CN113845341A - 一种用于河塘底泥的复合固化剂及固化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于河塘底泥的复合固化剂及固化方法，属于土木工程和交通运输工程中地基处理的技术领域。用于河塘底泥的复合固化剂由淤泥、水泥、脱硫灰按照下述质量百分比配制而成，水泥掺入量为淤泥质量的6%~8%，脱硫灰掺入量为水泥质量的15%~20%。本发明首次将工业固体废弃物脱硫灰引用到淤泥固化工程中，提升水泥固化的效果，经济效益高，施工方法简易，不需要复杂的施工工艺和很多大型设备。

Description

一种用于河塘底泥的复合固化剂及固化方法
技术领域
本发明涉及一种用于河塘底泥的复合固化剂及固化方法，属于土木工程和交通运输工程中地基处理的技术领域。
背景技术
根据《江苏省高速公路网规划(2017-2035年)》，到2035年江苏省高速公路网预计规模为6000-7000公里，将总体上形成“十五射六纵十横”的布局形态。在道路建设过程中，通常对路线上的河塘采取清淤回填处理，不仅提高了工程造价，而且未处理的底泥弃土会侵占大量土地资源，对当地环境造成一定的压力。
河塘底泥一般呈浅棕或深褐色，略带臭味，其含水率高、亲水性强、孔隙大、强度低且富含有机质。前人研究表明，可对河塘底泥进行固化处理，将其利用在地基回填工程中。然而底泥孔隙较大，且富含的有机质(主要成为分富里酸和胡敏酸)会对水泥水化产生不利影响，导致单一水泥固化效果不佳，往往需要较高的水泥掺量才能满足回填土料的强度要求。
钢铁厂和火电厂使用烟气脱硫技术对污染废气进行脱硫排放，脱硫过程中产生大量的副产物——脱硫灰(主要成分为CaSO3·1/2H2O和Ca(OH)2)，已成为钢铁行业继高炉渣和钢渣之后的第三大固体废弃物。由于脱硫灰自身性质不稳定，难以直接再生利用，国内多采用填埋和堆放处理，不仅占用了大量的土地，堆放过程中也对环境造成了二次污染，产生巨大的环境压力。
脱硫灰能够补充Ca2+并提高碱度，弥补淤泥中的有机质对Ca2+的消耗，从而使水泥水化及硬化等反应可以正常进行。脱硫灰中的CaSO3·1/2H2O能与水泥中的铝酸盐矿物反应，生成片状单硫型水化硫铝酸盐(AFm)，该反应固相体积增加115％，能够产生一定的膨胀，充填河塘底泥的孔隙，提高固化土强度。同时，脱硫灰中Ca(OH)2的掺入能够降低河塘底泥的液限和塑性指数，降低黏土矿物的亲水性，改善河塘底泥的脱水性能，结合真空抽水工艺，对固化后的河塘底泥进行真空抽水，能够降低水泥固化土的水灰比，有效地提升水泥固化土的强度。
发明内容
本发明针对上述问题，采用CaSO3·1/2H2O能与水泥反应生成AFm并产生膨胀，填充淤泥孔隙，同时脱硫灰中的Ca(OH)2能降低黏土矿物亲水性，让淤泥更易排水，现场施工配合真空抽水工艺，有利于固化土强度的增长，以废治废，实现脱硫固废和塘底淤泥的再生利用，具有重要的工程实用价值。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的用于河塘底泥的复合固化剂，由淤泥、水泥、脱硫灰按照下述质量百分比配制而成，水泥掺入量为淤泥质量的6％～8％，脱硫灰掺入量为水泥质量的15％～20％。
本发明所述的用于河塘底泥的复合固化剂，所述的水泥采用P.O42.5水泥，脱硫灰的化学成分为CaSO3·1/2H2O和Ca(OH)2。
本发明所述的用于河塘底泥的复合固化剂的固化方法，步骤如下：
1)、将河塘内的明水抽干，清理塘内较大的植物根茎等杂物，对淤泥固化区域进行分块；
2)、将计算好用量的固化剂按比例混合，输送到搅拌头中，利用搅拌头将区块内的淤泥与固化剂垂直上下搅拌均匀；
3)、搅拌完成后，在固化区域内按0.5m间距埋设塑料排水板，埋深为淤泥处理深度，用软管连接塑料排水板和集水管，集水管连接水循环泵，然后铺设真空预压膜，四周边缘采取封口处理，保证整个抽水区域的真空度维持在50kPa以上，打开真空泵进行真空抽水24h。
4)、待固化区域全部搅拌并抽水完毕后，进行整平并养护28d以上。
