CN103086666A - 一种高有机质河道淤泥复合固化材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高有机质河道淤泥复合固化材料，以水泥、粉煤灰、生石灰和黄砂为主料，配以添加剂；所述添加剂为激发剂、增强剂、早强剂中的一种或多种；各组分的质量百分比为：高有机质河道淤泥40~65%、水泥10~20%、粉煤灰10~20%、生石灰2~10%、黄砂2~10%、激发剂0~10%、增强剂0~1%、早强剂0~1%，激发剂、增强剂、早强剂不同时为0。本发明的复合固化材料应用于高有机质河道淤泥，可将淤泥固化成建筑用材。本发明改善了原有单纯添加水泥提高强度的方法；本发明的添加剂具有添加量小，价格便宜，容易获得且强度增加比例高的优点；本发明能有效增加高有机质淤泥的固化强度。

Description

一种高有机质河道淤泥复合固化材料及其应用

技术领域

本发明涉及将高有机质河道淤泥固化的复合固化材料，还涉及用复合固化材料将高有机质河道淤泥固化成建筑用材的应用。本发明属于水利和土工建材领域。

背景技术

淤泥的化学固化技术已经得到广泛的应用。在淤泥中添加固化材料，进行搅拌混合，通过孔隙水与固化材料发生水和反应使孔隙内的自由水变为结合水，加强了土粒子之间的结合力从而提高疏浚泥的强度。淤泥经固化过后，含水率有了明显的下降，工程性能得到很大的提高。固化淤泥可以作为城建、堤坝、道桥乃至园林的填筑材料，缓解紧张的建筑用土需求，特别是在缺少沙石料的地方，利用就地取材的淤泥进行固化，可节省费用、方便施工、缩短周期。

现有的大量研究主要通过固化使淤泥变成填土材料或路基填充材料，但固化后的强度都不高，均在0.1～6MPa。研究表明，淤泥固化后的强度与水泥掺量有关，水泥量加的越多强度越高，但单纯增加水泥添加量势必会增加费用，也会使得对淤泥的处理能力（即一定量固化材料能够固化的淤泥量）下降。当处理富含有机质的河道淤泥时，由于有机质的主要成分——腐殖酸对水泥的水化具有抑制作用，腐殖酸含量对固化淤泥的无侧限抗压强度和破坏应变的影响存在一个极限含量，并且这个极限含量值随水泥添加量的增加而增加。所以对高有机质淤泥来说，用传统方法增加水泥也不能有效地增加固化淤泥的强度。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决上述背景技术中提到的问题，提供一种能提高高有机质河道淤泥固化强度且经济高效的复合固化材料，还提供了用所述复合固化材料将高有机质河道淤泥固化成建筑用材的应用.

技术方案：本发明所述的一种高有机质河道淤泥复合固化材料，以水泥、粉煤灰、生石灰和黄砂为主料，配以添加剂；所述添加剂为激发剂、增强剂、早强剂中的一种或多种；各组分的质量百分比为：高有机质河道淤泥40～65%、水泥10～20%、粉煤灰10～20%、生石灰2～10%、黄砂2～10%、激发剂0～10%、增强剂0～1%、早强剂0～1%，激发剂、增强剂、早强剂不同时为0。

所述激发剂的质量百分比为1～10%，所述激发剂由如下质量百分比的组分组成：NaOH15～30%、Al₂(SO₄)₃ 15～30%、CaSO₄ 40～55%。

所述增强剂的质量百分比为0.01～1%，所述增强剂由如下质量百分比的组分组成：烷基酚聚氧乙烯醚10～25%、α－烯烃磺酸盐20～40%、木质素磺酸钠5～20%、乙烯-醋酸乙烯共聚物30～50%。

所述早强剂的质量百分比为0.01～1%，所述早强剂由如下质量百分比的组分组成：Na₂SO₄45～55%、FeSO₄ 45～55%。

所述水泥为32.5级硅酸盐水泥。

本发明激发剂的作用主要是激发火山灰质胶凝（粉煤灰）的活性以及淤泥本身的活性使得火山灰反应能顺利进行，使得固化强度能持续增长。

增强剂是通过胶结淤泥中的土质颗粒，形成早期强度，且增强剂具有表面活化作用，使离子交换反应迅速彻底地进行。

早强剂通过加入阳离子可以压缩水泥水化产物C-S-H（水化硅酸钙）胶体颗粒的扩散双电子层，加速C-S-H胶体颗粒的凝聚，从而降低其在液相中的浓度，加速水泥中C3S（硅酸三钙）和C2S（硅酸二钙）的水化，提高早期强度，加快固化速度。

