CN110922136B - 一种用疏浚泥制备的透水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用疏浚泥制备的透水砖及其制备方法，所述透水砖由透水面层和保水底层构成，其中透水面层材料由P·O42.5普通硅酸盐水泥、无害化处理的疏浚泥、粗砂、纳米二氧化硅、水组成，保水底层由P·O42.5普通硅酸盐水泥、超吸水纤维、聚丙烯酰胺、无害化处理的疏浚泥、II级碎石、水组成。本发明利用白腐真菌以及重金属固化剂对疏浚泥进行无害化处理，并以无害化处理的疏浚泥为原料，采用免烧压制工艺制备了力学性能和透水性能良好的透水砖，实现了疏浚泥在透水砖的资源化利用。

Description

一种用疏浚泥制备的透水砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种化学建筑材料，特别指一种经无害化处理的疏浚泥制成的透水砖。
背景技术
随着我国经济社会高速发展，混凝土路面的覆盖率急剧上升。由于混凝土透水性能较差，许多城市出现“逢雨必涝”、“雨中看海”的情况。而在一些水资源较为匮乏的城市，雨水大多被蒸发进入空气中难以进入地下，导致地下水资源缺乏，城市热岛效应严重。透水砖以其良好的透水性能、保护地下水资源、缓解城市热岛效应等优点进入我们的视野，得到了众多社会人士与学者专家的青睐。目前我国透水砖存在透水性能较差无法满足要求、抗压抗裂性能较差容易损坏、孔隙易被阻塞导致透水性下降、保水性能不足等缺点。
另一方面，我国港口航道工程和水利工程近来蓬勃发展，产生的疏浚泥数量急剧上升。疏浚泥有微生物多、含水量大、微量有害物质等特点，其成分与黏土相似，可用来制备砖材。疏浚泥内含有一些重金属成分，在烧结及水泥固化过程中有可能无法完全将其固化。经过雨水的冲刷，重金属成分极有可能随着雨水一起进入地下水源和土壤之中，对环境造成难以估量的二次污染。因此在利用疏浚泥作为透水砖的材料时应该加入一些化学稳定剂使其重金属成分固化，防止重金属对环境的二次污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种以无害化处理的疏浚泥为原料，采用压制免烧工艺制成的透水砖。
本发明通过以下的技术方案实现：
一种利用疏浚泥制备的透水砖，由透水面层和保水底层组成，其中，透水面层的原料按质量百分数计为：P·O42.5普通硅酸盐水泥15%~30%、粗砂45%~60%、无害化处理的疏浚泥10%~20%、纳米二氧化硅0.1%~0.5%、分散剂0.2%~0.5%、水8%-15%，，各原料质量百分数之和为100%。保水底层的原料按质量百分数计为：P·O42.5普通硅酸盐水泥20%~30%、超吸水纤维0.1%~0.5%、聚丙烯酰胺0.05%~0.2%、4.75mm~9.5mm的II级碎石47%~60%，无害化处理的疏浚泥10%~20%、水8%~15%，各原料质量百分数之和为100%。
无害化处理的疏浚泥的制备方法，包括以下步骤：
第一步预处理：在疏浚泥上接种白腐真菌，撒上一定量的水，将其置于温度为17~33℃的环境中培养三天并保证通风，在此期间内间隔4~8小时翻动土壤并为其浇水，以保证真菌活性消耗疏浚泥中的有机污染物；
第二次处理：取重金属固化剂配成浓度为0.5~3wt%的溶液，将其倒入经第一步预处理后的疏浚泥中搅拌均匀，反应一天，在此期间内间隔4~8小时翻动土壤，保证反应充分进行；
所述重金属固化剂由三聚磷酸钠：聚羧酸铵盐：阳离子聚丙烯酰胺：亚甲基双丙烯酰胺：纳基蒙脱石=10~15:17~30:13~20:8~15:11~25的质量比组成，使用时配制成浓度为0.5wt%-3wt%的溶液。
亚甲基双丙烯酰胺可与阳离子聚丙烯酰胺发生交联，三聚磷酸钠作为离子交联剂通过其聚阴离子基团与离子化的氨基以及酰胺基发生交联。双交联剂的加入使聚羧酸铵盐及阳离子聚丙烯酰胺成为一个三维网状结构，大大增加对重金属的捕获效率。并且该三维网状结构对纳基蒙脱石形成一种包覆作用，能够有效抑制蒙脱石中重金属成分有效态的逸出，减少二次污染。
