CN113387620A - 一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体及其制备方法 - Google Patents

一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体，原料的组成成分及质量份数分别为：碱激发胶凝材料16～20份，疏浚淤泥65～70份，水15份，聚丙烯纤维1～2份。本发明还公开一种基于碱激发胶凝材料固化疏浚淤泥块体的制备方法，包括以下步骤：S01、向搅拌机加入碱激发胶凝材料和聚丙烯纤维，干拌，再将水加入搅拌均匀混合；S02、加入疏浚淤泥，在搅拌机中搅拌得到混合均匀物料；S03、采用微机控制电液伺服万能试验机一次加载成型；S04、放于室内自然定期洒水养护。本发明提供一种基于碱激发胶凝材料固化疏浚淤泥的块体及其制备方法，能够避免工业固体废弃物和疏浚淤泥对环境造成污染，提高航道整治工程中产生疏浚淤泥的利用率，提高固体废弃物粉煤灰等的利用率。

Description

一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体及其制备方法，属于废弃物利用和新材料技术领域。
背景技术
随着国家节约资源、环境保护等政策发布实施，传统的开山采石等方式受到限制，砂石材料价格大幅上涨并面临严重短缺和枯竭，给相关工程建筑带来一定影响。而港口建设以及航道、河道整治工程带来大量疏浚淤泥，我国目前疏浚淤泥年均产量约为4～10亿立方米，对于如此大量的疏浚淤泥，若仅将其作为废物进行外抛处理，不仅占用大量土地，还会导致周围环境及水资源的二次污染，造成土资源的巨大浪费。
此外，传统混凝土材料所使用胶结料水泥为高能耗、高消耗和高污染材料，与现有生态理念不符。新型地聚合物胶凝材料是利用粉煤灰、矿渣等硅铝质原材料经过碱激发形成，具有凝结硬化快、早期强度高、耐酸碱腐蚀耐久性优和耐高温等特性，在水运、工程修复及抢修、高强材料等领域具有广阔的应用前景。同时，地聚合物胶凝材料能够有效利用工业废渣，生产过程中污染和能耗低，是一种节能、节土、利废的可持续发展材料，符合绿色建材及固体废弃物建材资源化的理念，目前其相关研究已经成为国内外材料领域的研究热点之一。现有技术中缺少一种能够将疏浚淤泥与新型地聚合物胶凝材料进行结合的技术手段来克服上述的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够避免工业固体废弃物和疏浚淤泥对环境造成污染，提高深水航道整治工程中产生疏浚淤泥的利用率，提高固体废弃物粉煤灰的利用率的基于碱激发胶凝材料固化疏浚淤泥的块体及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体，所述块体原料的组成成分及质量份数分别为：碱激发胶凝材料16～20份，疏浚淤泥65～70份，水15份，聚丙烯纤维1～2份。聚丙烯纤维均匀分散在固化物中并起到一定的锚固作用，能够解决此固化产物制备过程中产生的干缩问题。另外因其本身具有一定的强度，可吸收一定的破环能量，极大提高了固化物防裂抗渗的能力，并且可以改善固化物的韧性。
所述碱激发胶凝材料组成成分和质量百分比为：粉煤灰为50％，矿粉25％，硅粉9％，棕榈糖1％和复合激发剂15％。棕榈糖为能够改善碱激发胶凝材料浚淤泥块体的各项性能的外加剂，固化物中添加聚丙烯纤维，解决此固化产物制备过程中出现的干缩易开裂问题。
所述复合激发剂包括氢氧化钠和乙二醇，氢氧化钠与乙二醇的摩尔比为2：1，换算成质量比为：氢氧化钠56.33％，乙二醇43.66％。
所述复合激发剂的制备方法包括：按照配方比例将固体氢氧化钠与乙二醇混合，以150r/min速度下自动混合5min，将混合后的白色凝胶放入60℃烘箱中48h，再将干燥后的材料研磨粉碎，得到白色固体的复合激发剂。
所述粉煤灰为二级，主要化学成分包括SiO2和Al2O3。
所述疏浚淤泥主要化学成分包括SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO和K2O，小于0.075mm粒径颗粒比例大于90％。
所述聚丙烯纤维形状呈束状单丝，规格包括3mm、6mm、9mm或者12mm，直径范围为25μm～45μm。
