CN111410389A - 一种疏浚工程淤泥复合固化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种疏浚工程淤泥复合固化剂及其制备方法，所述淤泥复合固化剂包括以下重量份原料：硅藻土30～50份、生石灰24～30份、钙基膨润土12～22份、增强集料11～20份、氢氧化钠8～11份、植物纤维18～22份、复合树脂10～15份、碱激发剂2～6份、助凝剂5～7份、改性椰壳4～9份；本发明将各个原料科学配比，将有效成分有机结合起来，充分发挥了各组分的特性与协同作用，合理调整工艺参数，本发明的固化剂固化效果好，稳定性佳，抗压性能高，从物理、化学效果上明显改善淤泥高含水率和低强度等性质。

Description

一种疏浚工程淤泥复合固化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种疏浚工程淤泥复合固化剂及其制备方法。
背景技术
我国幅员辽阔，河流湖泊众多，因此也产生大量的疏浚淤泥，随着海洋经济发展战略的实施，疏港公路、吹填造陆等建设任务日益繁重，我过沿海地区河网密布，河网疏浚产生了大量盐渍疏浚淤泥，疏浚淤泥具有含水率高，流动性强等特点，给疏浚淤泥处置带来较大困难，占用大量处置堆场，疏浚淤泥还具有溶陷性、腐蚀性和吸湿性，给工程利用带来困难，为了解决这一难题，对滨海疏浚淤泥固化进行研究，但是传统的固化方法单一，采用的固化剂固化不均匀，导致结块等现象。
发明内容
鉴于此，本发明提出一种疏浚工程淤泥复合固化剂及其制备方法，解决上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种疏浚工程淤泥复合固化剂：包括以下重量份原料：硅藻土30～50份、生石灰24～30份、钙基膨润土12～22份、增强集料11～20份、氢氧化钠8～11份、植物纤维18～22份、复合树脂10～15份、碱激发剂2～6份、助凝剂5～7份、改性椰壳4～9份，
所述复合树脂为重量份比0.1～0.3：0.8～1.0：0.5～0.7：0.9～1.2的萜烯树脂、香豆酮树脂、玛蒂树脂、姜油树脂，
所述助凝剂为重量份比0.5～1.2：1.5～2：0.9～1.4的硫酸亚铁、酪朊酸钠凝胶溶液、玻璃酸钠凝胶溶液。
进一步的，所述植物纤维包括重量比为0.5～1：0.3～0.8：1的丝瓜络、玉米须、榕须。
进一步的，所述增强集料为碎石、河砂、陶粒、膨胀珍珠岩其中一种或几种组合。
进一步的，所述碱激发剂由1～3mol/L的NaOH水溶液和0.3～0.8g/cm3水玻璃按重量比1:0.4～0.7的混合配制而成的NaOH和水玻璃的混合溶液。
进一步的，一种疏浚工程淤泥复合固化剂，包括以下重量份原料：硅藻土40份、生石灰27份、钙基膨润土17份、增强集料16份、氢氧化钠10份、植物纤维20份、复合树脂13份、碱激发剂4份、助凝剂6份、改性椰壳7份，
所述复合树脂为重量份比0.2：0.9：0.6：1的萜烯树脂、香豆酮树脂、玛蒂树脂、姜油树脂，
所述助凝剂为重量份比0.9：1.7：1.1的硫酸亚铁、酪朊酸钠凝胶溶液、玻璃酸钠凝胶溶液。
进一步的，所述改性椰壳是将椰壳在180～250℃下加热后过80～100目筛得到椰壳粉末，将按固液比为4～6:0.3的比例将椰壳粉末与烷基硫酸盐溶液在密封容器于0.8～1.2MeV、10～20mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，过滤，干燥，得到改性椰壳。
进一步的，一种疏浚工程淤泥复合固化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、按上述重量份原料，将硅藻土、生石灰、钙基膨润土、增强集料、氢氧化钠混合，加入2～4倍水，导入球磨机中，球磨1～1.8h，备用；优选球磨温度为50～70℃；
S2、将复合树脂、植物纤维进行加热15～24min，备用；优选加热温度为80～100℃；
