CN115108792B - 一种固碳软土固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固碳软土固化剂，按照重量计，其包含以下组分：30‑50份高炉矿渣、5‑16份粉煤灰、4‑15份废弃混凝土、8‑20份钢渣、5‑16份LF炉精炼渣、5‑10份脱硫石膏、8‑15份CaO、1‑2份三乙醇胺残渣、1‑3份十二水硫铝酸钾；其中三乙醇胺残渣，是三乙醇胺生产过程中产生的固体类残渣。本发明产品及应用方法在软土加固工程中，具有低碳、固碳及强度发展高，适用性广的系列有点，本发明不仅大量的利用各种固废资源，同时采用创新性的使用CO2气体养护，实现了低碳、固碳的效果，应用前景广阔。

Description

一种固碳软土固化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及路基修建技术领域，具体涉及一种固碳软土固化剂及其制备方法和应用。
背景技术
土壤固化剂是一种用于固化各类土壤的新型节能环保工程材料。它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，能使土壤颗粒趋于凝聚，易于压实和稳定,从而形成整体结构，并达到常规所不能达到的压密度。经过土壤固化剂处理过的土壤，其强度、密实度、回弹模量、剪切强度等性能都得到了很大的提高，从而延长了道路的使用寿命，节省了工程维修成本，具有很高的经济环境效益，是当前理想的筑路材料选择。
随着经济建设的加快，在工程建设、钢铁冶炼、化工行业生产过程中产生大量的固体废弃物和CO2气体，主要包括废弃混凝土、钢渣、LF炉精炼渣和三乙醇胺残渣，上述固体废弃物利用率低，大多被堆放，污染环境；而大量的CO2被排放到大气中，造成各类环境问题。如何在基建工程利用这些固废，将其废为宝实现减量化和无害化，显得意义重大。
然而目前已公开的专利和已发表的文献中软土固化剂大多的主原料为水泥、矿渣、粉煤灰等，或利用水泥自身的水化硬化反应产生胶结作用；或利用水玻璃、氢氧化钠等强碱性的物质与矿渣和粉煤灰中的SiO2和Al2O3发生解聚等物理化学反应，生成钙矾石等物质产生胶结作用。但是上述各类型的软土固化剂存在以下问题：(1)现有的软土固化剂的配料技术体系涉及的固体废弃物一般涉及钢渣，但很少用到废弃混凝土、LF炉精炼渣和三乙醇胺残渣，对这部分固废没有加以利用，大多被堆放，污染环境；(2)现有的软土固化剂大多使用硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥等作为胶结材料之一，无法有效降低或吸收CO2气体；(3)目前大多的软土固化剂采用碱激发和钙矾石产生胶结作用，但会存在硬化后的材料耐侵水性能差，返碱和后期钙矾石的分解和膨胀应力造成的强度倒缩等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明的目的是提供一种固碳软土固化剂，该软土固化剂不仅对废弃混凝土、LF炉精炼渣和三乙醇胺残渣等固废实现了高附加值利用，而且利用该软土固化剂硬化土壤时可吸收固定大量CO2，减少碳排放，并通过两级胶结原理使硬化后土壤综合性能优异，由此解决了现有软土固化剂对固废资源化利用不足、不能降低或吸收CO2、硬化后土壤侵水性能差或后期强度倒缩等技术问题。本发明的软土固化剂可用于各种类型的软土固化工程。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明提供一种固碳软土固化剂，按照重量计，其包含以下组分：30-50份高炉矿渣、5-16份粉煤灰、4-15份废弃混凝土、8-20份钢渣、5-16份LF炉精炼渣、5-10份脱硫石膏、8-15份CaO、1-2份三乙醇胺残渣、1-3份十二水硫铝酸钾；其中三乙醇胺残渣，是三乙醇胺生产过程中产生的固体类残渣。
根据本发明的较佳实施例，所述高炉矿渣为印巴法冲制而成，其规格为：7d活性指数≥80％，28d活性指数≥105％。
