CN105837246B - 一种透水固化流态泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透水固化流态泥及其制备方法。该透水固化流态泥的原料包含发泡流态泥以及占发泡流态泥的体积10～20％的透水纤维体；所述发泡流态泥由流态泥经发泡而成。本发明的透水固化流态泥，在发泡流态泥中加入透水纤维体，透水纤维体穿插于不同的气泡间，可以将相互间隔离的气泡连通在一起，从而增加了其导水性能。另外，透水纤维本省具有很高的抗拉能力，所以可以对固化流态泥起到加固作用，增加强度。

Description

一种透水固化流态泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及护坡城市道路施工材料的技术领域，具体而言，涉及一种透水固化流态泥及其制备方法。

背景技术

一方面，随着我国沿海开发上升为国家战略，每年在沿海地区港口建设、航道疏浚、围海造地等工程中都会产生大量的疏浚泥。在内陆，为了改善湖泊河道水质，增强湖泊的蓄洪、河道的泄洪能力以及改善水质，全国每年都需要对各水域淤积的底泥进行疏浚，从而也会产生大量的疏浚泥。由于我国目前一般采用绞吸式疏浚，产生的疏浚泥含水率高，体积大。此外，近年来我国污水处理厂的数量剧增，导致每年排放大量污泥。污水处理厂产生的污泥一般经过浓缩、消化、脱水、处置等四个阶段，污泥填埋是目前常用的污泥处置方法。然而，消化处理后的市政污泥往往与高含水率吹填淤泥相似，具有含水率高、压缩性大、强度低等特点，含水率(污泥中水的质量与污泥质量的比值)一般高达97～99％，体积庞大。因此，堆放这些疏浚泥或污泥，不但需要占用大量的土地，还对周边环境产生巨大影响。如何有效的处置流态泥是目前各种疏浚工程及污泥处理工程中亟需解决的关键问题。

目前，已有一批关于生态混凝土方面的专利，如中国专利CN201510071876.X公开了一种生态混凝土及其制备方法，提出了生态混凝土、绿色混凝土等技术。所谓的生态混凝土，其主要特点在于采用特定粒级的粗骨料作为骨架，水泥浆体包裹在粗骨料的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层，形成具有一定孔隙，透气、透水的多孔混凝土。然而，生态混凝土的使用需要消耗大量的粗骨料，成本较高，而且开山采石也会对资源、环境、生态等造成难以恢复的影响。

另外，目前气泡轻质土、气泡混凝土等已广泛用于工程建设中，气泡轻质土、气泡混凝土等具有质量轻、隔热保温等功效，但这些材料中，气泡均是封闭的，导致其透水性能差。虽然，通过增加气泡含量可以增加其透水性，然而，增加气泡含量后，这些气泡轻质土气泡混凝土的强度却会大大降低。一些专利中提出采用加筋处理，但这却无法改善其透水性能。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提供一种透水固化流态泥，该透水固化流态泥具有较好的透水性。

一种透水固化流态泥，其原料包含发泡流态泥以及占发泡流态泥的体积10～20％的透水纤维体；所述发泡流态泥由流态泥经发泡而成。

进一步地，所述透水纤维体包含由塑料纤维构成的骨架和包覆于所述骨架外表的透水织物。

进一步地，所述透水纤维体包含由塑料纤维构成的骨架和位于所述骨架的孔隙。

进一步地，所述透水纤维体的直径长度为1～5cm，直径为1～5mm。

进一步地，所述发泡流态泥的孔隙率为20～65％，孔隙的孔径为0.5～5mm。

进一步地，所述发泡是在发泡剂的条件下进行，所述发泡剂的原料按照质量份数包含30～60份污泥混合物、5～30份凹凸棒土、2～8份过碳酸钠、5～15份十六烷基乙氧基磺基甜菜碱、10～20份聚乙烯醇；所述污泥混合物由60～80wt％污泥和20～40wt％赤泥。

