一种无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂制备和应用方法技术

本发明专利技术涉及无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂，它由特殊处理钢渣、水渣、废石粉、脱硫石膏、磷石膏渣、电石渣与沸石组成。本发明专利技术土壤固化剂性能优于常规土壤固化剂，有益于工程质量的提高和成本的下降。本发明专利技术90％以上的原料材用的是大宗工业固废，不仅很好地解决了现有天量的大宗工业固废堆积带来的占有土地、严重污染环境，同时带来天量资源闲置和浪费的问题，而且有效替换了常规土壤固化剂中的水泥和熟料用量，等效减少了水泥和熟料生产中消耗的能源、对大自然的破坏和产生的天量CO2等有害气体的排放问题，同时起到了以废治废的作用。如在中国用本发明专利技术产品部分取代常规产品，每年可减少天量的开山炸石的炸药、煤耗和电耗，减少CO2等有害气体的排放达数亿吨，大大减轻了对大自然的索取和破坏，对提高我国经济、社会和环境效益无疑具有极大的意义。

Preparation and application of a high-performance soil stabilizer without cement for industrial solid waste

The invention relates to a cement-free high-performance soil stabilizer for industrial solid waste, which consists of specially treated steel slag, water slag, waste stone powder, desulfurization gypsum, phosphogypsum slag, carbide slag and zeolite. The performance of the soil solidifying agent of the invention is superior to that of the conventional soil solidifying agent, and is beneficial to the improvement of engineering quality and the reduction of cost. More than 90% of the raw materials used in the invention are industrial solid waste, which not only solves the problems of occupying land and seriously polluting the environment caused by the accumulation of industrial solid waste, but also causes the idle and waste of natural resources, effectively replaces the amount of cement and clinker used in conventional soil solidifying agent, and reduces the energy consumption in the production of cement and clinker equally. The destruction of nature and the emission of harmful gases, such as CO2, play a role of waste control. For example, replacing conventional products with the products of the invention in China can reduce the explosive, coal and electricity consumption of mountain-breaking explosives, reduce the emission of harmful gases such as CO2 by hundreds of millions of tons each year, greatly reduce the demand for and destruction of nature, and undoubtedly have great significance for improving China's economic, social and environmental benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂制备和应用方法
本专利技术涉及建筑材料
更具体地，本专利技术涉及一种无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂。
技术介绍
从目前我们看到的国内正在使用的多种土壤固化剂，无论是从形态上看的固态和液态，还是从物质组成的特点上看的无机类、离子类、有机聚合类固化剂，普遍存在着几大瓶颈问题：第一，对于各种不同土质往往考虑单一针对性多，考虑兼容性不够。一把钥匙只开一把锁，只有极少量的考虑了兼容，但也往往难以照顾到各方需求，从而影响了土壤固化剂的应用范围和效果；第二，被固化土体的抗压抗折强度不够高，大多数刚刚达标，有的甚至先强后弱，导致“二次泥化”现象产生，少有恒久且超强的抗压抗折强度；第三，亲水性处理不彻底，带来产品质量上的不稳定；第四，有的配方中使用的化学试剂，不可避免地存在二次污染等问题。第五，目前相当多的固化剂品种中，配方中都含有水泥或熟料。国内常规水泥大都要添加熟料。熟料用量甚至高达水泥原料总量的60～70％。而一些固化剂则直接添加了熟料，且占比大多为固化剂质量的三分之一，有的甚至高达40％左右。水泥或熟料不仅造价高，且固化效果也不理想。近年来的研究热点集中在使用新型固化材料，尤其是将一些大宗工业固废，例如粉煤灰、脱硫石膏等作为主要材料制作固化剂。但多数固化剂的固化效果依赖于土壤颗粒度、含水量和有机质含量。当遇到含水量高和有机质含量高的土壤时，往往导致土壤固化后的强度偏低，且采用水泥或熟料、粉煤灰、石灰、石膏等传统固化剂，在固化过程中形成的水化产物不能有效填充土壤内部孔隙，固化完成后结构中仍有大量孔隙存在，水稳性和耐久性较差，易出现收缩开裂现象。之所以出现这些情况，在于没有寻求到最佳配方和最佳工艺。第六，常规固化剂价格昂贵。本公司冀更新、马金山专利技术的一种无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂就很好地解决了上述六项瓶颈问题，能很好地固化各类土体，包括黄沙、砂质土、粘性土、壤土和湿陷性黄土、盐碱土以及江河湖海淤泥等，且具有对煤矿、铁矿等的矿井采掘废石和尾矿砂等各种工业废渣、垃圾焚烧灰以及被重金属污染的土体等均可就地固化的良好特性。由于固化了土壤中的大多数重金属，使重金属析出大幅度减少。