CN115093181A - 一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖及其制备方法 - Google Patents

一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖及其制备方法，本发明高强免烧砖以质量份数计，其原料包括：渣土85～90.1份、水泥9.8‑14.8份、土壤固化剂0.1～0.2份；所述渣土为脱水后的盾构渣土；所述土壤固化剂的组分包括羧甲基纤维素钠、水性环氧树脂、甲基硅酸钠、纳米二氧化硅、氯化钾和硫酸钾，中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝(60‑75)∶(15‑30)∶(2‑4)∶(2‑4)∶(2‑4)∶(2‑4)。本发明能够很好地将地铁盾构渣土用来制造免烧压结砖，并且成本较低、强度较好。

Description

一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖及其制备方法
技术领域
本发明属于黄土地区盾构施工技术领域，具体涉及一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖及其制备方法。
背景技术
地铁盾构渣土是随着地铁盾构掘进过程中产生的，由于添加了添加剂(泡沫、膨润土)，不同的地质状况、不同的掘进设备，所形成盾构渣土呈现出可塑、软塑和流塑等多种形态，其中：土压平衡盾构产生的渣土多为可塑、软塑状态，甚至会呈现流塑状态；泥水盾构产生的渣土均为流塑状态。通过调查了解，现有在建的地铁项目中，绝大部分盾构渣土均直接消纳弃置处理。
目前市场上流通的砖主要为两种，一是传统的烧结红砖，主要通过添加土煤矸石，通过高温自燃烧制而成，此类砖成砖质量不稳定，外观较差；二是免烧压结砖，通过混凝土废弃料，添加水泥、水，压制而成，此类砖质量较好，但成本较高，且不能参杂土料。
如果能将地铁盾构渣土用来制造砖，尤其是免烧压结砖，并能降低免烧压结砖的制造成本，那将产生很好的经济和环境效益。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖及其制备方法，本发明能够很好地将地铁盾构渣土用来制造免烧压结砖，并且成本较低、强度较好。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖，以质量份数计，其原料包括：
渣土85～90.1份、水泥9.8～14.8份、土壤固化剂0.1～0.2份；
所述渣土为脱水后的盾构渣土；
所述土壤固化剂的组分包括羧甲基纤维素钠、水性环氧树脂、甲基硅酸钠、纳米二氧化硅、氯化钾和硫酸钾，中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝(60-75)∶(15-30)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)。
优选的，渣土的含水量为15％～23％。
优选的，所述水泥采用普通硅酸盐水泥。
优选的，所述基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖的成砖强度为28～43MPa，吸水后强度为36～56MPa。
本发明基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖的制备方法，包括如下过程：
将盾构渣土制成泥浆并过筛，之后进行絮凝、脱水、粉碎，得到渣土；
将所述渣土、水泥、土壤固化剂和水混匀并压制成砖，之后进行养护，得到所述基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖；
渣土、水泥和土壤固化剂的质量比为(85～90.1)∶(9.8～14.8)∶(0.1～0.2)；
所述土壤固化剂的组分包括羧甲基纤维素钠、水性环氧树脂、甲基硅酸钠、纳米二氧化硅、氯化钾和硫酸钾，中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝(60-75)∶(15-30)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)。
优选的，本发明的制备方法还包括对所述渣土过筛的过程，过筛筛分时应达到如表1的标准：
表1
筛孔尺寸 5mm 2mm 1mm 0.5mm 0.25mm 0.075mm
通过率 100 90 80 65 55 40
将过筛后的渣土与水泥和土壤固化剂混匀。
优选的，对泥浆进行絮凝时，采用的絮凝剂为聚丙烯酰胺絮凝剂，脱水后渣土的含水量15％～23％。
优选的，将所述渣土、水泥、土壤固化剂和水混匀并压制成砖时，将土壤固化剂和水混匀，使土壤固化剂溶解，之后与渣土以及水泥混匀。
优选的，土壤固化剂和水的质量比为1：(2.5～3)，压制成砖时，压实比为(10.7～12.2)：1，养护的时间为28-84天。
优选的，所述水泥采用普通硅酸盐水泥。
本发明具有如下有益效果：
本发明基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖主要成分为盾构渣土，结合本发明的土壤固化剂，水泥和土壤固化剂的使用量较少，是的整个免烧砖的成本大为降低，以目前的成本计算：盾构渣土回收，几乎无成本，原材料水泥使用成本：450元/t；固化剂成本：12000-13000元/t，每方渣土成砖550块，单砖成本0.18元～0.29元。同时本发明的高强免烧砖的成砖强度为28～43MPa，吸水后强度增长，达到36～56MPa，因此本发明的高强免烧砖能够满足使用要求且强度较好。从上述可以看出，本发明很好的解决了现有技术中面临的问题：一是解决盾构渣土弃置过程中装运困难、遗洒道路、污染环境的问题；二是解决盾构渣土直接弃运造成的渣土资源的浪费；三是解决盾构渣土消纳场的设置将占用大量的土地资源的问题；四是解决如果盾构渣土处理不当还会产生雾霾，破坏市容，恶化城市环境的问题；五是解决传统市场上工程用砖不能质量成本不能兼顾的问题；六是提出一种高强度制砖方案。
附图说明
