软基加固复合基材及多种类固废常温重组制备软基加固复合基材的方法技术

本发明专利技术涉及一种软基加固复合基材及多种类固废常温重组制备软基加固复合基材的方法，该方法建立了从胶凝和密实层面进行地基加固材料组分设计框架。将次生钢渣、工业副产石膏、炉底渣、赤泥、碱渣等大宗工业固废引入软黏土专用固化剂制备中，提出了各工业固废之间成分互补、活性激发及自密实的理念，提升了大宗工业固废的综合利用效能。另外，本发明专利技术提出氧化物比值（硅率、铝率和石灰饱和系数）和活性指数双参数控制胶凝强度，膨胀性功能组分控制密度这一思路，建立了基于软土性质和固废活性组分的软基复合基材调控框架。的软基复合基材调控框架。的软基复合基材调控框架。

【技术实现步骤摘要】
软基加固复合基材及多种类固废常温重组制备软基加固复合基材的方法


[0001]本专利技术涉及一种多种类固废常温重组制备软基加固复合基材的方法，属于交通运输工程和土木工程中地基处理的

[0002]本专利技术还涉及一种软基加固复合基材，基于上述的方法制备而成。

技术介绍

[0003]水泥系化学加固法是软黏土地基的常用加固技术，其中水泥土是该方法的重要载体，目前国内外的主要理论分析及设计框架仍沿用了砂浆/混凝土材料。但水泥土与砂浆/混凝土存在较大差别，主要表现在：(1)水泥土里存在大量亲水性黏土矿物，而混凝土/砂浆为集料或原生矿物；(2)软黏土为天然级配，而混凝土的集料则采用富勒或贝雷人工级配；(3)水泥土的峰值微观孔径在300～1000nm，而混凝土/砂浆峰值微观孔径在30nm左右，水泥熟料中所限制膨胀性组分会一定程度填充固化土孔隙，对强度增长起贡献作用；(4)水泥固化土中无钢筋的存在，不用考虑Cl
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侵蚀问题。遗憾的是，当前水泥设计中并未考虑到软土的特殊性，从而造成水泥土具有强度低，性能变异大等不良性质。
[0004]与此同时，随着城市化进程的加快，水泥等自然资源消耗量与日俱增，生产水泥不仅排放大量二氧化碳，而且需要消耗石灰石和黏土等自然资源，有资料表明，我国目前已探明的高品位石灰石储量仅能满足水泥工业30多年生产所需。当前水泥熟料不断攀升也间接表明了原料资源的紧张。因此在不影响产品性能的基础上，找到水泥的替代品已迫在眉睫。近年来,越来越多的岩土工程工作者将工业废渣视为特殊胶凝材料,对其改良再生利用性能进行了研究,以实现工业废弃物的资源化利用。但是，鉴于固废组分和物理化学性质的复杂性，目前尚未就如何高效利用大宗固废达成统一共识。
[0005]目前，我国大宗固废累计堆存量约600亿吨，年新增堆存量近30亿吨，其中，赤泥、磷石膏、钢渣等固废利用率仍较低，占用大量土地资源，存在较大的生态环境安全隐患。为推动资源综合利用产业实现新发展。2021年3月24日，国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、财政部、自然资源部、生态环境部、住房和城乡建设部、农业农村部、市场监管总局、国管局等十部委联合印发了《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》(发改环资〔2021〕381号)文件。该文件强调大力推进大宗固废源头减量、资源化利用和无害化处置，并明确提出2025年应完成的目标，即工业副产大宗固废的综合利用能力显著提升，利用规模不断扩大，新增大宗固废综合利用率达到60％，存量大宗固废有序减少。
[0006]当前大多学者仅关注单一或少数种类固废替代水泥或石灰的效能研究。但需要注意的是，不同固废的优势组成矿物及含量(如活性SiO2、Al2O3及CaO)存在较大差异，即使针对同一固废，由于原料来源、生产工艺和装备的不同，它们的物理特性和化学成分也不尽相同，这一现象严重制约了固废在软基加固中的高品位利用。实际上，目前最广泛使用的固废基固化剂组分确定依然是根据室内结合现场试验或者个人及地区经验判断法，不仅费时费力费钱，还难以保证工程质量。
[0007]虽然有学者表明通过合适的激发技术有助于提高固废的反应活性，满足其高效应用于软基加固。如物理激发、化学激发与热力激发等手段。物理激发主要是借助机械手段提高钢渣细度，热力激发主要通过高温蒸压激发活性，化学激发是通过加入活性材料(如NaOH、KOH或Na2SiO3)并提高碱度，以提高水化速度的激发方法，但需要注意的是，上述激活技术不仅需耗费大量成本，而且会对水土环境造成一定程度破坏，从而限制了其推广应用。因此，如何综合设计固废组分，使其低成本、高效为软基加固服务，仍需深入探索。