S3、将S1和S2在混料机中搅拌20～40min，再加入碱激发剂、助凝剂、改性椰壳进行加热混合15～30min，优选搅拌速率为185～215r/min，加热温度为150～180℃，离心，得到复合固化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明将各个原料科学配比，将有效成分有机结合起来，充分发挥了各组分的特性与协同作用，本发明的固化剂固化效果好，稳定性佳，抗压性能高，从物理、化学效果上明显改善淤泥高含水率和低强度等性质；
(2)其中，原料中硅藻土、生石灰和钙基膨润土中的钙离子能够与土壤颗粒表面的阳离子发生交换作用，使得淤泥颗粒表面双电层中的离子扩散减慢，淤泥表面颗粒相互作用减弱，相互吸附成团；加入复合树脂能增强吸水性，比表面积大，增大了树脂与淤泥表面的摩擦力，复合树脂能够使得淤泥发生盐胀、溶陷和吸湿反应，消耗部分的胀缩内力，减小淤泥的胀缩势能，助凝剂的加入能有效的将淤泥中含有的硅元素与助凝剂反应，形成硅酸钙等水化产物，在一定的湿润的条件下发生硬化，凝胶在淤泥颗粒外围形成粘结力较强的网状膜，阻碍有害金属离子渗透；
(3)椰壳通过改性后具有较强的吸水性，能够充分吸收淤泥中的水分，并把淤泥土壤颗粒牢固吸附于椰壳中，结合植物纤维，将植物纤维加热后膨胀形成疏松的多孔松散物质，纤维中的孔隙起到载体的作用，改性椰壳和植物纤维能够吸附淤泥中的大量水分，在吸水过程中，淤泥中的水分沿着椰壳和植物纤维结构分布到孔隙中，分布均匀，充分与硅藻土、钙基膨润土、助凝剂等原料发生反应，改变传统固化剂局部固化、结块等现象。
(4)本发明固化剂的制备方法中合理调整工艺参数，在适宜的温度和搅拌速率中优选最佳的工艺参数范围，各个原料之间更加牢固的结合，使得固化剂达到最佳的效果。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种疏浚工程淤泥复合固化剂：包括以下重量份原料：硅藻土30份、生石灰24份、钙基膨润土12份、陶粒11份、氢氧化钠8份、植物纤维18份、复合树脂10份、碱激发剂2份、助凝剂5份、改性椰壳4份，
所述复合树脂为重量份比0.1：0.8：0.5：0.9的萜烯树脂、香豆酮树脂、玛蒂树脂、姜油树脂，
所述助凝剂为重量份比0.5：1.5：0.9的硫酸亚铁、酪朊酸钠凝胶溶液、玻璃酸钠凝胶溶液，
所述植物纤维包括重量比为0.5：0.3：1的丝瓜络、玉米须、榕须；
所述碱激发剂由1mol/L的NaOH水溶液和0.3g/cm3水玻璃按重量比1:0.4的混合配制而成的NaOH和水玻璃的混合溶液。
实施例2
一种疏浚工程淤泥复合固化剂：包括以下重量份原料：硅藻土50份、生石灰30份、钙基膨润土22份、增强集料20份、氢氧化钠11份、植物纤维22份、复合树脂15份、碱激发剂6份、助凝剂7份、改性椰壳9份，
所述复合树脂为重量份比0.3：1.0：0.7：1.2的萜烯树脂、香豆酮树脂、玛蒂树脂、姜油树脂，
所述助凝剂为重量份比1.2：2：1.4的硫酸亚铁、酪朊酸钠凝胶溶液、玻璃酸钠凝胶溶液，
所述植物纤维包括重量比为1：0.8：1的丝瓜络、玉米须、榕须，
所述增强集料为重量份比1：1的陶粒、膨胀珍珠岩，
所述碱激发剂由3mol/L的NaOH水溶液和0.8g/cm3水玻璃按重量比1:0.7的混合配制而成的NaOH和水玻璃的混合溶液。
实施例3
一种疏浚工程淤泥复合固化剂，包括以下重量份原料：硅藻土40份、生石灰27份、钙基膨润土17份、陶粒16份、氢氧化钠10份、植物纤维20份、复合树脂13份、碱激发剂4份、助凝剂6份、改性椰壳7份，
所述复合树脂为重量份比0.2：0.9：0.6：1的萜烯树脂、香豆酮树脂、玛蒂树脂、姜油树脂，
所述助凝剂为重量份比0.9：1.7：1.1的硫酸亚铁、酪朊酸钠凝胶溶液、玻璃酸钠凝胶溶液，
所述植物纤维包括重量比为0.8：0.5：1的丝瓜络、玉米须、榕须。
所述碱激发剂由2mol/L的NaOH水溶液和0.5g/cm3水玻璃按重量比1:0.6的混合配制而成的NaOH和水玻璃的混合溶液。
所述改性椰壳是将椰壳在200℃下加热后过90目筛得到椰壳粉末，将按固液比为5:0.3的比例将椰壳粉末与烷基硫酸盐溶液在密封容器于1.0MeV、15mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，过滤，干燥，得到改性椰壳。