根据本发明的较佳实施例，所述粉煤灰为电厂生产的二级或三级粉煤灰。
根据本发明的较佳实施例，所述废弃混凝土粒度≤20mm，且不含钢筋等杂物。
根据本发明的较佳实施例，所述钢渣粒度≤10mm，TFe含量≤2％。
根据本发明的较佳实施例，所述LF炉精炼粒度≤20mm，TFe含量≤2％。
根据本发明的较佳实施例，所述脱硫石膏PH值≥6.5，亚硫酸钙含量≤0.4％。脱硫石膏来自电厂。
根据本发明的较佳实施例，所述CaO为粉状，比表面积≥400m2/kg。
根据本发明的较佳实施例，本发明的固碳软土固化剂的综合比表面积≥400m2/kg。通过粉末和风选获得所需粒径和规格的粉料。
第二方面，本发明还涉及一种固碳软土固化剂的制备方法，其包括：
S1、将30-50重量份高炉矿渣、5-16重量份粉煤灰、4-15重量份废弃混凝土、8-20重量份钢渣、5-16重量份LF炉精炼渣、5-10重量份脱硫石膏、1-2重量份三乙醇胺残渣、1-3重量份十二水硫铝酸钾进行混合粉磨；在粉磨过程中，通入热风对物料进行烘干，以降低粉磨所得粉体的含水量；
S2、粉末结束后，向收集的粉料中混入8-15重量份的CaO粉体，即得一种固碳软土固化剂(为干粉剂)。
高炉矿渣、脱硫石膏等原料中会含有一定水分，因此在粉磨过程中通入热风，以提高物料干燥度，便于后续选粉的进行，也避免所含水分与后续加入的CaO粉体反应。
根据本发明的较佳实施例，S1中，粉磨完成后，还包括对粉体进行选粉的步骤，以选出比表面积达到≥400m2/kg，自由水含量≤1％的粉体，这部分粉体在风力和负压作用下进入收尘单元收集，使用收尘单元收集的粉体用于制作所述固碳软土固化剂。
由于高炉渣的含水率可达到8％以上，脱硫石膏的含水率达到13％以上，为避免CaO与其所含的水的反应，需将粉磨制得的粉体中含水量控制在≤1％，才能与CaO进行混合。
根据本发明的较佳实施例，S2中，将粉状CaO与收尘单元收集的粉体经混料机混合后(制得固碳软土固化剂)入库。
本发明提供一种固碳软土固化剂的使用方法，其包括：
(1)拌和制浆：向原状土中添加13-20wt％的固碳软土固化剂，加水，使水灰质量比＝1.3-1.7，加入占所述固碳软土固化剂质量0.2-0.3％的聚羧酸高效减水剂，拌和制得浆料；(2)养护：将浆料注入到填充区，向填充区内浆料中注入CO2气体，使浆料完成固化反应。
根据本发明的较佳实施例，注入CO2气体的方法为：在填充区浆料底部设置CO2分布器，通过CO2分布器向浆料内部均匀注入CO2气体，注入流量控制在10m3/h-50m3/h，压力控制在0.3Mpa-1Mpa；注入过程中根据浆料的凝结时间和稠度逐步调节注入CO2气体的流量和压力，控制浆料内气泡尺寸≤0.1mm；同时，每隔5-10min向上提拉CO2分布器以调整CO2分布器的位置，使注入CO2气体的动作由浆料底部逐步向上进行。
根据本发明的较佳实施例，所述浆料的水灰比为1.5时技术效果最优，包括浆料的稠度最佳，最适宜注入CO2气体的操作，浆料固化后形成的材料性能最优。
根据本发明的较佳实施例，在拌和制备浆料时，掺入水质量5-10％的乙醇胺(乙醇胺在拌和浆料中的质量占比)，以增大CO2在浆体中的溶解度，加快浆体与CO2的反应速度。
注入CO2气体时，将CO2气源与CO2泵入设备(气泵和管道)连接，CO2泵入设备又与设在所述浆料内部的CO2分布器连接，以向浆料内部注入CO2气体，通过调节CO2泵入设备的阀件等来调节CO2气体泵入压力和流量。其中，CO2气源可来自市场上出售的CO2高压气瓶或石灰窑等工业烟气，烟气中CO2的浓度≥35％以上。注入工业烟气的压力按照前述注入CO2气体的压力的要求进行换算。
根据本发明的较佳实施例，在注入CO2过程中，通过振动作用均匀化浆料内部CO2气体形成的气孔尺寸(使≤0.1mm)，同时增加浆料的密实度。例如，可在浆料内放置有振动装置来实现。
根据本发明的较佳实施例，在固碳软土固化剂的使用过程中，通过联合控制浆料中CaO含量和注入CO2气体的速度，使浆料的反应温度为40-80℃。
