CN100562501C - 一种淤泥固化剂及其应用 - Google Patents

Abstract

一种淤泥固化剂及其应用，属于土壤处理用化学品技术领域。其特征在于它包括如下重量份数配比的粉剂和液剂原料组成，所述粉剂包括水泥熟料30～60，炉渣或矿渣30～60，石灰3～8，石膏1～7，其它硫酸盐1－7；所述液剂聚丙烯酰胺5～30，聚合氯化铝0～20，甘露醇0～30，木质素磺酸盐20～80，木质素磺酸盐与铁、铬离子络合物0～30，烷基酚聚氧乙烯醚0.2～2，丹宁酸0～10，腐殖酸盐0～10，α－烯烃磺酸盐0.2～2.5。该淤泥固化剂所采用的各组分均为市售商品或容易得到的工业排放物，制作成本较低，同时进行淤泥固结处理时的掺加量少，固结体强度高、耐水性能好。可广泛的应用于清淤淤泥的固化处理、公路基层土的强化和水体底部泥层的防渗漏处理。

Description

一种淤泥固化剂及其应用

技术领域

本发明属于土壤处理用化学品技术领域，尤其涉及一种用于不同含水量泥土的固化处理用化学品及其应用。

背景技术

随着全球经济的发展和改造地球地理环境活动的增加，沿海和内陆河流及湖泊的清淤作业，以及城市水道的清淤工作越来越多。我国大中城市每年的水道清淤所产生的淤泥数量近亿立方米。该淤泥的处理一般采用海中定点排放和陆地堆放方式，由于该方法存在重大的环保问题难以解决，遂改为垃圾填埋、固化造路、制造建筑材料和制肥等人工消纳方法，其中应用量最大的是固结造路。淤泥经过固结可使淤泥中含有的重金属、有机污染物和病原菌所造成的二次污染大大降低。国内外普遍采用的方式是将水泥类无机材料与淤泥一起搅拌均匀，然后进行摊铺。但是水泥类材料用于淤泥固结时的添加量较大，采用水泥固结高含水率(90～300％)淤泥的添加量范围在8～30％之间，固结后的淤泥7日后的无侧限抗压强度仅为0.15～0.6Mpa。国内淤泥固化技术还有采用掺加大量无机材料如粉煤灰、石灰、矿渣、炉渣等的方法，其掺加数量高达25％-60％，因材料来源紧张、运输量大等原因，难于推广。

真空预压处理淤泥用于造地和建设是目前提高淤泥承载力的又一种较普遍的物理施工方法。此法借助大气压力来减少淤泥含水量。吹填落淤后应用真空预压法造地在国内已有20多年的历史，施工周期长是此法推广使用受到限制的主要原因。一般施工周期在4～6个月，处理后淤泥所达无侧限抗压强度只有0.06～0.08Mpa。而国内淤泥质地基承载要求一般为0.08～0.25Mpa，美国为0.35Mpa，日本为0.3Mpa。能否通过掺加固化剂在淤泥中，利用物理与化学相结合的方法缩短施工周期，提高承载强度，这是淤泥处理技术发展的方向。

传统的道路修筑方法是首先开挖摒弃不合格原土，置换大量沙石材料，其主要原因是原土固化的无侧限抗压强度低，吸水后强度更低。传统筑路方法不仅要耗费大量资源，支付大量材料费和运费，还会对环境造成较大的破坏。如何利用现有原土并有效提高原土的无侧限抗压强度和板体性能是解决筑路问题的技术研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺加量少、淤泥固结体强度高、耐水性好的淤泥固化剂及其作为清淤固化剂、筑路基土固化剂和水体底部淤泥防漏固化剂的应用，解决了现有淤泥固化技术存在的固结体强度低、淤泥脱水困难、外来掺加材料占比重大的缺点。

