CN107445547A - 一种高性能淤泥稳固剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能淤泥稳固剂，含有以下质量百分含量的组分：高炉矿渣粉30～60％、粉煤灰15～35％、生石灰10～20％、胶凝剂6～10％、磷石膏5～10％、絮凝剂1～8％、激发剂1～8％、增强剂1～5％。其能有效地降低淤泥的含水率，稳定性好，固化时间短。本发明还公开了上述高性能淤泥稳固剂的制备方法。

Description

一种高性能淤泥稳固剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高性能淤泥稳固剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 河道疏浚、湖泊清淤以及港口航道建设等不可避免地产生大量疏浚淤泥，如何高 效处置数量日益增长的疏浚淤泥是全球关注的一个问题。在我国，淤泥通常是作为废弃物 在农田、水塘等地集中堆放，若不加以妥善处理，则会长期占用大量土地，造成一系列的社 会问题，并且存在环境污染危害，如何处理疏浚淤泥是一个值得重视的问题。

[0003] 目前，大部分的研究还是集中在用工业废料作为辅助固化剂，辅助水泥、生石灰固 化疏浚淤泥，通常这些复合固化剂的效果要优于单掺水泥或生石灰，但是这种方法对工业 废料的消耗是极其有限的，固化成本上也仅小幅改善。以工业废料作为固化剂，辅以少量水 泥或生石灰作为反应诱发剂，是工业废料利用的另一种新的思路，更有利于工业废料的消 纳及固化成本的节约。

[0004] 因此，需研究高性能的原料、探寻固化机理，提高淤泥固化外加剂的性能、降低材 料价格、实现废物利用、提高施工的便利的新型高性能淤泥稳固剂。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种高性能淤泥稳固剂，其能有效地降低淤泥的含水率， 稳定性好，固化时间短。

[0006] 本发明的目的还在于提供上述高性能淤泥稳固剂的制备方法，该方法工艺简洁， 成本低。

[0007] 本发明的第一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种高性能淤泥稳固剂，含 有以下质量百分含量的组分：

[0008] 高炉矿渣粉30〜60 %

[0009] 粉煤灰15〜35 %

[0010] 生石灰10〜20%

[0011] 胶凝剂6〜10%

[0012] 磷石膏5〜10%

[0013] 絮凝剂1〜8%

[0014] 激发剂1〜8%

[0015] 增强剂1〜5%。

[0016] 进一步的，该高性能淤泥稳固剂中各组分的质量百分含量为：

[0017] 高炉矿渣粉40〜50 %

[0018] 粉煤灰20〜30%

[0019] 生石灰10〜16%

[0020] 胶凝剂6〜8 %

[0021] 磷石膏5〜8%

[0022] 絮凝剂2〜4 %

[0023] 激发剂2〜4 %

[0024] 增强剂1〜3 %。

[0025] 更佳的，该高性能淤泥稳固剂中各组分的质量百分含量为：

[0026] 高炉矿渣粉44 %

[0027] 粉煤灰26 %

[0028] 生石灰H %

[0029] 胶凝剂6 %

[0030] 磷石膏5 %

[0031] 絮凝剂3 %

[0032] 激发剂3 %

[0033] 增强剂2 %。

[0034] 在该高性能淤泥稳固剂的各组分中：

[0035] 本发明所述高炉矿渣粉应满足标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/ T8046技术要求，高炉矿渣粉比表面积不小于500m2/kg，密度不小于2.8g/cm3，7d活性指数不 小于95%，氯离子含量不大于0.06%，烧失量不大于3%。

[0036] 本发明所述粉煤灰应满足标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596技术要 求，粉煤灰细度优选不大于25%，烧失量优选不大于8%，需水量比优选不大于105%。

[0037] 本发明所述生石灰应满足标准《建筑生石灰》JC/T 479-2013技术要求，优选为三 级以上生石灰，钙镁含量不低于75 %。

[0038] 本发明所述胶凝剂优选为PO 42.5普通硅酸盐水泥或以上。

[0039] 本发明所述絮凝剂优选为硫酸铝、聚丙烯酸钠和丙烯酰胺中的一种或几种。

[0040] 本发明所述激发剂优选为氢氧化钠、硅酸钠和硅酸钙中的一种或几种。

[0041] 本发明所述增强剂优选为氯化钠、氯化钾和氯化钙中的一种或几种。

[0042] 本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的：上述高性能淤泥稳固剂的制 备方法如下：按上述用量关系取各组分，将各组分送入球磨机中进行研磨30〜45min，研磨 后过0.075mm的方孔筛，先将高炉矿渣粉、粉煤灰、生石灰、胶凝剂和激发剂按比例混合10〜 15min，得混合料a，再将磷石膏、絮凝剂和增强剂按比例混合10〜15min，得混合料b，将混合 料a和混合料b混合均勾15〜2Om i η，即得高性能齡泥稳固剂。