所述矿粉为S95级以上，主要化学成分包括CaO、SiO2、Al2O3和MgO。
一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体制备方法，包括以下步骤：
S01、以质量份数计，向搅拌机加入烘干研磨成粉状的碱激发胶凝材料16～20份，干拌1～3min，再将15份的水加入搅拌均匀混合；
S02、加入疏浚淤泥65～70份和聚丙烯纤维1～2份，在搅拌机中搅拌得到混合均匀物料；
S03、称取混合均匀物料并将其放入成型模具中，采用微机控制电液伺服万能试验机一次加载成型，装满物料后以600N/s速率加压至15MPa恒压1～3min，试件压实密度控制在2.0～2.2g/cm3；
S04、试件成型后立即脱模，放于室内自然定期洒水养护。
所述碱激发胶凝材料组成成分和质量百分比为：粉煤灰为50％，矿粉25％，硅粉9％，棕榈糖1％和复合激发剂15％。
本发明的有益效果：本发明提供一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体及其制备方法，该地聚合物胶凝材料由碱激发形成、不需要高温煅烧，基于绿色地聚合物胶凝材料固化废弃疏浚淤泥制备高强块体替代普通混凝土，具有快凝、早强、耐酸、耐高温、抗渗性及耐久性好等优良性能，水化后形成具有三维网状结构可以替代普通水泥作为粘结剂，与现有生态理念相符，并具有凝结硬化快、早期强度高、耐酸碱腐蚀耐久性优和耐高温等特性；以淤泥为主要原料制备块体替代普通混凝土，制备路面砖、路缘石等应用于航道整治、道路等工程，可以有效缓解天然砂石材料短缺和枯竭问题，同时消耗数量巨大的废弃疏浚淤泥，降低工程造价，为疏浚淤泥资源化利用找到一条有效解决途径。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
具体实施例1
本发明公开一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体，按照制备1m3的材料制备，按照各原料质量比得该固化物各材料质量取值范围分别为：疏浚淤泥1300～1400kg，水300kg，粉煤灰160～200kg，矿粉80～100kg，复合激发剂48～60kg、聚丙烯纤维20～40kg、硅粉28.8～36kg、棕榈糖3.2～4kg。其中，复合激发剂按照摩尔比2:1将固体氢氧化钠与乙二醇混合，以150r/min速度下自动混合5min，将混合后的白色凝胶放入60℃烘箱中48h，再将干燥后的材料研磨粉碎，得到白色固体的复合激发剂。
本发明的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体制备方法，包括以下步骤：
步骤一，向混凝土搅拌机按比例加入复合激发剂60kg、粉煤灰200kg、矿粉100kg、棕榈糖4kg、硅粉36kg，干伴2min，停止搅拌1min后，缓慢向混合料加入水300kg，搅拌2min。
步骤二，按比例加入疏浚淤泥1300kg和聚丙烯纤维40kg，缓慢搅拌2min，然后再快速搅拌2min，在搅拌机中搅拌得到混合均匀物料。
步骤三，将拌合物装入定制的模具中，放置在振动台上振实，采用微机控制电液伺服万能试验机一次加载成型，装满物料后以600N/s速率加压至15MPa恒压2min，试件压实密度控制在2.0～2.2g/cm3，将振实试样静置3d。
步骤四，试件成型后立即脱模，脱模后立即放入标准养护室进行自然定期洒水养护，养护至标准龄期得到最终产物。
本申请对制备得到的基于碱激发胶凝材料固化疏浚淤泥的块体试样进行抗压强度检测，得到固化物①28天抗压强度为33.5MPa，大于C30混凝土抗压强度。
具体实施例2
本发明公开一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体，按照制备1m3的材料制备，按照各原料质量比得该固化物各材料质量取值范围分别为：疏浚淤泥1300～1400kg，水300kg，粉煤灰160～200kg，矿粉80～100kg，复合激发剂48～60kg、聚丙烯纤维20～40kg、硅粉28.8～36kg、棕榈糖3.2～4kg。其中，复合激发剂按照摩尔比2:1将固体氢氧化钠与乙二醇混合，以150r/min速度下自动混合5min，将混合后的白色凝胶放入60℃烘箱中48h，再将干燥后的材料研磨粉碎，得到白色固体的复合激发剂。
