CN109384360A - 一种膨润土-水玻璃材料及其在淤泥固化中的使用方法 - Google Patents

一种膨润土-水玻璃材料及其在淤泥固化中的使用方法 Download PDF

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Abstract

一种膨润土‑水玻璃材料及其在淤泥固化中的使用方法，属于市政和建筑工程材料技术领域，该膨润土‑水玻璃材料用以加固淤泥，是由膨润土、水泥以及水玻璃按一定比例混合配制而成的浆液。水泥用以提高淤泥固化后的强度，而膨润土利用自身的高吸附水性，进而进一步提高固化淤泥的强度。同时水玻璃的加入，一方面缩短了固化时间，另一方面固化后的淤泥表面具有疏水性，不易被水冲稀而失去强度。

Description

一种膨润土-水玻璃材料及其在淤泥固化中的使用方法
所属领域
本发明涉及一种新型膨润土-水玻璃材料及其在淤泥固化中的使用方法。属于市政和建筑工程材料范畴，材料制备技术领域。
背景技术
淤泥具有土层厚度大、含水率高、强度低、压缩量大等特点。大量淤泥堆放或抛弃，造成土地资源的浪费。将淤泥进行固化处理，转化为土工材料和建筑材料进行再生利用，可减少其对环境的污染，节约土地资源，具有明显的经济和社会效益。目前常用的淤泥固化方法是将水泥作为固化主料，石膏、石灰等作为添加剂，其中水泥主要起提高强度的作用，添加剂用来克服其干缩大、膨胀性大等缺点，该加固方法在提高强度方面已经取得了一系列成果。然而，当遇到含水量高和有机质含量较高的淤泥时，采用传统的加固方法往往会导致淤泥固化后的强度偏低。
膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石是一种层状铝硅酸盐，由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成晶体结构。铝氧八面体和硅氧四面体中的Al3+和Si4+存在异价类质同象置换导致层间具有负电子，为了平衡这些负电荷，层间需要吸附大量Ca2+和Mg2+和极性分子，因此膨润土具有良好的离子交换性、黏结性以及吸水性。本发明将膨润土作为外掺剂加入到传统法固化淤泥法，借助有机膨润土的高吸附性减少土体中的吸附水，提高淤泥的最佳含水量，增大淤泥强度，减小其收缩性。解决传统淤泥固化法加固含水量高和有机质含量高的淤泥所时面临的固化后的淤泥强度低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型膨润土-水玻璃材料及其在淤泥固化中的使用方法。该新型膨润土-水玻璃材料用以加固淤泥，是由膨润土、水泥以及水玻璃按一定比例混合配制而成的浆液。水泥用以提高淤泥固化后的强度，而膨润土利用自身的高吸附水性，进一步提高固化淤泥的强度。同时水玻璃的加入，一方面缩短了固化时间，另一方面固化后的淤泥表面具有疏水性，不易被水冲稀而失去强度。
该膨润土-水玻璃材料主要成分包含有膨润土、水泥以及水玻璃；用于淤泥中，其中各物质的质量百分比为淤泥：75-87％，膨润土：2-16％，水泥：7-9％，水玻璃：2-2.7％。
膨润土：具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附8～15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍。层间阳离子为钠离子时称钠基膨润土，层间阳离子为钙离子时称钙基膨润土，层间阳离子为氢离子时称氢基膨润土，而层间为有机阳离子时称有机膨润土。可以是任意一种或多种。
水泥：硬化后不但能提高固化淤泥的强度，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀，主要有普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等，任选一种或多种。
水玻璃：一种水溶性硅酸盐，常作为一种矿黏合剂。工业用水玻璃为硅酸水溶液，波美度可以是20-40。将水玻璃压注到淤泥和膨润土的混合物中，生成的硅酸凝胶在潮湿环境下，因吸收淤泥中水分处于膨胀状态，进而固化淤泥。在固化后的淤泥表面形成疏水层，有利于防止固化后淤泥被水冲稀而失去强度。
上述膨润土-水玻璃材料在淤泥固化中的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：称取质量分数75-87％的淤泥和2-16％的膨润土，将膨润土加入到淤泥中，在常温下搅拌至均匀，得到浆液，其中淤泥本身的含水量为40-70wt％。
B：将步骤A中制备的浆液在室温下密封保存24h；
C：称取7-9％的水泥加入步骤B所得的浆液中，搅拌均匀；
D：称取2-2.7％的水玻璃加入步骤C制得的浆液中，搅拌均匀。
按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009)中T 0805-1994 对试样的无侧限抗压强度进行测试；固化淤泥常温养护24h后，测其无侧限抗压强度。按照JTGE51-2009中T0806-2009要求测试淤泥的质量损失率(冲刷物与原试件的质量比)，以质量损失率表征淤泥的抗冲刷性能。
