[發(fā)明專利]水玻璃作為脫硫廢棄料體積安定性改良劑及路用施工方法

無效

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• 申請日: 2009-03-26
• 公開（公告）號: CN101509221A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設計）人: 華明杰;王保田;汪瑩鶴;張文慧
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E01C7/10
• 分類號: E01C7/10;G01N3/00;C04B28/26;C04B18/04;C04B14/28
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種改善脫硫固態(tài)廢棄料(脫硫石膏和高含硫粉煤灰或脫硫粉煤灰)作為半剛性路面基層材料的體積安定性改良劑及其路用施工方法，屬于土木工程和交通運輸工程技術領域。

背景技術

目前，高速公路和高等級公路的路面結構層中，廣泛使用由半剛性混合料構成的二灰穩(wěn)定層(由石灰和粉煤灰組成)和二灰碎石層(由石灰、粉煤灰和碎石組成)作為路面結構層。粉煤灰等工業(yè)廢渣是半剛性路面基層常使用的材料，可利用的工業(yè)廢渣包括：粉煤灰、煤渣、高爐礦渣、鋼渣(已經(jīng)過崩解達到穩(wěn)定)，及其他冶金礦渣、煤矸石等，其中對于電廠固態(tài)廢棄料粉煤灰的應用最為廣泛，理論、設計和施工最為成熟。近年來，我國堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為建成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會對環(huán)保問題越來越重視。為減少火電廠排放大量有害氣體(如二氧化硫等)進入大氣，要求已建和新建電廠安裝脫硫裝置，對其所排放煙氣進行脫硫工藝的處理。當前主要脫硫工藝方式有：石灰石/石灰-石膏法、爐內噴鈣加爐后活化(LIFAC)脫硫法和海水脫硫法，除海水脫硫法外，其余兩種脫硫工藝都會產(chǎn)生脫硫固態(tài)廢棄料。為了減少廢棄料對土地資源的占用和對人類生活環(huán)境的污染，此類脫硫固態(tài)廢棄料正像傳統(tǒng)粉煤灰一樣大量應用于半剛性路面基層中。而由于這種脫硫固態(tài)廢棄料(脫硫石膏和高含硫粉煤灰或脫硫粉煤灰)的物理化學性質與傳統(tǒng)粉煤灰大相徑庭，因此會給實際工程帶來一定的工后病害，主要表現(xiàn)為：由于半剛性混合料中含硫量(主要以硫酸鈣形式存在)較高造成工后的路面基層體積膨脹和局部開裂等一系列體積安定性問題，從而導致路面隆起、開裂和不均勻沉降。目前，對于此類體積安定性問題沒有相應的解決和處理方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的就在于解決上述問題，設計一種工程經(jīng)濟性好且施工方便的把脫硫固態(tài)廢棄料(脫硫石膏和高含硫粉煤灰或脫硫粉煤灰)應用于半剛性路面基層時體積安定性的改良劑。有效解決此類半剛性混合料工后膨脹和局部開裂造成路面隆起、開裂和不均勻沉降等路面破壞的問題。

本發(fā)明的技術解決方案是向脫硫固態(tài)廢棄料中添加水玻璃(液態(tài)硅酸鈉或液態(tài)硅酸鉀)，改善含脫硫固態(tài)廢棄料的半剛性基層混合料的體積安定性。水玻璃是一種氣硬性膠凝材料，在其加入含脫硫固態(tài)廢棄料的半剛性路面基層混合料中有如下化學反應(以液態(tài)硅酸鈉為例)：液態(tài)硅酸鈉與氫氧化鈣反應生成有一定強度的膠凝體水化硅酸鈣，化學反應方程式即：Ca(OH)₂+Na₂O·nSiO₂+mH₂O→CaO·nSiO₂+(m+1)H₂O+Na₂O；液態(tài)硅酸鈉在空氣中吸收二氧化碳，形成碳酸鈉和無定形硅酸膠凝，并逐漸干燥聚合而硬化，化學反應方程式即，Na₂O·nSiO₂+CO₂+mH₂O→Na₂CO₃+nSiO₂·mH₂O；液態(tài)硅酸鈉與脫硫固態(tài)廢棄料中的硫酸鈣反應生成有一定強度的膠凝體水化硅酸鈣，化學反應方程式即，CaSO₄+Na₂O·nSiO₂→CaO·nSiO₂+Na₂SO₄。

具體操作步驟為：(1)將水玻璃(液態(tài)硅酸鈉或液態(tài)硅酸鉀)添加到二灰穩(wěn)定層或二灰碎石層拌合料中，提高二灰穩(wěn)定層或二灰碎石層的體積安定性，具體是根據(jù)所需改良半剛性路面基層使用的基層混合料中脫硫固態(tài)廢棄料的百分含量和含硫量，由改良體的質量，稱取所需水玻璃的質量，將稱量好的水玻璃與脫硫固態(tài)廢棄料充分拌合，使水玻璃在混合料中均勻分布。(2)在確定此半剛性混合料7天、14天或后期無側限抗壓強度時，無需按通常方法將制好脫模后的試樣放到相對濕度95％的密封濕氣箱或相對濕度95％養(yǎng)護室或濕砂中養(yǎng)生，在空氣中自然養(yǎng)生達到預定齡期后，便可對試樣進行無側限抗壓強度測試。(3)在廠拌或路拌半剛性路面基層材料過程將改良后的混合料鋪撒在路基上，使用滿足要求的碾壓設備和設計規(guī)定的壓實度對其進行壓實成型，成型后無需進行傳統(tǒng)的保濕養(yǎng)生，在空氣中自然養(yǎng)生便可形成膠凝強度以及滿足其體積安定性的改性路面基層。