CN105924109A - 一种海滩淤泥复合固化剂及其制备方法、使用方法及应用 - Google Patents

一种海滩淤泥复合固化剂及其制备方法、使用方法及应用 Download PDF

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CN105924109A CN201610246804.9A CN201610246804A CN105924109A CN 105924109 A CN105924109 A CN 105924109A CN 201610246804 A CN201610246804 A CN 201610246804A CN 105924109 A CN105924109 A CN 105924109A
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李成伟
张红凯
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Abstract

本发明公开了一种海滩淤泥复合固化剂及其制备方法、使用方法及应用，所述海滩淤泥复合固化剂由普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏、矿渣、奈系添加剂和硫酸盐类混合粉磨而成，各原料所占重量百分比为：普通硅酸盐水泥熟料40％‑60％、硫铝酸盐水泥熟料5％‑10％、磷石膏2％‑4％、脱硫石膏3％‑6％、矿渣30％‑50％、奈系添加剂1％‑3％、硫酸盐类3％‑5％。本发明的海滩淤泥复合固化剂能极大缩短淤泥固化的时间，掺加量少且固结体强度高，工程造价低，固化稳定性效果好。

Description

一种海滩淤泥复合固化剂及其制备方法、使用方法及应用
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，具体涉及一种海滩淤泥复合固化剂及其制备方法、使用方法及应用。
背景技术
近几年来，随着大量的海洋滩涂及疏浚吹填所形成的软土基亟待开发利用，而传统软土基的处理方法周期长、造价高，地基承载力低，需异地拉运大量材料进行置换，即破坏了生态环境，且耐久性差，经济发展与环境保护间的矛盾日益突出。
利用海滩淤泥土固化剂来稳定淤泥土是当前淤泥土处理技术中的热门技术，该淤泥土属于特殊的土，具有较高的含水率和有机质。我国的淤泥处理固化尚处于起步阶段，淤泥土固化剂能够改善其物理力学性能，满足不同的工程需求，且利用固化剂处理的工艺简单、效率高，成本合理，尤其淤泥土的固结体强度高，耐久性突出，因此在实际工程中得到了广泛的应用。
我国目前常用的淤泥固化剂按主要成分可分为无机化合物类、有机化合物类、生物酶类、复合型固化剂。无机化合物类固化剂主要采用生石灰、普通水泥、粉煤灰、矿渣等为原料，在固化淤泥土时固化剂颗粒表面的矿物与淤泥土中的水发生反应，生成Ga(OH)2，使淤泥土固化；有机化合物类固化剂多为液体状，通过离子交换作用将淤泥土水分中的电荷与淤泥土颗粒电荷充分交换，产生化学离子交换反应，减少土壤毛细管、土壤孔隙及表面张力所引起的吸水作用，使经过处理的淤泥土由亲水性变成憎水性，经振动压实，提高淤泥土的密实度，使其固化；生物酶类固化剂主要为液体状，通过有机物发酵而成，在固化剂与淤泥土的混合中，提高生物霉素的催化作用，使淤泥土固化；复合型固化剂，包括固体和液体两种形态，是由几种化学物质通过一定比例配合而成。
传统的淤泥处理方法不仅费工费时费料，且固化体强度低，吸水后强度更低，使复合型淤泥固化剂对含水率较高的淤泥固化时成本加大。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中的问题之一。
为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种海滩淤泥复合固化剂，该海滩淤泥复合固化剂能极大缩短污泥固化的时间，掺加量少，且固结体强度高，工程造价低，固化稳定性效果好。
本发明的另一目的在于提供上述海滩淤泥复合固化剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述海滩淤泥复合固化剂的使用方法。
本发明的第四个目的在于提供上述海滩淤泥复合固化剂的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
