CN102295442B - 一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，包括矿渣微粉、粉煤灰、水泥、氧化钙、柠檬酸废石膏、木质素、激发剂和活性去味剂。本发明所解决的技术问题是，通过在海洋疏浚及滩涂淤泥中搅拌加入淤泥固化材料，解决了海洋疏浚及滩涂淤泥的固化与工程利用问题。通过本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，充分利用废石膏、矿渣以及木屑等工矿企业废料来作为海洋淤泥固化的填充剂与添加剂，保证了海洋淤泥固化产品力学性能与建筑实用性和环保性的同时，还实现了对自然淤泥与产业废料的充分与合理利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种淤泥以及高含水率淤泥质土的固化处理材料，特别是一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料。
背景技术
工程建设还有社会基础建设中，都需要有大量的土方以及相对强度的基础材料，石料虽为适合进行大范围应用的高强度基础建设材料，但当前，无论是社会还是国家，在要求环保的前提下，作为一项不可再生自然资源，石料的开采是受到国家监控和限制的。在这种情况下寻求石料的替代产品就显得十分的必要，同样这一替代产品的市场前景在不间断的工程与社会基础建设的前提下是十分理想的。
我国有漫长的海岸线，有众多的内河入海口，海洋和滩涂提供了十分丰富和庞大的海洋淤泥软土资源。而海洋淤泥又是海岸港口、河道保持畅通所不得不面对的问题，每年都会通过对港口和江海航道的清淤工作获得大量的淤泥，而由于海洋淤泥同样具有一般内湖淤泥所具有的强度差、流动性强等的特点，同时海洋淤泥还存在含盐度高的特性，因而与内湖淤泥不同的是，海洋淤泥的处理与利用必须考虑到海洋淤泥的高含盐率所带来的吸湿性等问题，以及海洋淤泥所含的盐份对周围环境的影响和腐蚀性问题。
而目前在沿海开发建设的过程中，基建土方是施工建设所面临的首要问题，如何使传统的江海航道以及港口疏浚清淤所获得的淤泥转变成为工程建设用土方甚至是受力材料是一个较为突出的问题。
发明内容
针对以上问题本发明公开了一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，通过在海洋疏浚及滩涂淤泥中添加固化材料，使海洋淤泥转化为有效的工程建设土方。
本发明公开了一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，所述的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料的配方中各组份的质量百分比为：
矿渣微粉 40-50%；
粉煤灰 15-20%；
水泥 15-25%；
氧化钙 10-17%；
柠檬酸废石膏 2.5-5%；
木质素 0.1-0.3%；
激发剂 0.5-1%；
所述的激发剂为硫酸钠或碳酸钠或氢氧化钠。
所述的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料还包括活性去味剂。
所述的活性去味剂为氧化去味剂或者盐类去味剂或者酸碱去味剂。
所述的活性去味剂是微生物去味剂。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，通过在海洋疏浚及滩涂淤泥中添加矿渣微粉、粉煤灰、水泥、氧化钙、废石膏、木质素、激发剂以及去味剂，使海洋疏浚及滩涂淤泥转化为有效的工程建设土方材料。这种固化后的海洋淤泥可用于工程回土填筑，围堰坝堤，路基路堤，地面硬化以及绿化种植基土等多项工程建设领域，替代了在淤泥软土上进行建设所采用的耕地土方、开山抛石进行挤淤填筑的传统工艺，保护了不可再生的山体，保护了耕地良田，保护了生态环境。同时大规模的疏浚海洋淤泥的利用，可降低河床，提高通航能力，净化海水，促进海洋生物循环发展生存，并解决了海洋淤泥疏浚上岸后堆放的出路，将大量的废弃固体资源再生利用，节能减排，变废为宝。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明公开了一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，所述的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料的配方中各组份的质量百分比为：
矿渣微粉 40-50%；
粉煤灰 15-20%；
水泥 15-25%；
氧化钙 10-17%；
柠檬酸废石膏 2.5-5%；
木质素 0.1-0.3%；
激发剂 0.5-1%；
所述的激发剂为硫酸钠或碳酸钠或氢氧化钠。
所述的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料还包括活性去味剂。
