CN107324726A

CN107324726A - 一种淤泥粉体纳米软土改性剂及其制备方法

Info

Publication number: CN107324726A
Application number: CN201710661784.6A
Authority: CN
Inventors: 陈建康; 梅丰; 陆伟
Original assignee: Fujian Harbour Geotechnical Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Fujian Harbour Geotechnical Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2017-08-04
Publication date: 2017-11-07

Abstract

本发明属于淤泥的处理领域，具体涉及一种淤泥粉体纳米软土改性剂及其制备方法。由以下重量份的原料制成：P.O 42.5R普通硅酸盐水泥1.8~2.0份，S95粒化高炉矿渣2.1~2.3份，CL90生石灰1.8~2.0份，F.II级粉煤灰0.5~0.6份，纳米级硅微粉0.5~0.6份，复合激发剂0.5~0.6份，海泡石纤维0.4~0.5份，耐碱玻璃纤维0.6~0.8份，硅灰石纤维0.8~1.0份，造纸白泥0.8‑1.2份。本发明通过造纸白泥、海泡石纤维、耐碱玻璃纤维、硅灰石纤维、S95粒化高炉矿渣、P.O 42.5R普通硅酸盐水泥和复合激发剂混合，生成了絮凝状固体凝胶和大量纤维状水化产物，与淤泥所形成的固化体性能稳定，抗压强度好，剪切力强。

Description

一种淤泥粉体纳米软土改性剂及其制备方法

技术领域

本发明属于淤泥的处理领域，具体涉及一种淤泥粉体纳米软土改性剂及其制备方法。

背景技术

随着城市人口的剧增，社会、经济的快速发展，大量未经处理的生产废水、生活污水排入内湖，常年累月，在河床和湖底沉积一层厚厚的底泥。导致城市内外源污染严重，水体富营养化不断加剧，水质下降，极大影响了城市的生态环境及居民生活环境。河道的淤积问题、环境问题等矛盾日益突出。如何处置河道淤泥，寻找切实可行的最有效解决途径，实现资源的综合利用，充分发挥审计免疫作用，已成为社会关注的课题。

一个城市产生的污泥一般有4种：建筑泥浆、河道淤泥、阴沟泥和污水处理厂污泥。与建筑泥浆相比，其他3种淤泥由于含有病原菌、寄生虫(卵)、重金属及某些难降解的有机毒物，如果处置不当，极易造成二次污染。

目前对淤泥进行处理的方法为向污泥中加入固化剂，破坏污泥中微生物细胞结构，促使细胞内水的释放，并通过一系列的复杂的物理化学反应（如水化反应等），将有毒有害的物质固定在固化形成的网链中，使其转化成类似土壤或胶结强度很大的固体，从而降低污泥的持水性，加速污泥的脱水过程。污泥物化改性处理技术既可用作特殊工业污泥，如含重金属污泥，含油污泥、电镀污泥、印染污泥等危险废物的固化处理，也可用于城市污水处理厂生产的普通污泥。

淤泥固化剂由于大多采用各种工业固体废弃物作为主要掺合物，不但能够大量消纳利用历年堆积的工业废渣，还节约土地资源，能够发挥以废治废的功效。然而无论是传统的淤泥固化材料水泥、石灰还是采用各种工业固体废弃物的新型淤泥固化材料-淤泥固化剂，在加固淤泥中也还存在着一些弊端，诸如抗拉强度低、强度增长慢、韧性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种淤泥粉体纳米软土改性剂及其制备方法。本发明制得的改性剂处理淤泥时，所形成的固化体性能稳定，抗压强度好，韧性高，剪切力强。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种淤泥粉体纳米软土改性剂，由以下重量份的原料制成：P.O 42.5R普通硅酸盐水泥1.8~2.0份，S95粒化高炉矿渣2.1~2.3份，CL90生石灰1.8~2.0份，F.II级粉煤灰0.5~0.6份，纳米级硅微粉0.5~0.6份，复合激发剂0.5~0.6份，海泡石纤维0.4~0.5份，耐碱玻璃纤维0.6~0.8份，硅灰石纤维0.8~1.0份，造纸白泥0.8-1.2份。

优选的，所述的淤泥粉体纳米软土改性剂，由以下重量份的原料制成：P.O 42.5R普通硅酸盐水泥1.9份，S95粒化高炉矿渣2.2份，CL90生石灰1.9份，F.II级粉煤灰0.5份，纳米级硅微粉0.6份，复合激发剂0.6份，海泡石纤维0.4份，耐碱玻璃纤维0.7份，硅灰石纤维0.9份，造纸白泥1.0份。

所述的复合激发剂由聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁按重量比100:15~20:7~13:5~7:3~4:1~3混合制成。

所述的复合激发剂的制备方法为：将聚丙烯酸加热至70~75℃，加入聚羧酸减水剂、搅拌10~13min后，再加入硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁，并搅拌5~10min，即制得复合激发剂。