进一步地，还包括固化剂，所述固化剂包含50～70份无机微粉、30～50份无机粘合剂、0.05～1.5份高吸水树脂和0.04～0.4份二甘醇胺；

进一步地，所述无机粘合剂为碱金属碳酸盐溶液、碱金属氢氧化物溶液、碱金属硅酸溶液、碱金属磷酸盐溶液中的一种或至少两种；

优选地，无机微粉为矿渣粉、硅灰石粉、烧粘土、粉煤灰、膨润土、火山灰中的一种或至少两种；

优选地，高吸水树脂为聚丙烯酸钠、聚丙烯钾、聚丙烯酰胺、聚丙烯乙酰胺中的一种或至少两种。

进一步地，所述流态泥的含水率为1～3.5倍液限。

本发明另一方面提供一种透水固化流态泥的制备方法，由该制备方法获得的透水固化流态泥透水性较强。

一种如上述的透水固化流态泥的制作方法，包括以下步骤：

将各原料混合；以及

使所述混合后的原料进行固化成型。

本发明的透水固化流态泥，在发泡流态泥中加入透水纤维体，透水纤维体穿插于不同的气泡间，可以将相互间隔离的气泡连通在一起，从而增加了其导水性能。另外，透水纤维本省具有很高的抗拉能力，所以可以对固化流态泥起到加固作用，增加强度。

附图说明

图1示出了本发明实施例所提供的透水纤维体的结构示意图。

主要元件符号说明：

100 透水纤维体

20 骨架

40 透水织物。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面合实施例来进一步说明本发明的技术方案。

本发明中的透水固化流态泥，其原料按照质量份必需地包含发泡流态泥以及占发泡流态泥的体积10～20％的透水纤维体100，例如透水纤维体100占发泡流态泥的体积为10％、11％、12％、15％、20％、25％、28％、29％、29.5％或30％。其中，所述发泡流态泥由流态泥经发泡而成。

上述透水纤维体100指包含纤维状物且具有透水性的物质。可列举出透水纤维的一种具体实施例，其包含由塑料纤维构成的骨架20和包覆于所述骨架20外表的透水织物40。这里，塑料纤维指高分子聚合物的纤维，例如PP纤维、PE纤维、PVC纤维、PET纤维、PBE纤维、PA纤维(尼龙纤维)、PU纤维(氨纶纤维)、PC纤维。塑料纤维可由塑料粒加热熔融状态下纺丝所得到的纤维。纺丝可采用公知的设备，例如喷丝板等。由塑料纤维所构成的骨架20指由塑料纤维交织，交织可按照经线和纬度，或者可按照非经线和纬度等所获得的非织造物、织造物、线、纱线、绳索、毛毡、拉伸环针织物、无皱折织物或成形环等。透水织物40指具有透水性的织物。此处织物指由细小柔长物通过交叉，绕结，连接构成的平软片块物。织物的形式有机织物、针织物、无纺织物、第三织物，机织物是由存在交叉关系的纱线构成的；针织物是由存在绕结关系的纱线构成的；无纺织物是由存在连接关系的纱线构成的；第三织物是由存在交叉/绕结关系的纱线构成的。可列出出透水织物40的几种常见实现形式，比如滤布、透水无纺布等。在该种具体实施例中，透水纤维可采用公知的方式进行，将透水织物40通过热压或热风焊接等公知的方法设置骨架20外表。值得补充的是，该种具体实施例的透水纤维为内衬式。

可列举出透水纤维的另一种具体实施例，透水纤维体100包含由塑料纤维构成的骨架20和位于所述骨架20的孔隙。这里“塑料纤维”和“骨架20”见前述一种具体实施例，在此不再赘述。值得补充的是，该种具体实施例的透水纤维为外衬式。

前述两种具体实施例的透水纤维体100，直径可为为1～5cm，例如1cm、1.2cm、1.5cm、2cm、3cm、4cm、4.5cm或5cm；直径可为1～5cm，例如1cm、1.2cm、1.5cm、2cm、3cm、4cm、4.5cm或5cm。

