CN111718160A - 一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆及其制备方法 - Google Patents

一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆及其制备方法，包括如下步骤，首先，对淤泥/泥浆进行脱水干化处理，再利用建筑固废制备再生微粉，并测定再生微粉中SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3矿物组成比例，以及潜在的水化活性大小，配置对应的碱激发剂与再生微粉混合均匀生成碱激发再生微粉，将其与适量脱水淤泥/泥浆均匀混合，使淤泥/泥浆固化，最后对碱激发再生微粉固化淤泥/泥浆进行CO2养护处理，本发明提供了一种资源化利用率高且环保的碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆及其制备方法。

Description

一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，具体为一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆及其制备方法。
背景技术
我国水环境治理和航道疏浚工作的推进，以及滨海经济的快速发展，产生了体量巨大的疏浚淤泥和滨海淤泥；同时，城市地铁、高架桥等基础设施的建设，产生数量惊人的建筑泥浆；且目前，水泥和石灰等传统固化剂存在能源和资源消耗大、CO2排放高、环境污染严重等问题，另外，随着社会发展和城镇化建设的加速推进，我国建筑固废排放逐年增加，据统计，2019年我国建筑固废排放量已超过20亿吨，填埋和堆放的粗放型固废处置方式，容易造成环境污染和工程隐患，因此对建筑固废、建筑淤泥、疏浚淤泥和滨海淤泥进行资源化利用具有巨大的社会需求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种资源化利用率高且环保的碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆及其制备方法，解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆，由以下重量份的原料制备所得：
Figure BDA0002567735770000011
Figure BDA0002567735770000021
一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，包括如下步骤，
(1)首先，对淤泥/泥浆进行脱水干化处理；
(2)将废弃混凝土和废弃红砖破碎成粒径小于20mm的再生混凝土骨料和再生红砖骨料，并将其置于饱和Ca(OH)2溶液中进行浸泡处理，待再生混凝土骨料和再生红砖骨料充分吸收Ca(OH)2溶液后，将其取出并置于鼓风干燥机中烘干置恒重；
(3)将步骤(2)所得到的预处理再生混凝土骨料和再生红砖骨料，通过球磨设备充分研磨，制备成平均粒径尺寸≤20μm的再生微粉；
(4)测定步骤(3)所得到的再生微粉中SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3矿物组成比例，以及潜在的水化活性大小；
(5)根据步骤(4)中的分析结果，配置对应的碱激发剂与再生微粉混合均匀生成碱激发再生微粉；
(6)根据步骤(5)配置的碱激发再生微粉，将其与适量脱水淤泥/泥浆均匀混合，使淤泥/泥浆固化；
(7)对碱激发再生微粉固化淤泥/泥浆进行CO2养护处理。
优选的，所述再生微粉包含再生混凝土微粉、再生砖微粉。
优选的，所述再生微粉粒度为5～20μm。
优选的，所述碱激发剂包含硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、活性氧化镁。
优选的，所述碱激发剂和再生微粉的质量比的区间在5％-30％。
优选的，还包括粉灰煤，所述粉灰煤与碱激发再生微粉的复合使用量为脱水淤泥/泥浆质量的5～50％。
优选的，所述的脱水淤泥/泥浆的含水率为0-35％。
优选的，步骤(7)中CO2养护处理的碳化条件包括养护温度为20-50℃、湿度40-80％、CO2浓度20-100％、CO2气压为0-0.5MPa。
(三)有益效果
综上所述，本发明将建筑固废、建筑淤泥、疏浚淤泥和滨海淤泥等制成符合路基、路堤填料要求的脱水-碱激发再生微粉-碳化复合固化淤泥/泥浆，将生成的脱水-碱激发再生微粉-碳化复合固化淤泥/泥浆用作资源日益短缺的路基、路堤等工程填料，解决建筑固废、疏浚淤泥、滨海淤泥、建筑泥浆等处置困难，又污染环境等问题，具有显著的经济、社会、环境效益。
附图说明
图1为本发明的技术路线图。
