一种含有盾构渣土的胶凝材料和制备方法及应用

摘要

本发明属于固废处理技术领域，本发明涉及一种含有盾构渣土的胶凝材料和制备方法及应用。包括如下重量份的原料，石灰石质渣土25‑50份，黏土质渣土15‑30份或闪长岩20‑35份，铁粉1‑1.5份，电石渣30‑40份，氟化钙0.4‑0.8份，石膏2‑6份。充分利用石灰石质渣土或黏土质渣土、闪长岩，制备得到胶凝材料，使其能够再利用，解决了盾构渣土无法再利用，对环境危害大，盾构渣土再利用抗压强度低、体积安定性差的问题。

权利要求

1.一种含有盾构渣土的胶凝材料，其特征在于：包括如下重量份的原料，石灰石质渣土

25‑50份，黏土质渣土15‑30份或闪长岩20‑35份，铁粉1‑1.5份，电石渣30‑40份，氟化钙0.4‑

0.8份，石膏2‑6份；

所述的含有盾构渣土的胶凝材料的制备方法：将各原料分别粉碎处理后，进行混合得到生料；

所得生料经过煅烧处理后得到胶凝材料熟料；

煅烧的温度为1350℃‑1400℃，升温速度为5‑12℃/分钟；

达到煅烧温度后的保温时间为30‑60分钟；

煅烧后得到的胶凝材料熟料进行粉碎处理；

研磨后熟料细度80μm筛余量不大于15％，45μm筛余量不大于40％。

2.如权利要求1所述的含有盾构渣土的胶凝材料，其特征在于：包括如下重量份的原料，石灰石质渣土40‑45份，黏土质渣土20‑22份或闪长岩20‑22份，铁粉1.3‑1.4份，电石渣

30‑33份，氟化钙0.6‑0.7份，石膏2‑3份。

3.如权利要求1所述的含有盾构渣土的胶凝材料，其特征在于：石灰石质渣土中主要含有碳酸钙，碳酸钙含量为40％‑50％，氧化镁含量为1％～6％。

4.如权利要求1所述的含有盾构渣土的胶凝材料，其特征在于：黏土质渣土中二氧化硅含量为35％‑45％，三氧化二铝含量为10％‑15％。

5.如权利要求1所述的含有盾构渣土的胶凝材料，其特征在于：闪长岩中二氧化硅含量为30％‑40％，三氧化二铝含量为8％‑13％。

6.如权利要求1所述的含有盾构渣土的胶凝材料，其特征在于：铁粉中铁含量为90％‑

95％。

7.如权利要求1所述的含有盾构渣土的胶凝材料，其特征在于：电石渣中氧化钙含量为

70％‑75％。

8.权利要求1‑7任一所述的含有盾构渣土的胶凝材料的制备方法，其特征在于：将各原料分别粉碎处理后，进行混合得到生料；

所得生料经过煅烧处理后得到胶凝材料熟料；

煅烧的温度为1350℃‑1400℃，升温速度为5‑12℃/分钟；

达到煅烧温度后的保温时间为30‑60分钟；

煅烧后得到的胶凝材料熟料进行粉碎处理；

研磨后熟料细度80μm筛余量不大于15％，45μm筛余量不大于40％。

9.如权利要求7所述的含有盾构渣土的胶凝材料的制备方法，其特征在于：胶凝材料生

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料的细度标准为比表面积500m‑650m/kg。

10.如权利要求7所述的含有盾构渣土的胶凝材料的制备方法，其特征在于：胶凝材料熟料的粒径为10μm‑150μm。

11.权利要求1‑7任一所述的含有盾构渣土的胶凝材料在路基充填材料、地下溶洞充填材料、泡沫砖中的应用。

12.一种充填材料，其特征在于：包括权利要求1‑7任一所述的含有盾构渣土的胶凝材料和水；

水胶比为0.3‑1。

13.如权利要求12所述的充填材料，其特征在于：所述水胶比为0.5‑0.7。

说明书

一种含有盾构渣土的胶凝材料和制备方法及应用

技术领域

[0001] 本发明属于固废处理技术领域，具体涉及一种含有盾构渣土的胶凝材料和制备方法及应用。

背景技术

[0002] 公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

[0003] 城市轨道交通是解决人口膨胀、交通拥堵等问题和运输供需之间矛盾的有效途径。到2020年，我国将建成轨道交通运营线路177条，运营总里程约6100公里。另外，我国共53座城市获得轨道交通规划批准，规划总里程约8600公里，预计产生盾构渣土约为4.8万亿立方，这些渣土占用大量土地，极大降低了土壤质量，造成了严重额土壤污染。破坏市容，恶化了城市环境卫生。发明人发现，大多数城市对盾构渣土堆放未制定有效合理的方案，从而产生不同程度的安全隐患。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种含有盾构渣土的胶凝材料和制备方法及应用。

[0005] 为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

[0006] 第一方面，一种含有盾构渣土的胶凝材料，包括如下重量份的原料，石灰石质渣土25‑50份，黏土质渣土15‑30份或闪长岩20‑35份，铁粉1‑1.5份，电石渣30‑40份，氟化钙0.4‑
0.8份，石膏2‑6份。

