[发明专利]高可控强度与尺寸稳定固化材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能可控强度与尺寸稳定固化材料的制备方法，以及采用该材料固化一般土体、风化砂砾、标准砂石、工业固体废弃物、尾矿砂、海砂等散体材料所形成的固结体的工艺过程。本发明属于材料科学技术领域。

背景技术

一般土体、风化砂砾等散体材料在常温常压下的固结是道路工程、土木工程、水电工程等工程建设中常用的基础土体改良工法，以提高基础的承载能力和稳定性，用量很大、用途很广。常温常压下土体的固结通常采用的胶凝材料为石灰或水泥等无机材料，这种胶凝固结的方法其优点是被固结的土体具有一定的力学强度、施工简便。然而，作为基础的土体等散体材料的固结，具有一定的力学强度即承载能力，是问题的一个方面，更重要的是必须具有较高的尺寸稳定性，即具有较小的变形性能和抵抗水软化的性能，以提高固结体的耐久性能。常规的石灰和水泥等无机胶凝材料固结土体作为基础，其存在的最大问题是尺寸稳定性差、不耐水侵蚀；例如，调查发现，我国道路工程达不到设计使用年限即发生失稳破坏，除了与施工、超限和超载等因素有关外，几乎90％都与道路基础失稳破坏直接相关。

保持石灰土、水泥土等的优点，克服其尺寸稳定性差以及不耐水侵蚀的缺点，开发高性能可控强度与尺寸稳定固结材料，具有工程实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无机水硬性胶凝材料固结土体等散体材料，该固结材料自身组成是环保的，并可固结一般土体、风化砂砾、标准砂石、工业固体废弃物、尾矿砂、海砂等散体材料，其固结散体材料所形成的固结体具有强度可控、尺寸稳定、抗水软化能力强的特点，故称之为高性能可控强度与尺寸稳定固化材料(HCSM)。

本发明通过以下技术方案予以实现，包括以下步骤：

1.配制核心材料

核心材料的组成及功能为：木质素磺酸盐(钠、钙)，功能为吸附与分散、助磨、调凝、控制强度与收缩；萘磺酸盐甲醛缩合物，功能为降低土体颗粒表面张力和动电电位，在外力作用下更好地密实；聚羧酸盐，功能为分散且提高系统的离子浓度；硅酸钠，功能为激发无定形硅铝酸盐形成新的水化产物；生石膏，功能为形成高硫型水化硫铝酸盐以提高固结体的强度和水稳定性；无水硫酸钠，功能为提高固结体的早期强度。

2.配制HCSM材料

HCSM由基料与核心材料两部分组成。

基料：水淬粒化高炉矿渣，粉煤灰，石灰石，窑灰，硅灰，二水石膏或煅烧石膏，煤矸石，偏高岭土，硅酸盐水泥熟料，硫铝酸盐水泥熟料。

核心材料：核心材料，掺入量为2％～5％。

具体实施方式

1.配制核心材料

木质素磺酸盐(钠、钙)6％～9％，萘磺酸盐甲醛缩合物15％～20％，聚羧酸盐15％～20％，n＝1.2～1.3的硅酸钠7％～10％，生石膏7％～10％，无水硫酸钠15％～20％。

核心材料的制备工艺为：将上述材料根据需要全部或部分按照比例在磨机中混合均匀。

核心材料的掺量为：生产HCSM材料时，将核心材料按照2％～5％的比例均匀掺入。

2.配制HCSM材料

核心材料：由上述工艺制备的核心材料，掺入量为2％～5％。

基料：水淬粒化高炉矿渣30％～70％，粉煤灰20％～40％，石灰石4％～8％，窑灰5％～15％，硅灰3％～8％，二水石膏或煅烧石膏2％～5％，煤矸石10％～20％，偏高岭土10％～20％，硅酸盐水泥熟料10％～40％，硫铝酸盐水泥熟料10％～40％。

3.HCSM生产工艺过程

根据需要部分或全部按照比例配料与核心材料一道入磨机粉磨，可采用球磨机、立式磨或联合粉磨，控制细度为勃氏比表面积400～500m2/kg。

4.HCSM工程应用

HCSM为粉末状材料，固化一般土体、风化砂砾、标准砂石、工业固体废弃物、尾矿砂、海砂等散体材料用于道路工程、基础工程、水利水电工程，其常规用量为4％～12％，其施工方法可参考石灰土、混凝土等施工技术规程或规范。

本发明的有宜效果是，采用本发明制备的高性能可控强度与尺寸稳定性固化材料HCSM固结散体材料，具有适用范围广、固结体强度高、尺寸稳定、耐水性好等优点，有效地解决了常温常压下固结体的尺寸稳定性问题和耐水性问题，籍此提高了基础处理工程的耐久性和经济性。