[發明專利]一種基于工業有機固廢的膨脹土改良劑及其應用

在審

• 申請號: 201710930051.8
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107603636A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 張濤;段隆臣;張驛
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: C09K17/40
• 分類號: C09K17/40;E02D3/00;C09K103/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 楊曉燕

技術領域

本發明涉及巖土工程或道路工程施工領域，具體涉及一種基于工業有機固廢的膨脹土改良劑及其應用。

背景技術

膨脹土是一種特殊土，具有顆粒分散性高、黏土礦物含量多、對環境濕熱變化敏感等特點。這種土吸水膨脹軟化、失水收縮干裂，是我國工程建設中常見的災害性土之一。膨脹土路基遇水浸泡后，路基土膨脹，表層出現“蓬松層”或者“橡皮泥”；干燥失水后，土體干縮龜裂，雨水可通過裂縫直接進入土體深處，降低路基承載力，嚴重情況時會產生崩解、隆起和局部坍塌等現象，對道路行車安全產生顯著危害。對于膨脹土路基，我國相關道路路基設計規范明確規定：膨脹土不得直接用于路基填筑，必須經過一定的處理且試驗論證后，才可用于工程建設。目前，我國對于膨脹土的處置尚未有經濟、高效和綠色的相關成熟技術。

化學改良土體技術是在不良土體中添加化學藥劑，通過改良劑與土體礦物間復雜的物理化學作用，最終達到改善土體工程性質的目的。傳統土體改良技術經過近百年的發展，在施工技術、設計理論和改良機理方面均取得了長足的進步。膨脹土常用的改良材料有水泥、石灰和石膏等鈣基無機材料。雖然這些材料在提高強度與耐久性，降低膨脹率和滲透性等方面表現出卓越的性能，但在現代工程建設需要和綠色發展的背景下仍存在一定的缺陷：(1)水泥、石灰等材料的生產需要大量不可再生的化石能源，消耗天然黏土等自然資源；(2)制造過程中排放的二氧化碳、粉塵和二氧化硫等有害氣體，加劇溫室效應的同時，威脅周圍環境的安全；(3)水泥土、石灰土等改良土的pH值呈強堿性，混凝土、鋼結構等地下構筑物的服役壽命在此堿性環境中受到嚴重影響。因此，在現有膨脹土改良技術的背景下，亟需探索、開發新型、高效和環保的膨脹土改良劑，提高我國膨脹土處置的技術水平。

隨著綠色發展理念的不斷深入，人們積極探索將各種工業廢棄資源應用于土木工程建設中，提高資源的利用率。木質素就是眾多工業固廢中常見的一種有機材料。木質素是存在于植物木質部中的一種高分子有機化合物，具有維持植物強度和韌性的作用，在自然界中儲量十分豐富，僅次于纖維素，且每年以500億噸的速度再生。我國制漿造紙行業每年產生大量的副產品木質素，其主要成分為木質素磺酸鹽類。這類有機固廢物質，具有多個活性官能基團，可發生氧化、還原、水解、接枝共聚等多種化學反應。木質素已作為減水劑、黏合劑、固沙劑應用于混凝土制造、橡膠生產和農業生產等多個領域。目前，我國對于制漿造紙的副產品木質素尚未有效利用，約95％的廢料直接排入江河或濃縮后作為燃料燒掉，資源利用效率很低。若利用木質素的多種化學活性，將其應用于路基膨脹土改良中，在消耗大量工業固廢材料的同時，減少環境污染，降低工程建設成本，將具有良好的經濟效益和社會效益。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有膨脹土處置技術存在的上述問題，提供一種基于工業有機固廢的膨脹土改良劑及其應用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于工業有機固廢的膨脹土改良劑，所述的膨脹土改良劑按照質量百分比，由以下組分組成：

木質素：70％～76％；

氯化鈣：12％～15％；

粉煤灰：12％～15％。

按上述方案，所述的改良劑中木質素、氯化鈣和粉煤灰的質量比為5:1:1。

按上述方案，所述的木質素來源于工業制漿造紙副產品，其中主要成分按照質量百分比為：木質素磺酸鹽，60％～85％；纖維素，5％～7％；半纖維素，3％～5％；水分<3％。

按上述方案，所述的粉煤灰來源于電廠廢料，其中氧化鈣含量小于或等于10％，屬于F類粉煤灰。

本發明還提供了一種上述基于工業有機固廢的膨脹土改良劑的應用，將2％～5％摻量的膨脹土改良劑通過路基土拌合的方法，均勻混合至膨脹土中，并利用施工機械壓實成型，養護至規定齡期。

按上述方案，膨脹土改良劑的制作包括以下步驟：

S1、將所得的工業制漿造紙廢液進行噴霧干燥，獲得含水量低于3％的固體粉末狀木質素；

S2、將乙炔制造廠的廢棄電石渣晾曬處理，含水量降低至10％以下，然后將廢鹽酸與干燥電石渣混合加熱反應，獲得氯化鈣；

S3、將步驟S1獲得的木質素、步驟S2獲得的氯化鈣與F級粉煤灰按照設定的質量比混合均勻，得到膨脹土改良劑。

本發明所取得的有益效果為：