[0043] 该高性能淤泥稳固剂在使用时，淤泥与淤泥稳固剂的质量配比优选为100:6〜20。

[0044] 本发明中的各组分的作用如下：

[0045] 高炉矿渣粉:能增强淤泥固化土的抗渗性能，有效减缓氯离子的扩散频率，能有效 防止固化土受到酸性盐物质的腐蚀。掺入高炉矿渣粉后，固化土的28d和90d的强度会显著 提尚。

[0046] 粉煤灰:能改善固化土的和易性，减少固化土的徐变，减少水化热、热能膨胀性，提 高固化土的抗渗能力，有效地防止碱集料反应，提高固化土的耐久性。

[0047] 生石灰：是在天然岩石里用高温度的煅烧下分解出来的，生石灰熟化后形成的石 灰浆中，石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，可吸附大量的水具有较强保持水分的能力，将它 掺入淤泥固化土中，可显著提高固化土的和易性、强度和耐水性。

[0048] 胶凝剂:与水拌合后，经水化反应能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒 状材料胶结成为整体，有助于提高固化土的强度及耐久性。

[0049] 磷石膏：是在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为硫酸 钙。通过利用磷石膏富含的钙离子交换盐碱土壤中的钠离子调节土壤酸碱度，利用磷石膏 中含有的硫、磷、镁等有效养分，可以有效改良盐碱地土壤的理化性能。

[0050] 絮凝剂:作为土壤结构改良剂，可以增加土壤表层颗粒间的凝聚力，维系良好的土 壤结构，增加土壤的入渗率，减少地表径流，防止土壤流失以及具有较好的抑制土壤水分蒸 发能力，具有保水、保土作用。

[0051] 激发剂:利用碱激发剂的催化原理，碱激发剂对高炉矿渣粉的水化起催化作用，使 高炉矿渣粉的水化反应速度加快。

[0052] 增强剂:能提高固化土的早期强度，加速固化土的硬化和增加土壤的抗冻性能。

[0053] 通过将胶凝剂、磷石膏、絮凝剂、激发剂、增强剂与高炉矿渣粉、粉煤灰、生石灰一 起使用，制成淤泥稳固剂，能有效地激发高炉矿渣粉的活性，更好地提高固化土的耐久性和 抗冻性，尤其是对提高固化土的后期强度有很好的激发作用。

[0054] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0055] (1)本发明的高性能淤泥稳固剂能有效地降低淤泥的含水率，稳定性好，固化时间 短，加快了淤泥固化速度，提高了淤泥固化的早期抗压强度，提高了施工效率；

[0056] (2)本发明的高性能淤泥稳固剂能够吸附并固化淤泥中的重金属，并且随着固化 后淤泥强度的提高，淤泥中的重金属离子被固化，能使淤泥达到建筑填土和道路路基用土 的要求；

[0057] (3)本发明的高性能淤泥稳固剂处理后的稳固土可用于道路路基回填、堤坝修筑 等，解决了淤泥占用大量土地的难题，避免了环境污染，而且工程造价低；

[0058] ⑷本发明高性能淤泥稳固剂具有早期抗压强度高、后期抗压强度逐步增加、工业 废弃物再生利用等优点。

具体实施方式

[0059] 为了进一步理解本发明，以下结合具体实施例来说明，下述各实施例仅用于说明 本发明而非对本发明的限制。

[0060] 以下实施例中，采用的原料如无特殊说明，均为市售原料。

[0061] 实施例1

[0062] 本实施例提供的高性能淤泥稳固剂，由以下质量百分含量的组分组成：

[0063] 高炉矿渣粉44 %

[0064] 粉煤灰26 %

[0065] 生石灰11 %

[0066] 胶凝剂6 %

[0067] 磷石膏5 %

[0068] 絮凝剂3 %

[0069] 激发剂3 %

[0070] 增强剂2 %。

[0071] 在高性能淤泥稳固剂的各组分中：

[0072] 高炉矿渣粉应满足标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T8046技术 要求，高炉矿渣粉比表面积不小于500m2/kg，密度不小于2.8g/cm3，7d活性指数不小于95%， 氯离子含量不大于0.06%，烧失量不大于3%。