本发明的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体制备方法，包括以下步骤：
步骤一，向混凝土搅拌机按比例加入复合激发剂54kg、粉煤灰200kg、矿粉100kg、棕榈糖4kg、硅粉36kg，干伴3min，停止搅拌1min后，缓慢向混合料加入水300kg，搅拌2min。
步骤二，按比例加入疏浚淤泥1300kg和聚丙烯纤维30kg，缓慢搅拌2min，然后再快速搅拌2min，在搅拌机中搅拌得到混合均匀物料。
步骤三，将拌合物装入定制的模具中，放置在振动台上振实，采用微机控制电液伺服万能试验机一次加载成型，装满物料后以600N/s速率加压至15MPa恒压3min，试件压实密度控制在2.0～2.2g/cm3，将振实试样静置3d。
步骤四，试件成型后立即脱模，脱模后立即放入标准养护室进行自然定期洒水养护，养护至标准龄期得到最终产物。
本申请对制备得到的基于碱激发胶凝材料固化疏浚淤泥的块体试样进行抗压强度检测，得到固化物①28天抗压强度为32.5MPa，大于C30混凝土抗压强度。
具体实施例3
本发明公开一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体，按照制备1m3的材料制备，按照各原料质量比得该固化物各材料质量取值范围分别为：疏浚淤泥1300～1400kg，水300kg，粉煤灰160～200kg，矿粉80～100kg，复合激发剂48～60kg、聚丙烯纤维20～40kg、硅粉28.8～36kg、棕榈糖3.2～4kg。其中，复合激发剂按照摩尔比2:1将固体氢氧化钠与乙二醇混合，以150r/min速度下自动混合5min，将混合后的白色凝胶放入60℃烘箱中48h，再将干燥后的材料研磨粉碎，得到白色固体的复合激发剂。
本发明的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体制备方法，包括以下步骤：
步骤一，向混凝土搅拌机按比例加入复合激发剂50kg、粉煤灰180kg、矿粉90kg、棕榈糖3.2kg、硅粉28.8kg，干伴3min，停止搅拌1min后，缓慢向混合料加入水300kg，搅拌2min。
步骤二，按比例加入疏浚淤泥1360kg和聚丙烯纤维30kg，缓慢搅拌2min，然后再快速搅拌2min，在搅拌机中搅拌得到混合均匀物料。
步骤三，将拌合物装入定制的模具中，放置在振动台上振实，采用微机控制电液伺服万能试验机一次加载成型，装满物料后以600N/s速率加压至15MPa恒压1min，试件压实密度控制在2.0～2.2g/cm3，将振实试样静置3d。
步骤四，试件成型后立即脱模，脱模后立即放入标准养护室进行自然定期洒水养护，养护至标准龄期得到最终产物。
本申请对制备得到的基于碱激发胶凝材料固化疏浚淤泥的块体试样进行抗压强度检测，得到固化物①28天抗压强度为31.3MPa，大于C30混凝土抗压强度。
具体实施例4
本发明公开一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体，按照制备1m3的材料制备，按照各原料质量比得该固化物各材料质量取值范围分别为：疏浚淤泥1300～1400kg，水300kg，粉煤灰160～200kg，矿粉80～100kg，复合激发剂48～60kg、聚丙烯纤维20～40kg、硅粉28.8～36kg、棕榈糖3.2～4kg。其中，复合激发剂按照摩尔比2:1将固体氢氧化钠与乙二醇混合，以150r/min速度下自动混合5min，将混合后的白色凝胶放入60℃烘箱中48h，再将干燥后的材料研磨粉碎，得到白色固体的复合激发剂。
本发明的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体制备方法，包括以下步骤：
步骤一，向混凝土搅拌机按比例加入复合激发剂48kg、粉煤灰160kg、矿粉80kg、棕榈糖3.6kg、硅粉32kg，干伴3min，停止搅拌1min后，缓慢向混合料加入水300kg，搅拌2min。