由于CaO与水快速反应生成Ca(OH)2，释放热量；同时CO2与浆料中的Ca(OH)2和硅酸钙反应生成碳酸钙微晶的碳酸化反应，也为放热反应，因此浆料的固化反应过程会产生热量积累和温度上升的问题。
碳酸化生成的碳酸钙微晶与体系中大量生成的Ca(OH)2反应生成碱式碳酸钙(Ca(OH)2·2CaCO3·1.5H2O)。碳酸钙微晶和碱式碳酸钙的生成，可以形成颗粒与颗粒之间的搭接及加强颗粒间的界面强度，增强浆体与软土之间的作用力。当浆料固化反应温度在40-80℃的范围内时，有利于激发高炉矿渣、粉煤灰、钢渣的水化活性，同时配合十二水硫酸铝钾和脱硫石膏将矿渣与粉煤灰中的硅铝质解聚，形成以钙矾石为主的胶结产物，钙矾石将颗粒与颗粒之间，颗粒与软土之间进行连接，增强软土的稳定性和强度。
(三)有益效果
(1)本发明软土固化剂中的组分高炉矿渣、粉煤灰、废弃混凝土、钢渣、LF炉精炼渣、脱硫石膏、三乙醇胺残渣等都属于工业固废(分别属于冶金固废、建材固废和化工固废)，不含水泥，有效降低固化剂产品成本(因采用固体废弃物为主原料，价格低廉，可降低材料成本10％-20％)，实现了对工业固废的资源化回收利用，节能减排。对工业固废的综合资源利用，减少大量堆放造成的环境污染问题，因此本发明方法有助于对工业固废的减量化处理，具有环保意义。
(2)本发明使用三乙醇胺残渣、CaO和十二水硫酸铝钾作为激发剂，通过在注浆使用过程中，引入CO2气体养护，产生碳酸钙微晶和碱式碳酸钙，加强颗粒与颗粒之间，颗粒与软土之间的胶结力；同时产生的碳酸钙微晶与生成的钙矾石相互作用，产生水合碳铝酸钙矿物，稳定了钙矾石矿物，避免其向片状无结构强度的AFm(单硫型水化硫铝酸钙)的转变，抑制了后期产生的强度倒缩等问题，同时引入的CO2气体所形成的极细微孔为后期钙矾石的生成提供所需空间，减少膨胀应力产生的破坏作用。
(3)本发明在软土固化剂在使用过程中消耗大量CO2气体，可减碳固碳作用，实现对石灰窑等工业烟气的固碳减排，减少工业碳排放。本发明的软土固化剂在使用过程中，引入了二级胶结理论体系，创造性的在养护过程中采用CO2气体养护，利用废弃混凝土、钢渣、LF炉精炼渣和CaO水化产生的氢氧化钙和硅酸盐凝胶，其与CO2发生碳酸化反应，达到固碳、胶结作用。经测算，固碳率达到3％-6％，即每吨新型低碳软土固化剂可固碳30-60Kg。
附图说明
图1为本发明一种固碳软土固化剂的制备工艺流程图。
图2为本发明一种固碳软土固化剂的使用方法中向已注入到填充区的浆料中通入CO2气体以促进浆料完成固化反应的示意图。
图中，1-注入由固碳软土固化剂和原土拌和的浆料的填充区；2-提拉CO2分布器的锁链；3-CO2气体输送管道；4-CO2分布器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供一种新型固碳软土固化剂，按照重量计，其包含以下组分：30-50份高炉矿渣、5-16份粉煤灰、4-15份废弃混凝土、8-20份钢渣、5-16份LF炉精炼渣、5-10份脱硫石膏、8-15份CaO、1-2份三乙醇胺残渣、1-3份十二水硫铝酸钾；其中三乙醇胺残渣，是三乙醇胺生产过程中产生的固体类残渣。
上述新型固碳软土固化剂的制备流程参见图1所示。
首先，将高炉矿渣、粉煤灰、废弃混凝土、钢渣、LF炉精炼渣、脱硫石膏、三乙醇胺残渣、十二水硫酸铝钾分别计量称重，称量30-50重量份高炉矿渣、5-16重量份粉煤灰、4-15重量份废弃混凝土、8-20重量份钢渣、5-16重量份LF炉精炼渣、5-10重量份脱硫石膏、1-2重量份三乙醇胺残渣、1-3重量份十二水硫铝酸钾。