聚羧酸铵盐属于有机钝化剂，表面含有大量的含氧官能团羧基可为络合作用提供大量配位键，与重金属形成化学性质稳定的络合物，络合作用可改变镉在土壤中的存在形态，能够减少重金属有效态的存在从而减少重金属对于土壤的污染；三聚磷酸钠为一类无定形水溶性线状聚磷酸盐，化学式Na5P3O10，两端以Na2PO4终止，相对分子质量367.86，具有离子交换能力，分散性强，它能与Pb、Cu、Zn等形成难溶的磷酸铅类化合物，对碱土金属及重金属离子有络合作用，对于土壤中金属铅的钝化效果好，并且是一种经济实用的离子交联剂；阳离子聚丙烯酰胺是线型高分子化合物，它具有多种活泼的基团，可与许多物质亲和、吸附形成氢键，因此可与疏浚泥中重金属成分进行离子交换，有效固化重金属成分；钠基蒙脱石表面积很大，矿物结构粒很小，层间作用弱，在水溶液中间距进一步加大导致其分离成更小的单晶片，增加了它的离子交换容量，使得其能够很好的吸附疏浚泥中的金属离子。
所述无害化处理的疏浚泥的含水率≤60%。
所述粗砂为1.0mm~1.5mm的II级砂，吸水率≤8%,压碎指标≤30%,表观密度≤2250kg/m³，孔隙率≤53%,杂物含量≤1%，针片状颗粒含量≤10%。
所述分散剂选用羧甲基纤维素钠，白色纤维状或颗粒状粉末，可以有效防止疏浚泥粉末在混合过程中集中成团，导致各材料之间混合不均匀而堵塞孔隙。
透水砖的制备方法：称取保水底层各原材料用量于强制式搅拌机中，均匀拌合1~2min后，输送到模具后，压制成型，成型压力为15MPa；同时称取透水面层各原材料用量于盘口搅拌机中，均匀拌合2~3min后，输送至保水底层表面，压制成型，成型压力为25MPa。
疏浚泥作为疏浚工程产生的废土，社会对于其处理方式大致分为两类：水中抛卸和送泥上岸。这两种方法均耗费大量的人力物力，疏浚泥与黏土成分类似，将疏浚泥作为透水砖的材料，可大量有效地解决疏浚工程带来的疏浚泥。
未经处理的疏浚泥富含水分且重金属含量高，直接加入材料中无法真正体现其功能。对疏浚泥进行无害化处理的疏浚泥的含水率≤60%。其成分与黏土类似，在透水面层能中加入疏浚泥能够有效粘结各材料，使得其抗压强度增加。
所述白腐真菌是一类使木材呈白色腐朽的真菌,能利用本身产生的木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶等胞外酶通过一系列反应来实现对有机污染物的降解。白腐真菌转化为不可逆过程，对污染物的降解比较完全且不会有污染物二次渗出的风险。
所述超吸水纤维能够有效做到快速吸收水分和盐水，可有效防止透水砖泛碱。
所述聚丙烯酰胺能够有效的提高超吸水纤维的吸水速度，使其实现快速吸水的目的，同时具有湿润时吸水，干燥时渗水的特点，能够有效满足透水砖保水层的功能要求，且能够吸附重金属成分，防止对地下水源和土壤造成二次污染。
本发明的优点在于：
（1）本发明专利对疏浚泥进行两步无害化处理，能够有效利用疏浚工程产生能够的废弃物并降低二次污染的风险，实现真正的绿色经济。
（2）本发明专利采用白腐真菌与重金属固化剂结合能够有效降低疏浚泥中所含的有机污染物和重金属含量，防止二次污染。
（3）本发明专利加入纳米二氧化硅能够显著提升砖体的强度和耐磨性。
（4）本发明专利中保水层利用聚羧酸系超吸水纤维（SAF），能够快速吸收路面积水，做到先蓄后排的可呼吸透水砖，且能够抑制透水砖的泛碱现象。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本发明的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。
实施例1
对疏浚泥进行无害化处理，第一步预处理：在疏浚泥上接种白腐真菌，撒上一定量的水，将其置于温度为17℃的环境中培养三天并保证通风。在此期间内间隔8小时翻动土壤并为其浇水，以保证真菌活性消耗疏浚泥中的有机污染物。第二次处理：取重金属固化剂配成浓度为0.5wt%的溶液，将其倒入经预处理后的疏浚泥中搅拌均匀，反应一天。在此期间内间隔6小时翻动土壤，保证反应充分进行。所述重金属固化剂由三聚磷酸钠、聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、纳基蒙脱石按质量比11:17:15:10:20组成。
利用疏浚泥制备的透水砖，由透水面层和保水底层组成，所述透水面层原料组成按质量百分数计为无害化处理的疏浚泥10%、P·O42.5普通硅酸盐水泥29.8%、粗砂49.5%、纳米二氧化硅0.5%、分散剂0.2%、水10%。其中无害化处理的疏浚泥含水率为52%，分散剂为羧甲基纤维素钠。
所述保水底层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥24.8%、4.75mm~9.5mm的II级碎石56.5%、无害化处理的疏浚泥10%、超吸水纤维0.5%、聚丙烯酰胺0.2%、水8%。
