本發(fā)明涉及建筑材料，具體涉及一種用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、

2、大型鋁廠每年都會產(chǎn)生大量的二次鋁灰，這些二次鋁灰廢料的堆積不僅占用土地資源，還對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，合理處理和利用這些廢料已成為亟待解決的難題。另一方面，磷酸鹽復(fù)合超硫酸鹽水泥體系是一種新型綠色環(huán)保材料，其低碳特性符合未來可持續(xù)發(fā)展的方向。研究如何在深基坑工程中使用這種新型低碳膠凝材料，替代傳統(tǒng)鋼筋混凝土材料，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。這不僅能夠降低深基坑工程中鋼筋混凝土的碳排放量，還能帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3、深基坑工程作為建筑地下空間開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是建筑全生命周期節(jié)能減排的重要領(lǐng)域之一。然而，目前大多數(shù)深基坑工程仍以鋼筋混凝土為主、鋼材為輔的傳統(tǒng)支護(hù)體系為主要方案。這種體系雖然具備較好的力學(xué)性能，但由于其使用壽命短、碳排放量高且不可回收等問題，弊端日益顯現(xiàn)。因此，研發(fā)全鋼制低碳新型基坑支護(hù)體系已成為深基坑工程低碳轉(zhuǎn)型的重要方向。

4、此外，隨著城市化進(jìn)程的加快，多層地下空間的開發(fā)需求不斷增加，深基坑工程的深度也隨之提升。然而，深層地下空間的開挖往往面臨更加復(fù)雜的地質(zhì)條件，例如土體力學(xué)性質(zhì)的不均勻分布，以及可能存在的不良土體和夾層等問題。這些復(fù)雜條件對基坑開挖過程中的穩(wěn)定性和安全性構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)一種適用于深基坑工程的低碳膠凝材料，不僅可以有效提升固化土的力學(xué)性能，還能改善施工環(huán)境的穩(wěn)定性，對推動深基坑工程的綠色發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提出一種用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料，充分利用二次鋁灰廢棄物，緩解廢料堆積產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，并制備出適用于深基坑的低碳膠凝材料，將其作為綠色低碳復(fù)合膠凝材料進(jìn)行推廣。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料，包括如下重量份原料：70-90份礦渣、5-10份水泥、10-30份磷石膏、5-20份改性二次鋁灰、2-10份改性5a沸石、5-10份有機(jī)固化劑、1-5份電石渣、0.03-0.2份醇胺類早強(qiáng)劑、0.5-8份磷酸二氫鉀、2-8份氧化鎂、2-3.5份酸性激發(fā)劑、20-50份水。

3、優(yōu)選的，所述改性二次鋁灰的制備方法為對二次鋁灰進(jìn)行超聲波強(qiáng)化脫氮水解處理得到。

4、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述超聲波強(qiáng)化脫氮水解處理?xiàng)l件為超聲波功率200-300，液固比5-10:1，反應(yīng)溫度60-80℃，反應(yīng)時間3-5h，ph值為10-14；由于二次鋁灰中含有大量氮化鋁，遇水會反應(yīng)生成大量氨氣，通過對二次鋁灰進(jìn)行超聲波強(qiáng)化脫氮水解處理，對其進(jìn)行超聲波強(qiáng)化脫氮水解處理可以增強(qiáng)體系活性鋁含量。

5、優(yōu)選的，所述改性5a沸石的制備方法為：將5a沸石粉末均勻置于瓷舟中攤開，然后置于馬弗爐中進(jìn)行熱活化、冷卻、干燥、密封保存得到改性5a沸石；通過對5a沸石進(jìn)行熱活化，有利于促進(jìn)膠凝材料反應(yīng)的進(jìn)行，形成更多的凝膠孔以降低平均孔徑，在基質(zhì)中起到微粒填充、內(nèi)養(yǎng)護(hù)及陽離子交換等作用，并有利于膠凝材料后期抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)。

6、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述熱火化溫度為250-350℃，活化時間為1.5-3h。

7、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述干燥溫度為40-60℃，干燥時間為48-72h。

8、優(yōu)選的，所述有機(jī)固化劑為聚丙烯酰胺；聚丙烯酰胺(pam)是一種線型高分子聚合物，具有良好的吸水性和保水性能，它通過高分子鏈的聚合、吸附、包裹作用，將土顆粒黏結(jié)成一個整體，從而構(gòu)成空間彈性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高土顆粒的整體強(qiáng)度，改善土的水穩(wěn)性和耐久性，在后期應(yīng)用階段與土壤混合時候能夠達(dá)到固化土壤的作用。

9、優(yōu)選的，所述早強(qiáng)劑為醇胺類早強(qiáng)劑，所述醇胺類早強(qiáng)劑為三乙醇胺、二乙醇單異丙醇胺、三異丙醇胺中的至少一種；醇胺類早強(qiáng)劑的加入可進(jìn)一步降低低碳復(fù)合材料的總孔隙率和孔徑分布，提高抗干燥收縮性能，顯著促進(jìn)了礦渣中si和al的水化，生成更多水化產(chǎn)物，提高抗壓強(qiáng)度。

10、本發(fā)明加入的磷酸二氫鉀可以降低用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料的的平均孔徑和孔隙率，顯著提高材料的早期強(qiáng)度，同時改善材料表面“泛霜”現(xiàn)象。加入氧化鎂也會水化生成的氫氧化鎂會填補(bǔ)在試件孔隙中，導(dǎo)致早期強(qiáng)度增加并減緩了侵蝕溶液中鎂離子進(jìn)入試件內(nèi)部的時間，提高了用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料的抗鎂離子侵蝕性能。

