一种高钛矿渣软土固化剂

摘要

本发明公开了一种高钛矿渣软土固化剂，由高钛矿渣、普通硅酸盐水泥、生石灰、活化组分构成，各组分的重量百分含量为：高钛矿渣40.0~60.0％、普通硅酸盐水泥25.0~40.0％、生石灰10.0~25.0％、活化组分0~10.0％。本发明充分利用生铁冶炼的工业废渣制备软土固化剂，加固软土地基时不但具有较高的无侧限抗压强度，而且变废为宝，具有较大的经济意义和环保效益。

说明书

技术领域

     本发明涉及一种高钛矿渣软土固化剂，更具体地说涉及一种能够广泛替代水泥、石灰用于加固软土地基的环保型软土固结材料。

背景技术

淤泥、淤泥质土、软粘性土、泥炭及泥炭质土作为地基建设中常见的软土类型，由于天然含水率大、强度低、孔隙比大、压缩系数高，并具有触变性、蠕变性等特殊的工程性质，且经常处于流朔或者软朔状态，所以工程地质条件较差，往往给地基加固工程带来很大的危害，一旦处理不当，就会给地基的施工和使用造成很大影响，因此工程中选用软土作为天然地基来应用，必须根据软土的工程特性，运用必要的加固处理措施。目前国内仍然沿用水泥或者石灰加固软土的方法，但是水泥产业作为高耗能、高污染产业，其使用正在越来越多的受到限制，另外实践也证明水泥在固结处理软土方面也存在着一些缺陷，通常存在着比如加固土强度形成缓慢、无侧限抗压强度低且只能选择性的加固处理某些土质类型、严重影响施工进度等不利因素，特别是对一些呈灰色、灰绿色、灰褐色的含有大量有机质成分的软土，由于这类土质具有较大的水容量、塑性、膨胀性和较低的渗透性，且有机质的存在能够与水泥矿物发生一系列化学反应，阻碍水泥水化产物的晶体生长，进而间接导致水泥加固土的强度较低。石灰加固土由于干缩性较大，对加固土的最佳含水率和最大干密度极其敏感，在软土地基加固中也受到限制，另外当需要较高的地基承载力时，石灰土往往起不到应有的效果，这是因为较高的地基承载力往往意味着需要掺加较多剂量的石灰，但是过多的石灰在土的空隙中却又以自由灰形式存在，进而又会导致石灰土的强度下降。与此同时，软土固化剂加固法由于具有高效、环保、节能等突出优点日益得到工程界的认可。

高钛矿渣作为以钒钛矿石为原料冶炼生铁时的副产物，由于经过淬冷的冷却方式，因此处于介稳状态，具有一定的潜在水硬性，在特定的活化组分作用下，游离出的Ca²⁺一方面能与土中的低价态离子发生交换反应，还能与土中活性SiO₂、Al₂O₃成分作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙，如果能将高钛矿渣应用于软土固化剂中，将具有很大的经济意义和环保效益。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术不足，提供一种高钛矿渣软土固化剂，在充分利用废弃资源、实现节能减排的同时，提高软土地基无侧限抗压强度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高钛矿渣软土固化剂，其特征在于由高钛矿渣、普通硅酸盐水泥、生石灰、活化组分构成，各组分的重量百分含量为：

                      高钛矿渣      40.0~60.0％

                普通硅酸盐水泥      25.0~40.0％

                        生石灰      10.0~25.0％

活化组分       0~10.0％。

本发明进一步改进方案是，所述高钛矿渣为钒钛矿石冶炼生铁过程中经过淬冷后形成的块状或粒状废渣粉磨至颗粒比表面积为350-550㎡／㎏的高钛矿渣粉。

本发明进一步改进方案是，所述的水泥为普通硅酸盐水泥。

本发明进一步改进方案是，所述的生石灰有效(CaO+MgO)含量≥70%。

本发明进一步改进方案是，所述的活化组分为碳酸钠或氢氧化钠中的一种或任意组合物，优选碳酸钠。

一种高钛矿渣软土固化剂在软土地基中的应用，所述软土固化剂的掺入比例一般为土方质量的5%~10%，可视具体软土质而定。

 

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

水淬高钛矿渣作为钒钛矿石在生铁冶炼过程中的必然副产品，近年来随着国民建设对生铁需求的增高产量逐年攀升，但高钛矿渣资源化再利用的方法和能力却极其有限，仅四川攀钢集团每年就产生废渣500多万吨，巨量的废渣堆置已经严重制约了集团的发展，随意倾倒不仅占用大量耕地，而且也会对环境造成巨大污染。随着我国环保政策的逐步实施和深化，高钛矿渣的处理已经成为当务之急。