称量后，将上述各物料送入粉磨单元进行混合粉磨，粉磨过程中采用热风炉的热风进行干燥，降低物料湿度，去除高炉矿渣、脱硫石膏等原料中所含的少量水分。粉磨产生的粉料经选粉单元进行选粉，以选出比表面积达到≥400m2/kg，自由水含量≤1％的粉体，这部分粉体在风力和负压作用下进入收尘单元收集，使用收尘单元收集的粉体用于制作固碳软土固化剂。具体是，将收尘单元收集的粉料，在混料单元中混入8-15重量份的CaO粉体，即得一种固碳软土固化剂(为干粉剂)，入库保存。其中，通过热风干燥和选粉步骤的处理，使收尘所得粉体中含水量控制在≤1％，以避免混入CaO时与物料中所含的水分发生反应。
如图2所示，为本发明新型固碳软土固化剂的使用方法示意图。本发明的软土固化剂的使用方法，包括两个步骤，第一个步骤是浆料的拌和步骤，第二步骤是将拌和的浆料注入到填充区后，再向浆料中注入CO2进行养护固化的步骤。具体结合图2说明如下：
(1)拌和制浆：向原状土中添加13-20wt％的固碳软土固化剂，加水，使水灰质量比＝1.3-1.7，加入占所述固碳软土固化剂质量0.2-0.3％的聚羧酸高效减水剂，拌和制得浆料。
其中，所述浆料的水灰比为1.5时技术效果最优，包括浆料的稠度最佳，最适宜注入CO2气体的操作，浆料固化后形成的材料性能最优。
优选地，在拌和制备浆料时，掺入水质量5-10％的乙醇胺(乙醇胺在拌和浆料中的质量占比)，以增大CO2在浆体中的溶解度，加快浆体与CO2的反应速度。
(2)养护：将浆料注入到填充区，向填充区内浆料中注入CO2气体，使浆料完成固化反应。
注入CO2气体的方法为：在填充区1的浆料底部设置CO2分布器4，通过CO2分布器4向浆料内部均匀注入CO2气体，注入流量控制在10m3/h-50m3/h，压力控制在0.3Mpa-1Mpa；注入过程中根据浆料的凝结时间和稠度逐步调节注入CO2气体的流量和压力，控制浆料内气泡尺寸≤0.1mm；同时，每隔5-10min使用连接在CO2分布器4上的锁链2向上提拉CO2分布器4以调整CO2分布器的所在高度位置，使注入CO2气体的动作由浆料底部逐步向上进行。
注入CO2气体时，将CO2气源与CO2泵入设备的CO2气体输送管道3构成连接，CO2泵入设备的CO2气体输送管道3又与埋在浆料内部的CO2分布器4连接，CO2分布器4上设有若干小气孔，对CO2气体起到分布均匀和细化作用。通过该CO2分布器4以向浆料内部注入CO2气体，通过调节CO2泵入设备的阀件等来调节CO2气体泵入压力和流量。
优选地，可在浆料内放置有振动装置，注入CO2过程中，通过振动装置的振动作用均匀化浆料内部CO2气体形成的气孔尺寸(使≤0.1mm)，同时增加浆料的密实度。同时，控制注入CO2气体的速度或借助外部的加热或降温装置，使浆料的反应温度保持在40-80℃之间。
浆料温度在40-80℃的范围内时，有利于激发高炉矿渣、粉煤灰、钢渣的水化活性，同时配合十二水硫酸铝钾和脱硫石膏将矿渣与粉煤灰中的硅铝质解聚，形成以钙矾石为主的胶结产物，钙矾石将颗粒与颗粒之间，颗粒与软土之间进行连接，增强软土的稳定性和强度。
本发明的新型固碳软土固化剂中，不使用水泥等高碳排放和高能耗原材料，通过在对各固体废弃物进行合理搭配，以及入各种反应增强剂三乙醇胺残渣、脱硫石膏、CaO、十二水硫铝酸钾，利用CaO与水的放出的热量，以及通过在新型低碳软土固化剂注浆使用的过程中，引入CO2气体发生的碳酸化反应和硅铝质的碱激发反应，形成两级胶结理论体系，具体如下：
即一级胶结理论体系：CaO与水发生放热反应，生成Ca(OH)2，提高浆料体系的温度。废弃混凝土与LF炉精炼渣提供Ca(OH)2和硅酸盐凝胶(C-S-H)，上述原料与CO2气体在较高的浆料温度下发生剧烈的碳酸化放热反应，同时进一步提升浆料的温度，促进碳酸化的反应程度，反应生成碳酸钙微晶的互相交叉产生的交界作用，用于包裹和固定黏土颗粒；同时碳酸化生成的碳酸钙微晶与体系中大量生成的Ca(OH)2反应生成碱式碳酸钙(Ca(OH)2·2CaCO3·1.5H2O)。碳酸钙微晶和碱式碳酸钙的生成，可以形成颗粒与颗粒之间的搭接及加强颗粒间的界面强度，同时引入的CO2气体在浆体内形成微小气泡，可以作为二级胶结体系中钙矾石的生长提供空间，避免钙矾石产生的膨胀应力破坏，一级胶结理论体系的反应式如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2
