一种原状盾构渣土免烧制品及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种原状盾构渣土免烧制品及其制备方法，该免烧制品由以下质量比的原料组成：活性工业废渣与原状盾构渣土中渣土含量的质量比为1.5‑4:6‑8.5，硅酸钠粉与活性工业废渣的质量比为0.01‑0.5:1，水与原状盾构渣土的质量比0‑0.25:1，其制备方法包括如下步骤：按质量比例将硅酸钠粉和活性工业废渣混合均匀；将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，再加入混合均匀的硅酸钠粉和活性工业废渣，搅拌均匀后浇筑入模，脱模后得免烧制品Ⅰ；将免烧制品Ⅰ放入碱金属氢氧化物溶液中浸泡，得最终的免烧制品Ⅱ。本发明专利技术原状盾构渣土免烧制品具有很好的力学性能和耐久性能，干燥收缩值小，抗风化、无泛碱，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种原状盾构渣土免烧制品及其制备方法
本专利技术属于建材材料技术和固废处理领域，具体涉及一种原状盾构渣土免烧制品及其制备方法。
技术介绍
现阶段，我国地铁及其他基础设施(如综合管廊、地下快速通道、管网等)发展迅猛，建设规模大、速度快。其中，主要以盾构法施工为主，这就必然产生巨量盾构渣土。特别地，对于土压平衡盾构渣土来说，其不同于泥水平衡盾构渣土的流态状，而主要是可塑、软塑状态，表现为“膏体”状，导致脱水与筛分极为困难，进一步导致资源化利用难度增加、附加值降低。对于盾构渣土，现有的处置方式一般为露天弃置。从企业层面来看，这将极大的增加施工成本，延误施工工期，影响现场施工环境。从社会层面来看，由于盾构渣土含水率和含泥率较高，露天堆放极易产生滑坡等事故，存在极大地安全隐患，同时会占用大量土地资源并污染周边水土环境。因此，如何处置盾构渣土特别是土压平衡盾构渣土将是地铁施工不可回避的一个问题。若将原状盾构渣土不经脱水与筛分处理直接制备免烧制品，降低制备成本，将为施工企业节省巨额渣土处置费，提高渣土制品附加值，变废为宝，实现“土方式”银行，取得显著的经济效益、环境效益和社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决盾构渣土难以处置，弃置费用高、延误施工工期、增加施工成本，以及安全风险高，污染生态环境的问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种力学性能和耐久性能好，干燥收缩值小、抗风化、不泛碱，且制备成本低的原状盾构渣土免烧制品及其制备方法，具体方案如下：一种原状盾构渣土免烧制品的制备方法，所述原状盾构渣土免烧制品由以下质量比的原料组成：活性工业废渣与原状盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为1.5-4:6-8.5，硅酸钠粉与活性工业废渣的质量比为0.01-0.5:1，水与原状盾构渣土的质量比0-0.25:1，该制备方法包括如下步骤：(1)按质量比例分别称取原材料，将硅酸钠粉和活性工业废渣混合搅拌均匀，得混合物S1；(2)将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入模，室温自然养护并脱模后得免烧制品Ⅰ；(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的碱金属氢氧化物溶液中浸泡，得最终的免烧制品Ⅱ。优选地，所述原状盾构渣土为刀盘切削后进入土仓，经螺旋输送机、皮带输送机、轨道渣土车运输或泵送至地面渣土池中的未经脱水与筛分处理的原状盾构渣土。优选地，所述活性工业废渣为粉煤灰、高炉矿渣、钢渣中的至少一种，进一步地，活性工业废渣目数为200目及以上。优选地，在步骤(1)中，所述硅酸钠为粉末状，模数为2.0-3.0，细度为100-200目。优选地，在步骤(1)中，混合搅拌时间为5min及以上。优选地，在步骤(2)中，加水之前对原状盾构渣土进行对辊处理，根据免烧制品的尺寸大小控制原状渣土中粗颗粒的含量，并搅拌5min及以上。优选地，所述粗颗粒的粒径为免烧制品尺寸的1/10，含量为30％及以下。优选地，在步骤(2)中，根据原状盾构渣土的初始含水率来相应的调整外加水的用量。优选地，在步骤(2)中，将浇筑好的混合物料S3室温自然养护1-7d后脱模。优选地，在步骤(3)中，所述碱金属氢氧化物溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。进一步地，在步骤(3)中，所述碱金属氢氧化物溶液的物质的量浓度为0.05-10mol/L。更进一步地，在步骤(3)中，碱金属氢氧化物溶液的物质的量浓度为0.05-6mol/L。优选地，在步骤(3)中，在碱金属氢氧化物溶液中浸泡的时间为1-90d。进一步地，在碱金属氢氧化物溶液中浸泡的时间为3-60d。更进一步地，在碱金属氢氧化物溶液中浸泡的时间为3-28d。优选地，在步骤(3)中，碱金属氢氧化物溶液浸没免烧制品Ⅰ顶面2cm及以上。一种原状盾构渣土免烧制品，其由上述任一实施方式所述的制备方法制备而成。优选地，所述原状盾构渣土免烧制品可以通过控制碱金属氢氧化物物质的量浓度及浸泡时间来调节其强度大小。相较于现有技术，本专利技术的有益效果为：采用碱金属氢氧化物溶液浸泡的方式，将搅拌均匀的原状盾构渣土、粒化高炉矿渣和硅酸钠粉混合物浸入氢氧化钠溶液中，为免烧制品创造一个外部强碱性环境，使得粒化高炉矿渣玻璃体中的硅氧键和铝氧键在强碱的作用下发生断裂，溶出四面体并向四周扩散，吸附在渣土颗粒表面，再与氧化钙水化后的氢氧化物发生缩聚反应，硅酸钠粉溶解后的水合硅离子同时加速了缩聚反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硅铝酸钙凝胶相物质。由于粒化高炉矿渣颗粒细小，外形不规则，有效地与渣土颗粒贴合，原状渣土料在强碱环境下逐步生成凝胶相，并在渣土颗粒之间聚集，进而包络周围的渣土体，达到固化原状渣土的效果。通过采用浸泡的方式，从源头上切断了碱金属阳离子的引入，避免直接添加碱金属氢氧化物而残留，从而最大程度的避免泛碱，所制备免烧制品在水中浸泡，在不断干湿交替的情况下，无碳酸盐类物质析出，有效的抑制了泛碱现象的发生。同时，相对于将氢氧化物直接加入渣土料中来说，还减少制备成本。充分利用碱金属氢氧化物溶液提供的碱性环境，且在这个过程中氢氧根离子不被消耗，因此，碱金属氢氧化物溶液可以重复使用、浸泡多次，这极大的减少了免烧制品的生产成本。进一步地，可以通过控制碱金属氢氧化物物质的量浓度及浸泡时间来调节原状盾构渣土免烧制品的强度大小，缩短制品成型时间或避免强度富余。在固定原料质量比下，存在一个最佳浸泡浓度，随着碱金属氢氧化物物质的量浓度的增加，免烧制品抗压强度先增大后减小，说明高浓度对其强度的发展不利。这是因为过高的浓度短时间内加速了离子的溶出，使得早期形成的胶凝相包裹了粒化高炉矿渣颗粒表层，阻碍了后续反应的进行或使得反应速率变的缓慢，没有充分发挥高炉矿渣的活性。因此，导致免烧制品强度降低。在固定原料质量比和碱金属氢氧化物物质的量浓度的情况下，免烧制品抗压强度随浸泡时间不断增加。如所制备免烧制品在0.3mol/L氢氧化钠溶液中浸泡后的强度随着浸泡时间逐渐增大，且浸泡7d、14d、21d后的抗压强度分别与在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L氢氧化钠溶液中浸泡28d的抗压强度值相当。在最佳的碱金属氢氧化物物质的量浓度附近，采用本专利技术浸泡的方式所得渣土固化体避免了泛碱现象产生，抗压强度和抗折强度高，耐水性能优异，抗风化较好，干燥收缩值低，具有较好的力学性能和耐久性能。根据不同的抗压强度及其他性能指标要求，可以应用于制备各种类型的免烧制品。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1是本专利技术免烧制品28d抗压强度随浸泡的氢氧化钠溶液物质的量浓度的变化图。图2是本专利技术实施例1原状盾构渣土免烧制品28d单轴压缩应力-应变曲线图。图3是本专利技术实施例1原状盾构渣土免烧制品泡水4d后单轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，所述原状盾构渣土免烧制品由以下质量比的原料组成：活性工业废渣与原状盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为1.5-4:6-8.5，硅酸钠粉与活性工业废渣的质量比为0.01-0.5:1，水与原状盾构渣土的质量比0-0.25:1，其制备方法包括如下步骤：/n(1)按质量比例分别称取原材料，将硅酸钠粉和活性工业废渣混合搅拌均匀，得混合物S1；/n(2)将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入模，室温自然养护并脱模后得免烧制品Ⅰ；/n(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的碱金属氢氧化物溶液中浸泡，得最终的免烧制品Ⅱ。/n