本发明提供一种海滩淤泥复合固化剂，所述海滩淤泥复合固化剂由普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏、矿渣、奈系添加剂和硫酸盐类混合粉磨而成，各原料所占重量百分比为：普通硅酸盐水泥熟料40％-60％、硫铝酸盐水泥熟料5％-10％、磷石膏2％-4％、脱硫石膏3％-6％、矿渣30％-50％、奈系添加剂1％-3％、硫酸盐类3％-5％。
另外，根据本发明上述实施例的海滩淤泥复合固化剂，还可以具有如下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述磷石膏、脱硫石膏和矿渣均为经过高温煅烧的活性材料。
根据本发明的一个实施例，所述奈系添加剂主要成分为高效减水剂和固结强度激发剂。
本发明还提供所述的海滩淤泥复合固化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按各原料所占重量百分比为：普通硅酸盐水泥熟料40％-60％、硫铝酸盐水泥熟料5％-10％、磷石膏2％-4％、脱硫石膏3％-6％、矿渣30％-50％、奈系添加剂1％-3％、硫酸盐类3％-5％，称取各原料备用。
(2)将普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏、矿渣、奈系添加剂、硫酸盐类混合粉磨。
(3)混合后，使所述海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g。
本发明还提供所述的海滩淤泥复合固化剂的使用方法，包括以下步骤：将所述海滩淤泥复合固化剂添加到含水率为10％-80％的海滩淤泥中，搅拌、压实，在常温下静止养护。
另外，根据本发明上述实施例的海滩淤泥复合固化剂的使用方法，还可以具有如下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述海滩淤泥复合固化剂添加量为：所述海滩淤泥复合固化剂与海摊淤泥的重量百分比为6％-12％。
所述的海滩淤泥复合固化剂在海滩淤泥、河湖淡水污泥的固化处理中的应用。
所述的海滩淤泥复合固化剂作为修筑道路、修建公园的固化处理剂的应用。
在使用本发明所述的海滩淤泥复合固化剂时，将海滩淤泥复合固化剂添加到含水率为20％-80％的海滩淤泥污泥中，海滩淤泥复合固化剂与海摊淤泥的重量百分比为6％-12％，它主要是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及减水剂的相互作用，增强激发剂快速固结固化，均匀搅拌压实后，在20℃温度下静止养护1-2天，然后浸水5-6天后的无侧限抗压强度可以达到1.5Mpa-3.0Mpa，且其水硬性、水稳性、防水性、环保性的优越性更加突出。
本发明的特点是能使海滩淤泥快速的硬化固化，固化产物能在短时间内满足工程建设的要求。在采用该海滩淤泥复合固化剂进行道路修筑的淤泥路基处理时，随含水率的增加可适当增加掺入该海滩淤泥复合固化剂的比例，同时其淤泥的固化强度及性能也会大大提高，其强度可以达到2.8Mpa以上，而远远高于我国淤泥质地基承载要求的0.08Mpa-0.25Mpa的要求。
本发明的海滩淤泥复合固化剂以普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料和矿渣为主料，添加磷石膏、脱硫石膏，该五种物质能快速固化；在固化剂中添加奈系添加剂、硫酸盐类，能使含有大量有机质的淤泥污泥快速水化，加快淤泥污泥的脱水和反应，并能有效对重金属进行固化稳定化；同时，使海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g，更进一步加快了其水化反应速度，使淤泥固结体的固化更快更充分更彻底。
本发明的海滩淤泥复合固化剂完全可以进行道路路基的淤泥固化，其筑路成本不仅可以降低50％以上，路基的综合性能(耐久性和稳定性)也明显好于常规的砂石路基，尤其板体性好，强度高。
本发明的海滩淤泥复合固化剂还可以将疏浚清淤的淤泥转变成土工材料，可以依据含水率的不同将该海滩淤泥复合固化剂与淤泥搅拌均匀铺摊压实，使固结体短期固结硬化，即可以建公园、造岛，又可以作筑路基材料，完全可经长期的海水、淡水的浸泡，而其后期强度会越来越高。
本发明的海滩淤泥复合固化剂所用的各种原材料，均为市售物品或极易买到的工业下脚料，生产加工成本低，同时进行淤泥固结处理时的掺加量较少，且固结体耐水性好、强度高，具有较高的推广实用价值。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1按下述重量百分比取海滩淤泥复合固化剂的各原料组分：
普通硅酸盐水泥熟料50％、硫铝酸盐水泥熟料5％、磷石膏2％、脱硫石膏4％、矿渣33.5％、奈系添加剂1.5％、硫酸盐类4％。