本发明所述的用于河塘底泥的复合固化剂的固化方法，所述的步骤1)中边固化边推进形式为对固化区域进行分块施工，每块施工区域为范围为：5m×5m，相邻区块之间设有不小于5cm的搭接宽度，在每个区块固化施工完成后，再进行整体性翻搅。
本发明所述的用于河塘底泥的复合固化剂的固化方法，所述的步骤2)中，搅拌头的提升或下降的速率为10～20s/m，固化剂喷料速率控制在70～160kg/min，每个搅拌位置上下搅拌次数大于2次。
有益效果
本发明首次将工业固体废弃物脱硫灰引用到淤泥固化工程中，提升水泥固化的效果，经济效益高，施工方法简易，不需要复杂的施工工艺和很多大型设备。
本发明首次将真空抽水工艺引入到水泥固化土中，利用脱硫灰改善淤泥脱水性能并结合真空抽水施工工艺，能够有效地提高固化土强度，从而在满足强度要求的前提下适量减少水泥用量，降低工程造价。
本发明利用工业固体废弃物脱硫灰和水泥复合固化河塘底泥，为脱硫灰等工业废弃物在道路工程领域的利用奠定了基础，为后续类似工程提供参考和借鉴意义，同时也实现了城市建设生态环保和循环有序的发展目标。
附图说明
图1为本发明不同固化剂掺量土样无侧限抗压强度的变化对比图；
图2为本发明的真空抽水工艺排水板布置示意图；
图3为本发明的真空抽水工艺排水板现场施工示意图；
图4为本发明真空抽水工艺施工示意图；
图5为本发明真空抽水工艺现场施工示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种用于河塘底泥的复合固化剂及固化方法，利用工业脱硫副产物脱硫灰和水泥复合固化河塘底泥，脱硫灰中的CaSO3·1/2H2O能与水泥反应生成AFm并产生膨胀，填充淤泥孔隙，同时脱硫灰中的Ca(OH)2能降低黏土矿物亲水性，让淤泥更易排水，现场施工配合降水工艺，有效地提高淤泥固化土的强度。本发明能将脱硫灰变废为宝，充分利用其有效化学成分，为脱硫灰在道路工程领域的利用奠定基础，可推广到其他以Ca(OH)2和CaSO3·1/2H2O为主体成分的废弃物再生利用。
本试验所用土样为连宿高速沭阳至宿豫段塘底淤泥，基本物化指标如下表1所示。脱硫灰为江苏沙钢集团有限公司旋转喷雾半干法脱硫过程副产物，主要成分及含量如下表2所示。
表1土样基本物化指标
Figure BDA0003173231140000041
表2脱硫灰主要成分及含量(％)
Figure BDA0003173231140000042
将淤泥自然晾晒并配置含水率为75％，分别掺入湿土质量8％的水泥和水泥质量20％、50％的脱硫灰，利用搅拌器充分搅拌，一部分置入真空模型筒中进行抽水24h，然后将抽真空和未抽真空的两部分水泥土分别装入
Figure BDA0003173231140000043
的圆柱状PVC管中，制成标准水泥土样，放入养护室养护7d～28d，进行无侧限抗压试验，结果如图1所示。由图1可以看出，单掺8％水泥并且未真空抽水的水泥土28d无侧限抗压强度为0.35MPa，而经过24h抽真空(v)后，掺入8％水泥20％脱硫灰的水泥土28d无侧限抗压强度达到0.55MPa，强度提高了60％。可见，脱硫灰和水泥复合固化淤泥配合真空抽水施工工艺，对于水泥固化土的强度提高有比较好的效果。
实施例1
一种用于河塘底泥的复合固化剂，该复合固化剂由水泥和脱硫灰组成，其中水泥掺入量为淤泥质量的6％，脱硫灰掺入量为水泥质量的20％。
一种利用脱硫灰-水泥复合固化剂进行就地固化的方法，包括以下步骤：
1)对固化区域进行分块，每块施工区域为5m×5m，采用边固化边推进的形式施工，相邻区块之间应有不小于5cm的搭接宽度，避免漏搅，在每个区块固化施工完成后，需再进行整体性翻搅；
2)按水泥掺量为淤泥质量6％、脱硫灰掺量为水泥质量15％的比例混合固化剂，并输送到三维强力搅拌头中，利用搅拌头将区块内的淤泥与固化剂垂直上下搅拌均匀，搅拌头提升或下降的速率控制在10～20s/m，固化剂喷料速率控制在70～160kg/min，每个搅拌位置上下搅拌次数不少于2次。
3)搅拌完成后，在固化区域内按0.5m间距埋设塑料排水板，埋深为淤泥处理深度，用软管连接塑料排水板和集水管，集水管连接水循环泵，然后铺设真空预压膜，四周边缘采取封口处理，保证整个抽水区域的真空度维持在50kPa以上，打开真空泵进行真空抽水24h。