本发明采用的技术方案如下：

一种淤泥固化剂，其特征在于它包括如下重量份数配比的粉剂和液剂原料组成，所述粉剂包括如下重量配比的组分组成：水泥熟料30～60重量份，炉渣或矿渣30～60重量份，石灰3～8重量份，石膏1～7重量份，其它硫酸盐1-7重量份；所述液剂包括如下重量配比的组分组成：聚丙烯酰胺5～30重量份，聚合氯化铝0～20重量份，甘露醇0～30重量份，木质素磺酸盐20～80重量份，木质素磺酸盐与铁、铬离子络合物0～30重量份，烷基酚聚氧乙烯醚0.2～2重量份，丹宁酸0～10重量份，腐殖酸盐0～10重量份，α-烯烃磺酸盐0.2～2.5重量份。

所述的水泥熟料为硅酸盐水泥熟料；所述炉渣或矿渣是经过高温过程煅烧的活性材料；所述石灰为生石灰，所述的其它硫酸盐选自硫酸钠、硫酸镁或硫酸铝。

所述淤泥固化剂的粉剂原料中还包含有0.2～2.0重量份，主要成分为聚次甲基萘磺酸钠的萘系高效减水剂。

所述的液剂是由如下重量配比的原料组成：聚丙烯酰胺5～30重量份，聚合氯化铝5～20重量份，甘露醇5～30重量份，木质素磺酸盐20～80重量份，5～30重量份的木质素磺酸盐与铁、铬离子络合物，烷基酚聚氧乙烯醚0.2～2重量份，丹宁酸1～10重量份，腐殖酸盐2～10重量份，α-烯烃磺酸盐0.2～2.5重量份。

所述的α-烯烃磺酸盐可以用0.1～1.0重量份的烯烃磺酸盐、0.1～1.0重量份的羟烷基磺酸盐和0.1～0.5重量份的二磺酸盐代替。

该淤泥固化剂作为修筑道路基层土的固化处理剂的应用。

该淤泥固化剂还可作为河湖及海岸疏浚清淤所产生的淤泥固化制备土工材料的应用。

该淤泥固化剂作为河、湖、渠、水库水体的底层防渗漏处理剂的应用。

该淤泥固化剂中的粉剂是将各组分经过磨细混合配制而成，当用于淤泥的固化处理时，其加入量为淤泥重量的4～10％，它主要通过硅酸盐的水化反应物硅酸二钙和硅酸三钙吸收部分水分，活性无机材料炉渣或矿渣的火山灰反应以及由它们形成结晶质点和空间网架，前期作为通道有利于排出淤泥中的水分，后期作为骨架，有利于增加固结体强度。液剂加入量为淤泥重量的0.01％～0.1％，其主要作用是增强脱水率和脱水速度。使用时可以将粉剂加入适量水调制成泥浆，然后按比例将粉剂和液剂加入到淤泥中。如加入到含水率60～300％的淤泥中，可以泵送到较远距离的地方，脱水速度快，沉积固结体强度高。加入到含水率20～60％的淤泥中可直接搅拌、摊铺后固结强化。经检测，掺入该淤泥固化剂的淤泥在室内放置2日然后浸水5日后的无侧限抗压强度可以达到0.25～0.6Mpa，并且具有优越的防水性、水稳定性和水硬性的特点。尤其是淤泥中所含的重金属、病原体等污染物被固结、封闭后大大减少了其渗出率，有良好的环保性能。

炉渣和各种矿渣，如煤渣、铝矿渣、铁矿渣、火山灰等在燃烧或工业生产中经过了高温煅烧，具有很高的物理活性，能有效增强固化剂的固结性能。在该淤泥固化剂中的粉剂中加入现已商品化应用的萘系水泥高效减水剂，该淤泥固化剂的固结效果会相应的增强。

在采用该淤泥固化剂进行道路修筑的淤泥路基处理时，可适当增加掺入淤泥固化剂的比例，同时淤泥的性能也会相应提高，当淤泥含水率接近筑路基土最佳含水率时，直接掺加8％左右的粉剂和0.1％左右的液剂可使基土强度达到2.1Mpa。而我国国内淤泥质地基承载要求为0.08～0.25Mpa。

