一种用于土体固化的绿色低碳固化剂制造技术

一种用于土体固化的绿色低碳固化剂，其特征在于：土体固化剂包括粒化高炉矿渣微粉和激发剂，所述激发剂包括活性氧化镁，激发剂为土体固化剂总质量的３０％～５％，粒化高炉矿渣微粉占固化剂总质量的７０％～９５％。所述激发剂包括熟石灰，熟石灰为活性氧化镁质量的１０％～９０％。所述激发剂包括生石灰，生石灰为活性氧化镁质量的７％～６６％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程
，是一种用于固化土体的绿色低碳的环保型固化 剂。
技术介绍
搅拌桩技术(湿法、干法)是加固软土地基的有效方法之一，它通过深层搅拌机械 边钻进边往软土中喷射固化剂(浆液或者干粉)，并就地将软土和固化剂强制搅拌，通过固 化剂和软土之间的物理化学作用，形成强度较高、整体性、水稳性好的固化土。传统的搅拌 桩固化剂主要为水泥和生石灰。生石灰是搅拌桩技术早期(上世纪70年代末)的主要固化 剂，但是它的缺点是形成的搅拌桩强度太低，特别是软土地基处理的效果不好。现在工程中 使用的搅拌桩固化剂大多是水泥，由于水泥土搅拌桩的强度相对较高，性质稳定，现在已经 成为我国最主要的软土地基处理技术之一。但是水泥在生产过程需要高温煅烧，煅烧温度 约为1450度，同时在水泥生产过程中需要释放大量的二氧化碳，生成1吨水泥需要向大气 排放0.85吨二氧化碳。研究表明由于水泥产业排放的二氧化碳占世界上人为排放二氧化 碳的10%左右，二氧化碳作为主要温室气体对全球变暖影响很大。中国作为京都协议的签 约国，承担着很重的二氧化碳减排责任，而土木建筑领域是二氧化碳排放的主要重要领域 之一。本专利技术主要是针对该问题，研发可以替代水泥的低碳、环保的新型土体固化剂。 新型土体固化剂需要满足三个主要要求(1)能满足实际工程性能需要，主要是在固化强 度上要能达到与水泥相近或者更优的效果；(2)能满足低碳、环保要求，新型固化剂的生 产、使用过程中的能耗和二氧化碳排放需要比水泥低；(3)能满足工程经济需要，新型固化 剂的价格不能远高于水泥，最好比水泥价格低。基于以上考虑，专利技术人通过大量的试验， 研发了一种绿色、低碳的土体固化剂。该固化剂的主要成分是粒化高炉矿渣微粉(Ground granulated blast furnace slag，满足国标 G/T 18046-2008)，它是钢铁工业的一种废料， 如不加以利用，其本身的堆放也会占用一定土地资源。粒化高炉矿渣微粉的化学成分与普 通波特兰水泥相似，是一种潜在的胶凝材料，而且该原料的性质稳定、来源较广，价格是水 泥的一半左右，能满足土木工程行业的大规模需要。但是这种材料的水化速度和强度增长 很慢，需要半年甚至几年，很难满足土木工程的使用需求，所以通常少量掺加在水泥中使 用。专利技术人经过了大量的试验(在后面的实施例将举例说明)发现，当将粒化高炉矿渣微粉 与活性氧化镁或者熟石灰以适当的比例配合在一起使用时能达到与水泥接近，甚至更高的 固化效果。需要指出的，专利技术人的试验结果表明，当以粒化高炉矿渣微粉直接与氢氧化镁 (Mg (OH)2)或死烧氧化镁(煅烧温度高于1500度)作为固化剂使用时，并没有固化效果，必 须采用活性氧化镁。活性氧化镁(Reactive MgO)生产过程的煅烧温度约为750度，远低于水泥，故 又叫轻烧镁或者轻烧粉，在此温度下生成的氧化镁与水反应较快，水化生成氢氧化镁(Mg (OH)2),故称为活性氧化镁，其价格等于或稍高于水泥。当煅烧温度过高，超过1500度后，生成的氧化镁失去活性，称为死烧氧化镁或者过烧氧化镁。生石灰和熟石灰是土木工程常 有的材料，他们的价格均低于水泥，其中生石灰能与水迅速发生水化反应生成氢氧化钙(Ga (OH)2),即熟石灰，所以生石灰可以代替熟石灰产生相同的效果，由于二者分子量的比值为 0. 737,0. 737公斤的生石灰可以代替1公斤的熟石灰，另外由于生石灰水化时释放热量、吸 收水分可以降低需固化土体中的含水量，提高土体的强度。活性氧化镁、熟石灰、生石灰生 产过程中同水泥一样会排放大量的二氧化碳，但是在长期使用过程中会与空气、土体孔隙 中的二氧化碳发生反应，吸收二氧化碳生成碳酸镁和碳酸钙。