透水砖的制备方法：称取保水底层各原材料用量于强制式搅拌机中，均匀拌合1min后，输送到模具后，压制成型，成型压力为15MPa；同时称取透水面层各原材料用量于盘口搅拌机中，均匀拌合2min后，输送至保水底层表面，压制成型，成型压力为25MPa。养护28d后，按GB/T25993《透水路面砖和透水路面板》测试透水砖性能，结果为劈裂抗拉强度等级4.0，透水系数A级。
实施例2
对疏浚泥进行无害化处理，第一步预处理：在疏浚泥上接种白腐真菌，撒上一定量的水，将其置于温度为26℃的环境中培养三天并保证通风。在此期间内间隔6小时翻动土壤并为其浇水，以保证真菌活性消耗疏浚泥中的有机污染物。第二次处理：取重金属固化剂配成浓度为2wt%的溶液，将其倒入经预处理后的疏浚泥中搅拌均匀，反应一天。在此期间内间隔6小时翻动土壤，保证反应充分进行。所述重金属固化剂由三聚磷酸钠、聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、纳基蒙脱石按质量比13:25:20:13:23组成。
利用疏浚泥制备的透水砖，由透水面层和保水底层组成，所述透水面层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥19.7%、无害化处理的疏浚泥17.8%、粗砂49.85%、纳米二氧化硅0.35%、分散剂0.3%、水12%，其中无害化处理的疏浚泥含水率为45%，分散剂为羧甲基纤维素钠。
所述保水底层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥25%、无害化处理的疏浚泥16%、4.75mm~9.5mm的II级碎石47.6%、超吸水纤维0.3%、聚丙烯酰胺0.1%、水11%。
透水砖的制备方法：称取保水底层各原材料用量于强制式搅拌机中，均匀拌合1min后，输送到模具后，压制成型，成型压力为15MPa；同时称取透水面层各原材料用量于盘口搅拌机中，均匀拌合2min后，输送至保水底层表面，压制成型，成型压力为25MPa。养护28d后，按GB/T25993《透水路面砖和透水路面板》测试透水砖性能，结果为劈裂抗拉强度等级3.5，透水系数A级。
实施例3
对疏浚泥进行无害化处理，第一步预处理：在疏浚泥上接种白腐真菌，撒上一定量的水，将其置于温度为33℃的环境中培养三天并保证通风。在此期间内间隔6小时翻动土壤并为其浇水，以保证真菌活性消耗疏浚泥中的有机污染物。第二次处理：取重金属固化剂配成浓度为3wt%的溶液，将其倒入经预处理后的疏浚泥中搅拌均匀，反应一天。在此期间内间隔6小时翻动土壤，保证反应充分进行。所述重金属固化剂由三聚磷酸钠、聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、纳基蒙脱石按质量比15:27:20:15:25组成。
利用疏浚泥制备的透水砖，由透水面层和保水底层组成，透水面层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥15%、无害化处理的疏浚泥20%、粗砂49.8%、纳米二氧化硅0.1%、分散剂0.5%、水14.6%，其中无害化处理的疏浚泥含水率为38%，分散剂为羧甲基纤维素钠。
所述保水底层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥20%、无害化处理的疏浚泥19.85%、4.75mm~9.5mm的II级碎石47%、超吸水纤维0.1%、聚丙烯酰胺0.05%、水13%。
透水砖的制备方法：称取保水底层各原材料用量于强制式搅拌机中，均匀拌合1min后，输送到模具后，压制成型，成型压力为15MPa；同时称取透水面层各原材料用量于盘口搅拌机中，均匀拌合2min后，输送至保水底层表面，压制成型，成型压力为25MPa。养护28d后，按GB/T25993《透水路面砖和透水路面板》测试透水砖性能，结果为劈裂抗拉强度等级3.0，透水系数B级。
对比例1
与实施例2基本相同，不同之处在于将重金属固化剂换成由三聚磷酸钠、聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、纳基蒙脱石按质量比13:25:20:23组成。
具体如下：
