一种新型复合高分子盾构渣土固化剂

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种新型复合高分子盾构渣土固化剂。

背景技术

我国每年会产生大量的盾构渣土，如何妥善处置这些盾构渣土，是一个工程难题。传统的堆填消纳处理方式，不仅占用土地还会产生水土污染。近年来，在国家大力倡导资源节约化利用和创新绿色发展的时代背景下，盾构渣土的固化处理和资源化利用，成为研究热点。例如，CN113402216A提供了一种盾构渣土固化剂，其组成成分及质量比例为：水泥：氧化钙：硫酸钙：聚丙烯酸钠＝8-15：4-10：4-10：1-4，利用聚丙烯酸钠吸水性强的特点将盾构渣土中的水分迅速吸收，聚丙烯酸钠生成的粘性物质将土颗粒聚集成团；CN113912334A公开了一种所述固化剂原料按重量份包括以下组分：固化分散剂10-60份、高分子吸水材料1-20份、激发剂0-20份；在水的作用下固化剂产生各种化学反应形成凝胶状的水化物，填充于渣土内部结构提高密实度，固化剂中的活性亲水基团能够通过化学键与水形成整体结构，具有强力保水性能，同时能够包围附着在土壤颗粒表面交错形成骨架网络结构，黏结成一个整体，从而实现土壤固化；但是，上述已公开的技术仍存在以下缺点：比如固化剂配方中对水泥材料的需求量较高，不利于环境友好；固化剂固化效果不理想，若要满足工程强度要求，则需大量掺入固化剂，不利于工程经济性等。因此，亟需一种新型的盾构渣土固化剂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种新型复合高分子盾构渣土固化剂，利用粉煤灰、矿渣、碱渣、电石渣等工业固体废弃物来固化盾构渣土，实现“以废治废”的目的，既利于环境保护又实现工程经济价值。来研制一种的盾构渣土固化剂。

为实现上述目的，本发明所述新型复合高分子盾构渣土固化剂由工业固体废弃物、辅助添加材料、碱性激发剂、高分子添加剂四种成分混合均匀制成，其中活性工业固体废弃物的添加量为40-60份、辅助添加材料的添加量为25-45份、碱性激发剂的添加量为4-8份、高分子添加剂的添加量为1-2份。

作为本发明的进一步技术方案，当盾构渣土含水量小于30％时，工业固体废弃物的添加量为50-60份，辅助添加材料的添加量为25-35份，碱性激发剂的添加量为4-8份，高分子添加剂的添加量为1份。

作为本发明的进一步技术方案，当盾构渣土含水量在30％-50％之间时，活性工业固体废弃物的添加量为45-55份，辅助添加材料的添加量为30-40份，碱性激发剂的添加量为4-8份，高分子添加剂的添加量为1.5份。

作为本发明的进一步技术方案，当盾构渣土含水量大于50％时，活性工业固体废弃物的添加量为40-50份，辅助添加材料的添加量为35-45份，碱性激发剂的添加量为4-8份，高分子添加剂的添加量为2份。

作为本发明的进一步技术方案，所述工业固体废弃物选用粉煤灰、矿渣、碱渣、硅粉、煤矸石粉、火山灰中的一种或两种以上的混合物。

作为本发明的进一步技术方案，所述辅助添加材料选用电石渣、生石灰、氢氧化钙、钢渣中的一种或两种以上的混合物。

作为本发明的进一步技术方案，所述碱性激发剂选用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、硅酸钠中的一种或两种以上的混合物。

作为本发明的进一步技术方案，所述高分子添加剂由藻酸丙二醇酯和三乙醇胺等质量混合而成。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)利用高分子化合物的吸水絮凝作用来快速降低盾构渣土的初始含水率，加强盾构渣土的结构整体性，提高盾构渣土的早期强度；(2)利用工业固体废弃物和辅助添加材料在碱性激发剂的作用下发生水化反应，其生成物能够形成稳定的空间骨架结构，对土体起到支撑和胶结的作用，作为固化盾构渣土强度的主要来源；(3)相比于传统固化剂，不使用水泥，充分利用工业固体废弃物，工程经济性好且有利于环境保护，其原材料来源广泛，制作工艺简单，固化效果好，后期强度高，绿色环保，经济效益明细。