11、優(yōu)選的，所述酸性激發(fā)劑為磷酸；磷酸中po4-四面體單元與礦渣、水泥、石膏中的無定形sio2反應(yīng)，一方面形成無定形(-si-o-po-)結(jié)構(gòu)，另一方面與二次鋁灰中的alo2反應(yīng)，得到結(jié)晶的alpo4并最終在無定形相中縮聚；此外二次鋁灰能增強(qiáng)復(fù)合材料中多出的鎂鋁尖晶石和三羥鋁石物相，提高了各個齡期水化產(chǎn)物的生成量，從而提高用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料的強(qiáng)度。

12、本發(fā)明還公開了所述用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料的制備方法，包括如下步驟：

13、s1、按配方稱取各組分，將電石渣與磷石膏混合后密封放置，得到改性磷石膏；

14、s2、將礦渣、水泥、改性磷石膏、二次鋁灰、改性5a沸石、有機(jī)固化劑、早強(qiáng)劑、磷酸二氫鉀、氧化鎂混合攪拌均勻，得到干混料；

15、s3：將磷酸加入到水中充分混合后得到磷酸水溶液；

16、s4：將干混料加入到磷酸水溶液中，混合攪拌均勻，得到漿體；

17、s5：將漿體裝入模具中，在振動臺上振實(shí)后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)得到所述用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料。

18、優(yōu)選的，所述s1步驟中密封放置時間為1-2d；通過工業(yè)廢棄物電石渣對磷石膏進(jìn)行密封改性，由于水溶性氟容易浸出附著在磷石膏的表面阻止水化進(jìn)程，導(dǎo)致凝結(jié)硬化時間延長從而影響低碳復(fù)合材料的早期強(qiáng)度，電石渣與磷石膏中的酸性殘余物如氟離子發(fā)生反應(yīng)，將水溶性氟離子轉(zhuǎn)化為惰性的水不溶鹽。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

20、1)本發(fā)明的用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料通過充分利用工業(yè)廢料礦渣、二次鋁灰、電石渣、磷石膏，減少了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，將工業(yè)固體廢棄物轉(zhuǎn)化為環(huán)保的建筑材料，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化、功能化、綠色化，可以替代傳統(tǒng)鋼筋混凝土材料，顯著降低深基坑工程中的碳排放量，助力建筑行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型，符合“雙碳”目標(biāo)的要求；

21、2)本發(fā)明的用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料具有較好的力學(xué)強(qiáng)度，其28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到42.2-52.3mpa，顯著高于傳統(tǒng)固化土(ep30的30mpa)，強(qiáng)度提升率能達(dá)到40.67-74.33％，滿足深基坑工程對高強(qiáng)度和穩(wěn)定性的需求。

技術(shù)特征：

1.一種用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料，其特征在于，包括如下重量份原料：70-90份礦渣、5-10份水泥、10-30份磷石膏、5-20份改性二次鋁灰、2-10份改性5a沸石、5-10份有機(jī)固化劑、1-5份電石渣、0.03-0.2份醇胺類早強(qiáng)劑、0.5-8份磷酸二氫鉀、2-8份氧化鎂、2-3.5份酸性激發(fā)劑、20-50份水。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳復(fù)合膠凝材料，其特征在于：所述改性二次鋁灰的制備方法為對二次鋁灰進(jìn)行超聲波強(qiáng)化脫氮水解處理得到。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低碳復(fù)合膠凝材料，其特征在于：所述超聲波強(qiáng)化脫氮水解處理?xiàng)l件為超聲波功率200-300，液固比5-10:1，反應(yīng)溫度60-80℃，反應(yīng)時間3-5h，ph值為10-14。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳復(fù)合膠凝材料，其特征在于，所述改性5a沸石的制備方法為：將5a沸石粉末均勻置于瓷舟中攤開，然后置于馬弗爐中進(jìn)行熱活化、冷卻、干燥、密封保存得到改性5a沸石。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低碳復(fù)合膠凝材料，其特征在于：所述熱火化溫度為250-350℃，活化時間為1.5-3h。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低碳復(fù)合膠凝材料，其特征在于：所述干燥溫度為40-60℃，干燥時間為48-72h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳復(fù)合膠凝材料，其特征在于：所述有機(jī)固化劑為聚丙烯酰胺。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳復(fù)合膠凝材料，其特征在于：所述早強(qiáng)劑為醇胺類早強(qiáng)劑，所述醇胺類早強(qiáng)劑為三乙醇胺、二乙醇單異丙醇胺、三異丙醇胺中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳復(fù)合膠凝材料，其特征在于：所述酸性激發(fā)劑為磷酸。

10.一種權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述低碳復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于，所述包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料及其制備方法，屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。所述用于深基坑工程的低碳復(fù)合膠凝材料，包括如下重量份原料：70?90份礦渣、5?10份水泥、10?30份磷石膏、5?20份改性二次鋁灰、2?10份改性5A沸石、5?10份有機(jī)固化劑、1?5份電石渣、0.03?0.2份醇胺類早強(qiáng)劑、0.5?8份磷酸二氫鉀、2?8份氧化鎂、2?3.5份酸性激發(fā)劑、20?50份水，通過充分利用工業(yè)廢料礦渣、二次鋁灰、電石渣、磷石膏，減少了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，將工業(yè)固體廢棄物轉(zhuǎn)化為環(huán)保的建筑材料，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化、功能化、綠色化，可以替代傳統(tǒng)鋼筋混凝土材料，顯著降低深基坑工程中的碳排放量，助力建筑行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型。

技術(shù)研發(fā)人員：曾紀(jì)文,陳明,王璐,賀浩,嚴(yán)勇,段平,胡福龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8