透水纤维体100当然还可以仅仅为纤维，纤维既可以为上述塑料纤维，还可为无机纤维，例如玻璃纤维、石墨纤维、石棉纤维等。

前述发泡流态泥，可以理解的是，其内部含有孔隙(气泡)。孔隙的多少会影响流态泥的透水能力，孔隙越多，其透水性越好；反之，其透水性则越差。孔隙可为以孔隙率为20～65％为准。孔隙的形状可不做限定，为圆形、方形及其类似形状。孔隙的孔径为0.5～5mm。

发泡流态泥由流态泥经发泡而成。发泡可在发泡剂的条件下进行。至于发泡剂可以为物理方式或化学方式。这里，物理方式为压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成的挥发在流态泥中形成孔隙，有低沸点的烷烃和氟碳化合物，比如正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚(石脑油)、三氯氟甲烷(简称Freon11)、二氯二氟甲烷(简称Freon12)、二氯四氟乙烷等，可列举出一种具体的实例，将环戊烷和HFC-161按65～95：5～35的重量份复配而成。化学发泡剂可采用公知的形式，可为有机发泡剂，如偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物；或者为无机发泡剂，如以酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠为代表的碳酸盐碳、水玻璃、碳化硅、碳黑。发泡的设备可采用公知的设别，如建筑领域公知的泡沫混凝土发泡机等。

为了提高发泡的效果，本发明的发泡剂较好地原料按照质量份数包含30～60份污泥混合物、5～30份凹凸棒土、2～8份过碳酸钠、5～15份十六烷基乙氧基磺基甜菜碱、10～20份聚乙烯醇，比如污泥混合物的质量份30份、32份、35份、40份、45份、50份、55份、58份、59份或60份；凹凸棒土的质量份可为5份、6份、8份、12份、16份、18份、19份或20份；过碳酸钠的质量份可为2份、3份、5份、6份、7份、7.5份、7.8份或8份；十六烷基乙氧基磺基甜菜碱的质量份可为5份、6份、8份、10份、13份、14份、14.5份或15份；聚乙烯醇的质量份可为10份、11份、12份、15份、18份、19份、19.5份或20份。其中，污泥混合物由60～80wt％污泥和20～40wt％赤泥，例如污泥的质量分数为60wt％、62wt％、65wt％、70wt％、75wt％、78wt％、79wt％或80wt％；赤泥的质量分数为40wt％、38wt％、35wt％、30wt％、25wt％、28wt％、21wt％或20wt％。

污泥在污水处理过程中产生的半固态或固态物质。其有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高(可高达99％以上)，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态。污泥可较好地采用活性污泥，此处活性污泥是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称。活性污泥含有较高的有机物质含量，可为固化后的流态泥的植被生长提供较高的养分。

赤泥亦称红泥，系从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。主要矿物为文石和方解石，含量为60～65％，其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿，含量最少的是钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱。

凹凸棒土又称坡缕石(Palygorskite)或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。凹凸棒土用作本发明的发泡剂能有效吸收污泥的水含量，还可提高其平滑性和透气性。

过碳酸钠的作用是强氧化剂，其可分解出过氧化氢和过碳酸钠，过氧化氢具有氧化性。

十六烷基乙氧基磺基甜菜碱是一种两性离子表面活性剂，在酸性及碱性条件下均具有优良的稳定性。

发泡剂的用量不做特别的限定，例如参考性地为占流态泥的1～5％。

为了使得上述流态泥在常温下可自然固化，但速度较慢。为了加快常温固化的速度，可加入固化剂。至于固化剂的用量可根据实际固化的速度做选择，参考性地为流态沙质量的10～20％。现列举一种常温较快固化的固化剂，其按照质量份包含50～70份无机微粉、30～50份无机粘合剂、0.05～1.5份高吸水树脂和0.04～0.4二甘醇胺。