图1(a)为本发明实施例1中高强免烧砖养护7天龄期断面示意图；图1(b)为本发明实施例1中高强免烧砖养护60天龄期断面示意图；
图2(a)为图1(b)所示养护56天龄期的高强免烧砖表面SEM图(放大4000倍)；
图2(b)为图1(b)所示养护56天龄期的高强免烧砖表面微区能谱元素分析图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
本发明技术方案主要分为两部分：一是盾构脱水技术方案，二是盾构压结成砖技术方案。
本发明以下实施例采用的盾构渣土的土质情况如下：
针对土质主要为老黄土(水上)、老黄土(水下)、老黄土(水上)(软)、古土壤(水下)，各土层物理性质如表1所示，各土层界限含水率如表2所示，各土层压缩性能如表3所示：
表1
Figure BDA0003754124910000041
表2
Figure BDA0003754124910000042
表3
Figure BDA0003754124910000043
Figure BDA0003754124910000051
盾构脱水技术方案，包括如下步骤：
步骤1，盾构渣土由龙门吊料斗直接倾倒入进料斗，泥浆从进料斗缓流入处理池1。
步骤2，处理池1内装有搅拌器，泥浆在搅拌器作用下溶解为泥浆后通过矮墙溢流至处理池2。
步骤3，处理池2设置振动筛，通过振动筛过滤大粒径固体颗粒，通过泥浆泵送至处理池3。
步骤4，处理池3中添加聚丙烯酰胺絮凝剂，絮凝后由压滤机供浆泵送入压滤机，压滤机进行渣土脱水，脱水后的含水量控制在15％～23％即可，压制成泥饼。
盾构压结成砖技术方案。
以脱水后的脱水后的盾构渣土，经碎土机粉碎后，添加水泥、土壤固化剂，通过压力机压结成砖，养护后使用。
本发明土壤固化剂的固化原理：土壤固化剂与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质，能将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来，使得土壤胶团表面电流降低，胶团所吸附的双电层减薄，电解质浓度增强，颗粒趋于凝聚，体积膨胀而进一步填充土壤孔隙。
以质量比计，本发明固化剂的组成、配比如下：土壤固化剂的组分包括羧甲基纤维素钠、水性环氧树脂、甲基硅酸钠、纳米二氧化硅、氯化钾和硫酸钾，中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝(60-75)∶(15-30)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)。
压结砖配比(质量比)
渣土85～90.1份(含水量15％～23％)、水泥9.8～14.8份，土壤固化剂0.1～0.2份
本发明基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖制备过程：
脱水后的盾构渣土经碎土机粉碎，粉碎后的土质，结核物及大粒径物质过多时应筛分，达到以下标准，如表4所示；
表4
筛孔尺寸 5mm 2mm 1mm 0.5mm 0.25mm 0.075mm
通过率 100 90 80 65 55 40
固化剂按照重量1：2.5～3加入水，充分溶解，加入碎土中，经搅拌机充分搅拌；
经压力机压实，固定砖模下成砖，压实比控制在(10.7～12.2)：1；
蒸养室养护，28～84天。
本发明以下实施例中，渣土以及的处理、压砖的过程采用如上工艺，所不同的是原料的用量不同。
实施例1
本实施中，渣土、水泥和土壤固化剂的质量比为85∶14.8∶0.2
土壤固化剂中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝70∶22∶2∶2∶2∶2。
本实施例制成的高强免烧砖养护7天龄期断面如图1(a)所示，可以看出本养护阶段成砖类似土体结构。养护56天龄期断面如图1(b)所示，可以看出本养护阶段成砖内部形成颗粒状结构，起到了类似混凝土骨料的作用。养护56天龄期的高强免烧砖表面SEM图如图2(a)所示，可以看出，本实施例制成的高强免烧砖在放大4000倍显示下基本上均匀密实，局部存在少量空隙，已形成压结致密结构。
本实施例制成的高强免烧砖成砖强度43MPa，吸水后强度增长30％，为56MPa；
本实施例制成的高强免烧砖的单砖成本如表5所示：
表5
Figure BDA0003754124910000071
实施例2
本实施中，渣土、水泥和土壤固化剂的质量比为88∶11.85∶0.15
土壤固化剂中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝75∶15∶3∶3∶2∶2。
本实施例制成的高强免烧养护时间56天，砖成砖强度33MPa，吸水后强度增长25％，为41MPa；
本实施例制成的高强免烧砖的单砖成本如表6所示：
表6
Figure BDA0003754124910000072
实施例3
本实施中，渣土、水泥和土壤固化剂的质量比为90.1∶9.8∶0.1
土壤固化剂中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝60∶24∶4∶4∶4∶4。
本实施例制成的高强免烧砖养护时间56天，成砖强度28MPa，吸水后强度增长27％，为36MPa；
本实施例制成的高强免烧砖的单砖成本如表7所示：
表7
Figure BDA0003754124910000081
实施例4
本实施中，渣土、水泥和土壤固化剂的质量比为90.1∶9.8∶0.1
土壤固化剂中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝60∶30∶2∶2∶3∶3。
本实施例制成的高强免烧砖养护时间56天，成砖强度29MPa，吸水后强度增长28％，为37MPa；
本实施例制成的高强免烧砖的单砖成本如表8所示：
表8
Figure BDA0003754124910000082
综上可以看出，本发明：(1)节约了盾构渣土弃运成本；(2)减少了弃运过程中造成的土地资源浪费；(3)避免了弃运过程中的环境污染；(4)成本低(材料成本0.18元～0.29元)；(5)和以往的盾构渣土压结砖相比，成砖强度可提升2倍左右，最高强度56Mpa。