所述的活性去味剂为氧化去味剂或者盐类去味剂或者酸碱去味剂。
所述的活性去味剂是微生物去味剂。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料中矿渣微粉和粉煤灰组份的作用，主要为海洋疏浚及滩涂淤泥固化结构增强材料，起到“微集料填充”和“骨架支撑”作用。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料中水泥组份的作用：是经水化、水解反应生成水化钙晶体，产生土颗粒的胶结作用。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料中氧化钙的作用主要为：一是具有强吸水性，可以显著降低淤泥产品固化初期的含水率；二是氧化钙吸收自由水反应生成的氢氧化钙，为淤泥的固化反应提供了合适的碱性反应环境，有利于固化反应的发生。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料中木质素组份的作用，主要是将以上反应所建立的硅酸钙晶体网架空间中多余的水份形成泌水通道淅出。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料中废石膏的主要作用是减小淤泥中有机质所给淤泥固化所带来的不良因素，对海淤中偏高的含盐量及PH值起到中和作用，并保持固化土的塑性，使其不易开裂。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料中活性去味剂是在淤泥输入搅拌是进行表面喷洒。
具体实施例1
一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料其组份（质量百分比）为：矿渣微粉40％、粉煤灰20％、水泥24％、氧化钙10.3％、柠檬酸废石膏4.7％、木质素0.3％，激发剂0.7%。其中矿渣微粉的细度为400m2/kg；粉煤灰为C级，CaO含量不低于10%；氧化钙的消解温度不低于60℃，消解时间为中速；水泥标号不低于#325同时不得使用早强水泥。
活性去味剂按淤泥质量的0.1%在淤泥输入搅拌的过程中进行喷洒。
按照本配比配置海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，在每立方米淤泥中（淤泥含水率控制在80％以下）掺合80kg固化材料（搅拌均匀），其中活性去味剂是在淤泥输入搅拌时进行表面喷洒。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达80kpa,28d无侧限抗压强度达125kpa, 90d无侧限抗压强度为28d时的1.25倍，淤泥固化后的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -7cm/s。
具体实施例2
一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料其组份（质量百分比）为：矿渣微粉45％、粉煤灰17％、水泥18％、氧化钙15％、柠檬酸废石膏3.9％、木质素0.3％，激发剂0.8%。其中矿渣微粉的细度为400m2/kg；粉煤灰为C级，CaO含量不低于10%；氧化钙的消解温度不低于60℃，消解时间为中速；水泥标号不低于#325同时不得使用早强水泥。
活性去味剂按淤泥质量的0.1%在淤泥输入搅拌的过程中进行喷洒。
按照本配比配置海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，在每立方米淤泥中（淤泥含水率控制在80％以下）掺合80kg固化材料（搅拌均匀），其中活性去味剂是在淤泥输入搅拌时进行表面喷洒。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达90kpa,28d无侧限抗压强度达140kpa, 90d无侧限抗压强度为28d时的1.25倍，淤泥固化后的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -7cm/s。
具体实施例3
一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料其组份（质量百分比）为：矿渣微粉50％、粉煤灰15％、氧化钙16％、水泥15％、柠檬酸废石膏2.8％、木质素0.3％、激发剂0.9%。其中矿渣微粉的细度为400m2/kg；粉煤灰为C级，CaO含量不低于10%；氧化钙的消解温度不低于60℃，消解时间为中速；水泥标号不低于#325同时不得使用早强水泥。
活性去味剂按淤泥质量的0.1%在淤泥输入搅拌的过程中进行喷洒。