对疏浚泥进行无害化处理，第一步预处理：在疏浚泥上接种白腐真菌，撒上一定量的水，将其置于温度为26℃的环境中培养三天并保证通风。在此期间内间隔6小时翻动土壤并为其浇水，以保证真菌活性消耗疏浚泥中的有机污染物。第二次处理：取重金属固化剂配成浓度为2wt%的溶液，将其倒入经预处理后的疏浚泥中搅拌均匀，反应一天。在此期间内间隔6小时翻动土壤，保证反应充分进行。所述重金属固化剂由三聚磷酸钠、聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、纳基蒙脱石按质量比13:25:20:23组成。
利用疏浚泥制备的透水砖，由透水面层和保水底层组成，所述透水面层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥19.7%、无害化处理的疏浚泥17.8%、粗砂49.85%、纳米二氧化硅0.35%、分散剂0.3%、水12%，其中无害化处理的疏浚泥含水率为45%，分散剂为羧甲基纤维素钠。
所述保水底层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥25%、无害化处理的疏浚泥16%、4.75mm~9.5mm的II级碎石47.6%、超吸水纤维0.3%、聚丙烯酰胺0.1%、水11%。
透水砖的制备方法：称取保水底层各原材料用量于强制式搅拌机中，均匀拌合1min后，输送到模具后，压制成型，成型压力为15MPa；同时称取透水面层各原材料用量于盘口搅拌机中，均匀拌合2min后，输送至保水底层表面，压制成型，成型压力为25MPa。养护28d后，按GB/T25993《透水路面砖和透水路面板》测试透水砖性能，结果为劈裂抗拉强度等级3.5，透水系数A级。
对比例2
与实施例2基本相同，不同之处在于将重金属固化剂换成由聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、纳基蒙脱石按质量比25:20:13:23组成。
具体如下：
对疏浚泥进行无害化处理，第一步预处理：在疏浚泥上接种白腐真菌，撒上一定量的水，将其置于温度为26℃的环境中培养三天并保证通风。在此期间内间隔6小时翻动土壤并为其浇水，以保证真菌活性消耗疏浚泥中的有机污染物。第二次处理：取重金属固化剂配成浓度为2wt%的溶液，将其倒入经预处理后的疏浚泥中搅拌均匀，反应一天。在此期间内间隔6小时翻动土壤，保证反应充分进行。所述重金属固化剂由聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、纳基蒙脱石按质量比25:20:13:23组成。
利用疏浚泥制备的透水砖，由透水面层和保水底层组成，所述透水面层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥19.7%、无害化处理的疏浚泥17.8%、粗砂49.85%、纳米二氧化硅0.35%、分散剂0.3%、水12%，其中无害化处理的疏浚泥含水率为45%，分散剂为羧甲基纤维素钠。
所述保水底层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥25%、无害化处理的疏浚泥16%、4.75mm~9.5mm的II级碎石47.6%、超吸水纤维0.3%、聚丙烯酰胺0.1%、水11%。
透水砖的制备方法：称取保水底层各原材料用量于强制式搅拌机中，均匀拌合1min后，输送到模具后，压制成型，成型压力为15MPa；同时称取透水面层各原材料用量于盘口搅拌机中，均匀拌合2min后，输送至保水底层表面，压制成型，成型压力为25MPa。养护28d后，按GB/T25993《透水路面砖和透水路面板》测试透水砖性能，结果为劈裂抗拉强度等级3.5，透水系数A级。
对比例3
与实施例2基本相同，不同之处在于将重金属固化剂换成由聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、纳基蒙脱石按质量比25:20:23组成。
具体如下：
对疏浚泥进行无害化处理，第一步预处理：在疏浚泥上接种白腐真菌，撒上一定量的水，将其置于温度为26℃的环境中培养三天并保证通风。在此期间内间隔6小时翻动土壤并为其浇水，以保证真菌活性消耗疏浚泥中的有机污染物。第二次处理：取重金属固化剂配成浓度为2wt%的溶液，将其倒入经预处理后的疏浚泥中搅拌均匀，反应一天。在此期间内间隔6小时翻动土壤，保证反应充分进行。所述重金属固化剂由聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、纳基蒙脱石按质量比25:20:23组成。