CO2+H2O→H2CO3
Ca(OH)2+H2CO3→CaCO3+H2O
C-S-H+H2CO3→CaCO3+SiO2+H2O
2CaCO3+Ca(OH)2+1.5H2O→Ca(OH)2·2CaCO3·1.5H2O
二级胶结理论体系：钢渣中的硅酸盐矿物水化，产生的硅酸盐凝胶，形成网络结构；新型低碳软土固化剂中的硫铝酸盐、硫酸盐等与矿渣和粉煤灰中的硅铝质发生激发反应，生成晶型相对粗大的钙矾石贯穿于整体的空间结构中，形成骨架加固和稳定作用。同时碳酸化反应生产的高活性的碳酸钙与浆体中的C-A-H反应生成水合碳铝酸钙，该矿物进一步稳定了钙矾石的结构，避免其向单硫型水化硫铝酸钙的转变，因此可以避免后期的强度倒缩等问题。同时一级胶结体系中引入的CO2气体微孔(≤0.1mm)，也为钙矾石的生长提供了一定的空间，避免膨胀应力对硬化浆体的破坏，二级胶结理论体系的反应式如下：
C2S+H2O→C-S-H
C-A-H+KAl(SO4)2·12H2O+H2O→C3A·3CaSO4·32H2O
C-A-H+CaSO4·2H2O+H2O→C3A·3CaSO4·32H2O；
C3A·3CaSO4·32H2O→C3A·CaSO4·12H2O+2CaSO4·2H2O+8H2O
1.5CaCO3+2C-A-H+0.5Ca(OH)2+22.5H2O→C3A·0.5CaCO3·0.5Ca(OH)2·11.5H2O+C3A·CaCO3·11H2O
2C3A·0.5CaCO3·0.5Ca(OH)2·11.5H2O→C3A·CaCO3·11H2O+C3AH6
3C3A·CaSO4·12H2O+2CaCO3+18H2O→2C3A·CaCO3·11H2O+C3A·3CaSO4·32H2O。
本发明创造性地引入了二级胶结理论体系，创造性的在养护过程中采用CO2气体养护，利用废弃混凝土、钢渣、LF炉精炼渣和CaO水化产生的氢氧化钙和硅酸盐凝胶，其与CO2发生碳酸化反应，达到固碳、胶结作用。经测算，固碳率达到3％-6％，即每吨新型低碳软土固化剂可固碳30-60Kg。
为了进一步明确本发明方案及其技术进步性，以下结合具体实施例和技术效果进行说明。
实施例1
本实施例提供一种新型软土固化剂及其使用方法。
新型软土固化剂的制备方法为：将30重量份高炉矿渣、16重量份粉煤灰、10重量份废弃混凝土、15重量份钢渣、10重量份LF炉精炼渣、8重量份脱硫石膏、1重量份三乙醇胺残渣、2重量份十二水硫铝酸钾，经计量单元，将各物料精准计量后，经皮带运输至粉磨单元，通过热风炉单元提供热量，在粉磨单元完成物料的粉磨、烘干，将物料自由水分控制在≤1％，然后经过选粉单元，选出比表面积≥400m2/kg的合格粉体，然后进入收尘单元，比表面积不合格的粉体继续进入粉磨单元进行研磨，经收尘单元收集的合格粉体经过混料单元，添加8重量份的CaO粉体进行混合，得到一种新型低碳的软土固化剂，然后经输送设备，进入成品入库单元，完成制备，获得本发明产品，记为RT-1。
上述新型软土固化剂的使用方法如下：
(1)将上述软土固化剂按照原状土的质量的13％添加，水灰比为1.5，加入软土固化剂质量比0.3％的聚羧酸高效减水剂，加入水质量比的8％乙醇胺，进行混合搅拌制得浆料。通过深层搅拌桩或高压旋喷桩工艺，将上述制得的浆料注入填充区。
(2)使用CO2的浓度35％，要求的CO2流量控制在50m3/h，压力设置控制在0.86MPa，沿着深层搅拌桩或高压旋喷桩打出的充满浆料孔洞，通入CO2气体分布器，从注浆孔的底部逐步向上，向已注入的浆体内均匀喷入CO2气体，喷入的气体流量要求均匀，浆体内部气泡尺寸控制要求≤0.1mm。按照每10min的间隔时间，向上提拉CO2分布器，使注浆孔内的浆体与CO2气体均匀反应。在注浆孔内放置振动装置，通过振动控制浆体内的CO2气体的气孔尺寸≤0.1mm。在该过程中，CaO与水快速反应生成Ca(OH)2，释放热量；同时CO2与浆料中的Ca(OH)2和硅酸钙反应生成碳酸钙微晶的碳酸化反应，也为放热反应，通过控制粉料中的CaO含量和CO2分布器的提升速度以及CO2的喷入速率和流量，控制浆料的温度50℃，该应用方法标记为RTS-1。