其中优选地，所述普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏和矿渣均为经过高温煅烧的活性材料。优选地，所述奈系添加剂主要成分为高效减水剂和固结强度激发剂。
将上述各原料组分按上述重量百分比混合后，经全自动配料微机进入预破碎机、管磨机进行粉磨，粉磨均匀后得到所述海滩淤泥复合固化剂，同时使所述海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g。
应用实施例1配制的该海滩淤泥复合固化剂对天津滨海新区的一种淤泥进行固结处理，该淤泥含水率在30％，将海滩淤泥复合固化剂与该淤泥按重量百分比为7％的比例掺入，将淤泥搅拌均匀后压实，养护。优选地，将淤泥搅拌均匀压实后压实度为95％。优选地，在温度为20℃且湿度大于80％的条件下进行标准养护。其常温放置1天就可以让总质量小于20吨的车辆通行，其放置1天后测定其无侧限抗压强度值达到0.53Mpa，7天后测定其无侧限抗压强度值达到1.72Mpa，28天后测定其无侧限抗压强度值达到2.55Mpa。
实施例2按下述重量百分比取海滩淤泥复合固化剂的各原料组分：
普通硅酸盐水泥熟料50％、硫铝酸盐水泥熟料5％、磷石膏2％、脱硫石膏4％、矿渣33.5％、奈系添加剂1.5％、硫酸盐类4％。
其中优选地，所述普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏和矿渣均为经过高温煅烧的活性材料。优选地，所述奈系添加剂主要成分为高效减水剂和固结强度激发剂。
将上述各原料组分按上述重量百分比混合后，经全自动配料微机进入预破碎机、管磨机进行粉磨，粉磨均匀后得到所述海滩淤泥复合固化剂，同时使所述海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g。
应用实施例2配制的该海滩淤泥复合固化剂对天津滨海新区的一种淤泥进行固结处理，该淤泥含水率在80％，将海滩淤泥复合固化剂与该淤泥按重量百分比为12％的比例掺入，将淤泥搅拌均匀后压实，养护。优选地，将淤泥搅拌均匀压实后压实度为95％。优选地，在温度为20℃且湿度大于80％的条件下进行标准养护。其常温放置1天就可以让总质量小于20吨的车辆通行，其放置1天后测定其无侧限抗压强度值达到0.62Mpa，7天后测定其无侧限抗压强度值达到1.86Mpa，28天后测定其无侧限抗压强度值达到2.78Mpa。
实施例3取普通硅酸盐水泥，进行对比试验。
将普通硅酸盐水泥对天津滨海新区的一种淤泥进行固结处理，该淤泥含水率在80％，将普通硅酸盐水泥与该淤泥按重量百分比为12％的比例掺入，将淤泥搅拌均匀后压实，其放置1天后测定其无侧限抗压强度值达到0.19Mpa，7天后测定其无侧限抗压强度值达到0.71Mpa，28天后测定其无侧限抗压强度值达到0.64Mpa。
将实施例1-3的试验数据进行对比，明显可以看出单独掺加普通硅酸盐水泥的固结体不易脱水，强度低，其无侧限抗压强度仅为应用本发明海滩淤泥复合固化剂的固结体强度的30％左右，且随养护时间的延长(如7天与28天测定的单独掺加普通硅酸盐水泥的无侧限抗压强度值)其无侧限抗压强度值反而降低。
而掺入本发明海滩淤泥复合固化剂得到的淤泥固结体的无侧限抗压强度比单独掺加普通硅酸盐水泥的固结体的无侧限抗压强度提高了近300％，且随着养护时间的延长，其固结体的无侧限抗压强度仍在逐步提高。
实施例4按下述重量百分比取海滩淤泥复合固化剂的各原料组分：
普通硅酸盐水泥熟料50％、硫铝酸盐水泥熟料5％、磷石膏2％、脱硫石膏4％、矿渣33.5％、奈系添加剂1.5％、硫酸盐类4％。
其中优选地，所述普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏和矿渣均为经过高温煅烧的活性材料。优选地，所述奈系添加剂主要成分为高效减水剂和固结强度激发剂。
将上述各原料组分按上述重量百分比混合后，经全自动配料微机进入预破碎机、管磨机进行粉磨，粉磨均匀后得到所述海滩淤泥复合固化剂，同时使所述海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g。
应用实施例4配制的该海滩淤泥复合固化剂对浙江台州的一种淤泥进行固结处理，该淤泥含水率在20％，将海滩淤泥复合固化剂与该淤泥按重量百分比为7％的比例掺入，将淤泥搅拌均匀后压实，养护。优选地，将淤泥搅拌均匀压实后压实度为95％。优选地，在温度为20℃且湿度大于80％的条件下进行标准养护。其常温放置1天就可以让总质量小于30吨的车辆通行，其放置1天后测定其无侧限抗压强度值达到0.56Mpa，7天后测定其无侧限抗压强度值达到1.67Mpa，28天后测定其无侧限抗压强度值达到2.89Mpa。