一种制备如上所述的淤泥粉体纳米软土改性剂的方法：将造纸白泥、海泡石纤维、耐碱玻璃纤维、硅灰石纤维、P.O 42.5R普通硅酸盐水泥、S95粒化高炉矿渣和复合激发剂加入搅拌机中，混合5~10min，然后加入CL90生石灰、F.II级粉煤灰和纳米级硅微粉，继续搅拌7~15min，磨细，使其比表面积不低于450m²/kg，然后放入烘箱中40℃烘干4~6小时，即得到粉体纳米软土改性剂。

一种如上所述的淤泥粉体纳米软土改性剂的应用，将淤泥粉体纳米软土改性剂与淤泥按质量比1:8~1:10混合均匀，出料，然后现场堆防进行物理泌水，泌水期间，收集泌水并称重，堆放1天即可得到改性后的淤泥固化土。

造纸白泥是将含水的重量百分比例为40～55%的造纸白泥废料经加热烘干、粉碎后制得的。

海泡石纤维是一种链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，海泡石由硅氧四面体和镁氧八面体相互连接成的三维立体结构，有贯穿整个结构发达的孔道和孔隙，类似于沸石的结构。它的比表面积可高达900m²/g，因此具有很大的吸附性能。由于海泡石的表面含有大量的酸性和碱性中心，具有较强的极性，所以会先吸附极性较强的物质。海泡石结构中含有大量的Si-OH基团，所以对有机物具有较强的亲和力，能与其直接作用，生成有机矿物衍生物，并且保留矿物原来的框架。利用其物理化学特性，来吸附淤泥中有害的物质，如NH₃、SO₂、H₂S、丙烯醛、丙酮、甲醇、丙烯腈、苯、甲苯、苯乙烯及有机染料等。另外，海泡石对某些有害离子如Pb²⁺、Cd²⁺、Cl^-等也有特殊吸附作用。

耐碱玻璃纤维是玻璃纤维增强（水泥）混凝土（简称GRC）的肋筋材料，是100%无机纤维，在非承重的水泥构件中是钢材和石棉的理想替代品。耐碱玻璃纤维的特点是耐碱性好，能有效抵抗水泥中高碱物质的侵蚀，握裹力强，弹性模量、抗冲击、抗拉、抗弯强度极高，不燃、抗冻、耐温度、湿度变化能力强，抗裂、抗渗性能卓越，具有可设计性强，易成型等特点。

硅灰石纤维属于单链硅酸盐矿物，其纤维易于分离，常用于增强填料。

纳米级硅微粉是由天然石英（SiO₂）或熔融石英（天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO₂）经破碎、球磨（或振动、气流磨）、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉，可用于混凝土等胶凝材料的增强填料。

本发明与现有技术比较具有以下优点：

本发明通过造纸白泥、海泡石纤维、耐碱玻璃纤维、硅灰石纤维、S95粒化高炉矿渣、P.O42.5R普通硅酸盐水泥和复合激发剂混合，生成了絮凝状固体凝胶和大量纤维状水化产物，白泥颗粒以及后续加入的粉煤灰、纳米级硅微粉发挥了微晶核和微集料效应，填充于纤维与凝胶互相搭接形成的空间网络中，使固体凝胶和纤维成核结晶与长大，起到了基体的密实作用，并将淤泥中一些有毒有害的物质通过海泡石纤维的吸附以及改性剂的水化反应固化在形成的网络中，部分形成了新的稳定的矿物体，因而使淤泥固体材料可以达到理想的抗压强度，并具备一定的去污能力。

具体实施方式

为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种淤泥粉体纳米软土改性剂，由以下重量份的原料制成：P.O 42.5R普通硅酸盐水泥1.8份，S95粒化高炉矿渣2.3份，CL90生石灰1.8份，F.II级粉煤灰0.6份，纳米级硅微粉0.5份，复合激发剂0.6份，海泡石纤维0.4份，耐碱玻璃纤维0.8份，硅灰石纤维0.8份，造纸白泥1.2份。

所述的复合激发剂由聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁按重量比100:15:13:5:4:1混合制成。

所述的复合激发剂的制备方法为：将聚丙烯酸加热至70℃，加入聚羧酸减水剂、搅拌13min后，再加入硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁，并搅拌5min，即制得复合激发剂。

一种制备如上所述的淤泥粉体纳米软土改性剂的方法：将造纸白泥、海泡石纤维、耐碱玻璃纤维、硅灰石纤维、P.O 42.5R普通硅酸盐水泥、S95粒化高炉矿渣和复合激发剂加入搅拌机中，混合5min，然后加入CL90生石灰、F.II级粉煤灰和纳米级硅微粉，继续搅拌15min，磨细，使其比表面积不低于450m²/kg，然后放入烘箱中40℃烘干5小时，即得到粉体纳米软土改性剂。

具体应用：

将淤泥粉体纳米软土改性剂5kg和含水量160%的淤泥50kg，倒入搅拌机内混合搅拌，混合均匀后，出料，然后现场堆防进行物理泌水，泌水期间，收集泌水并称重，堆放1天即可得到改性后的淤泥固化土。

