CN110615585A

CN110615585A - 一种淤泥固化剂及其应用方法

Info

Publication number: CN110615585A
Application number: CN201910893696.8A
Authority: CN
Inventors: 鲁争
Original assignee: Macheng Zhongchuang Technology Co Ltd
Current assignee: Macheng Zhongchuang Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2019-12-27

Abstract

本发明公开了一种淤泥固化剂，包括如下重量份的原料：氧化钙15～28份、煤渣52～66份、硅酸钠5～16份、椰壳活性炭10～18份、丙烯酰胺‑丙烯酸盐交联共聚物1.7～3.9份和壳聚糖0.3～1份。本发明的淤泥固化剂通过氧化钙、煤渣、硅酸钠、椰壳活性炭、丙烯酰胺‑丙烯酸盐交联共聚物和壳聚糖的协同作用，减小了淤泥的含水量，提高了淤泥的粘结强度，经过固化后的淤泥整体的强度有较大的提升，其路用性能满足要求。本发明还公开了一种淤泥固化剂的应用方法。

Description

一种淤泥固化剂及其应用方法

技术领域

本发明涉及道路软土固化材料领域，具体涉及一种淤泥固化剂及其应用方法。

背景技术

污淤泥是污水处理过程中产生的一种粘稠状物质，它以好氧、厌氧微生物为主体，同时也混入原污水中带有的泥沙、纤维、动植物残体及吸附在其上的有机物、金属、病菌、虫卵、胶质等多种复杂的混合体。对于大型城市污水处理厂以及城市中的河流湖泊来说，由于有大量的工业废水排入系统，造成污水污淤泥中的含有大量的微生物、病原体、重金属以及有机污染物，水含量一般在80％以上，如果处置不当，会造成严重的二次污染。

目前，通常是将固化剂掺入淤泥对淤泥进行固化处理后再进行利用，固化剂与淤泥中的自由水发生吸附或水化反应，生成的水化物由胶凝状态逐渐转变成稳定的结晶体，填充在淤泥土颗粒的孔隙中，形成坚固的骨架，增强淤泥的强度。在我国的公路建设中，普遍采用石灰稳定淤泥质土、水泥稳定淤泥质土或各种综合稳定淤泥质土类底基层、路基等传统的淤泥加固方法固化淤泥质软土，但这类固化剂的固化效果依赖于土壤的颗粒度和含水量，当遇到含水量高且富含有机质的淤泥质土时，采用水泥等传统固化剂往往导致淤泥固化后的强度偏低，难以压实。另一类应用效果较好的淤泥固化剂为：水泥10％～30％，石灰10％～20％，粉煤灰50％～80％，但是该固化剂固化淤泥后，多表现出强度低、渗透性差等缺点，导致其在工程应用中使用效果不理想。

因此，亟需开发一种淤泥固化剂以解决现有的淤泥固化剂存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种淤泥固化剂，该淤泥固化剂在降低淤泥含水率的同时，还能提高淤泥粘结强度；本发明另一方面的目的在于，提供一种淤泥固化剂的应用方法。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种淤泥固化剂，其包括如下重量份的组分：氧化钙15～28份、煤渣52～66份、硅酸钠5～16份、椰壳活性炭10～18份、丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物1.7～3.9份和壳聚糖0.3～1份。

本发明的技术方案还提供一种淤泥固化剂的应用方法，将淤泥固化剂和淤泥混合均匀，所述淤泥固化剂的掺入量为淤泥质量的8～18％。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1、本发明以氧化钙和煤渣作为固化剂的主要原料，能有效的通过各种氧化反应夺取淤泥中的水分，降低淤泥的含水率；同时采用具有多孔结构的椰壳活性炭会负载丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物，一方面椰壳活性炭和丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物吸水进一步降低了淤泥的含水率，另一方面椰壳活性炭能作为填充材料，提高淤泥的硬度、耐磨性和耐候性，增强了淤泥质土的结构强度，且吸水后的丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物会进一步提高椰壳活性炭的强度；

2、本发明中硅酸钠、氧化钙和煤渣加入淤泥中会增大pH值，溶解淤泥中的矿物中的活性物质，生成水化硅酸钙等胶结物质，且硅酸钠还能作为填充材料，进一步提高固化后淤泥的力学性能；壳聚糖可以吸附淤泥中的重金属，利于固化后的淤泥的应用，对改善淤泥的结构强度也起到了积极作用；