Claims (10)

1.一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖，其特征在于，以质量份数计，其原料包括：
渣土85～90.1份、水泥9.8～14.8份、土壤固化剂0.1～0.2份；
所述渣土为脱水后的盾构渣土；
所述土壤固化剂的组分包括羧甲基纤维素钠、水性环氧树脂、甲基硅酸钠、纳米二氧化硅、氯化钾和硫酸钾，中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝(60-75)∶(15-30)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖，其特征在于，渣土的含水量为15％～23％。
3.根据权利要求1所述的一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖，其特征在于，所述水泥采用普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖，其特征在于，所述基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖的成砖强度为28～43MPa，吸水后强度为36～56MPa。
5.一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
将盾构渣土制成泥浆并过筛，之后进行絮凝、脱水、粉碎，得到渣土；
将所述渣土、水泥、土壤固化剂和水混匀并压制成砖，之后进行养护，得到所述基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖；
渣土、水泥和土壤固化剂的质量比为(85～90.1)∶(9.8～14.8)∶(0.1～0.2)；
所述土壤固化剂的组分包括羧甲基纤维素钠、水性环氧树脂、甲基硅酸钠、纳米二氧化硅、氯化钾和硫酸钾，中以质量比计，羧甲基纤维素钠∶水性环氧树脂∶甲基硅酸钠∶纳米二氧化硅∶氯化钾∶硫酸钾＝(60-75)∶(15-30)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)∶(2-4)。
6.根据权利要求5所述的一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖的制备方法，其特征在于，还包括对所述渣土过筛的过程，过筛筛分时应达到如表1的标准：
表1
Figure FDA0003754124900000021
将过筛后的渣土与水泥和土壤固化剂混匀。
7.根据权利要求5所述的一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖的制备方法，其特征在于，对泥浆进行絮凝时，采用的絮凝剂为聚丙烯酰胺絮凝剂，脱水后渣土的含水量15％～23％。
8.根据权利要求5所述的一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖的制备方法，其特征在于，将所述渣土、水泥、土壤固化剂和水混匀并压制成砖时，将土壤固化剂和水混匀，使土壤固化剂溶解，之后与渣土以及水泥混匀。
9.根据权利要求8所述的一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖的制备方法，其特征在于，土壤固化剂和水的质量比为1：(2.5～3)，压制成砖时，压实比为(10.7～12.2)：1，养护的时间为28～84天。
10.根据权利要求5所述的一种基于黄土地区盾构渣土的高强免烧砖的制备方法，其特征在于，所述水泥采用普通硅酸盐水泥。
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