按照本配比配置海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，在每立方米淤泥中（淤泥含水率控制在80％以下）掺合80kg固化材料（搅拌均匀），其中活性去味剂是在淤泥输入搅拌时进行表面喷洒。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达105kpa,28d无侧限抗压强度达170kpa, 90d无侧限抗压强度为28d时的1.25倍，淤泥固化后的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -7cm/s。
具体实施例4
一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料其组份（质量百分比）为：矿渣微粉50％、粉煤灰15％、氧化钙15％、水泥16％、柠檬酸废石膏2.8%、木质素0.2%、激发剂1%。其中矿渣微粉的细度为400m2/kg；粉煤灰为C级，CaO含量不低于10%；氧化钙的消解温度不低于60℃，消解时间为中速；水泥标号不低于#325同时不得使用早强水泥。
活性去味剂按淤泥质量的0.1%在淤泥输入搅拌的过程中进行喷洒。
按照本配比配置海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，在每立方米淤泥中（淤泥含水率控制在80％以下）掺合90kg固化材料（搅拌均匀），其中活性去味剂是在淤泥输入搅拌时进行表面喷洒。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达120kpa,28d无侧限抗压强度达185kpa, 90d无侧限抗压强度为28d时的1.25倍，淤泥固化后的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -8cm/s。
具体实施例5
一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料其组份（质量百分比）为：矿渣微粉50％、粉煤灰15％、氧化钙15％、水泥16％、柠檬酸废石膏2.8％、木质素0.2％、激发剂1%。其中矿渣微粉的细度为400m2/kg；粉煤灰为C级，CaO含量不低于10%；氧化钙的消解温度不低于60℃，消解时间为中速；水泥标号不低于#325同时不得使用早强水泥。
活性去味剂按淤泥质量的0.1%在淤泥输入搅拌的过程中进行喷洒。
按照本配比配置海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，在每立方米淤泥中（淤泥含水率控制在80％以下）掺合100kg固化材料（搅拌均匀），其中活性去味剂是在淤泥输入搅拌时进行表面喷洒。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达140kpa,28d无侧限抗压强度达200kpa, 90d无侧限抗压强度为28d时的1.25倍，淤泥固化后的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -8cm/s。
所述的氧化去味剂可以是次氯酸盐或者氯气；所述的盐类去味剂可以是二价铁盐和抗坏血酸组合物或者三价铁衍生物或者三价铁金属络合物；所述的酸碱去味剂可以是氧化锌或者黄酮类化合物。
本发明公开的固化材料中的激发剂可以使矿渣微粉及粉煤灰的活性成分受到激发，高效地将以上二种成份充分利用，从而大量地节约工业建材——水泥。也降低了固化剂的成本。当然矿渣微粉和粉煤灰的自身细度及含钙量参数也必须受到严格的控制。激发剂采用硫酸钠激发剂，在本固化材料水化反应的含有氢氧化钙的碱性溶液中，加入一定比例的硫酸钙。硫酸钠激发剂促使矿渣微粉和粉煤灰颗粒散发，解体，并生成水化硫铝酸钙，硅酸钙，形成粘聚土颗粒的胶凝物质。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，利用激发剂激发矿渣微粉及粉煤灰中的活性成分SiO2,同水泥一起进行水解水化反应，构建成骨架，并产生Ca(OH)2,二者发生反应生成水化钙晶体，产生土颗粒间的胶结作用；利用氧化钙进行水解反应，进一步加大与淤泥颗粒间凝结的浆体，并产生一定热量、气泡，推动浆体膨化运动，吸收并蒸发部分自由水，降低淤泥含水率；利用木质素将由以上反应所建立的硅酸钙晶体网架空间中的水分形成泌水通道淅出；利用柠檬酸废石膏能使固化土早期硬化过程减缓，提高中、后期强度，使固化土在筑填时保持应有的塑性，表面不易开裂，且对海淤泥中偏高的含盐量及PH值起到中和作用；利用活性去味剂能去除淤泥有机物中海洋生物疫苗残骸散发的臭气，抑制腐败细菌的生长，破坏其生长繁殖功能，具有咐吸、分解和转化等特性，高效、快速、彻底地除臭去恶，对人体及周边环境无害、无刺激、无腐蚀、无污染、安全有效。