3、本发明通过氧化钙、煤渣、硅酸钠、椰壳活性炭、丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物和壳聚糖的协同作用，减小了淤泥的含水量，提高了淤泥的粘结强度，经过固化后的淤泥整体的强度有较大的提升，其路用性能满足要求。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例提供了一种淤泥固化剂，其包括如下重量份的组分：氧化钙15～28份、煤渣52～66份、硅酸钠5～16份、椰壳活性炭10～18份、丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物1.7～3.9份和壳聚糖0.3～1份。

在本发明的一些优选实施方式中，丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物为丙烯酰胺-丙烯酸钾交联共聚物或丙烯酰胺-丙烯酸钠交联共聚物，且丙烯酰胺-丙烯酸钾交联共聚物的平均粒径<100um，其中，丙烯酰胺-丙烯酸钾交联共聚物或丙烯酰胺-丙烯酸钠交联共聚物均为市场购买得到。

在本发明的一些优选实施方式中，氧化钙的纯度≥98wt％，氧化钙的平均粒径<25um，以提高氧化钙的吸水性能，降低淤泥的含水量，提高固化效率。

本发明中，煤渣中含有二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙和氧化镁等物；在本发明的一些优选实施方式中，煤渣的平均粒径<25um，以提高煤渣的吸水性能，降低淤泥中的水分含量。

本发明中，硅酸钠作为胶凝材料填充剂；在本发明的一些优选实施方式中，硅酸钠的模数为2.2～2.9，以提高淤泥的硬度、耐磨性、耐候性，增强固化后淤泥的强度。

在本发明的一些优选实施方式中，椰壳活性炭的平均粒径0.2～0.5mm，椰壳活性炭的含水量小于5％，以增大椰壳活性炭比表面积，提高椰壳活性炭吸附丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物的活性。

本发明的实施例还提供了淤泥固化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份备料；

(2)将椰壳活性炭与丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物混合搅拌30～60min，直至两者充分混合，得到第一混合物，再将第一混合物、氧化钙、煤渣、硅酸钠和壳聚糖搅拌混合均匀，得到淤泥固化剂。

本发明的实施例还提供了淤泥固化剂在江、河、湖、海等淤泥固化处理中的应用。

在本发明的一些优选实施方式中，淤泥固化剂在使用时，淤泥固化剂的掺入量为淤泥质量的8～18％，将淤泥固化剂和淤泥充分混合均匀即可。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中的实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

本发明中的实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均为市售购得。

实施例1：

本发明的实施例提供了一种淤泥固化剂，其包括如下重量份的组分：氧化钙20份、煤渣60份、硅酸钠10份、椰壳活性炭15份、丙烯酰胺-丙烯酸钾交联共聚物2.8份壳聚糖0.5份。

本例中淤泥固化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份备料；

(2)将丙烯酰胺-丙烯酸钾交联共聚物粉碎至粒径小于100um，活性炭的粒径粉碎至0.2～0.5mm，氧化钙和煤渣的粒径粉碎至小于25um，备用；

(3)将椰壳活性炭与丙烯酰胺-丙烯酸钾交联共聚物混合搅拌60min，得到第一混合物，再将第一混合物、氧化钙、煤渣、硅酸钠和壳聚糖搅拌混合均匀，得到淤泥固化剂。

将本实施例中的淤泥固化剂掺入到淤泥中搅拌混合均匀，即可用于道路填料的铺筑施工，淤泥固化剂的掺入量为淤泥质量的15％。

实施例2：

本发明的实施例提供了一种淤泥固化剂，其包括如下重量份的组分：氧化钙15份、煤渣55份、硅酸钠5份、椰壳活性炭18份、丙烯酰胺-丙烯酸钾交联共聚物3.9份壳聚糖0.8份。

本实施例中淤泥固化剂的制备方法与实施例1中的制备方法相同。

将本实施例中的淤泥固化剂掺入到淤泥中搅拌混合均匀，即可用于道路填料的铺筑施工，淤泥固化剂的掺入量为淤泥质量的12％。

实施例3：

本发明的实施例提供了一种淤泥固化剂，其包括如下重量份的组分：氧化钙23份、煤渣66份、硅酸钠12份、椰壳活性炭10份、丙烯酰胺-丙烯酸钠交联共聚物1.7份壳聚糖1份。

将本实施例中的淤泥固化剂掺入到淤泥中搅拌混合均匀，即可用于道路填料的铺筑施工，淤泥固化剂的掺入量为淤泥质量的8％。

实施例4：

本发明的实施例提供了一种淤泥固化剂，其包括如下重量份的组分：氧化钙28份、煤渣52份、硅酸钠16份、椰壳活性炭13份、丙烯酰胺-丙烯酸钠交联共聚物2.5份壳聚糖0.3份。