实施例2
本实施例提供一种新型软土固化剂及其使用方法。
新型软土固化剂的制备方法为：将40重量份高炉矿渣、10重量份粉煤灰、8重量份废弃混凝土、9重量份钢渣、9重量份LF炉精炼渣、8重量份脱硫石膏、1.5重量份三乙醇胺残渣、2.5重量份十二水硫铝酸钾，经计量单元，将各物料精准计量后，经皮带运输至粉磨单元，通过热风炉单元提供热量，在粉磨单元完成物料的粉磨、烘干，将物料自由水分控制在≤1％，然后经过选粉单元，选出比表面积≥400m2/kg的合格粉体，然后进入收尘单元，比表面积不合格的粉体继续进入粉磨单元进行研磨，经收尘单元收集的合格粉体经过混料单元，添加12重量份的CaO粉体进行混合，得到一种新型低碳的软土固化剂，然后经输送设备，进入成品入库单元，完成制备，获得本发明产品，记为RT-2。
上述新型软土固化剂的使用方法如下：
(1)将上述软土固化剂按照原状土的质量的15％添加，水灰比为1.5，加入软土固化剂质量比0.25％的聚羧酸高效减水剂，加入水质量比的6％乙醇胺，进行混合搅拌制得浆料。通过深层搅拌桩或高压旋喷桩工艺，将上述制得的浆料注入填充区。
(2)使用CO2的浓度70％，要求的CO2流量控制在20m3/h，压力设置控制在0.8MPa，沿着深层搅拌桩或高压旋喷桩打出的充满浆料孔洞，通入CO2气体分布器，从注浆孔的底部逐步向上，向已注入的浆体内均匀喷入CO2气体，喷入的气体流量要求均匀，浆体内部气泡尺寸控制要求≤0.1mm。按照每8min的间隔时间，向上提拉CO2分布器，使注浆孔内的浆体与CO2气体均匀反应。在注浆孔内放置振动装置，通过振动控制浆体内的CO2气体的气孔尺寸≤0.1mm。在该过程中，通过控制粉料中的CaO含量、CO2分布器的提升速度以及CO2的喷入速率和流量，控制浆料的温度60℃，该应用方法标记为RTS-2。
实施例3
本实施例提供一种新型软土固化剂及其使用方法。
新型软土固化剂的制备方法为：将50重量份高炉矿渣、6重量份粉煤灰、4重量份废弃混凝土、8重量份钢渣、6重量份LF炉精炼渣、8重量份脱硫石膏、1.5重量份三乙醇胺残渣、2.5重量份十二水硫铝酸钾，经计量单元，将各物料精准计量后，经皮带运输至粉磨单元，通过热风炉单元提供热量，在粉磨单元完成物料的粉磨、烘干，将物料自由水分控制在≤1％，然后经过选粉单元，选出比表面积≥400m2/kg的合格粉体，然后进入收尘单元，比表面积不合格的粉体继续进入粉磨单元进行研磨，经收尘单元收集的合格粉体经过混料单元，添加14重量份的CaO粉体进行混合，得到一种新型低碳的软土固化剂，然后经输送设备，进入成品入库单元，完成制备，获得本发明产品，记为RT-3。
上述新型软土固化剂的使用方法如下：
(1)将上述软土固化剂按照原状土的质量的20％添加，水灰比为1.5，加入软土固化剂质量比0.25％的聚羧酸高效减水剂，加入水质量比的6％乙醇胺，进行混合搅拌制得浆料。通过深层搅拌桩或高压旋喷桩工艺，将上述制得的浆料注入填充区。
(2)使用CO2的浓度90％，要求的CO2流量控制在10m3/h，压力设置控制在0.8MPa，沿着深层搅拌桩或高压旋喷桩打出的充满浆料孔洞，通入CO2气体分布器，从注浆孔的底部逐步向上，向已注入的浆体内均匀喷入CO2气体，喷入的气体流量要求均匀，浆体内部气泡尺寸控制要求≤0.1mm。按照每5min的间隔时间，向上提拉CO2分布器，使注浆孔内的浆体与CO2气体均匀反应。在注浆孔内放置振动装置，通过振动控制浆体内的CO2气体的气孔尺寸≤0.1mm。在该过程中，通过控制粉料中的CaO含量、CO2分布器的提升速度以及CO2的喷入速率和流量，控制浆料的温度80℃，该应用方法标记为RTS-3。
实施例4
本实施例提供一种新型软土固化剂及其使用方法。
