CN109678446A - 一种淤泥固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淤泥固化剂及其制备方法，要解决的是现有淤泥固化剂存在的使用不便和养护时间长的问题。本发明包括以下重量份的原料：天然矿石粉30‑35份、工业废渣30‑35份、水泥熟料10‑15份、石膏粉5‑10份、石灰粉5‑10份和化学促进剂5‑10份。本发明可原地固化淤泥，固化速度快，适用于大规模的淤泥、软基础处理；本发明施工简便灵活，可以大大缩短施工工期，降低施工成本；本发明处理后的淤泥强度高，可以直接处理成为道路底基层或是施工作业面；本发明使用天然矿石粉、石膏粉等作为主要原料，同时也对工业废料物进行了资源化再生利用，能够产生较好的环境效益。

Description

一种淤泥固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及淤泥固化领域，具体是一种淤泥固化剂。

背景技术

淤泥是一种天然含水量大于流性界限，孔隙比大于1.5的软土，是海湾、湖沼或河湾中水流缓慢的环境中有微生物参与作用的条件下所形成的一种近代沉积物，富含有机物，常呈灰黑色，力学强度低，压缩性强。地基中如有淤泥则易引起建筑物沉陷。

淤泥的重量有许多种，生活及工业污泥和滩涂、沼泽淤泥一般具有颗粒细、有机物含量高、含水量高且不易降水等特点，致使软弱土层的承载力低，孔隙率高，设备无法进场，这种淤泥很难也直接作为建筑地基使用。而随着经济建设的快速发展，一方面是需要快速、环保、较低成本的进行淤泥处理境的需求，另一方面则建设用地对土方有大量需求，开山采石会对资源生态和环境产生难以修复的破坏，因此快速的建设需求与污染之间的矛盾日益突出。

国外在淤泥和软基础处理领域有几十年的经验，较为成熟的深层搅拌桩技术在我国开展较早，真空预压技术和抽取沉淀晾晒技术己经得到大规模应用，但在淤泥和软基础快速、原地稳定处理方面还落后国外，欧洲、美国、日本和俄国等发达国己走在世界前列。芬兰ALU公司等的原位板体稳定技术国内己在做引进尝试。

在我国目前对淤泥处理方法一般采用：第一，晾晒的方法处理淤泥，虽然施工简单、处理成本低，但晾晒需占用大面积场地，而且易受天气影响，有很大一部分淤泥因成分不同晾晒的方法根部无法处理干燥，存在施工周期长的缺点；第二，真空预压技术虽然成本低，但是存在施工周期较长(5－10个月)和地基降水后的承载力较低(0.01－0.06Mpa)的问题，满足不了日益快速的建设速度；而机械脱水设备价格较高、处理效率低，难以满足大型工程的需求；采用焚烧的方法处置淤泥，能耗高，也难以能产生较高附加值的产品，对处理量大的项目也不合适；对于大多数软基础则采用抛石挤淤的方式，这种方法对所需要的毛石方量要求巨大，而随着目前环保政策的紧缩石料涨价的因素处理单价更是高得无法承受，淤泥改性剂是人们近年的热点。

公开号为CN101863609A的发明专利中，以天然矿石粉复合粉和钢渣为主要原料的环保型淤泥改性剂。但该改性剂处理淤泥接近一个月过长养护时间在实际工程中不太现实。

在授权号为CN102060480B的发明专利中，以水泥、火山灰质材料、碱类促进剂和盐类促进剂等为原料生产了一种淤泥的固化剂。该固化剂分为粉剂和液剂，在运输和使用中不方便，人们在研究改进型的淤泥固化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种淤泥固化剂，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种淤泥固化剂，包括以下重量份的原料：天然矿石粉30-35份、工业废渣30-35份、水泥熟料10-15份、石膏粉5-10份、石灰粉5-10份和化学促进剂5-10份。