将本实施例中的淤泥固化剂掺入到淤泥中搅拌混合均匀，即可用于道路填料的铺筑施工，淤泥固化剂的掺入量为淤泥质量的18％。

试验例：

为验证本发明实施例1～4中淤泥固化剂的固化剂效果，对淤泥进行固化处理，并对固化淤泥的整体性能进行评价，淤泥的基本物理指标如下：初始含水率95％，塑限22.4％，液限42.1％，有机质含量2.46，pH值6.5，粘聚力5.2KPa，内摩擦力4.1度。

用本发明实施例1～4的淤泥固化剂对淤泥进行固化，平均固化时间为30～60min，固化后淤泥的含水率低于30％，对固化后的淤泥进行各项性能测试：

1、无侧限抗压强度试验：

采用实施例1～4中的淤泥固化剂对淤泥进行固化，将固化后的淤泥作为道路填料进行模拟施工。采用河北虹宇仪器设备有限公司研发的YYW-1无侧限压力仪，按照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)中第T0805-1994条对模拟施工的填料进行无侧限抗压强度试验，结果如表1所示。

表1固化淤泥抗压强度

	固化后7天无侧限抗压强度(MPa)	固化后28天无侧限抗压强度(MPa)
			实施例1	1.83	2.18
实施例2	1.75	2.13
			实施例3	1.71	2.07
实施例4	1.68	2.04

从表1可以看出，淤泥经实施例1～4中的淤泥固化剂固化后7天无侧限抗压强度均大于1.5MPa，满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)对道路填料抗压强度的要求。

2、加州承载比试验

采用实施例1～4中的淤泥固化剂对淤泥进行固化，将固化后的淤泥作为道路填料进行模拟施工。采用河北路仪公路仪器有限公司生产的CBR-I型承载比试验仪，按照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)中第TO134-1993条对模拟施工的道路填料进行加州承载比试验，结果如表2所示。

表2淤泥固化的CBR值

从表1可以看出，淤泥经实施例1～4中的淤泥固化剂固化后的加州承载比均满足《公路路面基层施工技术规范》(JTG F10-2006)对路床最小强度CBR值大于8％的规定，满足道路填料的应用要求。

3、耐水性试验：

采用实施例1～4中的淤泥固化剂对淤泥进行固化，将固化后的淤泥作为道路填料进行模拟施工。采用河北虹宇仪器设备有限公司研发的YYW-1无侧限压力仪，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中第T0805-1994条规定测试模拟施工的道路填料正常养生和浸水条件下的无侧限抗压强度，计算强度损失。结果如表3所示。

表3固化淤泥耐水性试验结果

组别	强度损失(％)
		实施例1	31.3
实施例2	32.4
		实施例3	33.2
实施例4	33.8

由表3可以看出，采用本发明提供的淤泥固化剂，淤泥浸水后的强度损失小于35％，说明应用本发明淤泥固化剂处理的淤泥的耐水性能较好，值得推广应用。

4、抗压回弹模量试验：

采用实施例1～4中的淤泥固化剂对淤泥进行固化，将固化后的淤泥作为道路填料进行模拟施工。按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中第T0807-1994条规定，采用河北虹宇仪器设备有限公司研发的YYW-1无侧限压力仪测试模拟施工的道路填料的抗压回弹模量。结果如表4所示。

表4固化淤泥抗压回弹模量

从表4可以看出，采用本发明淤泥固化剂固化的淤泥试件抗压回弹模量值较高，《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2004)针对用于道路结构层的稳定土作出规定，稳定土抗压回弹模量范围在600MPa～900MPa之间，由本发明淤泥固化剂及固化方案固化的淤泥试件抗压回弹模量均能满足要求，且处于较好水平。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种淤泥固化剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：氧化钙15～28份、煤渣52～66份、硅酸钠5～16份、椰壳活性炭10～18份、丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物1.7～3.9份和壳聚糖0.3～1份。

2.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物为丙烯酰胺-丙烯酸钾交联共聚物或丙烯酰胺-丙烯酸钠交联共聚物。

3.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物的平均粒径<100um。

4.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述氧化钙的纯度≥98wt％，氧化钙的平均粒径<25um。

5.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述煤渣的平均粒径<25um。

6.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述硅酸钠的模数为2.2～2.9。

7.根据权利要求1所述的淤泥固化剂，其特征在于，所述椰壳活性炭的平均粒径为0.2～0.5mm，所述椰壳活性炭的含水量小于5％。

8.一种如权利要求1～7任一项所述的淤泥固化剂的应用方法，其特征在于，将淤泥固化剂和淤泥混合均匀，所述淤泥固化剂的掺入量为淤泥质量的8～18％。