与现有技术相比，本发明基于膨润土-水玻璃材料及其在淤泥固化中的使用方法优点在于，配方合理，针对纯水泥浆液存在强度差和水稳定性差的问题，利用膨润土超强的吸附水性以及水玻璃能形成疏水层来增强淤泥固化后的强度以及抗冲刷性。并且，该膨润土-水玻璃材料制备方法简单、耐久性好、环境友好，在淤泥固化工程上具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1-4中浸水24h后固化后淤泥强度损失率。
图2为实施例1-4中固化淤泥抗冲刷试验质量损失率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
步骤a：称取40g淤泥(含水率为44％)和1g的钠基膨润土，将膨润土加入到淤泥中，在常温下搅拌至均匀。
步骤b：将步骤a中制备的浆液在室温下密封保存24h。
步骤c：称取4g的普通硅酸盐水泥加入步骤b所制备的浆液中，搅拌均匀。
步骤d：称取1.2g的水玻璃加入步骤c制得的浆液中，搅拌均匀。
实施例2
步骤a：称取40g淤泥(含水率为44％)和2g的钠基膨润土，将膨润土加入到淤泥中，在常温下搅拌至均匀。
步骤b：将步骤a中制备的浆液在室温下密封保存24h。
步骤c：称取4g的普通硅酸盐水泥加入步骤b所制备的浆液中，搅拌均匀。
步骤d：称取1.2g的水玻璃加入步骤c制得的浆液中，搅拌均匀。
实施例3
步骤a：称取40g淤泥(含水率为44％)和4g的钠基膨润土，将膨润土加入到淤泥中，在常温下搅拌至均匀。
步骤b：将步骤a中制备的浆液在室温下密封保存24h。
步骤c：称取4g的普通硅酸盐水泥加入步骤b所制备的浆液中，搅拌均匀。
步骤d：称取1.2g的水玻璃加入步骤c制得的浆液中，搅拌均匀。
实施例4
步骤a：称取40g淤泥(含水率为44％)和8g的钠基膨润土，将膨润土加入到淤泥中，在常温下搅拌至均匀。
步骤b：将步骤a中制备的浆液在室温下密封保存24h。
步骤c：称取4g的普通硅酸盐水泥加入步骤b所制备的浆液中，搅拌均匀。
步骤d：称取1.2g的水玻璃加入步骤c制得的浆液中，搅拌均匀。
按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009)中T 0805-1994 对试样的无侧限抗压强度进行测试；固化淤泥常温养护24h后，测其无侧限抗压强度。按照JTGE51-2009中T0806-2009要求测试淤泥的质量损失率(冲刷后失去物与原试件的质量比)，以冲刷后质量损失率表征淤泥的抗冲刷性能。
表1可以看出随着钠基膨润土添加量的增加，固化后淤泥强度增加。浸水 24h后，强度变小。并且图1可以看出随着钠基膨润土添加量的增加，强度损失率降低，说明膨润土的掺入提高了固化淤泥浸水后的强度。
图2可以看出随钠基膨润土的增加，固化淤泥经过冲刷试验后质量损失率逐渐减少，并在5-7％之间，说明膨润土的加入有效地改善了固化淤泥的抗冲刷性能。这是由于一方面膨润土超强吸附性，使淤泥颗粒间间隔变小，相互黏结作用更强，另一方面，水玻璃的加入使固化后的淤泥表面疏水，最终致使其抗冲刷性能提高。
样品 膨润土(g) 未浸水抗压强度(MPa) 浸水24h抗压强度(MPa) 质量损失率(％)
实施例1 1 1.01 0.63 7
实施例2 2 1.21 0.77 6.5
实施例3 4 1.56 1.02 6.1
实施例4 8 1.61 1.06 5.7

Claims (5)

1.一种膨润土-水玻璃材料，其特征在于，主要成分包含有膨润土、水泥以及水玻璃。
2.按照权利要求1所述的一种膨润土-水玻璃材料，其特征在于，膨润土为钠基膨润土、钙基膨润土、氢基膨润土、有机膨润土中的任意一种或多种。
3.按照权利要求1所述的一种膨润土-水玻璃材料，其特征在于，水泥选自普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中任选一种或多种。
4.权利要求1-3任一项所述的一种膨润土-水玻璃材料的应有，用于淤泥固化，其中各物质的质量百分比为淤泥：75-87％，膨润土：2-16％，水泥：7-9％，水玻璃：2-2.7％。
5.权利要求1-3任一项所述的一种膨润土-水玻璃材料在淤泥固化中的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：称取质量分数75-87％的淤泥和2-16％的膨润土，将膨润土加入到淤泥中，在常温下搅拌至均匀，得到浆液，其中淤泥本身的含水量为40-70wt％；
B：将步骤A中制备的浆液在室温下密封保存24h；
C：称取7-9％的水泥加入步骤B所得的浆液中，搅拌均匀；
D：称取2-2.7％的水玻璃加入步骤C制得的浆液中，搅拌均匀。
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