实施例2

一种淤泥粉体纳米软土改性剂，由以下重量份的原料制成：P.O 42.5R普通硅酸盐水泥1.9份，S95粒化高炉矿渣2.2份，CL90生石灰1.9份，F.II级粉煤灰0.5份，纳米级硅微粉0.6份，复合激发剂0.6份，海泡石纤维0.4份，耐碱玻璃纤维0.7份，硅灰石纤维0.9份，造纸白泥1.0份。

所述的复合激发剂由聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁按重量比100:17:10:6:3:2混合制成。

所述的复合激发剂的制备方法为：将聚丙烯酸加热至72℃，加入聚羧酸减水剂、搅拌11min后，再加入硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁，并搅拌7min，即制得复合激发剂。

一种制备如上所述的淤泥粉体纳米软土改性剂的方法：将造纸白泥、海泡石纤维、耐碱玻璃纤维、硅灰石纤维、P.O 42.5R普通硅酸盐水泥、S95粒化高炉矿渣和复合激发剂加入搅拌机中，混合7min，然后加入CL90生石灰、F.II级粉煤灰和纳米级硅微粉，继续搅拌10min，混合均匀后制成淤泥粉体纳米软土改性剂。

具体应用：

实施例3

一种淤泥粉体纳米软土改性剂，由以下重量份的原料制成：P.O 42.5R普通硅酸盐水泥2.0份，S95粒化高炉矿渣2.1份，CL90生石灰2.0份，F.II级粉煤灰0.5份，纳米级硅微粉0.6份，复合激发剂0.5份，海泡石纤维0.5份，耐碱玻璃纤维0.6份，硅灰石纤维1.0份，造纸白泥0.8份。

所述的复合激发剂由聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁按重量比100: 20:7: 7:3: 3混合制成。

所述的复合激发剂的制备方法为：将聚丙烯酸加热至75℃，加入聚羧酸减水剂、搅拌10min后，再加入硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁，并搅拌10min，即制得复合激发剂。

一种制备如上所述的淤泥粉体纳米软土改性剂的方法：将造纸白泥、海泡石纤维、耐碱玻璃纤维、硅灰石纤维、P.O 42.5R普通硅酸盐水泥、S95粒化高炉矿渣和复合激发剂加入搅拌机中，混合10min，然后加入CL90生石灰、F.II级粉煤灰和纳米级硅微粉，继续搅拌7min，混合均匀后制成淤泥粉体纳米软土改性剂。

具体应用：

将实施例1-3得到的改性后的淤泥固化土进行性能测试，结果列于表1，由表1可得：改性后的淤泥可以满足外运，边坡支护，填筑碾压的要求，即无侧限抗压强度不小于30KPa, 剪切力C值不小于25KN，内摩擦角ƒ值不小于30°。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种淤泥粉体纳米软土改性剂，其特征在于：由以下重量份的原料制成：P.O 42.5R普通硅酸盐水泥1.8~2.0份，S95粒化高炉矿渣2.1~2.3份，CL90生石灰1.8~2.0份，F.II级粉煤灰0.5~0.6份，纳米级硅微粉0.5~0.6份，复合激发剂0.5~0.6份，海泡石纤维0.4~0.5份，耐碱玻璃纤维0.6~0.8份，硅灰石纤维0.8~1.0份，造纸白泥0.8-1.2份。

2.根据权利要求1所述的淤泥粉体纳米软土改性剂，其特征在于：由以下重量份的原料制成：P.O 42.5R普通硅酸盐水泥1.9份，S95粒化高炉矿渣2.2份，CL90生石灰1.9份，F.II级粉煤灰0.5份，纳米级硅微粉0.6份，复合激发剂0.6份，海泡石纤维0.4份，耐碱玻璃纤维0.7份，硅灰石纤维0.9份，造纸白泥1.0份。

3.根据权利要求1或2所述的淤泥粉体纳米软土改性剂，其特征在于：所述的复合激发剂由聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁按重量比100:15~20:7~13:5~7:3~4:1~3混合制成。

4.根据权利要求3所述的淤泥粉体纳米软土改性剂，其特征在于：所述的复合激发剂的制备方法为：将聚丙烯酸加热至70~75℃，加入聚羧酸减水剂、搅拌10~13min后，再加入硫酸铝钾、硫酸钙、硫酸钠和硫酸镁，并搅拌5~10min，即制得复合激发剂。

5.一种制备如权利要求1或2所述的淤泥粉体纳米软土改性剂的方法，其特征在于：将造纸白泥、海泡石纤维、耐碱玻璃纤维、硅灰石纤维、P.O 42.5R普通硅酸盐水泥、S95粒化高炉矿渣和复合激发剂加入搅拌机中，混合5~10min，然后加入CL90生石灰、F.II级粉煤灰和纳米级硅微粉，继续搅拌7~15min，磨细，使其比表面积不低于450m²/kg，然后放入烘箱中40℃烘干4~6小时，即得到粉体纳米软土改性剂。

6.一种如权利要求1或2所述的淤泥粉体纳米软土改性剂的应用，其特征在于：将淤泥粉体纳米软土改性剂与淤泥按质量比1:8~1:10混合均匀，出料，然后现场堆防进行物理泌水，泌水期间，收集泌水并称重，堆放1天即可得到改性后的淤泥固化土。