作为本发明进一步的方案：天然矿石粉包括沸石粉和蛭石粉中的至少一种，粒度控制在80-100目。

作为本发明进一步的方案：工业废渣包括钢渣粉和粉煤灰中的至少一种，钢渣需要进行研磨，工业废渣的粒度均控制在80-100目。

作为本发明进一步的方案：石膏粉包括天然石膏粉和工业废石膏粉中的至少一种。

作为本发明进一步的方案：水泥熟料的粒度为150-200目。

作为本发明进一步的方案：化学促进剂包括十二烷基硫酸钠、硫酸铝钾、氯化钙、氯化锂、硅酸钠和木质磺酸钙中的一种或者几种。

作为本发明进一步的方案：石灰粉为生石灰磨细得到，粒度为150目-200目。

所述淤泥固化剂的制备方法，具体步骤如下：将原料混合并且搅拌均匀即可。

所述淤泥固化剂的制备方法，具体步骤如下：将淤泥固化剂均匀撒布在淤泥上并且充分搅拌，淤泥固化剂与淤泥的质量之比为1-2:20，所固化的淤泥中水的质量分数不高于90％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在4-12h即可原地固化淤泥，4-12h无侧限抗压强度达到0.1-0.2MPa，固化速度快，满足施工设备行走的基本强度，减少二次搬运带来的环境污染，适用于大规模的淤泥、软基础处理；

本发明施工简便灵活，可以大大缩短施工工期，从而降低施工成本；

本发明处理后的淤泥强度高并且不可逆转，7-10d无侧限抗压强度达到1-4MPa，可以直接处理成为道路底基层或是施工作业面；

本发明可以有效地降低淤泥中污染物质的活性，对重金属病原生物有较好的控制与固化作用；

本发明原料来源广泛，使用天然矿石粉、石膏粉等作为主要原料，同时也对工业废料物钢渣、粉煤灰、废石膏等进行了资源化再生利用，能够产生较好的环境效益，具有广阔的使用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

在实验室条件下，将天然沸石粉35份、石膏粉5份、钢渣粉35份、水泥熟料10份、石灰粉5份与化学促进剂10份进行均匀拌合。而化学促进剂由以下组分配制而成十二烷基硫酸钠3份、硫酸铝钾3份、氯化锂2份和木质磺酸钙2份。所述组分均为粉剂，氯化锂均为无水型。

室温20℃条件下，使用实施例1的产品，对含水量80％的河道淤泥进行固化，掺量为淤泥重量的10％，2h可见明显固化，8h平均无侧限抗压强度0.3Mpa，7d平均无侧限抗压强度1.53Mpa，主要体现为固化速度快。

实施例2

在实验室条件下，将天然沸石粉35份、石膏粉5份、钢渣粉35份、水泥熟料10份、石灰粉5份与化学促进剂10份进行均匀拌合。而化学促进剂由以下组分配制而成氯化钙3份、硅酸钠3份、氯化锂2份和木质磺酸钙2份。所述组分均为粉剂，氯化钙、硅酸钠、氯化锂均为无水型。

室温20℃条件下，使用实施例2的产品，对含水量80％的河道淤泥进行固化，掺量为淤泥重量的10％，4h可见明显固化，8h平均无侧限抗压强度0.35Mpa，7d平均无侧限抗压强度2.90Mpa，主要体现为后期前度高、抗水性好的特点。

实施例3

在实验室条件下，将天然沸石粉35份、石膏粉5份、钢渣粉35份、水泥熟料10份、石灰粉5份与化学促进剂10份进行均匀拌合。而化学促进剂由以下组分配制而成十二烷基硫酸钠2份、硫酸铝钾2份、氯化钙2份、硅酸钠2份、氯化锂1份和木质磺酸钙1份。所述组分均为粉剂，氯化钙、硅酸钠、氯化锂均为无水型。

室温20℃条件下，使用实施例3的产品，对含水量80％的河道淤泥进行固化，掺量为淤泥重量的10％，3h可见明显固化，8h平均无侧限抗压强度0.28Mpa，7d平均无侧限抗压强度2.55Mpa，能做到固化速度、后期强度、抗水性兼顾的特点。

实施例4

一种淤泥固化剂，包括以下重量份的原料：天然沸石粉35份、石膏粉5份、钢渣粉35份、水泥熟料10份、化学促进剂10份和石灰粉5份。化学促进剂由以下组分拌合而成，十二烷基硫酸钠2份、硫酸铝钾2份、氯化钙2份、硅酸钠2份、氯化锂1份和木质磺酸钙1份。所述组分均为粉剂，其中氯化钙、硅酸钠、氯化锂均为无水型。生产时将以上原料进行均化拌合成为化学促进剂备用，再按照比例使用提升机加入其余原料并且在混合均化机中搅拌均匀，压缩空气送入成品罐成为成品。