原有固化材料难以应用于高有机质河道淤泥，本发明的复合固化材料可以应用于高有机质河道淤泥，提高抗压强度，具体应用步骤为：

（1）向高有机质河道淤泥中加入水泥、粉煤灰、生石灰、黄砂和添加剂；

（2）充分搅拌混合物使之混合均匀；

（3）将混合物装入事先涂好机油的70.7mm×70.7mm×70.7mm的试模中，分层填装，每层充分震动，将装有混合物的试模置于20℃、湿度>90%的养护箱中养护；

（4）放置1天后脱模，将脱模后的试件置于20℃、湿度>90%的养护箱继续养护；

（5）分别于7天、14天、28天用万能试验机试验试件的抗压强度；

（6）将符合一定抗压强度的材料作为建筑用材。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点是：本发明改善了原有单纯添加水泥提高强度的方法，节约了成本，且不会影响淤泥的处理能力；相比水泥、粉煤灰等传统固化材料，本发明的添加剂具有添加量小，价格便宜，容易获得且强度增加比例高的优点；本发明通过固化材料中的添加剂克服高有机质淤泥中腐殖酸的影响，能有效增加高有机质淤泥的固化强度。

具体实施方式

实施例1

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质河道淤泥（52.36%）、32.5级硅酸盐水泥（18.32%）、粉煤灰（18.32%）、生石灰（4.97%）、黄砂（6.03%）。

实施例2

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（52.25%）、32.5级硅酸盐水泥（18.29%）、粉煤灰（18.29%）、生石灰（4.96%）、黄砂（6.00%）、增强剂（0.21%）。

实施例3

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（49.93%）、32.5级硅酸盐水泥、粉煤灰（17.47%）、生石灰（4.74%）、黄砂（5.74%）、激发剂（4.65%）。

实施例4

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（49.79%）、32.5级硅酸盐水泥（17.43%）、粉煤灰（17.43%）、生石灰（4.73%）、黄砂（5.73%）、激发剂（4.65%）、增强剂（0.24%）。

实施例5

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（53.16%）、32.5级硅酸盐水泥（17.43%）、粉煤灰（17.43%）、生石灰（4.73%）、黄砂（6.04%）、增强剂（0.21%）、早强剂（1.00%）。

实施例6

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（48.73%）、32.5级硅酸盐水泥（17.43%）、粉煤灰（17.43%）、生石灰（4.73%）、黄砂（6.03%）、激发剂（4.65%）、早强剂（1.00%）。

将实施例1～实施例6按照以下步骤实施：

（1）向相应比例的高有机质淤泥中加入相应比例的32.5级硅酸盐水泥、粉煤灰、生石灰、黄砂和添加剂；

（2）充分搅拌混合物使之混合均匀；

（3）将混合物装入事先涂好机油的70.7mm×70.7mm×70.7mm的试模中，分层填装，每层充分震动，将装有混合物的试模置于20℃、湿度>90%的养护箱中养护；

（4）放置1天后脱模，将脱模后的试件置于20℃、湿度>90%的养护箱继续养护；

（5）分别于7天、14天、28天用万能试验机试验试件的抗压强度并记录抗压强度数据。

将数据整理后可得下表1。

表1

由表1可得出以下结论：

（1）相对于实施例1的传统固化材料，单独加入激发剂或增强剂都能明显加强淤泥强度，且对淤泥的早期和晚期强度均有提高作用；

（2）单独加入激发剂或增强剂时，激发剂的增强作用强于增强剂；

（3）激发剂和增强剂的联合使用对淤泥强度的加强要好于各自单独使用；

（4）由实施例5与实施例2对比、实施例6与实施例3对比，可知，加入早强剂固化淤泥后28天强度基本一致，7天强度、14天强度都有所提高，提高了早期强度，达到早强效果。

本发明的复合固化材料也可采用如下实施例的配比组成。

实施例7

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（40%）、32.5级硅酸盐水泥（20%）、粉煤灰（20%）、生石灰（8%）、黄砂（2%）、激发剂（10%）。激发剂由如下质量百分比的组分组成：NaOH 15%、Al₂(SO₄)₃ 30%、CaSO₄ 55%。

实施例8

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（40%）、32.5级硅酸盐水泥（20%）、粉煤灰（20%）、生石灰（2%）、黄砂（8%）、激发剂（9.99%）、增强剂（0.01%）。激发剂由如下质量百分比的组分组成：NaOH 30%、Al₂(SO₄)₃ 15%、CaSO₄ 55%。增强剂由如下质量百分比的组分组成：烷基酚聚氧乙烯醚10%、α－烯烃磺酸盐40%、木质素磺酸钠20%、乙烯-醋酸乙烯共聚物30%。

