效率的迫切任务。
但是，目前在公路工程建设领域对土体改良的一般做法是在土体中掺入水泥、石灰等固化材料，以提高土体的工程性能。由于水泥、石灰的生产需要开采大量的黏土、石灰岩等，这会消耗大量的能源，造成水土流失与生态失衡，加剧自然环境恶化，严重有悖于国家提倡的生态环境保护理念。
因此，粉煤灰、脱硫石膏等工业固废的资源化利用，以替代水泥等应用于路基工程，已成为固废综合利用领域重点研究的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用粉煤灰、脱硫石膏等工业固废制备的土壤固化剂，为粉煤灰、脱硫石膏等大宗工业固废提供了一项可行的资源化综合利用路线。
本发明采用如下技术方案：
一种粉煤灰基土壤固化剂，包括如下质量百分数的组份：粉煤灰40-70%、激发剂30-60%、辅助增强剂0-5%。
进一步地，所述激发剂包括如下质量百分数的组份：硅酸钠5-20%、生石灰或电石渣50-80%、脱硫石膏10-30%。
进一步地，所述辅助增强剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠和聚合氯化铝中的任意一种。
一种粉煤灰基土壤固化剂的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按照施工路基土性质进行室内试验，确定最佳的试验配比；
第二步，按照试验所得最佳配比，将原料混配均匀，得到粉煤灰基土壤固化剂，密封包装保存；或将粉煤灰与激发剂混配，将辅助增强剂单独配制质量浓度0.5%-1%的水溶液，根据试验所得最佳配比，在施工时与粉煤灰和激发剂混合物一起加入到土体中；原材料在混配前，保证60%以上通过100目标准筛。
进一步地，所述粉煤灰基土壤固化剂掺量为土体的质量的5-15%。
本发明的有益效果如下：
1. 本发明大量利用粉煤灰、脱硫石膏等工业固废，加大了工业固废的利用率，符合我国节能减排、绿色发展的产业政策，对工业固废的资源化利用具有广泛而深远的意义。
2. 本发明制备的粉煤灰基土壤固化剂能够根据基土的性质，适当调整组份比例，与各类土壤均具有良好的适应性。主要原材料为工业固废，成本低廉，来源广泛，具有良好的经济性和环保性。
3. 本发明制备的粉煤灰基土壤固化剂可替代水泥、石灰应用于道路路基改良处治，具有低成本，节能环保等优点，较水泥、石灰具有明显的价格优势，应用前景广阔。为粉煤灰、脱硫石膏等工业固废的资源化利用起到了积极的推动作用。
具体实施方式
为了更好的理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，并非对本发明的实施方式作限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些基于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
在本发明所述实施案例中，所用固化剂原料化学成分和质量标准如下所示。
表1 粉煤灰化学成分
表2 脱硫石膏化学成分
表3 生石灰化学成分
硅酸钠的模数为1。
聚合氯化铝符合GB/T 22627-2014《水处理剂 聚氯化铝》产品标准；
聚丙烯酰胺符合GB/T 17514-2017《水处理剂 阴离子型和非离子型聚丙烯酰胺》产品标准；
聚丙烯酸钠符合HG/T 2838-2018 《水处理剂 聚丙烯酸钠》产品标准。
实施例1
制备粉煤灰基土壤固化剂
将实施例用原材料按照粉煤灰60%、激发剂39%（生石灰80%、脱硫石膏15%、硅酸钠5%）、辅助增强剂1%混合均匀制成粉煤灰基土壤固化剂；也可将辅助增强剂聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠分别配制成0.1%的水溶液，聚合氯化铝配制成20%水溶液，按照每吨基土1.6升与基土混合。
所用基土为红黏土，性能参数如表4所示。
表4 基土性能参数
将粉煤灰基土壤固化剂与基土按照8%的比例，均匀混合，测定混合料的最优含水率；以混合料的最佳含水率，加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的力学性能。
表5 固化土力学性能检测结果（无侧限抗压强度MPa）
实施例2
制备粉煤灰基土壤固化剂
将实施例用原材料按照粉煤灰55%、激发剂44%（生石灰70%、脱硫石膏20%、硅酸钠10%）、辅助增强剂1%混合均匀制成粉煤灰基土壤固化剂；也可将辅助增强剂聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠分别配制成0.1%的水溶液，聚合氯化铝配制成20%水溶液，按照每吨基土1.6升与基土混合。
所用基土为普通黏土，性能参数如表6所示。
表6 基土性能参数
将粉煤灰基土壤固化剂与基土按照8%的比例，均匀混合，测定混合料的最优含水率；以混合料的最佳含水率，加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的力学性能。
表7 固化土力学性能检测结果（无侧限抗压强度MPa）
实施例3
制备粉煤灰基土壤固化剂：
将实施例用原材料按照粉煤灰60%、激发剂39%（生石灰70%、脱硫石膏25%、硅酸钠5%）、辅助增强剂1%混合均匀制成粉煤灰基土壤固化剂；也可将辅助增强剂聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠分别配制成0.1%的水溶液，聚合氯化铝配制成20%水溶液，按照每吨基土1.6升与基土混合。
所用基土为砂土
将粉煤灰基土壤固化剂与基土按照8%的比例，均匀混合，测定混合料的最优含水率；以混合料的最佳含水率，加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的力学性能。
表8 固化土力学性能检测结果(无侧限抗压强度MPa）
由实施例1-3可以看出，红黏土、普通黏土和砂土中加入粉煤灰基土壤固化剂后，强度均高于路基土填筑的强度要求，可替代或部分替代水泥来进行路基工程的土壤固化处理。
Claims (5)
1.一种粉煤灰基土壤固化剂，其特征在于：包括如下质量百分数的组份：粉煤灰40-70%、激发剂30-60%、辅助增强剂0-5%。
2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰基土壤固化剂，其特征在于：所述激发剂包括如下质量百分数的组份：硅酸钠5-20%、生石灰或电石渣50-80%、脱硫石膏10-30%。
3.根据权利要求1所述的一种粉煤灰基土壤固化剂，其特征在于：所述辅助增强剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠和聚合氯化铝中的任意一种。
4.一种粉煤灰基土壤固化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，按照施工路基土性质进行室内试验，确定最佳的试验配比；
第二步，按照试验所得最佳配比，将原料混配均匀，得到粉煤灰基土壤固化剂，密封包装保存；或将粉煤灰与激发剂混配，将辅助增强剂单独配制质量浓度0.5%-1%的水溶液，根据试验所得最佳配比，在施工时与粉煤灰和激发剂混合物一起加入到土体中；原材料在混配前，保证60%以上通过100目标准筛。
5.根据权利要求4所述的一种粉煤灰基土壤固化剂的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰基土壤固化剂掺量为土体的质量的5-15%。
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