2018年5月上海南汇区某河道疏浚淤泥原位固化项目，在23℃环境下，河道淤泥加入实施例4的产品，对水的质量分数为90％的河道淤泥进行固化。固化剂添加量为淤泥重量的10％，使用挖机原地搅拌混匀。4h可见明显固结，8h检测无侧限抗压强度平均为0.2MPa，一天内满足设备开挖。7d后检测无侧限抗压强度平均为1.15MPa，28d浸出试验重金属指标在相关标准之内。

实施例5

一种淤泥固化剂，包括以下重量份的原料：天然沸石粉35份、石膏粉10份、粉煤灰22份、水泥熟料15份、化学促进剂10份和石灰粉8份。

上述化学促进剂由以下组分拌合而成：十二烷基硫酸钠2份、氯化钙3份、硅酸钠2份、氯化锂2份和木质磺酸钙1份。所述组分均为粉剂，其中氯化钙、硅酸钠、氯化锂均为无水型。生产时现将以上原料进行均化拌合成为化学促进剂备用，再按照比例使用提升机加入其余原料并且在混合均化机中搅拌均匀，压缩空气送入成品罐成为成品。

2017年10月武汉东湖某市政道路如基础处理。30℃环境下，加入实施例5的快速固化剂，对水的质量分数为70％的软基础淤泥进行原位固化。固化剂添加量为淤泥重量的10％，挖机原地搅拌混匀，3h可见明显固结，4h检测无侧限抗压强度平均为0.2MPa，24h后采用碾压设备进行压实，7d检测无侧限抗压强度平均为2.55MPa，可以直接作为道路底基层使用。

实施例6

一种淤泥固化剂，包括以下重量份的原料，蛭石粉30份、石膏粉7份、钢渣粉30份、水泥熟料13份、化学促进剂10份和石灰粉10份，均化后备用。

化学促进剂由以下组分拌合而成：硫酸铝钾2份、氯化钙3份、硅酸钠2份、氯化锂2份和木质磺酸钙1份。所述组分均为粉剂，其中氯化钙、硅酸钠、氯化锂均为无水型。生产时现将以上原料进行均化拌合成为化学促进剂备用，再按照比例使用提升机加入其余原料并且在混合均化机中搅拌均匀，压缩空气送入成品罐成为成品。

2015年河北唐山某滩涂工业园区进场施工，15℃环境下海边滩涂淤泥加入实施例6的快速固化剂，对水的质量分数为85％的滩涂淤泥进行固化。固化剂添加量为淤泥重量的10％，搅拌混匀。4h可见明显固结，8h检测无侧限抗压强度平均为0.2MPa，24h满足打桩设备进场，7d检测无侧限抗压强度平均为2.72MPa。

实施例7

一种淤泥固化剂，包括以下重量份的原料，包括蛭石粉30份、石膏粉10份、粉煤灰25份、水泥熟料15份、化学促进剂10份和石灰10份，均化后备用。

上述化学促进剂由以下组粉拌合而成：硫酸铝钾3份、氯化钙3份、硅酸钠2份、氯化锂1份和木质磺酸钙1份。所述组分均为粉剂，其中氯化钙、硅酸钠、氯化锂均为无水型。生产时现将以上原料进行均化拌合成为化学促进剂备用，再按照比例使用提升机加入其余原料并且在混合均化机中搅拌均匀，压缩空气送入成品罐成为成品。

2017年重庆某垃圾填埋场淤泥固化，现场为多年沉积污泥，平均深度7m，有机质含量高，平均含水的质量分数为120％，加入实施例7的淤泥固化剂进行固化。固化剂添加量为淤泥重量的10％，深层搅拌头进行混匀搅拌。12h可见明显固结，无侧限抗压强度平均为0.1MPa，满足设备进场条件。

本发明的工作原理是：本发明以天然矿石粉和工业废渣为主要原料，使用天然矿石粉不仅在强度和抗水性能上对工程有显著提升，不要烧制，减少了二氧化碳的排放，使用工业废渣不仅对是对固废资源的无害化资源化的再利用，降低了生产成本的同时，还解决了工业废弃物带来的环境问题。经过该固化剂处理后的淤泥，其强度和工程性质明显改善，基本满足河道疏浚淤泥、工程软基础、海边滩涂用土、其他填埋场覆盖土等多种场合的原地固化，快速设备快速进场的需求。