利用疏浚泥制备的透水砖，由透水面层和保水底层组成，所述透水面层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥19.7%、无害化处理的疏浚泥17.8%、粗砂49.85%、纳米二氧化硅0.35%、分散剂0.3%、水12%，其中无害化处理的疏浚泥含水率为45%，分散剂为羧甲基纤维素钠。
所述保水底层原料组成按质量百分数计为P·O42.5普通硅酸盐水泥25%、无害化处理的疏浚泥16%、4.75mm~9.5mm的II级碎石47.6%、超吸水纤维0.3%、聚丙烯酰胺0.1%、水11%。
透水砖的制备方法：称取保水底层各原材料用量于强制式搅拌机中，均匀拌合1min后，输送到模具后，压制成型，成型压力为15MPa；同时称取透水面层各原材料用量于盘口搅拌机中，均匀拌合2min后，输送至保水底层表面，压制成型，成型压力为25MPa。养护28d后，按GB/T25993《透水路面砖和透水路面板》测试透水砖性能，结果为劈裂抗拉强度等级3.5，透水系数A级。
上述三个实施例按GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》测试疏浚泥污染成分得：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由上述表格可见：经白腐真菌及自制重金属固化剂处理后的疏浚泥各项指标均符合国标GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》要求。
上述三个对比例按GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》测试疏浚泥污染成分得：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
由上述表格可见：未加入双交联剂处理的疏浚泥部分重金属离子不符合国标GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准。
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 (6)

1.一种用疏浚泥制备的透水砖，其特征在于，所述透水砖由透水面层和保水底层组成，其中，透水面层的原料按质量百分数计为：P·O42.5普通硅酸盐水泥15%~30%、粗砂45%~60%、无害化处理的疏浚泥10%~20%、纳米二氧化硅0.1%~0.5%、分散剂0.2%~0.5%、水8%-15%，各原料质量百分数之和为100%；
所述无害化处理的疏浚泥的制备方法包括以下步骤：
第一步预处理：在疏浚泥上接种白腐真菌，撒上一定量的水，将其置于温度为17~33℃的环境中培养三天并保证通风，在此期间内间隔4~8小时翻动土壤并为其浇水，以保证真菌活性消耗疏浚泥中的有机污染物；
第二次处理：取重金属固化剂配成浓度为0.5~3wt%的溶液，将其倒入经第一步预处理后的疏浚泥中搅拌均匀，反应一天，在此期间内间隔4~8小时翻动土壤，保证反应充分进行；
所述重金属固化剂由三聚磷酸钠、聚羧酸铵盐、阳离子聚丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、钠 基蒙脱石按质量比10~15:17~30:13~20:8~15:11~25组成。
2.根据权利要求1所述的透水砖，其特征在于，所述保水底层的原料按质量百分数计为：P·O42.5普通硅酸盐水泥20%~30%、超吸水纤维0.1%~0.5%、聚丙烯酰胺0.05%~0.2%、4.75mm~9.5mm的II级碎石47%~60%，无害化处理的疏浚泥10%~20%、水8%~15%，各原料质量百分数之和为100%。
3.根据权利要求1或2所述的透水砖，其特征在于，无害化处理的疏浚泥的含水率≤60%。
4.根据权利要求1所述的透水砖，其特征在于，所述粗砂为1.0mm~1.5mm的II级砂。
5.根据权利要求1所述的透水砖，其特征在于，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。
6.一种制备如权利要求2所述的透水砖的方法，其特征在于，称取保水底层各原材料用量于强制式搅拌机中，均匀拌合1~2min后，输送到模具后，压制成型，成型压力为15MPa；同时称取透水面层各原材料用量于盘口搅拌机中，均匀拌合2~3min后，输送至保水底层表面，压制成型，成型压力为25MPa。
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