[0073] 粉煤灰应满足标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596技术要求，粉煤灰细 度不大于25%，烧失量不大于8%，需水量比不大于105%。

[0074] 生石灰应满足标准《建筑生石灰》JC/T 479-2013技术要求，为三级以上生石灰，钙 镁含量不低于75%。

[0075] 胶凝剂为PO 42.5普通硅酸盐水泥。

[0076] 絮凝剂为硫酸铝。

[0077] 激发剂为氢氧化钠。

[0078] 增强剂为氯化钠。

[0079] 该高性能淤泥稳固剂的制备方法为：

[0080] 按上述用量关系取各组分，将各组分送入球磨机中进行研磨30〜45min，研磨后过 0.075mm的方孔筛，先将高炉矿渣粉、粉煤灰、生石灰、胶凝剂和激发剂按比例混合10〜 15min，得混合料a，再将磷石膏、絮凝剂和增强剂按比例混合10〜15min，得混合料b，将混合 料a和混合料b混合均勾15〜2Om i η，即得高性能齡泥稳固剂。

[0081] 试验时，取1500g的土样，加入本实施例配制好的淤泥稳固剂，掺量为10%，将混合 料拌合均匀，制成6个Φ 50 X 50mm的圆柱体试样，置于标准养护室养护，其7天抗压强度可达 到1.25〜1.56MPa，强度高。

[0082] 其中试验用土样选用滩涂淤泥，其主要物理力学指标如表1，以下实施例同。

[0083] 表1滩涂淤泥主要物理力学指标

[0084]

[0085] 实施例2

[0086] 本实施例提供的高性能淤泥稳固剂，由以下质量百分含量的组分组成：

[0087] 高炉矿渣粉48 %

[0088] 粉煤灰18 %

[0089] 生石灰13%

[0090] 胶凝剂8 %

[0091] 磷石膏6 %

[0092] 絮凝剂2 %

[0093] 激发剂3 %

[0094] 增强剂2 %。

[0095] 在高性能淤泥稳固剂的各组分中：

[0096] 高炉矿渣粉应满足标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T8046技术 要求，高炉矿渣粉比表面积不小于500m2/kg，密度不小于2.8g/cm3，7d活性指数不小于95%， 氯离子含量不大于0.06%，烧失量不大于3%。

[0097] 粉煤灰应满足标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596技术要求，粉煤灰细 度不大于25%，烧失量不大于8%，需水量比不大于105%。

[0098] 生石灰应满足标准《建筑生石灰》JC/T 479-2013技术要求，为三级以上生石灰，钙 镁含量不低于75%。

[0099] 胶凝剂为PO 42.5普通硅酸盐水泥。

[0100] 絮凝剂为聚丙烯酸钠。

[0101] 激发剂为硅酸钠。

[0102] 增强剂为氯化钾。

[0103] 该高性能淤泥稳固剂的制备方法为：按上述用量关系取各组分，将各组分送入球 磨机中进行研磨30〜45min，研磨后过0.075mm的方孔筛，先将高炉矿渣粉、粉煤灰、生石灰、 胶凝剂和激发剂按比例混合10〜15min，得混合料a，再将磷石膏、絮凝剂和增强剂按比例混 合10〜15min，得混合料b，将混合料a和混合料b混合均勾15〜20min，即得高性能齡泥稳固 剂。

[0104] 试验时，取1500g的土样，加入本实施例配制好的淤泥稳固剂，掺量为10%，将混合 料拌合均匀，制成6个Φ 50 X 50mm的圆柱体试样，置于标准养护室养护，其7天抗压强度可达 到1.31〜1.74MPa〇

[0105] 实施例3

[0106] 本实施例提供的高性能淤泥稳固剂，由以下质量百分含量的组分组成：

[0107] 高炉矿渣粉42 %

[0108] 粉煤灰24 %

[0109] 生石灰12%

[0110] 胶凝剂7 %

[0111] 磷石膏8%

[0112] 絮凝剂3 %

[0113] 激发剂2 %

[0114] 增强剂2 %。

[0115] 在高性能淤泥稳固剂的各组分中：

[0116] 高炉矿渣粉应满足标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T8046技术 要求，高炉矿渣粉比表面积不小于500m2/kg，密度不小于2.8g/cm3，7d活性指数不小于95%， 氯离子含量不大于0.06%，烧失量不大于3%。