【技术特征摘要】
1.一种原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，所述原状盾构渣土免烧制品由以下质量比的原料组成：活性工业废渣与原状盾构渣土中渣土含量(以干重计)的质量比为1.5-4:6-8.5，硅酸钠粉与活性工业废渣的质量比为0.01-0.5:1，水与原状盾构渣土的质量比0-0.25:1，其制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比例分别称取原材料，将硅酸钠粉和活性工业废渣混合搅拌均匀，得混合物S1；
(2)将水加入原状盾构渣土中搅拌均匀，得混合物S2；将混合物S1加入混合物S2中，继续搅拌均匀得混合物料S3；将混合物料S3浇筑入模，室温自然养护并脱模后得免烧制品Ⅰ；
(3)将免烧制品Ⅰ放入提前配制好的碱金属氢氧化物溶液中浸泡，得最终的免烧制品Ⅱ。


2.根据权利要求1所述的原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，所述原状盾构渣土为刀盘切削后进入土仓，经螺旋输送机、皮带输送机、轨道渣土车运输或泵送至地面渣土池中的未经脱水与筛分处理的原状盾构渣土。


3.根据权利要求1所述的原状盾构渣土免烧制品的制备方法，其特征在于，所述活性工业废渣为粉煤灰、高炉矿渣、钢渣中的至少一种，目数为200目及以上。


4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：习智琴，李水生，张水，
申请(专利权)人：中国建筑第五工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43