本发明提供的淤泥固化剂能够在道路路基的处理上得到应用，采用该淤泥固化剂对开挖的基土进行固结处理并压实，其筑路成本不仅可以降低50％，并且其路基的各项性能明显好于常规石灰、沙石路基，利用该淤泥固化剂进行筑路，其路面平整光洁，板体性好强度高，耐久性和稳定性好，在不同气候条件稳定性高，如遇冻不裂不翻浆，遇水不软不泥泞。在同等道路设计强度水平上，路面层与基层厚度可减薄约三分之一。在低交通流量或偏远地区其固结体层可以直接作为简易路面使用。使用该淤泥固化剂还还可将疏浚清淤的淤泥转变为土工材料，将该淤泥固化剂与淤泥搅拌均匀后，可以根据含水率的不同进行铺摊压实、真空预压、输送带挤压或离心脱水工艺使淤泥在短期内固结，其固结体可以达到较高的地基承载强度，可用于造岛，筑路基，围堰造地，以及作建筑材料等，可经长期的海水淡水的浸泡而不会出现浸出污染并又能保持一定的强度。

采用本发明提供的淤泥固化剂对河流、湖泊等大型水体底部和侧面的土体进行固结处理，能够完全替代塑料膜，消除塑料膜施工对水体周边草木植被等生态平衡的不利影响。并且其土体的渗透系数可以通过调节淤泥固化剂的掺入量来调整。施工方式可以根据当地的工程条件，采用湿法搅拌摊铺施工或者干法搅拌压实施工的方式实现。

使用该淤泥固化剂进行公路基层土的固化时，粉剂的加入量为处理土重量的4％左右，液剂掺加量为处理土重量的0.04％左右，7日无侧限浸水抗压强度可达到3.8Mpa。

该淤泥固化剂所采用的各组分均为市售商品或容易得到的工业排放物，制作成本较低，同时进行淤泥固结处理时的掺加量少，固结体强度高、耐水性能好。可广泛的应用于清淤淤泥的固化处理、公路基层土的强化和水体底部泥层的防渗漏处理。

附图说明

图1是实施例1和对比例中使用不同固化剂对淤泥固化后的无侧限抗压强度和掺加比率对照曲线图。

具体实施方式

实施例1按下述重量配比取淤泥固化剂的各原料组分：

其中的粉剂原料为：普通硅酸盐水泥熟料45kg，活性炉渣40kg，熟石灰5kg，石膏5kg，硫酸钠5kg；

液剂的原料组成为：聚丙烯酰胺15kg，木质素磺酸钙75kg，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)2.0kg，α-烯烃磺酸盐2.5kg。

将粉剂各原料研磨成200目左右的细粉，混合均匀，将液剂的各组分混合得到该淤泥固化剂的粉剂和液剂。

应用实施例1制备的该淤泥固化剂对淤泥进行固结处理实验，并同时用其它固化剂作对比试验。实验选用宁波市东钱湖清淤淤泥作为试验淤泥，经测定该淤泥含水率为100％。

将实施例1制备的淤泥固化剂的液剂和粉剂按1∶100的重量配比混合，然后加入适量水调配成粘稠的泥浆，掺加到淤泥中进行固结处理，先将固结处理的淤泥在模型内放置1天，脱模后室温放置1天，浸水5天，然后进行无侧限抗压强度测定。同时选用水泥(编号I)、单组分固化剂即上述单独粉剂(编号II)、上述配制的本发明的淤泥固化剂(编号III)以及该淤泥固化剂中按1％的重量比加入市售水泥萘系早强剂的复合固化剂(编号IV)进行固结和无侧限抗压强度测定。各固化剂及其添加量与无侧限抗压强度的关系见图1。

由图1中可以看出，单独掺加水泥的固结体不易脱水，因此强度很低，同时随着水泥添加量的增加，其无侧限抗压强度的增幅较小。编号II的单组分固化剂的固结体的强度比添加水泥固结体的强度提高了约67％，但随着添加量的增加，其无侧限抗压强度的增幅也较小。掺入本发明的淤泥固化剂得到的固结体的无侧限抗压强度较添加水泥提高了2.7～3.2倍，并且随着添加量的提高，固结体的强度增幅较大。当掺入本发明的淤泥固化剂的同时再加入水泥早强剂时，固结体的强度相应的有一定程度的增加，这是由于该淤泥固化剂中的水泥组分得到该水泥早强剂增强的可预测表现。可见本发明的淤泥固化剂能够与其它固化剂同时使用，不会存在负面的影响。