附图说明

图1为本发明所述盾构渣土的电镜扫描照片(放大2000倍)，图中土颗粒主要呈片状分布，颗粒间的联结方式主要为面面接触，排列比较松散，形成孔隙较小均匀蓬松的分散体系。

图2为本发明实施例固化盾构渣土(龄期7天)的电镜扫描照片(放大2000倍)，图中土颗粒表面和孔隙中有絮凝状物质生成。土颗粒间的联结增强，积聚形成团粒，孔隙变大，土体的整体性更强。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1：

本实施例将30份电石渣、55份粉煤灰、4份硅酸钠以及1份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

实施例2：

本实施例将30份电石渣、28份粉煤灰、27生石灰、6份硅酸钠以及1份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

实施例3：

本实施例将30份电石渣、19份粉煤灰、18份矿渣、18份碱渣、8份硅酸钠以及1份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

实施例4：

本实施例将35份电石渣、50份粉煤灰、4份硅酸钠以及1.5份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

实施例5：

本实施例将35份电石渣、50份粉煤灰、3份硅酸钠、3份氢氧化钠以及1.5份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

实施例6：

本实施例将35份电石渣、50份粉煤灰、3份硅酸钠、3份碳酸钠、2份氢氧化钠以及1.5份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

实施例7：

本实施例40份电石渣、50份粉煤灰、4份硅酸钠以及2份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

实施例8：

本实施例将20份电石渣、20份生石灰、50份粉煤灰、6份硅酸钠以及2份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

实施例9：

本实施例将14份电石渣、13份生石灰、13份氢氧化钙、50份粉煤灰、8份硅酸钠以及2份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

实施例10：

本实施例将15份电石渣、15份生石灰、15份氢氧化钙、20份粉煤灰、20份矿渣、20份碱渣、3份硅酸钠、3份氢氧化钠、2份碳酸钠以及2份高分子添加剂均匀混合，制得新型复合高分子盾构渣土固化剂，用于盾构渣土的固化处理。

本实施例将实施例1-10制备的新型复合高分子盾构渣土固化剂用于盾构渣土的固化处理，具体过程为：先将施工现场取回的盾构渣土经烘干、碾碎后通过2mm孔径的实验室圆孔筛，再将固化剂所用的组成材料分别磨细后通过0.1mm孔径的实验室圆孔筛后混合均匀，取5000g过筛后的盾构渣土，盾构渣土放大200倍的电镜扫描照片如图1所示，土颗粒主要呈片状分布，颗粒间的联结方式主要为面面接触，排列比较松散，形成孔隙较小均匀蓬松的分散体系，将盾构渣土平均分为10组，分别向其中加入与干土质量比为10％的实施例1-10中制成的新型复合高分子盾构渣土固化剂，其中，向1-3组中加入与干土质比为量30％的水；向4-6组中加入与干土质量比为40％的水；向7-10中加入与干土质量比为50％的水，同时设置10％掺量的普通硅酸盐水泥来固化含水量50％的盾构渣土作为对照组，然后将以上各组用搅拌器搅拌均匀，参照《土工试验方法标准》(GB/T50123-2019)中的规定制备高度为80mm，直径39.1mm的样品，每组制三个样品做平行试验，实验结果取其平均值，在温度为20℃，湿度为90％的条件下养护至固定龄期进行无侧限抗压强度试验，测定试样各养护龄期(7d、14d、28d、60d)的无侧限抗压强度，结果如下：

本实施例所述新型复合高分子盾构渣土固化剂在运用时可根据盾构渣土的含水率、工程要求对固化剂掺量进行调整，以达到最优固化效果。

本实施例制备的新型复合高分子盾构渣土固化剂，其固化机理是利用高分子化合物的吸水絮凝作用来快速降低盾构渣土的初始含水率，提高盾构渣土的早期强度；利用工业固体废弃物和辅助添加材料的胶凝反应特性，作为固化盾构渣土强度的主要来源，所述固化剂充分利用工业废弃物、水泥需求量少、固化效果好、绿色环保、工程经济性好，经固化处理后的盾构渣土可以用作高填土加固、公路路基填筑、建筑工程地基处理等方面。

上述实施例仅是对本发明的优选方案进行描述，并非是对本发明的范围进行限定，本领域内技术人员对本发明的各种变形和改进，均应在本发明权利要求书所确定的保护范围之内。