具体实施方式
参照图1对本发明一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆及其制备方法的实施例作进一步说明。
实施例1：碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆，由以下重量份的原料制备所得：
Figure BDA0002567735770000031
实施例2：碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆，由以下重量份的原料制备所得：
Figure BDA0002567735770000032
一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，包括如下步骤，首先，对淤泥/泥浆进行脱水干化处理，再利用建筑固废制备再生微粉，并测定再生微粉中SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3矿物组成比例，以及潜在的水化活性大小，配置对应的碱激发剂与再生微粉混合均匀生成碱激发再生微粉，将其与适量脱水淤泥/泥浆均匀混合，使淤泥/泥浆固化，最后对碱激发再生微粉固化淤泥/泥浆进行CO2养护处理。
本发明中的建筑固废可以是废混凝土或者废砖，利用废混凝土制备的再生混凝土微粉，其CaO、SiO2、Al2O3等矿物组成往往介于水泥和粉煤灰之间，同时含有少量的未水化水泥颗粒，可用作辅助胶凝材料，利用废弃红砖制备的再生红砖微粉，其SiO2、Al2O3组分占比60％以上，SiO2组分能够提升火山灰活性，而Al2O3组分有利于早期形成钙矾石，提高早期力学性能。通过机械活化技术，精细化研磨可进一步增加再生微粉的火山活性，因此，再生微粉可用作固化剂，利用易获取且经济的NaSiO3·nH2O、Ca(OH)2、活性MgO等碱激发剂，进行碱激发再生微粉活性，生成更多诸如水化硅酸钙、水化硅铝酸钙、水化硅酸镁、水化硅铝酸镁等胶凝性水化产物，以固化脱水淤泥/泥浆，CO2养护技术，可使固化淤泥/泥浆中的Ca(OH)2、Mg(OH)2、水化硅酸钙、水化硅酸镁等进一步发生碳化反应，生成CaCO3、MgCO3、硅胶等碳化产物，增加固相体积，填充孔隙，粘聚土颗粒，进一步固化淤泥/泥浆，同时减少及隔断重金属等污染物的浸出路径，提高固化淤泥/泥浆的污染物稳定作用，其生成的脱水-碱激发再生微粉-碳化复合固化淤泥/泥浆的CBR值和抗压强度符合路基、路堤等工程填料的技术要求，因此将生成的脱水-碱激发再生微粉-碳化复合固化淤泥/泥浆用作资源日益短缺的路基、路堤等工程填料，解决疏浚淤泥、滨海淤泥、建筑泥浆等处置困难，又污染环境等问题，具有显著的经济、社会、环境效益。
本发明优选的所述的脱水淤泥/泥浆的含水率为0-35％，控制其含水率在35％以下，有利于减少固化剂用量，提升固化效果和经济效益。
本发明优选的所述碱激发剂包含硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、活性氧化镁，使用了硅酸钠、氢氧化钙、氢氧化钠、活性氧化镁等，能够中和淤泥中有机质分解的腐殖酸，保持碱环境，促进水化反应；能够碱激发再生微粉，生成更多的胶凝性水化产物，固化淤泥和泥浆。
本发明优选的CO2养护处理的碳化条件包括养护温度为20-50℃、湿度40-80％、CO2浓度20-100％、CO2气压为0-0.5MPa，可提升淤泥/泥浆固化土的工程性能以及对重金属等污染物的稳定作用。
以下是本发明的一个具体对照例：
对照例1
石灰固化脱水淤泥。按照固化脱水淤泥的配方称量原材料，包括：石灰100份、绝干后的脱水淤泥2000份，水分276份。将水分喷洒到绝干脱水淤泥中，并均匀拌合，后在密闭容器中浸润24h，再加入石灰均匀混合，在93％压实度下，参照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)制备承载比和无侧限抗压强度试样，按照JTG E40-2007规定的试样养护制度和测试程序，测得石灰固化脱水淤泥的承载比和7d无侧限抗压强度分别为34.6％和1.28MPa。
以下是本发明在不同参数下的三个具体实施例：
实施例3
首先利用废混凝土制备平均粒径约为20μm的再生混凝土微粉，测定其化学组成，将氢氧化钙碱激发剂与再生混凝土微粉混合均匀，氢氧化钙与再生混凝土微粉的质量比为10％，其次，将氢氧化钙碱激发再生混凝土微粉与含水率为13.8％的脱水淤泥按1:9的比例进行混合，并在93％压实度下，参照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)制备承载比和无侧限抗压强度试样，按照JTG E40-2007规定的试样养护制度和测试程序，测得氢氧化钙碱激发再生混凝土微粉固化淤泥的CBR值和7d无侧限抗压强度分别为10.7％和1.87MPa。