本发明充分运用经过水淬急冷的高钛矿渣玻璃体结构中含有的CaO、SiO₂等活性氧化物具有一定的潜在水硬活性的特性，将其运用至软土固化剂中，特别是高钛矿渣经过物理粉磨以后形成的高钛矿渣微粉进一步增强了其水硬活性，更能够在水泥、石灰组分的化学反应作用下激发活性，并与软土中活性CaO、Al₂O₃成分发生反应生成含水的硅酸钙和铝酸钙，最终达到加固土体，提到无侧限抗压强度的目的，固化剂中的活化组分水解以后呈现较强的碱性，也即其水解产物能够进一步增强固化剂所需要的碱性环境，进而促进矿渣玻璃体的解聚，从而与粉磨作用一道更加发挥高钛矿渣的潜在活性。

本发明的软土固化剂不仅能够有效的解决软土地基难以加固，无侧限抗压强度低的问题，还能够综合利用工业固体废弃物高钛矿渣，促进我国钢铁工业持续高效发展。

 

具体实施方式：

试件制备及测试：采用成都地区淤泥质软土（液限64.2%，含水率60.3%）作为固化对象进行固化，高钛矿渣经过粉磨至一定比表面积以后，和水泥、生石灰、活化组分按照固化剂配比准确称量并混合搅拌均匀即可得到本发明的软土固化剂。将上述固化剂和PO42.5水泥分别按一定的质量分数（占软土质量分数）与软土搅拌均匀后分别分层灌入直径为50mm，高度为50mm的圆柱形模具中，振捣并压实成型，随后将其置于温度20℃，相对湿度为90%的密闭养护室中，一天后脱模，养护至预设龄期后，根据《土工试验规程》（SL237-010-1999）测试试样无侧限抗压强度。

实施例1

称取粉磨至比表面积为350m²/kg的水淬高钛矿渣53.3kg，PO42.5水泥33.3kg，生石灰（有效氧化钙+氧化镁含量≥70%）13.3kg，共同混合并搅拌均即得到本发明的一种软土固化剂。按照上述的试验及测试步骤，分别称取占软土质量分数5%、10%的软土固化剂与软土搅拌均匀制备固化土试件，测定7d、28d龄期无侧限抗压强度。结果为占软土质量分数5%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为837.3KPa、1022.0KPa；占软土质量分数10%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为999.8KPa、1303.2KPa。

实施例2

在实施例1中加入8 kg碳酸钠，其余实施如实施例1. 结果为占软土质量分数5%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为951.9KPa、1283.0KPa；占软土质量分数10%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为1164.8KPa、1479.0KPa。

实施例3

在实施例1中加入8 kg氢氧化钠，其余实施如实施例1. 结果为占软土质量分数5%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为875.2KPa、1108.5KPa；占软土质量分数10%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为1034.8KPa、1416.6KPa。

实施例4

称取粉磨至比表面积为550m²/kg的水淬高钛矿渣44.4kg，PO42.5水泥29.6kg，生石灰（有效氧化钙+氧化镁含量≥70%）18.5kg，碳酸钠7.5kg共同混合并搅拌均即得到本发明的一种软土固化剂。按照上述的试验及测试步骤，分别称取占软土质量分数5%、10%的软土固化剂与软土搅拌均匀制备固化土试件，测定7d、28d龄期无侧限抗压强度。结果为占软土质量分数5%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为1223.7KPa、1325.1KPa；占软土质量分数10%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为1341.8KPa、1572.5KPa。

 

实施例5

称取粉磨至比表面积为450m²/kg的水淬高钛矿渣47.6kg，PO42.5水泥31.0kg，生石灰（有效氧化钙+氧化镁含量≥70%）16.7kg，碳酸钠4.8kg共同混合并搅拌均即得到本发明的一种软土固化剂。按照上述的试验及测试步骤，分别称取占软土质量分数5%、10%的软土固化剂与软土搅拌均匀制备固化土试件，测定7d、28d龄期无侧限抗压强度。结果为占软土质量分数5%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为1045.0KPa、1371.9KPa；占软土质量分数10%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为1285.3KPa、1488.7KPa。

 

实施例6

称取粉磨至比表面积为450m²/kg的水淬高钛矿渣47.6kg，PO42.5水泥31.0kg，生石灰（有效氧化钙+氧化镁含量≥70%）16.7kg，碳酸钠2.4kg，氢氧化钠2.4kg共同混合并搅拌均即得到本发明的一种软土固化剂。按照上述的试验及测试步骤，分别称取占软土质量分数5%、10%的软土固化剂与软土搅拌均匀制备固化土试件，测定7d、28d龄期无侧限抗压强度。结果为占软土质量分数5%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为969.5KPa、1245.5KPa；占软土质量分数10%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别为1172.6KPa、1343.1KPa。

对比例

称取占软土质量分数5%、10%的PO42.5水泥与软土搅拌均匀制备水泥固化土试件，测定7d、28d龄期无侧限抗压强度。结果为占软土质量分数5%的水泥固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别仅为531.9KPa、845.2KPa；占软土质量分数10%的固化土试件7d、28d无侧限抗压强度分别仅为680.7KPa、927.6KPa。