沸石粉是一种火山熔岩结构的硅铝酸盐矿物，其晶体由很多的空隙组成，因此含有巨大的内表面积，因此具有独特的吸附性、催化性和生物活性。在淤泥固化一方面可以吸掉淤泥中大量的水分，另一方面与水泥发生反应生成凝胶可以增强其抗压强度。

蛭石粉是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐，主要起填充和膨胀作用。有较高的层电荷数，故具有较高的阳离子交换容量和较强的阳离子交换吸附能力，可改善淤泥板结时的结构，起到储水作用，有效保障水化反应时所需要的水分。

石膏粉在固化中起到的是控制凝结固化速度和促进增强的作用，随着加量的增大，有效的加速了淤泥固化的速度。

钢渣为工业废弃物，钢渣的主要矿物成分有：硅酸三钙、硅酸二钙、铁酸钙、蔷薇辉石、橄榄石、RO相、游离氧化钙等。磨细后的钢渣相当于硅酸盐水泥熟料，具有水硬胶凝性。

粉煤灰也是需要处理的工业废弃物，粉煤灰主要矿物成分是铝硅酸盐玻璃微珠,表面光滑,颗粒细,质地致密,内比表面积小,对水的吸附力小,流动性好,活性较好，起到类似减水剂的分散润滑作用,有利于混合物的水化反应，粉煤灰可填充于水化物的孔隙中,大大降低孔隙率,显著地改善固化后的淤泥的孔结构和界面特性。

石灰粉一方面遇水就会释放出热量冒气泡，吸收和蒸发淤泥中的部分水分，另一方面起到激发作用，还可以同时杀死淤泥中的病原生物，减少固化后有毒有害物质的析出。

化学促进剂在固化中起到如下作用：十二烷基硫酸钠，不仅是阴离子型表面活性剂，而且在淤泥固化时起到渗透性促进作用,促进熟料中硅酸三钙的水化反应速度，加速氢氧化钙的释放速度和均匀分布。适量的硫酸铝钾一方面可以使得淤泥固化的速度加速，另一方面，形成钙矾石膨胀结晶体，起到填充、堵塞毛细孔洞的作用，总孔隙率减少，大孔径减小，使固化后的淤泥具有优良的抗渗防水性能，从而达到固化后的淤泥不可逆转，具有一定的膨胀性，减少固化后的开裂，容易形成板块结构，提升固化后的强度和整体承载力。硅酸钠激发剂矿粉及废渣中的铝、硅离子团在短时间内发生激烈的聚缩反应，刺激水化反应，另一重要作用是与氯化钙在有水的条件下产生胶凝，降低后期的收缩系数，减少收缩开裂。氯化钙作为碱性激发剂一方面起到发热吸水作用促进水泥熟料和工业废渣的水化反应，另一方面可以与硅酸钠反应产生胶凝。氯化锂一方面可促进集中从而加速固化反应，另一方面可提升抗冻的能力；木质磺酸钙是一种高分子聚合物阴离子表面活性剂，起到的既是分散剂又是减水剂的作用，促进水泥熟料和工业废渣的水化反应，从而达到减少固化后淤泥板块强度高和整体承载力增强的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种淤泥固化剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：天然矿石粉30-35份、工业废渣30-35份、水泥熟料10-15份、石膏粉5-10份、石灰粉5-10份和化学促进剂5-10份。

2.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述天然矿石粉包括沸石粉和蛭石粉中的至少一种，天然矿石粉的粒度为80-100目。

3.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述工业废渣包括钢渣粉和粉煤灰中的至少一种，工业废渣的粒度为80-100目。

4.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述石膏粉包括天然石膏粉和工业废石膏粉中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述水泥熟料的粒度为150-200目。

6.根据权利要求1或3所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述化学促进剂包括十二烷基硫酸钠、硫酸铝钾、氯化钙、氯化锂、硅酸钠和木质磺酸钙中的一种或者几种。

7.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述石灰粉的粒度为150目-200目。

8.一种如权利要求1-7任一所述的淤泥固化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将原料混合并且搅拌均匀即可。