实施例2按下述重量配比取淤泥固化剂的各原料组分：

其中的粉剂原料为：硅酸盐水泥熟料30kg，活性矿渣60kg，石灰4kg，石膏2kg，硫酸铝4kg；

液剂的原料组成为：聚丙烯酰胺30kg，聚合氯化铝5kg，甘露醇5kg，木质素磺酸钠20kg，木质素磺酸钠与铁离子的络合物30kg，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-7)2.0kg，丹宁酸8kg，α-烯烃磺酸盐0.2kg。

将上述淤泥固化剂的粉剂原料粉碎后混合，将液剂各原料搅拌混合均匀得到该淤泥固化剂。

应用实施例2配制的该淤泥固化剂对河北省唐山曹妃甸的一种淤泥进行固结处理，该淤泥的晾干时间较长，含水率为20％，加入该淤泥固化剂的粉剂比重为8％，加入液剂的重量比为为0.01％，将淤泥搅拌均匀击实，室温放置6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为2.1Mpa。

实施例3按下述重量配比取淤泥固化剂的各原料组分：

其中的粉剂原料为：硅酸盐水泥熟料60kg，活性炉渣30kg，石灰3kg，石膏3kg，硫酸铝4kg；

液剂的原料组成为：聚丙烯酰胺5kg，聚合氯化铝10kg，甘露醇20kg，木质素磺酸钠60kg，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-15)0.5kg，丹宁酸1.0kg，腐殖酸钠2.0kg，α-烯烃磺酸盐0.5kg。

将上述淤泥固化剂的粉剂原料粉碎后混合，将液剂各原料搅拌混合均匀得到该淤泥固化剂。

应用实施例3配制的淤泥固化剂对河北唐山曹妃甸的淤泥进行固结处理，所处理淤泥的含水率为40％，加入该淤泥固化剂的粉剂比重为7％，液剂比重为0.05％，将处理后的淤泥室温放置2天，浸水后5天测定的无侧限抗压强度为0.50Mpa。对该固结处理后的固结体进行防渗漏试验，发现其具有良好的防渗漏性。可见该淤泥固化剂能够完全代替塑料膜作为大型水体的防渗漏处理，并且水体地面和侧面土体的渗透系数可以根据调节掺入本发明固化剂的量和施工方式来进行调节。

实施例4按下述重量配比取淤泥固化剂的各原料组分：

其中的粉剂原料为：硅酸盐水泥熟料60kg，活性炉渣30kg，石灰6kg，石膏7kg，硫酸镁1kg；

液剂的原料组成为：聚丙烯酰胺10kg，木质素磺酸钙80kg，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)2.0kg，丹宁酸5.0kg，腐殖酸钠3.0kg，α-烯烃磺酸钠0.3kg。

将上述淤泥固化剂的粉剂原料粉碎后混合，将液剂各原料搅拌混合均匀得到该淤泥固化剂。

取宁波东钱湖淤泥，含水率为100％，加入该淤泥固化剂的粉剂比重为8％，有机液剂为0.05％，固结体在室温下放置两天，浸水5天后测定其无侧限抗压强度为0.52Mpa。

实施例5按下述重量配比取淤泥固化剂的各原料组分：

其中的粉剂原料为：硅酸盐水泥熟料40kg，活性炉渣50kg，生石灰8kg，石膏1kg，硫酸镁7kg；

液剂的原料组成为：聚丙烯酰胺10kg，聚合氯化铝7kg，甘露醇0.5kg，木质素磺酸钠80kg，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-15)2kg，α-烯烃磺酸钠0.5kg。