[0007] 盾构渣土来源于建筑垃圾，其与普通矿渣存在本质区别，矿渣具有活性，而盾构渣土不存在活性，需要采用技术手段使其进行化学相变熔融后才能具有胶凝特性。盾构渣土产量大，来源广，目前主要是用作填充料进行回收利用或制备混凝土制品的骨料等，但盾构渣土中黏土含量较高，使用盾构渣土作为填充料或混凝土制品的骨料，会降低其强度和工作性能，因此，如何使盾构渣土成为具有高活性的材料，替代水泥用量是目前技术的难点。

[0008] 铁粉作为渣土制备胶凝材料的补充材料，氟化钙能够显著降低渣土制备胶凝材料的制备温度

[0009] 充分利用石灰石质渣土或黏土质渣土、闪长岩，制备得到胶凝材料，使其能够再利用，解决了盾构渣土无法再利用，对环境危害大，盾构渣土再利用抗压强度低、体积安定性差的问题。

[0010] 闪长岩中灰岩和黏土，钙、硅、铝成分含量较高，利用此特点，通过高温烧制工艺，可制备高性能硅铝质胶凝材料，从而实现将盾构渣土变废为保的目的。

[0011] 在本发明的一些实施方式中，包括如下重量份的原料，石灰石质渣土40‑45份，黏土质渣土20‑22份或闪长岩20‑22份，铁粉1.3‑1.4份，电石渣30‑33份，氟化钙0.6‑0.7份，石膏2‑3份。

[0012] 在本发明的一些实施方式中，石灰石质渣土中主要含有碳酸钙，碳酸钙含量为40％‑50％，氧化镁含量为1％～6％。其余组分为三氧化二铁为0.1％～1％，二氧化硅含量为3％～5％，其他成分38％～55％。

[0013] 在本发明的一些实施方式中，黏土质渣土中二氧化硅含量为35％‑45％，三氧化二铝含量为10％‑15％。

[0014] 在本发明的一些实施方式中，闪长岩中二氧化硅含量为30％‑40％，三氧化二铝含量为8％‑13％。

[0015] 在本发明的一些实施方式中，铁粉中铁含量为90％‑95％。

[0016] 在本发明的一些实施方式中，电石渣中氧化钙含量为70％‑75％。

[0017] 通过控制胶凝材料中的二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、铁的含量，有助于提高胶凝材料的抗压强度。提空初凝时间和终凝时间，进一步提高其应用性。

[0018] 第二方面，上述胶凝材料的制备方法，将各原料分别粉碎处理后，进行混合得到生料。

[0019] 在本发明的一些实施方式中，所述胶凝材料生料的细度标准为比表面积500m2‑2
650m/kg。

[0020] 在本发明的一些实施方式中，所述胶凝材料熟料的粒径为10μm‑150μm。

[0021] 在本发明的一些实施方式中，所得生料经过煅烧处理后得到胶凝材料熟料。

[0022] 在本发明的一些实施方式中，煅烧的温度为1350℃‑1400℃，升温速度为5‑12℃/分钟。

[0023] 在本发明的一些实施方式中，达到煅烧温度后的保温时间为30‑60分钟。

[0024] 在本发明的一些实施方式中，煅烧后得到的胶凝材料熟料进行粉碎处理。

[0025] 可选的，研磨后熟料细度80μm筛余量不大于15％，45μm筛余量不大于40％。

[0026] 第三方面，上述胶凝材料在路基充填材料、地下溶洞充填材料、泡沫砖等建筑材料中的应用。

[0027] 第四方面，一种充填材料，包括上述的胶凝材料和水。

[0028] 在本发明的一些实施方式中，水胶比为0.3‑1；优选为0.5‑0.7。水胶比为水和胶凝材料的质量比。

[0029] 本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

[0030] 本发明的技术方案按质量比将石灰石质渣土25‑50份，黏土质渣土15‑30份或闪长岩20‑35份，铁粉1‑1.5份，电石渣30‑40份，氟化钙0.4‑0.8份，石膏2‑6份，分别进行研磨处理，在进行混合、搅拌均匀，既得到胶凝材料生料，所述胶凝材料的细度标准为比表面积2 2
500m‑650m/kg，通过在1300℃‑1350℃煅烧能够形成高性能的胶凝材料，应用于路基充填材料、地下溶洞充填材料、泡沫砖等建筑材料，从而最大限度的利用盾构渣土，使得这些废弃物能够有效回收利用，进一步降低了胶凝材料的生产成本。

具体实施方式

[0031] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0032] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下面结合实施例对本发明进一步说明