实施例9

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（65%）、32.5级硅酸盐水泥（10%）、粉煤灰（10%）、生石灰（8%）、黄砂（5%）、增强剂（1%）、早强剂（1%）。增强剂由如下质量百分比的组分组成：烷基酚聚氧乙烯醚25%、α－烯烃磺酸盐20%、木质素磺酸钠20%、乙烯-醋酸乙烯共聚物35%。早强剂由如下质量百分比的组分组成：Na₂SO₄ 45%、FeSO₄ 55%。

实施例10

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（48%）、32.5级硅酸盐水泥（20%）、粉煤灰（10%）、生石灰（10%）、黄砂（2%）、激发剂（9.99%）、早强剂（0.01%）。激发剂由如下质量百分比的组分组成：NaOH 30%、Al₂(SO₄)₃ 30%、CaSO₄ 40%。早强剂由如下质量百分比的组分组成：Na₂SO₄ 55%、FeSO₄ 45%。

实施例11

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（45%）、32.5级硅酸盐水泥（20%）、粉煤灰（20%）、生石灰（2%）、黄砂（10%）、激发剂（1%）、增强剂（1%）、早强剂（1%）。激发剂由如下质量百分比的组分组成：NaOH 15%、Al₂(SO₄)₃ 30%、CaSO₄ 55%。增强剂由如下质量百分比的组分组成：烷基酚聚氧乙烯醚10%、α－烯烃磺酸盐40%、木质素磺酸钠20%、乙烯-醋酸乙烯共聚物30%。早强剂由如下质量百分比的组分组成：Na₂SO₄ 45%、FeSO₄ 55%。

实施例12

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（50%）、32.5级硅酸盐水泥（15%）、粉煤灰（15%）、生石灰（10%）、黄砂（9%）、增强剂（1%）。增强剂由如下质量百分比的组分组成：烷基酚聚氧乙烯醚25%、α－烯烃磺酸盐20%、木质素磺酸钠20%、乙烯-醋酸乙烯共聚物35%。

实施例13

本实施例中各组分的质量百分比为：高有机质淤泥（45%）、32.5级硅酸盐水泥（15%）、粉煤灰（20%）、生石灰（9%）、黄砂（10%）、早强剂（1%）。早强剂由如下质量百分比的组分组成：Na₂SO₄ 55%、FeSO₄ 45%。

Claims (6)

1.一种高有机质河道淤泥复合固化材料，其特征在于：以水泥、粉煤灰、生石灰和黄砂为主料，配以添加剂；所述添加剂为激发剂、增强剂、早强剂中的一种或多种；各组分的质量百分比为：高有机质河道淤泥40~65%、水泥10~20%、粉煤灰10~20%、生石灰2~10%、黄砂2~10%、激发剂0~10%、增强剂0~1%、早强剂0~1%，激发剂、增强剂、早强剂不同时为0。

2.如权利要求1所述的高有机质河道淤泥复合固化材料，其特征在于：所述激发剂的质量百分比为1~10%；所述激发剂由如下质量百分比的组分组成：NaOH 15~30%、Al₂(SO₄)₃ 15~30%、CaSO₄ 40~55%。

3.如权利要求1所述的高有机质河道淤泥复合固化材料，其特征在于：所述增强剂的质量百分比为0.01~1%；所述增强剂由如下质量百分比的组分组成：烷基酚聚氧乙烯醚10~25%、α－烯烃磺酸盐20~40%、木质素磺酸钠5~20%、乙烯—醋酸乙烯共聚物30~50%。

4.如权利要求1所述的高有机质河道淤泥复合固化材料，其特征在于：所述早强剂的质量百分比为0.01~1%；所述早强剂由如下质量百分比的组分组成：Na₂SO₄ 45~55%、FeSO₄ 45~55%。

5.如权利要求1所述的高有机质河道淤泥复合固化材料，其特征在于：所述水泥为32.5级硅酸盐水泥。

6.权利要求1所述的高有机质河道淤泥复合固化材料的应用，其特征在于：具体应用步骤为：

（1）向高有机质河道淤泥中加入水泥、粉煤灰、生石灰、黄砂和添加剂；

（2）充分搅拌混合物使之混合均匀；

（3）将混合物装入事先涂好机油的70.7mm×70.7mm×70.7mm的试模中，分层填装，每层充分震动，将装有混合物的试模置于20℃、湿度>90%的养护箱中养护；

（4）放置1天后脱模，将脱模后的试件置于20℃、湿度>90%的养护箱继续养护；

（5）分别于7天、14天、28天用万能试验机试验试件的抗压强度；

（6）将符合一定抗压强度的材料作为建筑用材。