本发明公开的海洋淤泥固化材料在施工现场掺入淤泥充分混合，可以彻底改变淤泥含水率高（例如淤泥含水率为w=70％时，其中水占到41.2％，干土为58.8％在掺入固化材料后，淤泥中的部分自由水将与之产生水化反应消耗掉10~12％左右。同时由于各组分与淤泥中反应引起淤泥中细小颗粒团粒化减少了空隙，又使多余的自由水及毛细管水压缩排出。龄期28d时含水率约W=35％），空隙比大，几乎无承载力，遇水后极易泥化等根本特性。同时可以固结封闭淤泥中一些有害物质及重金属微粒等污染物，使之不易淋滤和溶出，对周边环境及地下水不会造成二次污染，符合环保要求，是一种理想的绿色工程材料。
同时，通过在淤泥中掺入固化材料（按设计需求）进行搅拌均匀，利用淤泥中的水分进行水解水化反应产生的胶凝体，凝结包裹淤泥中细小土颗粒，使之团粒化，减少颗粒比表面积，减小土体孔隙比，降低含水率。而团粒化的粗颗粒之间再相互联结并逐步硬化，强度增加。同时，由于以上反应将亲水性较强的阳离子转变成亲水能力较差的铝离子，再通过离子配位，使得团粒表面趋于电中性，具有明显憎水性质，将土粒表面吸附水顺毛细管通道排出，排水后的通道又会被剩余游离的固化反应粘聚物所填充（此时外界水分不易进入），进一步加固各团粒之间的键合，使土体强度整体提高。研究表明，淤泥土颗粒之间的键合反应由于较多的孔隙，水阻断而难以形成坚强的键合，并且土体的力学性质并不取纯粹决于土颗粒中基本结构单元的强度，而是更大程度上取决于它们之间的单元结构的粘结力。固化材料的介入，起到了土颗粒间粘聚联结的媒介作用，使分散的单元结构渐变为具有整体强度的结构。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料具有将工业废料转化为有效工程材料的能力； 添加柠檬酸废石膏等及降低水泥用量，可有效地控制固化淤泥土表层的开裂，提高防渗能力，同时中和海洋淤泥软土中偏高的含盐量，降低PH值；淤泥中喷洒活性去味剂，可以消除其臭味，改善施工及周边环境，同时可以杀死淤泥中的细菌并阻止其繁殖，使淤泥中的有机质起到硬化作用；本发明解决了沿海地区建设工程的土方来源，将淤泥软土固化处理后完全可以达到工程建设的需求，同时解决了淤泥的堆放，二次污染等问题；通过本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料是充分合理地利用海岸港口疏浚淤泥以及江河淤泥变废为宝。用淤泥固化土代替开山石方材料及耕地土方资源，可保护大量的山体良田，保护生态环境，疏浚海洋淤泥，提高海水净化程度，保护海洋生物等，可产生一系列有益的连锁反应，做到了节能减排，具有深远的社会效应和历史意义，为工程建设生产转型奠定了坚实的基础。
本发明公开的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，通过在海洋疏浚及滩涂淤泥中添加矿渣、粉煤灰、水泥、氧化钙、废石膏、木质素、激发剂以及去味剂，使海洋疏浚及滩涂淤泥转化为有效的工程建设土方材料。这种固化后的海洋淤泥可用于工程回土填筑，围堰坝堤，路基路堤，地面硬化以及绿化种植基土等多项工程建设领域，替代了在淤泥软土上进行建设所采用的耕地土方、开山抛石进行挤淤填筑的传统工艺，保护了不可再生的山体，保护了耕地良田，保护了生态环境。同时大规模的疏浚海洋淤泥的利用，可降低河床，提高通航能力，净化海水，促进海洋生物循环发展生存，并解决了海洋淤泥疏浚上岸后堆放的出路，将大量的废弃固体资源再生利用，节能减排，变废为宝。
Claims (4)
1.一种海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，其特征在于：所述的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料的配方中各组份的质量百分比为：
矿渣微粉 40-50%；
粉煤灰 15-20%；
水泥 15-25%；
氧化钙 10-17%；
柠檬酸废石膏 2.5-5%；
木质素 0.1-0.3%；
激发剂 0.5-1%；
所述的激发剂为硫酸钠或碳酸钠或氢氧化钠。
2.根据权利要求1所述的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，其特征在于：所述的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料还包括活性去味剂。
3.根据权利要求2所述的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，其特征在于：所述的活性去味剂为氧化去味剂或者盐类去味剂或者酸碱去味剂。
4.根据权利要求2所述的海洋疏浚及滩涂淤泥固化材料，其特征在于：所述的活性去味剂是微生物去味剂。
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