[0033] 实施例1

[0034] 本发明实施例提出了一种利用盾构渣土制备胶凝材料的方法，该方法具体处理过工程如下：

[0035] 按照质量配比将45份石灰石质渣土，黏土质渣土20份，铁粉1.3份，电石渣30份，氟化钙0.7份，石膏3份，分别进行研磨处理，在进行混合、搅拌均匀，既得到胶凝材料生料，所述胶凝材料的细度标准为比表面积550㎡/kg，将上述混合料置入旋转窑中进行煅烧，煅烧温度为1350℃，旋转窑升温速度为10℃/分钟，达到预定温度后，保温30‑60分钟后取出，吹风极冷，形成胶凝材料熟料。待熟料温度降至常温后，对熟料进行研磨，研磨60‑90分钟，研磨后熟料细度80um筛余量为13％，45um筛余量为31％；

[0036] 具体的，在获取胶凝材料之后，对所述胶凝材料进行性能测试，在水胶比为0.5时，初凝时间为1.5小时，终凝时间为8小时，3天抗压强度25MPa，7天抗压强度为34MPa，28天抗压强度为46MPa，体积安定性良好，在规定时间内，膨胀率较小。

[0037] 实施例2

[0038] 按照质量配比将40份石灰石质渣土，闪长岩质渣土22份，铁粉1.4份，电石渣33份，氟化钙0.6份，石膏3份，分别进行研磨处理，在进行混合、搅拌均匀，既得到胶凝材料生料，所述胶凝材料的细度标准为比表面积560㎡/kg，将上述混合料置入旋转窑中进行煅烧，煅烧温度为1350℃，旋转窑升温速度为10℃/分钟，达到预定温度后，保温30‑60分钟后取出，吹风极冷，形成胶凝材料熟料。待熟料温度降至常温后，对熟料进行研磨，研磨60‑90分钟，研磨后熟料细度80um筛余量为14％，45um筛余量为28％；

[0039] 具体的，在获取胶凝材料之后，对所述胶凝材料进行性能测试，在水胶比为0.5时，初凝时间为1.3小时，终凝时间为7小时，3天抗压强度22MPa，7天抗压强度为31MPa，28天抗压强度为43MPa，体积安定性良好，在规定时间内，膨胀率较小。

[0040] 对比例1

[0041] 将实施例2的盾构渣土质胶凝材料制备成水胶比为1的胶凝材料，并且掺入3％的膨润土，浆液稳定性较好，泌水率为2％，初凝结时间为5小时，终凝时间为22小时，3天抗压强度为12MPa，7天抗压强度为15MPa，28天抗压强度为21MPa，体积收缩率为4％。

[0042] 对比例1中主要将渣土作为骨料，渣土并不含有活性，因此该配比情况下，形成的材料强度较差。

[0043] 实施例3

[0044] 按照质量配比将30份石灰石质渣土，黏土质渣土20份，铁粉1.3份，电石渣30份，氟化钙0.7份，石膏3份，分别进行研磨处理，在进行混合、搅拌均匀，既得到胶凝材料生料，所述胶凝材料的细度标准为比表面积550㎡/kg，将上述混合料置入旋转窑中进行煅烧，煅烧温度为1350℃，旋转窑升温速度为10℃/分钟，达到预定温度后，保温30‑60分钟后取出，吹风极冷，形成胶凝材料熟料。待熟料温度降至常温后，对熟料进行研磨，研磨60‑90分钟，研磨后熟料细度80um筛余量为13％，45um筛余量为31％；

[0045] 具体的，在获取胶凝材料之后，对所述胶凝材料进行性能测试，在水胶比为0.5时，初凝时间为2小时，终凝时间为9小时，3天抗压强度16MPa，7天抗压强度为25MPa，28天抗压强度为45MPa，体积安定性良好，在规定时间内，膨胀率较小。

[0046] 实施例3和实施例1相比，石灰石质渣土的含量减少，所得的胶凝材料制成充填材料后，性能下降，说明，在更合适的重量份范围内，石灰石质渣土与其它成分的配合有助于提高充填材料的抗压强度。

[0047] 实施例4

[0048] 按照质量配比将45份石灰石质渣土，黏土质渣土20份，铁粉1.3份，电石渣40份，氟化钙0.7份，石膏3份，分别进行研磨处理，在进行混合、搅拌均匀，既得到胶凝材料生料，所述胶凝材料的细度标准为比表面积550㎡/kg，将上述混合料置入旋转窑中进行煅烧，煅烧温度为1350℃，旋转窑升温速度为10℃/分钟，达到预定温度后，保温30‑60分钟后取出，吹风极冷，形成胶凝材料熟料。待熟料温度降至常温后，对熟料进行研磨，研磨60‑90分钟，研磨后熟料细度80um筛余量为13％，45um筛余量为31％；

[0049] 具体的，在获取胶凝材料之后，对所述胶凝材料进行性能测试，在水胶比为0.5时，初凝时间为1.5小时，终凝时间为7.5小时，3天抗压强度26MPa，7天抗压强度为35MPa，28天抗压强度为48MPa，体积安定性良好，在规定时间内，膨胀率较小。

[0050] 实施例4和实施例1相比，电石渣的含量增多，所得的胶凝材料制成充填材料后，性能下降，说明，在更合适的重量份范围内，电石渣与其它成分的配合有助于提高充填材料的抗压强度

[0051] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。