本發(fā)明涉及土木工程,具體為從一種粉煤灰基軟土固化劑的制備方法及其應用。
背景技術:
1、在工程建設中,軟土地基因其特殊的物理力學性質,常常給建筑物的穩(wěn)定性和安全性帶來巨大挑戰(zhàn)。軟土通常具有高含水量、低強度、高壓縮性和低透水性等特點,這使得其在承受荷載時容易發(fā)生沉降、剪切破壞,進而導致地基失穩(wěn)、建筑物傾斜或倒塌等工程事故。因此,如何有效地增強軟土地基的強度和穩(wěn)定性,是土木工程領域的一項重要研究課題。
2、目前,軟土的固化處理主要依賴于傳統(tǒng)的固化劑,如水泥、石灰等。這些固化劑通過與軟土中的水分和其他化學成分發(fā)生反應,生成一系列具有膠結作用的水化產物,從而提高軟土的強度和穩(wěn)定性。然而,這些傳統(tǒng)固化劑在實際應用中存在一些顯著的局限性:
3、環(huán)境影響:水泥和石灰的生產過程能耗高,伴隨大量二氧化碳的排放,對環(huán)境造成不利影響。此外,這些材料在使用過程中可能會導致土壤堿化,對生態(tài)環(huán)境產生進一步的負面影響。
4、成本問題:水泥和石灰的原材料成本較高,尤其是在大規(guī)模工程中,使用這些固化劑會顯著增加工程造價,不利于經濟性和可持續(xù)發(fā)展的目標。
5、固化效果不理想:在一些特殊的地質條件下,如高含水量的軟土或含有有機質的土壤中,傳統(tǒng)固化劑的作用效果較差,難以實現理想的固化效果。部分工程中即使投入大量固化劑,土體的力學性能也難以滿足設計要求。
6、粉煤灰是燃煤電廠產生的一種工業(yè)廢棄物,含有大量的活性氧化硅和氧化鋁,這些成分在適當的激發(fā)劑作用下,能夠參與水化反應,生成具有膠結性能的物質。因此,利用粉煤灰作為主要原料制備軟土固化劑,不僅可以有效利用工業(yè)廢棄物,減少環(huán)境污染,還能顯著降低工程成本。
7、粉煤灰基固化劑通過結合適當的增強劑和激發(fā)劑,如偏高嶺土、納米二氧化硅、氫氧化鈉等,可以有效激發(fā)粉煤灰的活性,使其與軟土中的水分和其他成分發(fā)生反應,生成大量的水化產物,如水化硅酸鈣(c-s-h(huán))和鈣礬石等。這些產物能夠顯著提高軟土地基的抗壓強度和抗剪強度,增強地基的穩(wěn)定性。
8、因此我們急需設計一種粉煤灰基軟土固化劑的制備方法及其應用以解決這些問題。
技術實現思路
1、本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足之處,提供一種粉煤灰基軟土固化劑的制備方法及其應用,以解決背景技術中所提出的問題。
2、為實現上述目的,本發(fā)明提供如下技術方案:一種粉煤灰基軟土固化劑的制備方法,所述方法包括以下步驟:
3、原料選?。哼x取粉煤灰、石灰、石膏、硅灰以及增強劑和激發(fā)劑作為主要原料,其中:
4、粉煤灰的質量百分比為40%-60%,
5、石灰的質量百分比為15%-25%,
6、石膏的質量百分比為10%-20%,
7、硅灰的質量百分比為5%-10%,
8、增強劑的質量百分比為2%-8%,
9、激發(fā)劑的質量百分比為1%-5%;
10、原料預處理:將粉煤灰進行干燥處理,去除多余水分,同時將石灰、石膏、硅灰、增強劑和激發(fā)劑分別進行粉碎,并通過100目篩網,以確保原料顆粒的均勻性。
11、增強劑的選擇:增強劑包括但不限于:偏高嶺土、磷酸鋁、鋁硅酸鹽、納米二氧化硅,其中偏高嶺土的使用能夠提高固化劑的抗壓強度和抗剪強度。
12、激發(fā)劑的選擇:激發(fā)劑包括但不限于:碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸鈉,其中氫氧化鈉的使用能夠顯著加快粉煤灰的活化反應,提高固化效果。
13、原料混合:將處理后的粉煤灰、石灰、石膏、硅灰、增強劑和激發(fā)劑按si的比例進行均勻混合,采用機械攪拌設備在常溫下連續(xù)攪拌15-30分鐘,確保各成分均勻混合。
14、水化反應:在混合物中加入水(水灰比0.4-0.6),并繼續(xù)攪拌5-15分鐘,隨后靜置24-48小時以促使初步水化反應充分進行,保證混合物內各成分的充分反應。
15、成型與養(yǎng)護:將水化反應后的混合物料壓制成型,置于模具中,在20-30℃的溫度和90%以上相對濕度的條件下養(yǎng)護7-28天,養(yǎng)護期間保持濕潤以促進固化劑強度的提升。
16、粉碎過篩:養(yǎng)護后的固化劑塊狀物進行粉碎,經過200目篩網篩選,確保成品顆粒細度均勻,得到最終的粉煤灰基軟土固化劑成品。