实施例5按下述重量百分比取海滩淤泥复合固化剂的各原料组分：
普通硅酸盐水泥熟料50％、硫铝酸盐水泥熟料5％、磷石膏2％、脱硫石膏4％、矿渣33.5％、奈系添加剂1.5％、硫酸盐类4％。
其中优选地，所述普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏和矿渣均为经过高温煅烧的活性材料。优选地，所述奈系添加剂主要成分为高效减水剂和固结强度激发剂。
将上述各原料组分按上述重量百分比混合后，经全自动配料微机进入预破碎机、管磨机进行粉磨，粉磨均匀后得到所述海滩淤泥复合固化剂，同时使所述海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g。
应用实施例5配制的该海滩淤泥复合固化剂对浙江台州的一种淤泥进行固结处理，该淤泥含水率在70％，将海滩淤泥复合固化剂与该淤泥按重量百分比为11％的比例掺入，将淤泥搅拌均匀后压实。优选地，将淤泥搅拌均匀压实后压实度为95％。优选地，在温度为20℃且湿度大于80％的条件下进行标准养护。其常温放置1天就可以让总质量小于30吨的车辆通行，其放置1天后测定其无侧限抗压强度值达到0.55Mpa，7天后测定其无侧限抗压强度值达到1.55Mpa，28天后测定其无侧限抗压强度值达到2.56Mpa。
实施例6按下述重量百分比取海滩淤泥复合固化剂的各原料组分：
普通硅酸盐水泥熟料50％、硫铝酸盐水泥熟料5％、磷石膏2％、脱硫石膏4％、矿渣33.5％、奈系添加剂1.5％、硫酸盐类4％。
其中优选地，所述普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏和矿渣均为经过高温煅烧的活性材料。优选地，所述奈系添加剂主要成分为高效减水剂和固结强度激发剂。
将上述各原料组分按上述重量百分比混合后，经全自动配料微机进入预破碎机、管磨机进行粉磨，粉磨均匀后得到所述海滩淤泥复合固化剂，同时使所述海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g。
应用实施例6配制的该海滩淤泥复合固化剂对海南海花岛的一种淤泥进行固结处理，该淤泥含水率在30％，将海滩淤泥复合固化剂与该淤泥按重量百分比为7％的比例掺入，将淤泥搅拌均匀后压实，养护。优选地，将淤泥搅拌均匀压实后压实度为95％。优选地，在温度为20℃且湿度大于80％的条件下进行标准养护。其常温放置1天就可以让总质量小于20吨的车辆通行，其放置1天后测定其无侧限抗压强度值达到0.59Mpa，7天后测定其无侧限抗压强度值达到1.87Mpa，28天后测定其无侧限抗压强度值达到2.88Mpa。
实施例7按下述重量百分比取海滩淤泥复合固化剂的各原料组分：
普通硅酸盐水泥熟料50％、硫铝酸盐水泥熟料5％、磷石膏2％、脱硫石膏4％、矿渣33.5％、奈系添加剂1.5％、硫酸盐类4％。
其中优选地，所述普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏和矿渣均为经过高温煅烧的活性材料。优选地，所述奈系添加剂主要成分为高效减水剂和固结强度激发剂。
将上述各原料组分按上述重量百分比混合后，经全自动配料微机进入预破碎机、管磨机进行粉磨，粉磨均匀后得到所述海滩淤泥复合固化剂，同时使所述海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g。
应用实施例7配制的该海滩淤泥复合固化剂对海南海花岛的一种淤泥进行固结处理，该淤泥含水率在70％，将海滩淤泥复合固化剂与该淤泥按重量百分比为10％的比例掺入，将淤泥搅拌均匀后压实，养护。优选地，将淤泥搅拌均匀压实后压实度为95％。优选地，在温度为20℃且湿度大于80％的条件下进行标准养护。其常温放置1天就可以让总质量小于20吨的车辆通行，其放置1天后测定其无侧限抗压强度值达到0.59Mpa，7天后测定其无侧限抗压强度值达到1.68Mpa，28天后测定其无侧限抗压强度值达到2.64Mpa。
由上述实施例在实际工程淤泥中的应用，可知本发明的海摊淤泥复合固化剂固结处理的淤泥土的强度完全能够满足修建公园、修筑道路、筑路基土的性能要求，且本发明的海滩淤泥复合固化剂可在海滩淤泥、河湖淡水污泥的固化处理中进行应用。
优选地，本发明的海滩淤泥复合固化剂各原料的化学成分的重量百分比为：