将上述淤泥固化剂的粉剂原料粉碎后混合，将液剂各原料搅拌混合均匀得到该淤泥固化剂。

取天津海边淤泥进行固结处理实验，淤泥含水率为80％，掺入该淤泥固化剂粉剂的比重为8％，液剂比重为0.04％，固结体在室温下放置2天，浸水5天后测定其无侧限抗压强度为0.46Mpa。采用同等量的该淤泥固化剂进行固结处理，同时掺入一种水泥早强剂为1％，放置条件同上，7日后测定其无侧限抗压强度为0.57Mpa。

应用实施例5配制的淤泥固化剂对天津海边的另一种淤泥进行固结处理，淤泥含水率为24％，掺入该淤泥固化剂的粉剂比重为8％，液剂比重为0.03％，室温放置6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为0.97Mpa。

实施例6按下述重量配比取淤泥固化剂的各原料组分：

其中的粉剂原料为：硅酸盐水泥熟料60kg，活性铝矿渣30kg，石灰3kg，石膏6kg，硫酸铝1kg；

液剂的原料组成为：聚丙烯酰胺10kg，聚合氯化铝20kg，甘露醇0.5kg，木质素磺酸钠50kg，木质素磺酸钠与铬离子的络合物5kg，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-15)2.0kg，丹宁酸5.0kg，腐殖酸钠10kg，烯烃磺酸钠1.5kg，羟烷基磺酸钠0.5kg，二磺酸钠0.5kg。

将上述淤泥固化剂的粉剂原料粉碎后混合，将液剂各原料搅拌混合均匀得到该淤泥固化剂。

应用该淤泥固化剂对北京亚粘土进行固结处理实验。将亚粘土的含水量调节到14％，掺入该淤泥固化剂的粉剂比重为4％，液剂比重为0.04％，固结体室温放置6天，浸水1天后测定其无侧限抗压强度为3.8Mpa。可见经过该淤泥固化剂进行固结处理的粘土的强度能够完全满足筑路基土的性能要求。

Claims (7)

1.一种淤泥固化剂，其特征在于它由如下重量份数配比的粉剂和液剂原料组成，所述粉剂由如下重量配比的组分组成：水泥熟料30～60重量份，炉渣或矿渣30～60重量份，石灰3～8重量份，石膏1～7重量份，其它硫酸盐1-7重量份；所述液剂由如下重量配比的组分组成：聚丙烯酰胺5～30重量份，聚合氯化铝0～20重量份，甘露醇0～30重量份，木质素磺酸盐20～80重量份，木质素磺酸盐与铁或铬离子络合物0～30重量份，烷基酚聚氧乙烯醚0.2～2重量份，丹宁酸0～10重量份，腐殖酸盐0～10重量份，α-烯烃磺酸盐0.2～2.5重量份。

2.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于所述的水泥熟料为硅酸盐水泥熟料；所述炉渣或矿渣是经过高温过程煅烧的活性材料；所述石灰为生石灰，所述的其它硫酸盐选自硫酸钠、硫酸镁或硫酸铝。

3.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于所述的液剂是由如下重量配比的原料组成：聚丙烯酰胺5～30重量份，聚合氯化铝5～20重量份，甘露醇5～30重量份，木质素磺酸盐20～80重量份，5～30重量份的木质素磺酸盐与铁或铬离子络合物，烷基酚聚氧乙烯醚0.2～2重量份，丹宁酸1～10重量份，腐殖酸盐2～10重量份，α-烯烃磺酸盐0.2～2.5重量份。

4.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于所述的α-烯烃磺酸盐用0.1～1.0重量份的烯烃磺酸盐、0.1～1.0重量份的羟烷基磺酸盐和0.1～0.5重量份的二磺酸盐代替。

5.权利要求1所述的淤泥固化剂作为修筑道路基层土的固化处理剂的应用。

6.权利要求1所述的淤泥固化剂作为河湖及海岸疏浚清淤所产生的淤泥固化制备土工材料的应用。

7.权利要求1所述的淤泥固化剂作为河、湖、渠、水库水体的底层防渗漏处理剂的应用。

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