17、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案,所述增強劑為偏高嶺土,其質量百分比為5%-8%,其中偏高嶺土作為增強劑能夠通過與粉煤灰中的活性氧化硅和氧化鋁發(fā)生二次反應,形成更多的鈣礬石等水化產物,從而顯著提高固化劑的抗壓強度和抗剪強度。
18、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案,所述激發(fā)劑為氫氧化鈉,其質量百分比為2%-5%。氫氧化鈉在該比例范圍內能夠有效激發(fā)粉煤灰中的玻璃體成分,促進其與水和其他化合物的反應速率,形成更多的水化硅酸鈣(c-s-h)凝膠,提高固化劑的初期和長期強度。
19、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案,所述水灰比優(yōu)選為0.5,并且水的加入步驟包括分兩次加入水分的操作,在第一次加入50%-60%的水量后進行攪拌,再加入剩余水量,繼續(xù)攪拌5-10分鐘,以確保所有原料顆粒均勻潤濕和充分反應,避免局部干燥或過濕現象。
20、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案,所述養(yǎng)護過程中采用覆蓋濕布或者定時噴霧的方式維持養(yǎng)護環(huán)境中的濕度在90%以上,所述定時噴霧的頻率為每12小時一次,每次噴霧量控制在0.1-0.3l/m2,以防止表面水分蒸發(fā)過快而導致的養(yǎng)護不均勻性。
21、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案,所述成型后的物料可以采用蒸汽養(yǎng)護或密閉養(yǎng)護方式,蒸汽養(yǎng)護溫度控制在60℃-80℃,時間為4-6小時,能夠加速固化劑內部的水化反應,并進一步提升其早期強度;密閉養(yǎng)護過程中則通過密封袋或塑料膜覆蓋固化劑,保持其濕度,以減少養(yǎng)護過程中的水分流失。
22、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案,所述粉煤灰的主要化學成分包括二氧化硅45%-55%、氧化鋁20%-30%、氧化鈣5%-15%,并且所選粉煤灰為一級或二級粉煤灰,其中二氧化硅和氧化鋁含量較高的粉煤灰能夠更好地參與活化反應,提高最終固化劑的抗壓強度和耐久性。
23、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案,所述固化劑成品顆粒的細度優(yōu)選控制在200目以上,顆粒直徑范圍為0.074mm以下,以確保固化劑在軟土中的均勻分布,提升其在軟土基質中的滲透性和穩(wěn)定性,減少材料的用量并優(yōu)化施工性能。
24、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案,所述粉煤灰的干燥處理溫度控制在105℃-120℃之間,以去除游離水分,但不超過120℃,以避免高溫處理導致粉煤灰中的玻璃體結構發(fā)生變化而影響其活性,從而保障后續(xù)反應的有效性。
25、本發(fā)明提供的一種粉煤灰基軟土固化劑的制備方法其制備的固化劑應用與處理軟土基。
26、一種利用粉煤灰基軟土固化劑處理軟土地基的方法,包括以下步驟:
27、將制備得到的固化劑成品均勻撒布于軟土表面或直接摻入軟土中,通過機械攪拌或壓實設備進行混合,使固化劑與軟土充分接觸;
28、在混合后的軟土中保持適當的濕度,濕度控制在15%-25%之間;
29、進行7-28天的養(yǎng)護,養(yǎng)護期間保持混合土的濕潤,以確保固化劑的水化反應能夠持續(xù)進行并達到最佳強度。
30、與現有技術相比,本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出了一種基于粉煤灰的軟土固化劑的制備方法,針對現有技術中存在的不足,進行了改進和優(yōu)化。通過引入不同種類的增強劑和激發(fā)劑,本發(fā)明的粉煤灰基固化劑在保持環(huán)保性和經濟性的同時,大幅提高了固化效果,尤其在早期強度發(fā)展和耐久性方面表現突出。
31、相比傳統(tǒng)的固化劑,本發(fā)明具有以下創(chuàng)新性和實用性:
32、材料環(huán)保性:利用工業(yè)廢棄物粉煤灰為主要原料,減少了環(huán)境污染,實現了資源的有效再利用。
33、成本優(yōu)勢:粉煤灰成本低廉,制備工藝簡單,可顯著降低工程成本,具有廣泛的推廣應用前景。
34、優(yōu)異的固化效果:通過合理配比增強劑和激發(fā)劑,本發(fā)明的固化劑能夠顯著提升軟土的抗壓強度、抗剪強度和耐水性,特別適用于高含水量或復雜地質條件下的軟土處理。