实施例1～3的复合固化剂按照以下制备方法：包括以下步骤：
S1、按上述重量份原料，将硅藻土、生石灰、钙基膨润土、增强集料、氢氧化钠混合，加入3倍水，导入球磨机中，球磨1.4h，备用；优选球磨温度为60℃；
S2、将复合树脂、植物纤维进行加热20min，备用；优选加热温度为90℃；
S3、将S1和S2在混料机中搅拌30min，再加入碱激发剂、助凝剂、改性椰壳进行加热混合18min，优选搅拌速率为200r/min，加热温度为160℃，离心，得到复合固化剂。
实施例4
本实施例采用实施例3相同比例的原料，复合固化剂按照以下制备方法：包括以下步骤：
S1、按上述重量份原料，将硅藻土、生石灰、钙基膨润土、增强集料、氢氧化钠混合，加入2倍水，导入球磨机中，球磨1～1.8h，备用；优选球磨温度为50℃；
S2、将复合树脂、植物纤维进行加热15min，备用；优选加热温度为80℃；
S3、将S1和S2在混料机中搅拌20min，再加入碱激发剂、助凝剂、改性椰壳进行加热混合15min，优选搅拌速率为185r/min，加热温度为150℃，离心，得到复合固化剂。
实施例5
本实施例采用实施例3相同比例的原料，复合固化剂按照以下制备方法：包括以下步骤：
S1、按上述重量份原料，将硅藻土、生石灰、钙基膨润土、增强集料、氢氧化钠混合，加入4倍水，导入球磨机中，球磨1.8h，备用；优选球磨温度为70℃；
S2、将复合树脂、植物纤维进行加热24min，备用；优选加热温度为100℃；
S3、将S1和S2在混料机中搅拌40min，再加入碱激发剂、助凝剂、改性椰壳进行加热混合30min，优选搅拌速率为215r/min，加热温度为180℃，离心，得到复合固化剂。
实施例6
本实施例与实施例3的区别在于，植物纤维包括重量比为0.5～1：0.3～0.8：1的亚麻纤维、香蕉纤维、稻草纤维。
实施例7
本实施例与实施例3的区别在于，所述改性椰壳是将椰壳在100℃下加热后过110目筛得到椰壳粉末，将按固液比为1:0.3的比例将椰壳粉末与烷基硫酸盐溶液在密封容器于0.5MeV、10mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，过滤，干燥，得到改性椰壳。
对比例1
本对比例与实施例3的区别在于，复合固化剂，包括以下重量份原料：硅藻土20份、生石灰20份、钙基膨润土10份、陶粒10份、氢氧化钠15份、植物纤维25份、复合树脂18份、碱激发剂8份、助凝剂3份、改性椰壳3份，
所述复合树脂为重量份比0.2：0.9：0.6：1的萜烯树脂、香豆酮树脂、玛蒂树脂、姜油树脂，
所述助凝剂为重量份比0.9：1.7：1.1的硫酸亚铁、酪朊酸钠凝胶溶液、玻璃酸钠凝胶溶液，
所述植物纤维包括重量比为0.8：0.5：1的丝瓜络、玉米须、榕须。
所述碱激发剂由2mol/L的NaOH水溶液和0.5g/cm3水玻璃按重量比1:0.6的混合配制而成的NaOH和水玻璃的混合溶液。
对比例2
本对比例与实施例3的区别在于，所述复合树脂为为重量份比0.2：0.9：0.6：1的萜烯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂。
对比例3
本对比例与实施例3的区别在于，所述助凝剂为重量份比0.9：1.7：1.1的硫酸亚铁、海藻酸钠凝胶溶液、活化硅酸。
一、固化效果实验
(1)固化前后含水率和最大干密度测试
选择某地淤泥作为试验淤泥(经人工脱水，含水率为38％)，将实施例1～7、对比例1～3制备的固化剂和聚金科技售卖的固化剂进行比较试验；
(2)室内承载比CBR试验
按照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)进行承载比CBR试验，压实度96％，击实次数98，
(3)无侧限抗压强度试验
按照96％压实度标准，制作室内测试实验，在22±2℃下保湿6天并浸水24h后，测试7d和28d无侧限抗压强度；
测试结果如下：
Figure BDA0002454674230000071