新型软土固化剂的制备方法为：将50重量份高炉矿渣、5重量份粉煤灰、4重量份废弃混凝土、8重量份钢渣、6重量份LF炉精炼渣、8重量份脱硫石膏、2重量份三乙醇胺残渣、3重量份十二水硫铝酸钾，经计量单元，将各物料精准计量后，经皮带运输至粉磨单元，通过热风炉单元提供热量，在粉磨单元完成物料的粉磨、烘干，将物料自由水分控制在≤1％，然后经过选粉单元，选出比表面积≥400m2/kg的合格粉体，然后进入收尘单元，比表面积不合格的粉体继续进入粉磨单元进行研磨，经收尘单元收集的合格粉体经过混料单元，添加14重量份的CaO粉体进行混合，得到一种新型低碳的软土固化剂，然后经输送设备，进入成品入库单元，完成制备，获得本发明产品，记为RT-4。
上述新型软土固化剂的使用方法如下：
(1)将上述软土固化剂按照原状土的质量的20％添加，水灰比为1.5，加入软土固化剂质量比0.25％的聚羧酸高效减水剂，加入水质量比的6％乙醇胺，进行混合搅拌制得浆料。通过深层搅拌桩或高压旋喷桩工艺，将上述制得的浆料注入填充区。
(2)使用CO2的浓度99％，要求的CO2流量控制在8m3/h，压力设置控制在0.8MPa，沿着深层搅拌桩或高压旋喷桩打出的充满浆料孔洞，通入CO2气体分布器，从注浆孔的底部逐步向上，向已注入的浆体内均匀喷入CO2气体，喷入的气体流量要求均匀，浆体内部气泡尺寸控制要求≤0.1mm。按照每5min的间隔时间，向上提拉CO2分布器，使注浆孔内的浆体与CO2气体均匀反应。在注浆孔内放置振动装置，通过振动控制浆体内的CO2气体的气孔尺寸≤0.1mm。在该过程中，通过控制粉料中的CaO含量、CO2分布器的提升速度以及CO2的喷入速率和流量，控制浆料的温度80℃，该应用方法标记为RTS-4。
实施例5
本实施例中软土固化剂的组成和制备方法与实施例1相同。只是在拌和浆料时改变了水灰比：即将软土固化剂按照原状土的质量的13％添加，水灰比为1.7，加入软土固化剂质量比0.3％的聚羧酸高效减水剂，加入水质量比的8％乙醇胺，进行混合搅拌制得浆料。通过深层搅拌桩或高压旋喷桩工艺，将上述制得的浆料注入填充区。养护方法参见实施例1。本实施例的使用方法记为RTS-5。
实施例6
本实施例中软土固化剂的组成和制备方法与实施例1相同。只是在拌和浆料时改变了水灰比：即将软土固化剂按照原状土的质量的13％添加，水灰比为1.3，加入软土固化剂质量比0.3％的聚羧酸高效减水剂，加入水质量比的8％乙醇胺，进行混合搅拌制得浆料。通过深层搅拌桩或高压旋喷桩工艺，将上述制得的浆料注入填充区。养护方法参见实施例1。本实施例的使用方法记为RTS-6。
实施例7
本实施例中软土固化剂的组成和制备方法与实施例1相同。只是在使用软土固化剂拌和浆料时，没有加入乙醇胺。即将软土固化剂按照原状土的质量的13％添加，水灰比为1.5，加入软土固化剂质量比0.3％的聚羧酸高效减水剂进行混合搅拌制得浆料。通过深层搅拌桩或高压旋喷桩工艺，将上述制得的浆料注入填充区。本实施例的使用方法记为RTS-7。
实施例8
本实施例中软土固化剂的组成和制备方法与实施例1相同。拌和浆料的方法与实施例1相同，只是在养护过程中，没有控制好CO2分布器的提升速度以及CO2的喷入速率和流量，浆料的温度不到40℃，其他条件与实施例1相同。本实施例的使用方法记为RTS-8。
为明确本发明产品和应用产品的性能特点，以PO42.5水泥为对比样，从软土固化效果考察实施例产品的性能。
取三种淤泥质软土，经检测三种淤泥质软土的特性见表1所示。
表1三种淤泥质软土的特性
序号 初始含水量/％ 液限/％ 塑限/％ 有机质含量/％
软土1 58.5 57.2 23.4 2.4
软土2 60.3 59.4 22.8 1.9
软土3 57.8 55.6 21.9 2.6
利用PO42.5水泥进行常规使用和养护，按照上述四种实施例产品RT-1、RT-2、RT-3和RT-4及分别对应的应用方法RTS-1、RTS-2、RTS-3和RTS-4，成型70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方试模(填充区)中，试件拆模后置于标准养护制度下进行养护，并于3d、7d和28d进行抗压强度测试，结果见表2所示。