步骤二，按比例加入疏浚淤泥1400kg和聚丙烯纤维20kg，缓慢搅拌2min，然后再快速搅拌2min，在搅拌机中搅拌得到混合均匀物料。
步骤三，将拌合物装入定制的模具中，放置在振动台上振实，采用微机控制电液伺服万能试验机一次加载成型，装满物料后以600N/s速率加压至15MPa恒压2min，试件压实密度控制在2.0～2.2g/cm3，将振实试样静置3d。
步骤四，试件成型后立即脱模，脱模后立即放入标准养护室进行自然定期洒水养护，养护至标准龄期得到最终产物。
本申请对制备得到的基于碱激发胶凝材料固化疏浚淤泥的块体试样进行抗压强度检测，得到固化物①28天抗压强度为30.3MPa，大于C30混凝土抗压强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体，其特征在于：所述块体原料的组成成分及质量份数分别为：碱激发胶凝材料16～20份，疏浚淤泥65～70份，水15份，聚丙烯纤维1～2份。
2.根据权利要求1所述的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体，其特征在于：所述碱激发胶凝材料组成成分和质量百分比为：粉煤灰为50％，矿粉25％，硅粉9％，棕榈糖1％和复合激发剂15％。
3.根据权利要求2所述的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体，其特征在于：所述复合激发剂包括氢氧化钠和乙二醇，氢氧化钠与乙二醇的摩尔比为2：1。
4.根据权利要求3所述的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体，其特征在于：所述复合激发剂的制备方法包括：按照配方比例将固体氢氧化钠与乙二醇混合，以150r/min速度下自动混合5min，将混合后的白色凝胶放入60℃烘箱中48h，再将干燥后的材料研磨粉碎，得到白色固体的复合激发剂。
5.根据权利要求2所述的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体，其特征在于：所述粉煤灰为二级，主要化学成分包括SiO2和Al2O3。
6.根据权利要求1所述的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体，其特征在于：所述疏浚淤泥主要化学成分包括SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO和K2O，小于0.075mm粒径颗粒比例大于90％。
7.根据权利要求1所述的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体，其特征在于：所述聚丙烯纤维形状呈束状单丝，规格包括3mm、6mm、9mm或者12mm，直径范围为25μm～45μm。
8.根据权利要求2所述的一种基于碱激发胶凝材料固化疏浚淤泥的块体，其特征在于：所述矿粉为S95级以上，主要化学成分包括CaO、SiO2、Al2O3和MgO。
9.一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥的块体制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01、以质量份数计，向搅拌机加入烘干研磨成粉状的碱激发胶凝材料16～20份，干拌1～3min，再将15份的水加入搅拌均匀混合；
S02、加入疏浚淤泥65～70份和聚丙烯纤维1～2份，在搅拌机中搅拌得到混合均匀物料；
S03、称取混合均匀物料并将其放入成型模具中，采用微机控制电液伺服万能试验机一次加载成型，装满物料后以600N/s速率加压至15MPa恒压1～3min，试件压实密度控制在2.0～2.2g/cm3；
S04、试件成型后立即脱模，放于室内自然定期洒水养护。
10.根据权利要求9所述的一种基于碱激发胶凝材料的固化疏浚淤泥块体制备方法，其特征在于：所述碱激发胶凝材料组成成分和质量百分比为：粉煤灰为50％，矿粉25％，硅粉9％，棕榈糖1％和复合激发剂15％。
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