不仅使土壤和地下水重金属含量达到国家标准，而且固化后的土体不存在二次污染。由于制作固化剂的基本原料为特殊处理后的钢渣、水渣、废石粉、脱硫石膏、磷石膏渣和电石渣等，其工业废料占固化剂质量的90％以上。这就为我国“国之殇、企之难、民之痛”的大宗工业固废的综合利用，变废为宝，甚至以废治废，开辟了一条道路。一把钥匙之所以能开万把锁，在于采用了企业特有的热焖渣加工工艺等8项国家专利技术专利，并以冀更新获得的国家科学技术进步二等奖为后盾。伴随着钢渣晶格结构及表面物化性能的变化，从而有效化解了钢渣中游离氧化钙、游离氧化镁以及铁元素转化为三氧化二铁带来的弊端，即其对被固化土壤疏松和膨胀引起的灾难性后果。同时，又适度保留了游离氧化钙、游离氧化镁中无可替代的“破坏”作用，即恰到好处地激活了钢渣中特有的“微膨胀”性能，继而带来意想不到的种种可喜收获。值得指出的是：目前常规固化剂相当多数添加了水泥或熟料。国内常规水泥大都添加了熟料。熟料是生产水泥的主料，其用量甚至高达水泥原料总量的60～70％。而一些固化剂则直接添加了熟料，且占比大多在固化剂质量的三分之一，有的甚至高达40％。熟料用石灰石烧制。石灰石源于开山取石，是对大自然的破坏。运输、破碎及烧制熟料既消耗能源，又污染环境。2017年，我国生产水泥约23亿吨，全世界约40亿吨，占比为57.5％。每生产1吨常规水泥，将产生1吨CO2。本专利技术人研制出的土壤固化剂，很好地解决了开山取石对大自然的破坏，烧制熟料产生CO2、粉尘以及SO2和NOx等有毒有害物质严重污染环境的问题；同时，通过对大宗工业固废的综合利用，变废为宝，既腾出了所占的大量土地，减少了它们对土壤和地下水的污染，又有效地节约了资源。本土壤固化剂在节能减排方面，相比水泥和熟料具有天然优势。首先，本土壤固化剂生产直接跳过能耗最高的烧成工艺，能源节约效果明显；其次，部分大宗工业固废特有的高碳化活性，意味着利用其生产的建筑材料可以通过碳化养护方式获得力学强度，有望最终实现碳中性化甚至负碳效果，具有显著的节能减排成效。实践证明：每使用1吨本土壤固化剂，能替代等量常规水泥或熟料，降低成本几十元；由于配制出的土壤固化剂和易性好，能满足大面积固化土壤的要求，且被固化的土体具有高强度、高抗渗、高耐海水腐蚀、高耐久、高抗冻、高耐磨、高抗碳化等常规固化剂固化土体没有的优秀特征，使工程质量大幅提高，工程成本大幅降低，产生良好的经济、环境和社会效益。这项新产品的问世，是对常规土壤固化剂生产的一场颠覆性的革命。它为土壤固化剂家族增添了新的生力军，也是我国大宗工业固废综合利用的重大突破。在制备和应用方面，可利用现有的设备、施工机械和混凝土搅伴机，按固化剂的配方和技术要求在专业人员的指导下，即可现场施工固化各类土体，而无需增加新的设备。本方法具有投资省，效果好，适应面广，操作简便且以废治废的优势，适合在我国大面积大范围推广。为此，本专利技术人在总结现有技术基础之上，通过大量实验研究与分析总结，终于完成了本专利技术。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是提供一种无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂。[技术方案]本专利技术是通过下述技术方案实现的。本土壤固化剂组成如下：以重量份计其中特殊处理的钢渣与水渣的重量比为1∶2.8～3.2。根据本专利技术的一种优选实施方式，该无水泥组成如下：以重量份计根据本专利技术的另一种优选实施方式，该无水泥组成如下：以重量份计根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述的特殊处理钢渣是铁含量为以重量计0.05％～0.30％。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述的土壤固化剂，其特征在于所述的特殊处理钢渣、水渣、废石粉、脱硫石膏、磷石膏渣、电石渣和沸石是比表面积为350～650m2/kg的粉体。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述的土壤固化剂，其特征在于所述的特殊处理钢渣、水渣、废石粉、脱硫石膏、磷石膏渣、电石渣和沸石的粒度级配与权利要求书6同。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述的土壤固化剂具有下述性能：采用GB/T-17671标准方法检测，被该土壤固化剂固化的土体7天、28天和90天的抗压强度分别是23.58～29.8MPa、34.6～42.5MPa与37.1～43.3MPa；7天、28天和90天的抗折强度分别是5.6～9.3MPa、8.8～14.2MPa与9.8～16.5MPa。下面将更详细地描述本专利技术。本专利技术涉及一种无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂，其特征在于该固化剂没有常规固化剂内含的水泥或熟料，而改用大宗工业固废替代。其组成以重量份计其中处理钢渣与水渣的重量比为1∶2.8～3.2。钢渣是一种炼钢过程产生的副产物，它是由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物，以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类组成。钢渣通常含有以重量计2～8％金属铁、40～60％氧化钙、3～10％氧化镁、1～8％氧化锰。钢渣物相包括硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、RO(即由FeO、MgO、MnO形成的固熔体)、游离氧化钙(f-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂，其特征在于该固化剂没有常规固化剂大多采用的水泥或熟料，而改用大宗工业固废替代，其组成如下：以重量份计

【技术特征摘要】
1.一种无水泥大宗工业固废高性能土壤固化剂，其特征在于该固化剂没有常规固化剂大多采用的水泥或熟料，而改用大宗工业固废替代，其组成如下：以重量份计其中特殊处理的钢渣与水渣的重量比为1∶2.8～3.2。2.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于该土壤固化剂组成如下：以重量份计3.根据权利要求1所述的土壤固化剂，其特征在于该组成如下：以重量份计4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的土壤固化剂，其特征在于所述的处理钢渣是铁含量为以重量计0.05％～0.30％。5.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的土壤固化剂，其特征在于所述的特殊处理钢渣、水渣、废石粉、脱硫石膏、磷石膏渣、电石渣和沸石是比表面积为350～650m2/kg的粉体。...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀更新，马金山，
申请(专利权)人：武汉重德环保工程有限责任公司，冀更新，马金山，
类型：发明
国别省市：湖北,42