[发明专利]钢渣常温重构制备地基加固的新型复合基材

说明书

技术领域

本发明是钢渣常温重构制备地基加固的新型复合基材，是一种利用偏高岭土、熟石灰、少量复合早强减水剂，在常温下激发钢渣的复合活性基材，属于交通运输工程和土木工程中地基处理的技术领域。

背景技术

截止至2012年粗钢产量达约8.3亿吨，占世界总产量的约50％。目前，我国钢渣产量占粗钢产量的15～20％，因此每年约有1亿～1.5亿吨钢渣伴随着粗钢生产而产出。但是我国钢渣利用率却不到25％，因此每年有大量钢渣得不到利用，造成土壤受到污染、土壤微生物群遭到破坏、地下水体污染等问题。

钢渣是一种具有潜在胶凝性的材料，其钢渣化学成分中主要是CaO、SiO₂，和少量Al₂O₃，Fe₂O₃、MnO等含量波动幅度较大；矿物成分主要是钢渣的主要矿物组成有硅酸三钙(C₃S)、硅酸二钙(C₂S)、RO(R代表镁、铁、锰的氧化物所形成的固熔体)、游离石灰(free CaO；f-CaO)等。由于钢渣中C₂S占30～60％，而C₃S含量却只有不到20％，因此钢渣水化速度比普通硅酸盐水泥慢许多，通常被用来做路基填料、混凝土骨料、沥青混合料骨料来使用，而往往并不将钢渣作为叫胶凝材料使用。其原因主要是钢渣内部活性较难激发出来，其早期水化程度低，表现为早期强度低。

另一方面，现有钢渣重构技术是向钢渣中加入调整材料(铝质、硅质和钙质材料)，使其在高温下发生化学反应，吸收f-CaO，并生成活性矿物C₂S、C₃S和C₃A等，提高钢渣的胶凝活性。现有的钢渣重构技术主要包括：前端重构和后端重构。前端重构指在保持高温下向钢渣内添加调制剂，对钢渣组分进行调整；后端重构指在常温下掺入调制剂，随后在高温下煅烧一段时间后冷却，达到对钢渣组分进行调整的目的。两种重构技术能够使重构后的钢渣成分与水泥相似，但都涉及到高温条件，成本较高，并不直接适用于交通运输工程和土木工程中地基处理中作为土体固化剂。同时，高温条件重构钢渣需要消耗大量的电能、热能，消耗大量能源，对环境保护，降低二氧化碳排放不利。

从合理利用材料和在适合的条件下发挥出材料最大性能等角度出发，需要对钢渣重构技术进行在室温下激发钢渣活性的弥补。常用的钢渣碱性激发剂有石膏、熟料、石灰和碱金属的硅酸盐、碳酸盐或氢氧化物等。偏高岭土是一种活性地聚合物，是以高岭土为原料，在适当的温度下(600℃～900℃)经脱水形成的无水硅酸铝(Al₂O₃·2SiO₂，AS₂)。偏高岭土在碱性环境下能够被激发出其活性，即所谓的火山灰活性，在高岭土煅烧的过程中系统的自由能升高，结构稳定性降低，Al-O结构发生重组从而表现出活性。在材料使用中，往往需要向材料中添加复合添加剂来满足材料实际使用需求，这些外加剂通常有减水剂、早强剂、引气剂等。

为此本发明以熟石灰和偏高岭土为原料，以复合早强减水剂为外加剂，寻求合适的配比，形成能够常温下激发钢渣的复合重构基材。

发明内容

技术问题：针对目前钢渣重构技术均为高温重构技术，无法在工程中直接应用的问题，将含活性的偏高岭土添加在钢渣中，并向其中加入碱性激发剂和早强减水剂，形成复合重构基材，达到从化学成分上补足钢渣与普通硅酸盐水泥上的差异，激发钢渣潜在胶凝性，提升钢渣整体利用率，节约能源和降低二氧化碳排放的目的。

技术方案：依照普通硅酸盐水泥的率值范围，向钢渣中添加偏高岭土和熟石灰，使混合物的化学成分于普通硅酸盐水泥相似。控制指标分别是：

①硅率(Silica Modulus，SM)SM＝SiO₂/(Al₂O₃+Fe₂O₃)

②铝率(Iron Modulus，IM)IM＝Al₂O₃/Fe₂O₃

③石灰饱和系数(Lime Saturation Coefficient，KH)