上述无机微粉指粒径在1～100微米的无机材料粉末。无机微粉可为矿渣粉、硅灰石粉、烧粘土、粉煤灰、膨润土、火山灰的一种或任意组合。此处，矿渣粉是粒化高炉矿渣粉的简称，是一种优质的混凝土掺合料。硅灰石粉指由硅灰石粉粹得到的粉末。烧粘土是由高岭土或者煤研石经过一定温度(500-900℃)锻少而成，具有一定活性的偏高岭土。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿物。火山灰是指由火山喷发出而直径小于2毫米的碎石和矿物质粒子。

上述高吸水树脂是指(Super Absorbent Polymer，SAP)是具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂。本发明对高吸水树脂的具体种类不限定，可为聚丙烯酸钠、聚丙烯钾、聚丙烯酰胺、聚丙烯乙酰胺。

上述无机粘合剂指具有粘合作用的且能与无机微粉以及淤泥中的活性二氧硅、三氧化二铝发生反应形成一种硅(铝)氧四面体结构的类沸石的结晶物质。无机粘合剂可为碱金属碳酸盐溶液、碱金属氢氧化物溶液、碱金属硅酸溶液、碱金属磷酸盐溶液中一种或任意组合。

上述固化剂的制备可直接将组成固化剂的上述原料进行混合和干燥即可。

上述流态泥指可以流动的泥，比如城市污水处理厂的污泥、河道疏浚泥等。此处城市污水处理厂产生的污泥除含有大量的水分外，还含有大量的有机质、难降解的有机物、多种微量元素、病原微生物和寄生虫卵、微量重金属等成分。河道疏浚泥的含水量高，起流动性较好。流态泥的含水率参考性地为1～3.5倍液限。此处，液限系土从流动状态转变为可塑状态(或由可塑状态到流动状态)的界限含水率。

为了进一步增加透水固化流态泥的防护能力以起到更好的加固作用，其原料可包含种子。为了进一步提高种子的发芽及成活率，可在种子的外表包覆营养土。至于种子的用量和营养土等，可根据实际需要而常规选择。种子可在流态泥中生长产生根系，这些根系可在秸秆腐梳后替代秸秆扮演“加固筋”的角色。

本发明的透水固化流态泥的制作方法，包括以下步骤：

将各原料混合；以及使所述混合后的原料进行固化成型。

上述混合可在混料机中进行。固化的温度在常温下即可，固化的时间根据实际做选择。

在混合的过程中，先加入流态泥和发泡剂进行发泡以得到发泡流态泥；再加入固化剂搅拌，接着加入透水纤维体100继续搅拌。

实施例1

按照质量份配比原料：发泡流态泥以及发泡流态泥的体积10％的透水纤维体100。其中，发泡流态泥由流态泥在发泡剂加入下经发泡而成，发泡剂的原料按照质量份数包含60份污泥混合物、30份凹凸棒土、8份过碳酸钠、15份十六烷基乙氧基磺基甜菜碱、20份聚乙烯醇；所述污泥混合物由60wt％污泥和40wt％赤泥。

将上述发泡流态泥与固化剂进行混合搅拌，再加入透水纤维体100。采用混料机进行充分混合后，其中固化剂占流态泥质量10％的固化剂，其中固化剂由50份无机微粉、30份无机粘合剂、0.05份高吸水树脂和0.04份二甘醇胺所组成。待加入固化剂后施工后的3-7天后，彻底固化成型。

实施例2

按照质量份配比原料：发泡流态泥以及发泡流态泥的体积20％的透水纤维体100。其中，发泡流态泥由流态泥在发泡剂加入下经发泡而成，发泡剂的原料按照质量份数包含30份污泥混合物、5份凹凸棒土、2份过碳酸钠、5份十六烷基乙氧基磺基甜菜碱、10份聚乙烯醇；所述污泥混合物由80wt％污泥和20wt％赤泥。

