[發明專利]一種用于土體固化的綠色低碳固化劑

有效

• 申請號: 201010604325.2
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102071029A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 易耀林;馬丁·利什卡;阿爾比·阿勒-塔瓦;劉松玉;杜延軍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C09K17/02
• 分類號: C09K17/02;C09K17/06;C09K103/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明屬于土木工程技術領域，是一種用于固化土體的綠色低碳的環保型固化劑。

背景技術

攪拌樁技術（濕法、干法）是加固軟土地基的有效方法之一，它通過深層攪拌機械邊鉆進邊往軟土中噴射固化劑（漿液或者干粉），并就地將軟土和固化劑強制攪拌，通過固化劑和軟土之間的物理化學作用，形成強度較高、整體性、水穩性好的固化土。傳統的攪拌樁固化劑主要為水泥和生石灰。生石灰是攪拌樁技術早期（上世紀70年代末）的主要固化劑，但是它的缺點是形成的攪拌樁強度太低，特別是軟土地基處理的效果不好。現在工程中使用的攪拌樁固化劑大多是水泥，由于水泥土攪拌樁的強度相對較高，性質穩定，現在已經成為我國最主要的軟土地基處理技術之一。但是水泥在生產過程需要高溫煅燒，煅燒溫度約為1450度，同時在水泥生產過程中需要釋放大量的二氧化碳，生成1噸水泥需要向大氣排放0.85噸二氧化碳。研究表明由于水泥產業排放的二氧化碳占世界上人為排放二氧化碳的10%左右，二氧化碳作為主要溫室氣體對全球變暖影響很大。中國作為京都協議的簽約國，承擔著很重的二氧化碳減排責任，而土木建筑領域是二氧化碳排放的主要重要領域之一。

本發明主要是針對該問題，研發可以替代水泥的低碳、環保的新型土體固化劑。新型土體固化劑需要滿足三個主要要求：（1）能滿足實際工程性能需要，主要是在固化強度上要能達到與水泥相近或者更優的效果；（2）能滿足低碳、環保要求，新型固化劑的生產、使用過程中的能耗和二氧化碳排放需要比水泥低；（3）能滿足工程經濟需要，新型固化劑的價格不能遠高于水泥，最好比水泥價格低。基于以上考慮，發明人通過大量的試驗，研發了一種綠色、低碳的土體固化劑。該固化劑的主要成分是粒化高爐礦渣微粉（Ground?granulated?blast?furnace?slag，滿足國標G/T?18046-2008），它是鋼鐵工業的一種廢料，如不加以利用，其本身的堆放也會占用一定土地資源。粒化高爐礦渣微粉的化學成分與普通波特蘭水泥相似，是一種潛在的膠凝材料，而且該原料的性質穩定、來源較廣，價格是水泥的一半左右，能滿足土木工程行業的大規模需要。但是這種材料的水化速度和強度增長很慢，需要半年甚至幾年，很難滿足土木工程的使用需求，所以通常少量摻加在水泥中使用。發明人經過了大量的試驗（在后面的實施例將舉例說明）發現，當將粒化高爐礦渣微粉與活性氧化鎂或者熟石灰以適當的比例配合在一起使用時能達到與水泥接近，甚至更高的固化效果。需要指出的，發明人的試驗結果表明，當以粒化高爐礦渣微粉直接與氫氧化鎂（Mg（OH）₂）或死燒氧化鎂（煅燒溫度高于1500度）作為固化劑使用時，并沒有固化效果，必須采用活性氧化鎂。

活性氧化鎂（Reactive?MgO）生產過程的煅燒溫度約為750度，遠低于水泥，故又叫輕燒鎂或者輕燒粉，在此溫度下生成的氧化鎂與水反應較快，水化生成氫氧化鎂（Mg（OH）₂），故稱為活性氧化鎂，其價格等于或稍高于水泥。當煅燒溫度過高，超過1500度后，生成的氧化鎂失去活性，稱為死燒氧化鎂或者過燒氧化鎂。生石灰和熟石灰是土木工程常有的材料，他們的價格均低于水泥，其中生石灰能與水迅速發生水化反應生成氫氧化鈣（Ga（OH）₂），即熟石灰，所以生石灰可以代替熟石灰產生相同的效果，由于二者分子量的比值為0.737，0.737公斤的生石灰可以代替1公斤的熟石灰，另外由于生石灰水化時釋放熱量、吸收水分可以降低需固化土體中的含水量，提高土體的強度。活性氧化鎂、熟石灰、生石灰生產過程中同水泥一樣會排放大量的二氧化碳，但是在長期使用過程中會與空氣、土體孔隙中的二氧化碳發生反應，吸收二氧化碳生成碳酸鎂和碳酸鈣。故從產品的生產、使用全過程來看，活性氧化鎂、熟石灰、生石灰的二氧化碳排放量遠低于水泥。綜上，本發明的固化劑主要成分為粒化高爐礦渣微粉，是一種鋼鐵工業的副產品，利用它可以減少水泥生產過程中向大氣排放的二氧化碳，本發明的激發劑為活性氧化鎂，或者其與熟石灰、生石灰的混合物，這些物質的水化產物在長期使用時會與二氧化碳反應，所以，本發明的新型土體固化劑是一種綠色、低碳和經濟的環保型固化劑，而且在達到與水泥相同固化效果的前提下，造價低于水泥。