CN111499280A - 利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法及材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法及材料，该方法为以自来水厂污泥和再生细骨料作为骨料，水泥和粉煤灰作为粘结剂；首先干法混合骨料和粘结剂1‑2分钟，混合均匀后，迅速加入水并搅拌2‑5分钟，直到水与骨料、粘结剂混合均匀，再加入助凝剂，并快速搅拌均匀；逐渐加水，加水过程同步搅拌，且随时测定坍落度，直到坍落度达到210 mm±10mm，停止加水和搅拌；混合材料倒入模具，在室温下进行时效养护。以及由该方法制得的可控性低强度材料。本发明解决了自来水厂污泥的回收处置问题，将自来水厂污泥转化为建筑材料，大大降低自来水厂污泥处理成本，减少环境负担。

Description

利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法及材料
技术领域
本发明涉及一种利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法及材料，属于可控性低强度材料(CLSM)研究的技术领域。
背景技术
清洁的水是人类生活中必不可少的，人们对饮用水的洁净需求越来越高。然而，水净化过程中会产生大量的自来水厂污泥。自来水厂污泥的管理和处置是一个全球性的难题。与普通的污水污泥不同的是，自来水厂污泥发热量低，难以从焚烧处理中回收能源。目前，由于缺乏可靠的回收方法，所有的自来水厂污泥都要经过高能耗的脱水过程，或者是不可持续的垃圾填埋场处理。面对稀缺的土地资源和严格的环境要求，近年来的研究也对自来水厂污泥在农业和园艺部门的回收利用进行了探索。然而，由于存在土壤酸化、铝中毒和缺磷等方面缺点，自来水厂污泥在农业中应用还存在一定的局限性。因此，开发经济、可持续的自来水厂污泥资源化利用的途径具有重要的社会和环境价值。
可控性低强度材料(CLSM)是一种新型的回填材料，具有流动性强、强度可控，有效利用工业废弃物的特点，广泛应用于基坑回填、路基、管道铺设、地下结构、废弃管道、公用库、槽、挡土墙等工程的回填。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法及材料，是一种资源化利用自来水厂污泥代替细骨料生产可控性低强度材料的新方法。其具体技术方案如下：
利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法，具体包括以下步骤：
步骤一：材料准备：以自来水厂污泥、水泥、再生细骨料和粉煤灰为原料，以自来水厂污泥和再生细骨料作为骨料，水泥和粉煤灰作为粘结剂；
步骤二：混合：首先干法混合骨料和粘结剂1-2分钟，混合均匀后，迅速加入水和助凝剂并搅拌2-5分钟，直到水与骨料、粘结剂混合均匀；
步骤三：坍落度测定：在步骤二完成后，逐渐加水，加水过程同步搅拌，且随时测定坍落度，直到坍落度达到210 mm±10mm，停止加水和搅拌；
步骤四：养护：将步骤三得到的混合材料倒入模具，在室温下进行时效养护。
进一步的，所述步骤一中自来水厂污泥占原料总质量的比例为10%~15%，水泥与粉煤灰的比例保持在1:3~1:4。
进一步的，所述步骤二中粘结剂与骨料和细骨料的重量比例保持在1:3~1:4，水与粘结剂的重量比例在1.0~1.4之间。
进一步的，在步骤二和步骤三之间还有加入环保粘结剂或助凝剂，并快速搅拌均匀，加速硬化。
进一步的，所述步骤四中时效养护28天。
由上述方法制备的可控性低强度材料。
本发明的有益效果是：
本发明成功地利用自来水厂污泥生产环保型的可控性低强度材料，解决了自来水厂污泥的回收处置问题，提供了一种将自来水厂污泥转化为建筑材料的工程解决方案，大大降低自来水厂污泥处理成本，减少环境负担，而且经济效益显著。
附图说明
图1（a）为不同污泥比例占比（0%-100%）与制备可控性低强度材料的凝结时间的关系图，
图1（b）为不同污泥比例占比（0%-100%）与制备可控性低强度材料的抗压强度的关系图，
图2（a）为添加不同的助凝剂与制备可控性低强度材料的凝结时间的关系图，
图2（b）为添加不同的助凝剂与制备可控性低强度材料抗压强度的关系图。
图3（a）为需要进行回填的一个管道基坑的示意图。
图3（b）为在基坑内倒入高流动性的可控性低强度材料并进行自平整的示意图。
图3（c）为与需要采用机械压实的传统回填土（左边）进行比较示意图。
图4为可控性低强度材料回填三个月后使用不同的手持工具进行挖掘难度示意图（左图的难度为难，中图为中等，右图为容易）。
具体实施方式
本利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法，具体包括以下步骤：