表2实施例产品和应用方法与水泥对三种淤泥质软土加固效果对比
由表2可知，实施例产品及对应的应用方法(CO2气体养护)对三种淤泥质软土的加固效果良好，且均优于水泥的加固效果。
此外，按照实施例1的产品RT-1分别对应不同条件的应用方法RTS-1、RTS-5、RTS-6、RTS-7、RTS-8，以成型70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方试模(填充区)中，试件拆模后置于标准养护制度下进行养护，并于3d、7d和28d进行抗压强度测试，结果见表3所示。
表3为实施例1产品以应用方法使用时对三种淤泥质软土加固效果对比
综上可知，本发明产品及应用方法在软土加固工程中，具有低碳、固碳及强度发展高，适用性广的系列有点，本发明不仅大量的利用各种固废资源，同时采用创新性的使用CO2气体养护，实现了低碳、固碳的效果，应用前景广阔。此外，在软土固化剂使用过程中，水灰比控制在1.5时最后所表现出的技术效果最优，优于1.3和1.7的水灰比。而在拌和浆料过程中加入水质量比5-10％的乙醇胺，也有利于提升固化剂对三种淤泥质软土加固效果。在固碳软土固化剂的使用过程中，使浆料的反应温度不足40℃时，不利于提高固化剂对软土加固的稳定性和强度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种使用固碳软土固化剂进行软土固化的方法，其特征在于，所述固碳软土固化剂按照重量计，包含以下组分：30-50份高炉矿渣、5-16份粉煤灰、4-15份废弃混凝土、8-20份钢渣、5-16份LF炉精炼渣、5-10份脱硫石膏、8-15份CaO、1-2份三乙醇胺残渣、1-3份十二水硫铝酸钾；其中三乙醇胺残渣，是三乙醇胺生产过程中产生的固体类残渣；
所述高炉矿渣为印巴法冲制而成，其规格为：7d活性指数≥80%，28d活性指数≥105%；
所述粉煤灰为电厂生产的二级或三级粉煤灰；
所述废弃混凝土粒度≤20mm，且不含钢筋杂物；
所述钢渣粒度≤10mm，TFe含量≤2%；
所述LF炉精炼渣粒度≤20mm，TFe含量≤2%；
所述脱硫石膏pH值≥6.5，亚硫酸钙含量≤0.4%；
所述CaO为粉状，比表面积≥400m2/kg；
软土固化的步骤包括：
（1）拌和制浆：向原状土中添加13-20wt%的固碳软土固化剂，加水，使水灰质量比=1.3-1.7，加入占所述固碳软土固化剂质量0.2-0.3%的聚羧酸高效减水剂，拌和制得浆料；在拌和制备浆料时，掺入水质量5-10%的乙醇胺；
（2）养护：将浆料注入到填充区，向填充区内浆料中注入CO2气体，使浆料完成固化反应；
注入CO2气体的方法为：在填充区浆料底部设置CO2分布器，通过CO2分布器向浆料内部均匀注入CO2气体，注入流量控制在10m3/h-50m3/h，压力控制在0.3Mpa-1Mpa；注入过程中根据浆料的凝结时间和稠度逐步调节注入CO2气体的流量和压力，控制浆料内部气泡尺寸≤0.1mm；同时，每隔5-10min向上提拉CO2分布器以调整CO2分布器的位置，使注入CO2气体的动作由浆料底部逐步向上进行；
通过联合控制浆料中CaO含量和注入CO2气体的速度，使浆料的反应温度为40-80℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固碳软土固化剂的综合比表面积≥400m2/kg。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，在注入CO2过程中，通过振动作用均匀化浆料内部CO2气体形成的气孔尺寸，同时增加浆料的密实度。
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