技术实现思路

[0008]技术问题：
[0009]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种多种类固废常温重组制备软基加固复合基材的方法，其将大宗工业固废引入软黏土专用固化剂制备中，通过分析各种工业固废所具有的潜在胶凝活性组分，提出了各种工业固废间成分互补、活性激发及自密实的理念，以有效地提升大宗固废的综合利用效能。本专利技术所提出的方法技术合理、质量可控，有利于节约成本和环境保护，能缓解水泥、石灰等建筑材料资源压力，为大宗固废高品位资源化协同利用提供了新思路。本专利技术所述的制备软基加固复合基材的方法，主体思路在于从胶凝强度和密实层面来构建软基加固复合基材的组分设计框架。通过所构建的胶凝强度控制模型，充分考虑各种工业固废所具有的潜在胶凝活性组分之间的协同作用，从软基加固复合基材各组分的微观结构入手，以控制软基加固复合基材的胶凝强度为标准，来优化各种具有潜在胶凝活性组分的工业固废的质量配比。并提出以工业副产石膏作为膨胀组分提升固化土密实性，经济且环保。
[0010]技术方案：
[0011]一种多种类固废常温重组制备软基加固复合基材的方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一、选定原料
[0013]原料包括两类，其中一类能够复配形成软土固化剂，包括多种具有潜在胶凝活性组分的工业固废A
i
以及用于补充各工业固废A
i
钙相的石灰，软土固化剂能够确保软基加固复合基材的胶凝强度；另一类则为膨胀性功能组分，能够增强软土固化剂的密实度；
[0014]步骤二、获取各类工业固废中各种潜在胶凝活性组分的胶凝活性含量
[0015]分析各类工业固废中所具有的潜在胶凝活性组分，潜在胶凝活性组分主要为四种化学物质，对应为SiO2、Fe2O3、Al2O3及CaO；并根据所构建的胶凝活性含量确定模型，即可得到各类工业固废的潜在胶凝活性组分的胶凝活性含量C
i,j
；所述的胶凝活性含量确定模型为：
[0016]C
i,j
＝η
i
*ε
i,j
[0017]C
i,j
表示第i种工业固废中第j种潜在胶凝活性组分的胶凝活性含量；η
i
表示第i种工业固废的活性指数；ε
i,j
为第i种工业固废中第j种潜在胶凝活性组分的化学成分质量占比；j为大于零的自然数：j取值为1时，表示潜在胶凝活性组分为SiO2，j取值为2时，表示潜在胶凝活性组分为Fe2O3，j取值为3时，表示潜在胶凝活性组分为Al2O3，j取值为4时，表示潜在胶凝活性组分为CaO；
[0018]步骤三、获取各类工业固废A
i
的质量配比M
i
[0019]根据所构建的胶凝强度控制模型，获取各工业固废在软基加固复合基材中的配制
比例；其中，所述的胶凝强度控制模型，包括硅率SM控制模型、铝率IM控制模型以及石灰饱和系数KH控制模型：
[0020]1.7<SM<2.7
[0021]0.9<IM<1.7
[0022]0.9<KH<1.0
[0023]式中，M
i
表示第i种工业固废在软基加固复合基材中的质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多种类固废常温重组制备软基加固复合基材的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、选定原料原料包括两类，其中一类能够复配形成软土固化剂，包括多种具有潜在胶凝活性组分的工业固废A
i
以及用于补充各工业固废A
i
钙相的石灰，软土固化剂能够确保软基加固复合基材的胶凝强度；另一类则为膨胀性功能组分，能够增强软土固化剂的密实度；步骤二、获取各类工业固废中各种潜在胶凝活性组分的胶凝活性含量分析各类工业固废中所具有的潜在胶凝活性组分，潜在胶凝活性组分主要为四种化学物质，对应为SiO2、Fe2O3、Al2O3及CaO；并根据所构建的胶凝活性含量确定模型，即可得到各类工业固废的潜在胶凝活性组分的胶凝活性含量C
i,j
；所述的胶凝活性含量确定模型为：C
i,j
＝η
i
*ε
i,j
C
i,j
表示第i种工业固废中第j种潜在胶凝活性组分的胶凝活性含量；η
i
表示第i种工业固废的活性指数；ε
i,j
为第i种工业固废中第j种潜在胶凝活性组分的化学成分质量占比；j为大于零的自然数：j取值为1时，表示潜在胶凝活性组分为SiO2，j取值为2时，表示潜在胶凝活性组分为Fe2O3，j取值为3时，表示潜在胶凝活性组分为Al2O3，j取值为4时，表示潜在胶凝活性组分为CaO；步骤三、获取各类工业固废A
i
的质量配比M
i
根据所构建的胶凝强度控制模型，获取各工业固废在软基加固复合基材中的配制比例；其中，所述的胶凝强度控制模型，包括硅率SM控制模型、铝率IM控制模型以及石灰饱和系数KH控制模型：系数KH控制模型：系数KH控制模型：式中，M
i
表示第i种工业固废在软基加固复合基材中的质量配制比例；步骤四、配制软土固化剂按照步骤三所获得的各类工业固废A
i
的质量配制比例M
i
，在常温下复配形成软土固化剂；步骤五、获取膨胀性功能组分的质量份数I将步骤四配制的软土固化剂，辅以不同质量配比的膨胀性功能组分，于特定软土地基试样进行固化试验，养护后，测定干密度，并绘制干密度变化曲线，然后根据干密度变化趋势获得膨胀性功能组分的质量份数I；步骤六、配制软基加固复合基材基于步骤三所获得的各类工业固废A
i
的质量配比M...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永锋，吴军，邓祖华，苏银强，张云，柯瀚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：