CN114524660A - 一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，包括：将淤泥质工程渣土、城市生活垃圾焚烧底渣和电石渣分别进行第一预处理，获得第一预处理渣土、第一预处理底渣和第一预处理电石渣；将所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣进行第二预处理，获得第二预处理底渣和第二预处理电石渣；将所述第一预处理渣土和所述第二预处理底渣混匀，获得一级混合粉末；将所述一级混合粉末和所述第二预处理电石渣混匀，获得二级混合粉末；将所述二级混合粉末和矿粉混匀，获得三级混合粉末；将所述三级混合粉末加水混合静压成型，获得固化体。本发明采用全固废的方式对高液限渣土进行改良，所用材料低碳环保，且有效地消除了传统固化剂造成的工程缺陷。

Description

一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法
技术领域
本发明涉及高液限工程渣土处理技术领域，特别涉及一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法。
背景技术
随着我国地下工程建设大量开展，盾构、桩基、地连墙等深基础工程开挖产生的工程渣土作为工程建设的“副产物”引起了越来越多的重视。全国在建的盾构隧道预计将产生约2.25亿立方米工程渣土，渣土处置费预计将需要582亿元。大量未经处理的工程渣土堆积，会侵占土地污染土壤和水体。高液限的淤泥质工程渣土产生量大、综合利用率低，堆存场安全问题突出，已成为城市发展过程中亟待解决的难题，而工程渣土存在高含水、高液限、低水稳、弱承载等问题，利用传统材料难以解决渣土利用工程难题。高液限淤泥渣土的定义，使用普通水泥等材料固化无法获得较好的强度，无法满足设计对于固化土液限低于50的要求，导致后续固化土难以压实等问题。
综上，现有技术中高液限工程渣土处理方式的缺陷，如工程特性难题、资源化方式、等技术问题。因此有必要开发一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法。
发明内容
本发明目的是提供一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，将多种材料与工程渣土协同作用，通过不同材料间的相互作用，达到预定的资源化目标。采用全固废的方式对高液限渣土进行改良，所用材料低碳环保，且有效地消除了传统固化剂造成的工程缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
在本发明的第一方面，提供了一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，所述方法包括：
将淤泥质工程渣土、城市生活垃圾焚烧底渣和电石渣分别进行第一预处理，获得第一预处理渣土、第一预处理底渣和第一预处理电石渣；
将所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣进行第二预处理，获得第二预处理底渣和第二预处理电石渣；
将所述第一预处理渣土和所述第二预处理底渣混匀，进行一次拌和，获得一级混合粉末；
将所述一级混合粉末和所述第二预处理电石渣混匀，进行二次拌和，获得二级混合粉末；
将所述二级混合粉末和矿粉混匀，进行三次拌和，获得三级混合粉末；
将所述三级混合粉末加水混合进行静压成型，获得固化体。
进一步地，所述将淤泥质工程渣土、城市生活垃圾焚烧底渣和电石渣分别进行第一预处理，获得第一预处理渣土、第一预处理底渣和第一预处理电石渣，具体包括：
将城市生活垃圾焚烧底渣中的大块金属去除，后干燥，破碎过筛，获得第一预处理底渣；
将淤泥质工程渣土干燥，破碎过筛，获得第一预处理渣土；
将电石渣干燥，破碎过筛，获得第一预处理电石渣；
所述第一预处理渣土、所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣的粒径均≤2mm。
进一步地，所述第二预处理为球磨过筛，所述第二预处理底渣的粒径≤1mm，所述第二预处理电石渣的粒径≤0.075mm。
进一步地，所述一次拌和中，所述第二预处理底渣的质量占所述第一预处理渣土的质量的5％～40％。
进一步地，所述二次拌和中，所述第二预处理电石渣的质量占所述一级混合粉末中所述第一预处理渣土的质量的3％～8％。
进一步地，所述三次拌和中，所述矿粉的质量占所述二级混合粉末中所述第一预处理渣土的质量的3％～8％。
进一步地，所述静压成型中，所述水的重量与所述三级混合粉末的重量比为(0.15～0.2)：1。
进一步地，所述方法还包括：将所述固化体进行标准化养护。
在本发明的第二方面，提供了采用所述方法制备得到的固化体。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，所述方法包括：将淤泥质工程渣土、城市生活垃圾焚烧底渣和电石渣分别进行第一预处理，获得第一预处理渣土、第一预处理底渣和第一预处理电石渣；将所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣进行第二预处理，获得第二预处理底渣和第二预处理电石渣；将所述第一预处理渣土和所述第二预处理底渣混匀，进行一次拌和，获得一级混合粉末；将所述一级混合粉末和所述第二预处理电石渣混匀，进行二次拌和，获得二级混合粉末；将所述二级混合粉末和矿粉混匀，进行三次拌和，获得三级混合粉末；将所述三级混合粉末加水混合进行静压成型，获得固化体。按上述方法将多种材料与工程渣土协同作用，通过不同材料间的相互作用，达到预定的资源化目标。采用全固废的方式对高液限渣土进行改良，所用材料低碳环保，且有效地消除了传统固化剂造成的工程缺陷。具体地：
