一种稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土及其制备方法与流程
本发明属于土木工程材料与固体废物资源化，具体涉及一种稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土及其制备方法。
背景技术：
1、流态固化土是将工程渣土、固化剂、水及外加剂拌合形成的可泵送浇筑、硬化后具有一定强度的岩土工程材料，在基坑回填、管廊沟槽回填、路基填筑、采空区充填等工程中应用日益广泛。现有流态固化土多以水泥为唯一或主要固化剂，水泥掺量通常达10%～20%。水泥生产碳排放强度高，在“双碳”目标约束下，开发低水泥乃至无水泥的固废基胶凝体系是该领域的重要方向。
2、稻壳灰是稻壳经控温燃烧后的生物质固废，sio2含量可达85%以上且呈无定形态，火山灰活性高，已被用作混凝土掺合料；粒化高炉矿渣粉是成熟的辅助胶凝材料，经碱激发可形成强度主体。二者协同构成低水泥胶凝体系在碾压固化土中已有研究。然而，流态固化土对拌合物流动性有严格要求，扩展度一般不小于200 mm，而稻壳灰孔隙丰富、比表面积大、吸附水能力强，直接掺入会大量吸收拌合水，导致拌合物流动性骤降、泵送困难。稻壳灰的高需水量与流态固化土的高流动性要求之间存在固有矛盾，现有技术均未给出解决方案，也未见以稻壳灰-矿渣为主体胶凝组分的低碳流态固化土的公开。
3、综上，如何化解稻壳灰高需水量与流态固化土高流动性之间的矛盾，建立以碳排放降低幅度为定量约束的低水泥配比体系，是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土及其制备方法，通过稻壳灰预饱水处理化解高需水量与高流动性的矛盾，以矿渣碱激发体系为强度主体，将水泥掺量降至4份以下，实现低碳与性能的统一。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
3、一种稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土，按重量份计由以下原料制成：工程渣土100份（以干基计）、粒化高炉矿渣粉15～35份、稻壳灰5～15份、硅酸盐水泥0～4份、碱激发剂1～3份、聚羧酸减水剂0.1～0.3份；水固比为0.50～0.65；所述稻壳灰为经加水浸泡至饱和面干状态的预饱水稻壳灰。
4、本发明的核心机理在于预饱水稻壳灰在体系中的三重作用。其一为释水保塑：稻壳灰孔隙中预先储存的吸附水在拌合与泵送过程中逐步释放，补偿稻壳灰自身的高需水量，拌合物流动性因而得以保持。其二为内养护：硬化过程中孔隙水继续缓慢释放，维持胶凝组分的水化环境，减少自干燥收缩。其三为火山灰反应：稻壳灰中的无定形sio2与体系中的ca(oh)2反应生成附加c-(a)-s-h凝胶，填充孔隙并提高后期强度。矿渣粉在碱激发剂作用下生成n-a-s-h与c-(a)-s-h凝胶网络，构成固化土的强度主体。
5、本发明所述的稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土的制备方法，包括以下步骤：
6、s1、稻壳灰预饱水处理：将稻壳灰加水浸泡不少于2 h至饱和面干状态，得到预饱水稻壳灰；
7、s2、渣土预拌：将工程渣土破碎、筛分、除杂后，加入部分拌合水预拌，形成均匀泥浆；
8、s3、稻壳灰分散：向所述泥浆中加入预饱水稻壳灰及剩余拌合水，搅拌均匀，使稻壳灰在泥浆中充分分散；
9、s4、胶凝组分拌合：依次加入粒化高炉矿渣粉、硅酸盐水泥，搅拌均匀；
10、s5、激发与调塑：加入碱激发剂溶液和聚羧酸减水剂，搅拌均匀，得到流态固化土拌合物；
11、s6、浇筑养护：将所述拌合物泵送或溜槽输送至回填部位浇筑，自流平、自密实成型，保湿养护不少于7 d。
12、与现有技术相比，本发明的优点在于：
13、（1）水泥掺量不大于4份，单方碳排放86～125 kgco2e/m³，较纯水泥固化土降低53%～68%；
14、（2）预饱水稻壳灰释水保塑，拌合物扩展度不小于200 mm，满足泵送要求；
15、（3）碱激发与火山灰反应协同，28 d无侧限抗压强度1.96～2.21 mpa，满足回填工程要求；
16、（4）每立方米产品可消纳稻壳灰约80～200 kg、矿渣粉约250～500 kg、工程渣土约1.2～1.5 t。
1.一种稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土，其特征在于，按重量份计由以下原料制成：工程渣土100份（以干基计）、粒化高炉矿渣粉15～35份、稻壳灰5～15份、硅酸盐水泥0～4份、碱激发剂1～3份、聚羧酸减水剂0.1～0.3份；水固比为0.50～0.65；所述稻壳灰为经加水浸泡至饱和面干状态的预饱水稻壳灰。
2.根据权利要求1所述的稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土，其特征在于，所述稻壳灰的sio2质量含量不小于85%，烧失量不大于6%，比表面积不小于30 m²/g；所述稻壳灰由稻壳经650～750 ℃控温燃烧制得。
3. 根据权利要求1所述的稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土，其特征在于，所述预饱水处理为：将稻壳灰加水浸泡不少于2 h，使其孔隙吸附水达到饱和面干状态；预饱水稻壳灰的含水率为其干燥质量的80%～120%。
4.根据权利要求1所述的稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土，其特征在于，所述碱激发剂为模数1.0～1.6的钠水玻璃，或钠水玻璃与氢氧化钠的复合激发剂；所述碱激发剂以na2o当量计的掺量为胶凝材料总质量的3%～7%。
5.根据权利要求1所述的稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土，其特征在于，所述粒化高炉矿渣粉为s95级及以上，比表面积不小于400 m²/kg；所述工程渣土为工程弃土、盾构渣土或河湖淤泥中的一种或多种，含水率不大于40%，粒径不大于5 mm的颗粒占比不小于80%。
6.根据权利要求1所述的稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土，其特征在于，所述流态固化土的流动扩展度不小于200 mm，泌水率不大于3%，28 d无侧限抗压强度为0.8～2.5 mpa，单方碳排放较纯水泥流态固化土降低50%以上。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中预拌时间为2～3 min；步骤s3至s5均采用强制式搅拌机，每步搅拌时间为1～3 min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤s6中浇筑后24 h内避免扰动，采用覆膜或洒水方式保湿养护，养护环境温度不低于5 ℃。
10.一种如权利要求1～6任一项所述的稻壳灰-矿渣基低碳流态固化土在基坑回填、管廊沟槽回填、路基填筑或采空区充填工程中的应用。