将上述发泡流态泥与固化剂进行混合搅拌，再加入透水纤维体100。采用混料机进行充分混合后，其中固化剂占流态泥质量20％的固化剂，其中固化剂由70份无机微粉、50份无机粘合剂、1.5份高吸水树脂和0.4份二甘醇胺所组成。待加入固化剂后施工后的3-7天后，彻底固化成型。

实施例3

按照质量份配比原料：发泡流态泥以及发泡流态泥的体积15％的透水纤维体100。其中，发泡流态泥由流态泥在发泡剂加入下经发泡而成，发泡剂的原料按照质量份数包含45份污泥混合物、18份凹凸棒土、5份过碳酸钠、10份十六烷基乙氧基磺基甜菜碱、15份聚乙烯醇；所述污泥混合物由70wt％污泥和30wt％赤泥。

将上述发泡流态泥与固化剂进行混合搅拌，再加入透水纤维体100。采用混料机进行充分混合后，其中固化剂占流态泥质量15％的固化剂，其中固化剂由60份无机微粉、40份无机粘合剂、1份高吸水树脂和0.22份二甘醇胺所组成。待加入固化剂后施工后的3-7天后，彻底固化成型。

本发明的透水固化流态泥本发明专利在考虑到流态泥颗粒较细，固化处理后形成的固化土渗透性差、孔隙小、透气差等缺点，提出将具有透水性的纤维加入气泡固化流态泥中。由于透水纤维穿插于不同的气泡间，可以将相互间隔离的气泡连通在一起，从而增加了其导水性能。另外，透水纤维本省具有很高的抗拉能力，所以可以对固化流态泥起到加固作用，增加强度。在保持相同的强度下，可以增加气泡孔隙的数量，增加固化流态泥的透水能力。显然，本发明专利与上述已有专利相比，存在质的区别。本项目所提出的透水态固化疏浚泥，一方面可以解决目前近海岸及内陆河道疏浚中出现的疏浚泥处置困难的问题，同时还为海绵城市、河道护坡等提供大量廉价的生态填料，可谓一举二得。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种透水固化流态泥，其特征在于，其原料包含发泡流态泥以及占发泡流态泥的体积10～20％的透水纤维体；所述发泡流态泥由流态泥经发泡而成；

所述透水纤维体包含由塑料纤维构成的骨架和包覆于所述骨架外表的透水织物；或者所述透水纤维体包含由塑料纤维构成的骨架和位于所述骨架的孔隙。

2.根据权利要求1所述的透水固化流态泥，其特征在于，所述透水纤维体的直径为1～5mm。

3.根据权利要求1所述的透水固化流态泥，其特征在于，所述发泡流态泥的孔隙率为20～65％，孔隙的孔径为0.5～5mm。

4.根据权利要求1所述的透水固化流态泥，其特征在于，所述发泡是在发泡剂的条件下进行，所述发泡剂的原料按照质量份数包含30～60份污泥混合物、5～30份凹凸棒土、2～8份过碳酸钠、5～15份十六烷基乙氧基磺基甜菜碱、10～20份聚乙烯醇；所述污泥混合物由60～80wt％污泥和20～40wt％赤泥。

5.根据权利要求1所述的透水固化流态泥，其特征在于，还包括固化剂，所述固化剂按照质量份数计包含50～70份无机微粉、30～50份无机粘合剂、0.05～1.5份高吸水树脂和0.04～0.4二甘醇胺。

6.根据权利要求5所述的透水固化流态泥，其特征在于，所述无机粘合剂为碱金属碳酸盐溶液、碱金属氢氧化物溶液、碱金属硅酸盐溶液、碱金属磷酸盐溶液中的一种或至少两种；

无机微粉为矿渣粉、硅灰石粉、烧粘土、粉煤灰、膨润土、火山灰中的一种或至少两种；

高吸水树脂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、聚丙烯乙酰胺中的一种或至少两种。

7.根据权利要求1所述的透水固化流态泥，其特征在于，所述流态泥的含水率为1～3.5倍液限。

8.如权利要求1所述的透水固化流态泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将各原料混合，以及使所述混合后的原料进行固化成型。