首先利用高液限淤泥质工程渣土和城市生活垃圾焚烧底渣两种材料的矿物成分和工程性质，通过添加电石渣和矿粉，加适量水静压制成固化体。其中，第一预处理渣土、第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉各组分协同配合：第一预处理渣土使得渣土粒径减小，符合制样要求，第二预处理底渣经两次预处理后形成粒径分布均匀的骨料，富含大小孔隙密实固化体，且能消除底渣本身的碱金属等不利因素，第二预处理电石渣经两次预处理后形成细小微粉，极大增加其碱性及反应效率，矿粉是主要的活性物质，通过第二预处理底渣和第二预处理电石渣的加入，使其活性得以激发，形成胶凝体系产生固化作用。
其次，利用城市生活垃圾焚烧底渣的吸水性能够改良渣土的高液限特性，同时利用其潜在活性及碱性，添加第二预处理电石渣增加其中游离钙离子含量，激发矿粉的活性。
同时更重要的是，逐级添加第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉，其中，底渣作为骨料保证了材料分散程度及稳定性，电石渣作为碱激发剂加入，保证了反应所需碱性及游离钙离子含量，矿粉作为碱激发矿渣体系中的主体，将所述混合粉末加水混匀，发生水化反应，主要水化产物为低钙硅比的C-S-H凝胶及C-A-S-H凝胶，为链状结构，获得固化体，保证了力学强度。
此种低碳处理方式，包括选用材料及应用场景，共同构成一个循环回路。本发明的有益效果是大量消耗工程渣土，本发明采用全固废的方式对高液限渣土进行改良，所用材料低碳环保，且有效地消除了传统固化剂造成的工程缺陷，将固化体性能调整至最优，可方便地根据所需工况选取方案，尤其是能够扩大应用场景，使其工程质量得到保证。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法的流程示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。
本发明实施例提供一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，如图1所示，所述方法包括：
S1、将淤泥质工程渣土、城市生活垃圾焚烧底渣和电石渣分别进行第一预处理，获得第一预处理渣土、第一预处理底渣和第一预处理电石渣；
所述步骤S1，具体包括：
S101、将城市生活垃圾焚烧底渣中的大块金属去除，后干燥，破碎过筛，获得第一预处理底渣；
S102、将淤泥质工程渣土干燥，破碎过筛，获得第一预处理渣土；
S103、将电石渣干燥，破碎过筛，获得第一预处理电石渣；
S104、所述第一预处理渣土、所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣的粒径均≤2mm。
上述技术方案中，所述第一预处理渣土、所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣的粒径均≤2mm的原因是底渣及电石渣原材料尺寸过大不符合土工试验试验方法中的材料检测标准，若粒径大于2mm有材料差异大、拌和不均匀的不利影响；
S2、将所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣进行第二预处理，获得第二预处理底渣和第二预处理电石渣；
所述步骤S2中，
所述第二预处理为球磨过筛，所述第二预处理底渣的粒径≤1mm，所述第二预处理电石渣的粒径≤0.075mm。
上述技术方案中，所述第二预处理底渣的粒径≤1mm的原因是通过球磨消除铝单质等易发生不利影响的因素，并改良极配，若粒径大于1mm有含碱金属单质及极配不均的不利影响；所述第二预处理电石渣的粒径≤0.075mm的原因是通过球磨减小材料粒径从而增加其碱性及反应效率，若粒径大于0.075mm有反应效率低及活性不高的不利影响；
S3、将所述第一预处理渣土和所述第二预处理底渣混匀，进行一次拌和，获得一级混合粉末；
所述步骤S3中，
所述一次拌和中，所述第二预处理底渣的质量占所述第一预处理渣土的质量的5％～40％。所述质量比有利于各组分协同配合；所述第二预处理底渣添加过多不利于固化体的强度指标，添加过少不利于底渣材料的消耗及经济性
S4、将所述一级混合粉末和所述第二预处理电石渣混匀，进行二次拌和，获得二级混合粉末；
所述步骤S4中，
所述二次拌和中，所述第二预处理电石渣的质量占所述一级混合粉末中所述第一预处理渣土的质量的3％～8％。所述质量比有利于各组分协同配合；所述第二预处理电石渣添加过多不利于固化剂经济效果，添加过少不利于固化体强度指标
S5、将所述二级混合粉末和矿粉混匀，进行三次拌和，获得三级混合粉末；
所述步骤S5中，
所述三次拌和中，所述矿粉的质量占所述二级混合粉末中所述第一预处理渣土的质量的3％～8％。所述质量比有利于各组分协同配合；矿粉添加过多不利于固化剂经济效果，矿粉添加过少不利于固化体强度指标
S6、将所述三级混合粉末加水混合进行静压成型，获得固化体。