实施例4
首先利用废红砖制备平均粒径约为18μm的再生红砖粉，测定其化学组成，将硅酸钠与再生红砖微粉混合均匀，硅酸钠与再生红砖微粉质量比为3.6％。其次，将硅酸钠碱激发再生红砖微粉与含水率为16.1％的脱水淤泥按1:9的比例进行混合，并在93％压实度下，参照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)制备承载比和无侧限抗压强度试样，按照JTGE40-2007规定的试样养护制度和测试程序，测得硅酸钠碱激发再生红砖微粉固化淤泥的CBR值和7d无侧限抗压强度分别为13.4％和2.15MPa。
实施例5
首先利用废混凝土制备平均粒径约为20μm的再生混凝土微粉，测定其化学组成，将活性氧化镁与再生混凝土微粉混合均匀，活性氧化镁与再生混凝土微粉质量比为5％。其次，将活性氧化镁碱激发再生混凝土微粉与含水率13.8％的脱水淤泥按1:9的比例进行混合，并在93％压实度下，参照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)制备无侧限抗压强度试样，部分试样按照JTG E40-2007规定的试样养护制度进行28d养护，测得其28d无侧限抗压强度为2.26MPa，另外试样在标准养护21d后，再在20℃、70％的相对湿度、20％CO2浓度及环境气压条件下CO2养护7d，测得活性氧化镁碱激发再生混凝土微粉固化淤泥的无侧限抗压强度2.93MPa。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆，其特征在于，由以下重量份的原料制备所得：
Figure FDA0002567735760000011
2.一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
(1)首先，对淤泥/泥浆进行脱水干化处理；
(2)将废弃混凝土和废弃红砖破碎成粒径小于20mm的再生混凝土骨料和再生红砖骨料，并将其置于饱和Ca(OH)2溶液中进行浸泡处理，待再生混凝土骨料和再生红砖骨料充分吸收Ca(OH)2溶液后，将其取出并置于鼓风干燥机中烘干置恒重；
(3)将步骤(2)所得到的预处理再生混凝土骨料和再生红砖骨料，通过球磨设备充分研磨，制备成平均粒径尺寸≤20μm的再生微粉；
(4)测定步骤(3)所得到的再生微粉中SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3矿物组成比例，以及潜在的水化活性大小；
(5)根据步骤(4)中的分析结果，配置对应的碱激发剂与再生微粉混合均匀生成碱激发再生微粉；
(6)根据步骤(5)配置的碱激发再生微粉，将其与脱水淤泥/泥浆均匀混合，使淤泥/泥浆固化；
(7)对碱激发再生微粉固化淤泥/泥浆进行CO2养护处理。
3.根据权利要求2所述的一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，其特征在于：所述再生微粉包含再生混凝土微粉、再生砖微粉。
4.根据权利要求2所述的一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，其特征在于：所述再生微粉粒度为5～20μm。
5.根据权利要求2所述的一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，其特征在于：所述碱激发剂包含硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、活性氧化镁。
6.根据权利要求2所述的一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，其特征在于：所述碱激发剂和再生微粉的质量比的区间在1％-30％。
7.根据权利要求2所述的一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，其特征在于：还包括粉灰煤，所述粉灰煤与碱激发再生微粉的复合使用量为脱水淤泥/泥浆质量的5～50％。
8.根据权利要求2所述的一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，其特征在于：所述的脱水淤泥/泥浆的含水率为0-35％。
9.根据权利要求2所述的一种碱激发再生微粉固化脱水淤泥/泥浆的制备方法，其特征在于：步骤(7)中CO2养护处理的碳化条件包括养护温度为20-50℃、湿度40-80％、CO2浓度20-100％、CO2气压为0-0.5MPa。
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