Figure BDA0002454674230000081
由上表可知，对比例1与实施例1～7对比，固化剂的原料配比影响固化效果，在实施例3合理的配比下，固化达到最佳；对比例2和实施例1～7对比，本发明的复合树脂在固化剂的原料中占有较大的作用，能增强吸水性，使得淤泥发生盐胀、溶陷和吸湿反应；对比例3和实施例1～7对比，本发明的助凝剂能有效的将淤泥中含有的硅元素与助凝剂反应，形成硅酸钙等水化产物，在一定的湿润的条件下发生硬化；实施例1～7之间，原料科学配比及合理调整工艺参数，才能将有效成分有机结合起来，充分发挥了各组分的特性与协同作用。
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。

Claims (10)

1.一种疏浚工程淤泥复合固化剂，其特征在于：包括以下重量份原料：硅藻土30～50份、生石灰24～30份、钙基膨润土12～22份、增强集料11～20份、氢氧化钠8～11份、植物纤维18～22份、复合树脂10～15份、碱激发剂2～6份、助凝剂5～7份、改性椰壳4～9份，
所述复合树脂为重量份比0.1～0.3：0.8～1.0：0.5～0.7：0.9～1.2的萜烯树脂、香豆酮树脂、玛蒂树脂、姜油树脂，
所述助凝剂为重量份比0.5～1.2：1.5～2：0.9～1.4的硫酸亚铁、酪朊酸钠凝胶溶液、玻璃酸钠凝胶溶液。
2.如权利要求1所述的一种疏浚工程淤泥复合固化剂，其特征在于：所述植物纤维包括重量比为0.5～1：0.3～0.8：1的丝瓜络、玉米须、榕须。
3.如权利要求1所述的一种疏浚工程淤泥复合固化剂，其特征在于：所述增强集料为碎石、河砂、陶粒、膨胀珍珠岩其中一种或几种组合。
4.如权利要求1所述的一种疏浚工程淤泥复合固化剂，其特征在于：所述碱激发剂由1～3mol/L的NaOH水溶液和0.3～0.8g/cm3水玻璃按重量比1:0.4～0.7的混合配制而成的NaOH和水玻璃的混合溶液。
5.如权利要求1所述的一种疏浚工程淤泥复合固化剂，其特征在于：包括以下重量份原料：硅藻土40份、生石灰27份、钙基膨润土17份、增强集料16份、氢氧化钠10份、植物纤维20份、复合树脂13份、碱激发剂4份、助凝剂6份、改性椰壳7份，
所述复合树脂为重量份比0.2：0.9：0.6：1的萜烯树脂、香豆酮树脂、玛蒂树脂、姜油树脂，
所述助凝剂为重量份比0.9：1.7：1.1的硫酸亚铁、酪朊酸钠凝胶溶液、玻璃酸钠凝胶溶液。
6.如权利要求1所述的一种疏浚工程淤泥复合固化剂，其特征在于：所述改性椰壳是将椰壳在180～250℃下加热后过80～100目筛得到椰壳粉末，将按固液比为4～6:0.3的比例将椰壳粉末与烷基硫酸盐溶液在密封容器于0.8～1.2MeV、10～20mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，过滤，干燥，得到改性椰壳。
7.一种疏浚工程淤泥复合固化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、按上述重量份原料，将硅藻土、生石灰、钙基膨润土、增强集料、氢氧化钠混合，加入2～4倍水，导入球磨机中，球磨1～1.8h，备用；
S2、将复合树脂、植物纤维进行加热15～24min，备用；
S3、将S1和S2在混料机中搅拌20～40min，再加入碱激发剂、助凝剂、改性椰壳进行加热混合15～30min，离心，得到复合固化剂。
8.如权利要求7所述的一种疏浚工程淤泥复合固化剂的制备方法，其特征在于：所述S1步骤中球磨温度为50～70℃。
9.如权利要求7所述的一种疏浚工程淤泥复合固化剂的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中加热温度为80～100℃。
10.如权利要求7所述的一种疏浚工程淤泥复合固化剂的制备方法，其特征在于：所述S3步骤中搅拌速率为185～215r/min，加热温度为150～180℃。
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