4)待固化区域全部搅拌并抽水完毕后，进行整平并养护28d以上。
实施例2
一种用于河塘底泥的复合固化剂，该复合固化剂由水泥和脱硫灰组成，其中水泥掺入量为淤泥质量的8％，脱硫灰掺入量为水泥质量的15％。
一种利用脱硫灰-水泥复合固化剂进行就地固化的方法，包括以下步骤：
1)对固化区域进行分块，每块施工区域为5m×5m，采用边固化边推进的形式施工，相邻区块之间应有不小于5cm的搭接宽度，避免漏搅，在每个区块固化施工完成后，需再进行整体性翻搅；
2)按水泥掺量为淤泥质量6％、脱硫灰掺量为水泥质量15％的比例混合固化剂，并输送到三维强力搅拌头中，利用搅拌头将区块内的淤泥与固化剂垂直上下搅拌均匀，搅拌头提升或下降的速率控制在10～20s/m，固化剂喷料速率控制在70～160kg/min，每个搅拌位置上下搅拌次数不少于2次。
3)搅拌完成后，在固化区域内按0.5m间距埋设塑料排水板，埋深为淤泥处理深度，用软管连接塑料排水板和集水管，集水管连接水循环泵，然后铺设真空预压膜，四周边缘采取封口处理，保证整个抽水区域的真空度维持在50kPa以上，打开真空泵进行真空抽水24h。
4)待固化区域全部搅拌并抽水完毕后，进行整平并养护28d以上。
实施例3
一种用于河塘底泥的复合固化剂，该复合固化剂由水泥和脱硫灰组成，其中水泥掺入量为淤泥质量的8％，脱硫灰掺入量为水泥质量的20％。
一种利用脱硫灰-水泥复合固化剂进行就地固化的方法，包括以下步骤：
1)对固化区域进行分块，每块施工区域为5m×5m，采用边固化边推进的形式施工，相邻区块之间应有不小于5cm的搭接宽度，避免漏搅，在每个区块固化施工完成后，需再进行整体性翻搅；
2)按水泥掺量为淤泥质量6％、脱硫灰掺量为水泥质量15％的比例混合固化剂，并输送到三维强力搅拌头中，利用搅拌头将区块内的淤泥与固化剂垂直上下搅拌均匀，搅拌头提升或下降的速率控制在10～20s/m，固化剂喷料速率控制在70～160kg/min，每个搅拌位置上下搅拌次数不少于2次。
3)搅拌完成后，在固化区域内按0.5m间距埋设塑料排水板，埋深为淤泥处理深度，用软管连接塑料排水板和集水管，集水管连接水循环泵，然后铺设真空预压膜，四周边缘采取封口处理，保证整个抽水区域的真空度维持在50kPa以上，打开真空泵进行真空抽水24h。
4)待固化区域全部搅拌并抽水完毕后，进行整平并养护28d以上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于河塘底泥的复合固化剂，其特征在于：由淤泥、水泥、脱硫灰按照下述质量百分比配制而成，水泥掺入量为淤泥质量的6％～8％，脱硫灰掺入量为水泥质量的15％～20％。
2.根据权利要求1所述的用于河塘底泥的复合固化剂，其特征在于：所述的水泥采用P.O42.5水泥，脱硫灰的化学成分为CaSO3·1/2H2O和Ca(OH)2。
3.根据权利要求1至2任一项所述的用于河塘底泥的复合固化剂的固化方法，其特征在于：步骤如下：
1)、将河塘内的明水抽干，清理塘内较大的植物根茎等杂物，对淤泥固化区域进行分块；
2)、将计算好用量的固化剂按比例混合，输送到搅拌头中，利用搅拌头将区块内的淤泥与固化剂垂直上下搅拌均匀；
3)、搅拌完成后，在固化区域内按0.5m间距埋设塑料排水板，埋深为淤泥处理深度，用软管连接塑料排水板和集水管，集水管连接水循环泵，然后铺设真空预压膜，四周边缘采取封口处理，保证整个抽水区域的真空度维持在50kPa以上，打开真空泵进行真空抽水24h；
4)、待固化区域全部搅拌并抽水完毕后，进行整平并养护28d以上。
4.根据权利要求3所述的用于河塘底泥的复合固化剂的固化方法，其特征在于：所述的步骤1)中边固化边推进形式为对固化区域进行分块施工，每块施工区域为范围为：5m×5m，相邻区块之间设有不小于5cm的搭接宽度，在每个区块固化施工完成后，再进行整体性翻搅。
5.如权利要求3所述的用于河塘底泥的复合固化剂的固化方法，其特征在于：步骤2)中，搅拌头的提升或下降的速率为10～20s/m，固化剂喷料速率控制在70～160kg/min，每个搅拌位置上下搅拌次数大于2次。
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