普通硅酸盐水泥熟料：二氧化硅20.55％、三氧化二铝5.89％、三氧化二铁2.43％、氧化钙64.85％、氧化镁1.36％、三氧化硫0.93％；
硫铝酸盐水泥熟料：二氧化硅20.14％、三氧化二铝7.32％、三氧化二铁2.13％、氧化钙64.21％、氧化镁1.53％、三氧化硫1.23％；
磷石膏：二氧化硅0.27％、三氧化二铝0.23％、三氧化二铁0.29％、氧化钙41.02％、氧化镁0.56％、三氧化硫43.06％；
脱硫石膏：二氧化硅0.36％、三氧化二铝0.33％、三氧化二铁0.21％、氧化钙40.69％、氧化镁0.49％、三氧化硫44.35％；
矿渣：二氧化硅45.3％、三氧化二铝12.92％、三氧化二铁1.53％、氧化钙26.3％、氧化镁6.34％、三氧化硫0.12％；
奈系添加剂：二氧化硅13.54％、三氧化二铝23.13％、三氧化二铁3.22％、氧化钙46.86％、氧化镁0.56％、三氧化硫1.32％；
硫酸盐类：硫酸盐。
上述海滩淤泥复合固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按各原料所占重量百分比为：普通硅酸盐水泥熟料40％-60％、硫铝酸盐水泥熟料5％-10％、磷石膏2％-4％、脱硫石膏3％-6％、矿渣30％-50％、奈系添加剂1％-3％、硫酸盐类3％-5％，称取各原料备用。
(2)将普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏、矿渣、奈系添加剂、硫酸盐类按上述重量百分比混合后，经全自动配料微机后进入预破碎机、管磨机进行粉磨。
(3)粉磨后，使所述海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g。
上述海滩淤泥复合固化剂的使用方法，它包括如下步骤：将所述海滩淤泥复合固化剂添加到含水率为10％-80％的海滩淤泥中，搅拌、压实，在常温下静止养护。优选地，所述海滩淤泥复合固化剂与海摊淤泥的重量百分比为6％-12％。
使用本发明的海滩淤泥复合固化剂，完全可以在极短的时间内达到固结体强度的要求，因此使用本发明的海滩淤泥复合固化剂，大大缩短了工程的固化时间，有效的缩短了施工工期。

Claims (8)

1.一种海滩淤泥复合固化剂，其特征在于：所述海滩淤泥复合固化剂由普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏、矿渣、奈系添加剂和硫酸盐类混合粉磨而成，各原料所占重量百分比为：普通硅酸盐水泥熟料40％-60％、硫铝酸盐水泥熟料5％-10％、磷石膏2％-4％、脱硫石膏3％-6％、矿渣30％-50％、奈系添加剂1％-3％、硫酸盐类3％-5％。
2.如权利要求1所述的海滩淤泥复合固化剂，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏和矿渣均为经过高温煅烧的活性材料。
3.如权利要求1或2所述的海滩淤泥复合固化剂，其特征在于，所述奈系添加剂主要成分为高效减水剂和固结强度激发剂。
4.如权利要求1所述的海滩淤泥复合固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按各原料所占重量百分比为：普通硅酸盐水泥熟料40％-60％、硫铝酸盐水泥熟料5％-10％、磷石膏2％-4％、脱硫石膏3％-6％、矿渣30％-50％、奈系添加剂1％-3％、硫酸盐类3％-5％，称取各原料备用。
(2)将普通硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、磷石膏、脱硫石膏、矿渣、奈系添加剂、硫酸盐类按上述重量百分比混合后，经全自动配料微机后进入预破碎机、管磨机进行粉磨。
(3)粉磨后，使所述海滩淤泥复合固化剂的比表面积大于430cm2/g。
5.如权利要求1所述的海滩淤泥复合固化剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述海滩淤泥复合固化剂添加到含水率为10％-80％的海滩淤泥中，搅拌、压实，在常温下静止养护。
6.如权利要求5所述的海滩淤泥复合固化剂的使用方法，其特征在于，所述海滩淤泥复合固化剂添加量为：所述海滩淤泥复合固化剂与海摊淤泥的重量百分比为6％-12％。
7.如权利要求1所述的海滩淤泥复合固化剂在海滩淤泥、河湖淡水污泥的固化处理中的应用。
8.如权利要求1所述的海滩淤泥复合固化剂作为修筑道路、修建公园的固化处理剂的应用。
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