[0117] 粉煤灰应满足标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596技术要求，粉煤灰细 度不大于25%，烧失量不大于8%，需水量比不大于105%。

[0118] 生石灰应满足标准《建筑生石灰》JC/T 479-2013技术要求，为三级以上生石灰，钙 镁含量不低于75%。

[0119] 胶凝剂为PO 52.5普通硅酸盐水泥。

[0120] 絮凝剂为聚丙烯酰胺。

[0121] 激发剂为硅酸钙。

[0122] 增强剂为氯化钙。

[0123] 该高性能淤泥稳固剂的制备方法为：按上述用量关系取各组分，将各组分送入球 磨机中进行研磨30〜45min，研磨后过0.075mm的方孔筛，先将高炉矿渣粉、粉煤灰、生石灰、 胶凝剂和激发剂按比例混合10〜15min，得混合料a，再将磷石膏、絮凝剂和增强剂按比例混 合10〜15min，得混合料b，将混合料a和混合料b混合均勾15〜20min，即得高性能齡泥稳固 剂。

[0124] 试验时，取1500g的土样，加入本实施例配制好的淤泥稳固剂，掺量为10%，将混合 料拌合均匀，制成6个Φ 50 X 50mm的圆柱体试样，置于标准养护室养护，其7天抗压强度可达 到1.59〜1.88MPa。

[0125] 实施例4

[0126] 本实施例提供的高性能淤泥稳固剂，与实施例1不同的是，由以下质量百分含量的 组分组成：

[0127] 高炉矿渣粉60%

[0128] 粉煤灰15 %

[0129] 生石灰

[0130] 胶凝剂6 %

[0131] 磷石膏5%

[0132] 絮凝剂1%

[0133] 激发剂1%

[0134] 增强剂1%。

[0135] 在高性能淤泥稳固剂的各组分中：

[0136] 高炉矿渣粉应满足标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T8046技术 要求，高炉矿渣粉比表面积不小于500m2/kg，密度不小于2.8g/cm3，7d活性指数不小于95%， 氯离子含量不大于0.06%，烧失量不大于3%。

[0137] 粉煤灰应满足标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596技术要求，粉煤灰细 度不大于25%，烧失量不大于8%，需水量比不大于105%。

[0138] 生石灰应满足标准《建筑生石灰》JC/T 479-2013技术要求，为三级以上生石灰，钙 镁含量不低于75%。

[0139] 胶凝剂为PO 52.5普通硅酸盐水泥。

[0140] 絮凝剂为聚丙烯酸钠。

[0141] 激发剂为氢氧化钠。

[0142] 增强剂为氯化钾。

[0143] 该高性能淤泥稳固剂的制备方法为：按上述用量关系取各组分，将各组分送入球 磨机中进行研磨30〜45min，研磨后过0.075mm的方孔筛，先将高炉矿渣粉、粉煤灰、生石灰、 胶凝剂和激发剂按比例混合10〜15min，得混合料a，再将磷石膏、絮凝剂和增强剂按比例混 合10〜15min，得混合料b，将混合料a和混合料b混合均勾15〜20min，即得高性能齡泥稳固 剂。

[0144] 试验时，取1500g的土样，加入本实施例配制好的淤泥稳固剂，掺量为10%，将混合 料拌合均匀，制成6个Φ 50 X 50mm的圆柱体试样，置于标准养护室养护，其7天抗压强度可达 到1.48〜1.75MPa。

[0145] 实施例5

[0146] 本实施例提供的高性能淤泥稳固剂，与实施例2不同的是，由以下质量百分含量的 组分组成：

[0147] 高炉矿渣粉30 %

[0148] 粉煤灰15 %

[0149] 生石灰

[0150] 胶凝剂10 %

[0151] 磷石膏10%

[0152] 絮凝剂8 %

[0153] 激发剂8 %

[0154] 增强剂5 %。

[0155] 在高性能淤泥稳固剂的各组分中：

[0156] 高炉矿渣粉应满足标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T8046技术 要求，高炉矿渣粉比表面积不小于500m2/kg，密度不小于2.8g/cm3，7d活性指数不小于95%， 氯离子含量不大于0.06%，烧失量不大于3%。