步骤一：材料准备：以自来水厂污泥、水泥、再生细骨料和粉煤灰为原料，以自来水厂污泥和再生细骨料作为骨料，水泥和粉煤灰作为粘结剂；自来水厂污泥占原料总质量的比例为10%~15%，水泥与粉煤灰的比例保持在1:3~1:4。
步骤二：混合：首先干法混合骨料和粘结剂1-2分钟，混合均匀后，迅速加入水并搅拌2-5分钟，直到水与骨料、粘结剂混合均匀，再加入助凝剂，并快速搅拌均匀；粘结剂与骨料和细骨料的重量比例保持在1:3~1:4，水与粘结剂的重量比例在1.0~1.4之间。
步骤三：加入环保粘结剂或助凝剂，并快速搅拌均匀，加速硬化。
步骤四：坍落度测定：在步骤三完成后，逐渐加水，加水过程同步搅拌，且随时测定坍落度，直到坍落度达到210 mm±10mm，停止加水和搅拌；
步骤四：养护：将步骤三得到的混合材料倒入模具，在室温下进行时效养护28天。
本发明同时申请由上述方法制备的可控性低强度材料。
下面给出本发明在实际制备过程中的几个具体实施例：
实施例1：参见图1（a）和图1（b），以自来水厂污泥占比为0%、12.5%、25%、50%和100%分别进行试验，测试其制备可控性低强度材料的凝结时间和抗压强度，其中12.5%的组别是比较接近工程标准的（坍落度满足210 mm±10m，终凝时间<24小时，抗压强度控制在0.3-2.1MPa）。
实施例2：参见图2（a）和图2（b），为添加不同的助凝剂制备可控性低强度材料的凝结时间和抗压强度测试结果(其中Control 为空白对照组)，由上述结果分析可见：对比空白对照组，加入4%-8%的有机助凝剂（TEA，triethanolamine）后，初凝时间和终凝时间分别减少了70%-80%。最终，加入了钙基助凝剂（CaO，CaCl2，Ca(NO)3，Ca(OAc)2）和有机助凝剂的可控性低强度材料的各项指标度都符合了国际可控性低强度材料的工程标准。
应用实施例：
图3（a）为需要进行回填的一个管道基坑的示意图。
图3（b）为在基坑内倒入本发明制得的材料（高流动性的可控性低强度材料）并进行自平整的示意图，由图可见，本发明制得的材料导入基坑后，能够自动流动至表面平整，将坑基内部填满，不需要借助其他机械进行夯实，操作简化了，而且，能够确保材料内部是填满状态。
图3（c）为与需要采用机械压实的传统回填土（左边）进行比较示意图。传统的土壤不会自流动，需要机械压实，确保土壤内部没有空隙，防止土壤内部空隙过大，造成表面坍塌。
为了验证本发明制得的材料的具体使用效果，图4为可控性低强度材料回填三个月后使用不同的手持工具进行挖掘难度示意图，其中左图为使用铁铲子用力挖掘，难度大，很难挖掘，中图为使用榔头橇，难度中等，右图为电钻挖钻，相对容易，由图可知，本发明制得的材料（高流动性的可控性低强度材料）结实度稳定，可作为坑基填充材料使用，通过适当工具可以挖掘。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一：材料准备：以自来水厂污泥、水泥、再生细骨料和粉煤灰为原料，以自来水厂污泥和再生细骨料作为骨料，水泥和粉煤灰作为粘结剂；
步骤二：混合：首先干法混合骨料和粘结剂1-2分钟，混合均匀后，迅速加入水和助凝剂并搅拌2-5分钟，直到水与骨料、粘结剂混合均匀；
步骤三：坍落度测定：在步骤二完成后，逐渐加水，加水过程同步搅拌，且随时测定坍落度，直到坍落度达到210 mm±10mm，停止加水和搅拌；
步骤四：养护：将步骤三得到的混合材料倒入模具，在室温下进行时效养护。
2.根据权利要求1所述的利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法，其特征在于：所述步骤一中自来水厂污泥占原料总质量的比例为10%~15%，水泥与粉煤灰的比例保持在1:3~1:4。
3.根据权利要求2所述的利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法，其特征在于：所述步骤二中粘结剂与骨料和细骨料的重量比例保持在1:3~1:4，水与粘结剂的重量比例在1.0~1.4之间。
4.根据权利要求1所述的利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法，其特征在于：在步骤二中加入助凝剂：步骤二中，在混合配料中加入占原料总质量4%~8%的助凝剂，加速硬化。
5.根据权利要求4所述的利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法，其特征在于：所述助凝剂选用钙基助凝剂和/或有机助凝剂。
6.根据权利要求1所述的利用自来水厂污泥制备可控性低强度材料的方法，其特征在于：所述步骤四中时效养护28天。
7.由上述任一权利要求所述的方法制备的可控性低强度材料。
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