故从产品的生产、使用全过程 来看，活性氧化镁、熟石灰、生石灰的二氧化碳排放量远低于水泥。综上，本专利技术的固化剂 主要成分为粒化高炉矿渣微粉，是一种钢铁工业的副产品，利用它可以减少水泥生产过程 中向大气排放的二氧化碳，本专利技术的激发剂为活性氧化镁，或者其与熟石灰、生石灰的混合 物，这些物质的水化产物在长期使用时会与二氧化碳反应，所以，本专利技术的新型土体固化剂 是一种绿色、低碳和经济的环保型固化剂，而且在达到与水泥相同固化效果的前提下，造价 低于水泥。专利技术人通过大量的试验发现(考虑不同土体类型、不同含水量、不同掺量等，在后 面的实施例将列出部分试验结果)，粒化高炉矿渣微粉与活性氧化镁，或者粒化高炉矿渣微 粉与熟石灰，在使用过程中存在一个最佳的配比范围。其中，粒化高炉矿渣微粉与活性氧 化镁一起使用时，当活性氧化镁占固化剂的质量比为5% 30%，效果相对较好；粒化高炉 矿渣微粉与熟石灰一起使用时，当熟石灰占固化剂的质量比为5% 20%，效果相对较好。 在该配比范围内，粒化高炉矿渣微粉和活性氧化镁对土体的整体固化效果要高于相同情况 下的水泥，而粒化高炉矿渣微粉与熟石灰对土体的整体固化效果低于或者接近水泥。但活 性氧化镁的价格高于熟石灰和生石灰，由于二者为性质相近的物质不会相互反应而影响与 它们粒化高炉矿渣微粉之间的反应，故可以将活性氧化镁与熟石灰(或者生石灰)混合使 用，生石灰的质量占活性氧化镁的质量比109Γ90%，或者用生石灰代替(部分或者全部)熟 石灰，考虑到生石灰和熟石灰分子量的比值为0. 737，生石灰的质量占活性氧化镁的质量比 7%飞6%，从而使固化土的强度和造价介于二者之间。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种用于土体固化的绿色低碳固化剂，本专利技术能 够提高土体的固化效果，降低相应土木工程(如搅拌桩工程)中的能耗和二氧化碳排放，同 时降低工程造价。技术方案一种用于土体固化的绿色低碳固化剂土体固化剂包括粒化高炉矿渣微粉和激发剂，所述激发剂包括活性氧化镁，激发剂为 土体固化剂总质量的30% 5%，粒化高炉矿渣微粉占固化剂总质量的70% 95%。所述 激发剂包括熟石灰，熟石灰为活性氧化镁质量的109Γ90%。所述激发剂还包括生石灰，生石 灰为活性氧化镁质量的7% 66%。与现有技术相比，本专利技术在达到相同固化效果的前提下，可减少70% 90%的二 氧化碳排放，50% 70%的能耗，节省20% 40%的工程造价。附图说明图1为粒化高炉矿渣微粉与活性氧化镁、熟石灰固化砂性土的强度。图2为粒化高炉矿渣微粉与活性氧化镁、熟石灰固化黏性土的强度。图3为粒化高炉矿渣微粉与活性氧化镁、熟石灰固化不同含水量的砂性土的强度。图4为粒化高炉矿渣微粉与活性氧化镁、熟石灰固化不同含水量的黏性土的强度。具体实施例方式本专利技术所述的土体固化剂包括粒化高炉矿渣微粉和激发剂，所述激发剂包括活性氧 化镁，激发剂为土体固化剂总质量的30% 5%，粒化高炉矿渣微粉占固化剂总质量的 70% 95%。所述激发剂包括熟石灰，熟石灰为活性氧化镁质量的10% 90%。所述激发剂 还包括生石灰，生石灰为活性氧化镁质量的7% 66%。具体的配比可以在本专利技术提供的范围 内，采用所需要处理的土体进行几组不同的室内配合比试验，确定最优配比。然后根据工程 需要利用相应的施工机械与所需要加固的土体进行混合、固化，如用于搅拌桩施工时，可以 根据所需固化土体的性质，与常规的水泥搅拌桩一样先确定采用湿法(喷射固化剂与水的 混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于土体固化的绿色低碳固化剂，其特征在于：土体固化剂包括粒化高炉矿渣微粉和激发剂，所述激发剂包括活性氧化镁，激发剂为土体固化剂总质量的３０％～５％，粒化高炉矿渣微粉占固化剂总质量的７０％～９５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易耀林，马丁利什卡，阿尔比阿勒塔瓦，刘松玉，杜延军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[]