[0157] 粉煤灰应满足标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596技术要求，粉煤灰细 度不大于25%，烧失量不大于8%，需水量比不大于105%。

[0158] 生石灰应满足标准《建筑生石灰》JC/T 479-2013技术要求，为三级以上生石灰，钙 镁含量不低于75%。

[0159] 胶凝剂为PO 42.5普通硅酸盐水泥。

[0160] 絮凝剂为硫酸铝。

[0161] 激发剂为硅酸钠。

[0162] 增强剂为氯化钙。

[0163] 该高性能淤泥稳固剂的制备方法为：按上述用量关系取各组分，将各组分送入球 磨机中进行研磨30〜45min，研磨后过0.075mm的方孔筛，先将高炉矿渣粉、粉煤灰、生石灰、 胶凝剂和激发剂按比例混合10〜15min，得混合料a，再将磷石膏、絮凝剂和增强剂按比例混 合10〜15min，得混合料b，将混合料a和混合料b混合均勾15〜20min，即得高性能齡泥稳固 剂。

[0164] 试验时，取1500g的土样，加入本实施例配制好的淤泥稳固剂，掺量为10%，将混合 料拌合均匀，制成6个Φ 50 X 50mm的圆柱体试样，置于标准养护室养护，其7天抗压强度可达 到1.11〜1.42MPa。

[0165] 本发明所列举的各组分，以及本发明各组分的上下限、区间取值都能实现本发明， 在此不一一列举实施例。上面列举一部分具体实施例对本发明进行说明，有必要在此指出 的是上下具体实施例只用于对本发明作进一步的说明，不代表对本发明保护范围的限制。 其他人根据本发明作出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种高性能淤泥稳固剂，其特征是含有以下质量百分含量的组分： 高炉矿渣粉30〜60 % 粉煤灰15〜35 % 生石灰10〜20% 胶凝剂6〜10 % 磷石膏5〜10% 絮凝剂1〜8 % 激发剂1〜8 % 增强剂1〜5 %。

2. 根据权利要求1所述的高性能淤泥稳固剂，其特征是各组分的质量百分含量为： 高炉矿渣粉40〜50 % 粉煤灰20〜30 % 生石灰10〜16% 胶凝剂6〜8 % 磷石膏5〜8% 絮凝剂2〜4 % 激发剂2〜4 % 增强剂1〜3 %。

3. 根据权利要求2所述的高性能淤泥稳固剂，其特征是各组分的质量百分含量为： 高炉矿渣粉44% 粉煤灰26% 生石灰11% 胶凝剂6% 磷石膏5% 絮凝剂3% 激发剂3% 增强剂2%。

4. 根据权利要求1-3任一项所述的高性能淤泥稳固剂，其特征是:所述高炉矿渣粉比表 面积不小于500m2/kg，密度不小于2.8g/cm3，7d活性指数不小于95 %，氯离子含量不大于

0.06%，烧失量不大于3 %。

5. 根据权利要求1-3任一项所述的高性能淤泥稳固剂，其特征是:所述粉煤灰细度不大 于25%，烧失量不大于8%，需水量比不大于105%。

6. 根据权利要求1-3任一项所述的高性能淤泥稳固剂，其特征是:所述生石灰应为三级 以上生石灰，钙镁含量不低于75%。

7. 根据权利要求1-3任一项所述的高性能淤泥稳固剂，其特征是：所述胶凝剂为PO 32.5普通娃酸盐水泥或以上。

8. 根据权利要求1-3任一项所述的高性能淤泥稳固剂，其特征是：所述絮凝剂为硫酸 铝、聚丙烯酸钠和丙烯酰胺中的一种或几种。

9. 根据权利要求1-3任一项所述的高性能淤泥稳固剂，其特征是:所述激发剂为氢氧化 钠、硅酸钠和硅酸钙中的一种或几种;所述增强剂为氯化钠、氯化钾和氯化钙中的一种或几 种。

10.权利要求1-3任一项所述的高性能淤泥稳固的制备方法，其特征是包括以下步骤： 按上述用量关系取各组分，将各组分送入球磨机中进行研磨30〜45min，研磨后过0.075mm 的方孔筛，先将高炉矿渣粉、粉煤灰、生石灰、胶凝剂和激发剂按比例混合10〜15min，得混 合料a，再将磷石膏、絮凝剂和增强剂按比例混合10〜15min，得混合料b，将混合料a和混合 料b混合均勾15〜20min，即得高性能齡泥稳固剂。