所述静压成型中，所述水的重量与所述三级混合粉末的重量比为(0.15～0.2)：1。优选为0.16：1，水添加过多不利于固化体的成型及强度指标的稳定，添加过少不利于水化反应发生及强度提升
上述技术方案中，第一预处理渣土100％、第二预处理底渣5％～40％、第二预处理电石渣3％～8％、矿粉3％～8％各组分协同配合，具体地：第一预处理渣土使得渣土粒径减小，符合制样要求，第二预处理底渣经两次预处理后形成粒径分布均匀的骨料，富含大小孔隙密实固化体，且能消除底渣本身的碱金属等不利因素，第二预处理电石渣经两次预处理后形成细小微粉，极大增加其碱性及反应效率，矿粉是主要的活性物质，通过第二预处理底渣和第二预处理电石渣的加入，使其活性得以激发，形成胶凝体系产生固化作用。
其次，利用城市生活垃圾焚烧底渣的吸水性能够改良渣土的高液限特性，同时利用其潜在活性及碱性，添加第二预处理电石渣增加其中游离钙离子含量，激发矿粉的活性。
同时更重要的是，逐级添加第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉，其中，底渣作为骨料保证了材料分散程度及稳定性，电石渣作为碱激发剂加入，保证了反应所需碱性及游离钙离子含量，矿粉作为碱激发矿渣体系中的主体，将所述混合粉末加水混匀，发生水化反应，主要水化产物为低钙硅比的C-S-H凝胶及C-A-S-H凝胶，为链状结构，获得固化体，保证了力学强度。
此种低碳处理方式，包括选用材料及应用场景，共同构成一个循环回路。本发明的有益效果是大量消耗工程渣土，本发明采用全固废的方式对高液限渣土进行改良，所用材料低碳环保，且有效地消除了传统固化剂造成的工程缺陷，将固化体性能调整至最优，可方便地根据所需工况选取方案，尤其是能够扩大应用场景，使其工程质量得到保证。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了采用所述方法制备得到的固化体。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法进行详细说明。
实施例1
在本实施例提供了一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，包括以下步骤：
S1、将淤泥质工程渣土、城市生活垃圾焚烧底渣和电石渣分别进行第一预处理，获得第一预处理渣土、第一预处理底渣和第一预处理电石渣；所述第一预处理渣土、所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣的粒径均≤2mm；
S2、将所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣进行第二预处理，获得第二预处理底渣和第二预处理电石渣；所述第二预处理底渣的粒径为≤1mm，所述第二预处理电石渣的粒径为≤0.075mm；
S3、将所述第一预处理渣土和所述第二预处理底渣混匀，进行一次拌和，获得一级混合粉末；
S4、将所述一级混合粉末和所述第二预处理电石渣混匀，进行二次拌和，获得二级混合粉末；
S5、将所述二级混合粉末和矿粉混匀，进行三次拌和，获得三级混合粉末；
S6、将所述三级混合粉末加水混合进行静压成型，获得固化体。
其中，本发明实施例的固化体的制备原料包括：第一预处理渣土、第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉各组分质量比为100：5：4：4，做液塑限指标；加水的重量与所述粉末的重量比为0.16：1，静压获得固化体进行标准养护。
实施例2
该实施例中，第一预处理渣土、第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉各组分质量比为100：20：3：3，做液塑限指标；加水的重量与所述粉末的重量比为0.15：1，静压获得固化体进行标准养护。所述第一预处理渣土、所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣的粒径均≤2mm；所述第二预处理底渣的粒径为≤1mm，所述第二预处理电石渣的粒径为≤0.075mm。其他步骤同实施例1。
实施例3
该实施例中，第一预处理渣土、第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉各组分质量比为100：40：8：8，做液塑限指标；加水的重量与所述粉末的重量比为0.2：1，静压获得固化体进行标准养护。所述第一预处理渣土、所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣的粒径均≤2mm；所述第二预处理底渣的粒径为≤1mm，所述第二预处理电石渣的粒径为≤0.075mm。其他步骤同实施例1。
对比例1
在该对比例中，不加城市生活垃圾焚烧底渣，所述第一预处理渣土、第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉各组分掺量为100：0：4：4，做液塑限指标；加水的重量与所述粉末的重量比为0.16：1，静压获得固化体进行标准养护。其他步骤同实施例1。
对比例2
在该对比例中，不加城市生活垃圾焚烧底渣、电石渣和矿粉，第一预处理渣土、第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉各组分掺量为100：0：0：0，做液塑限指标；加水的重量与所述粉末的重量比为0.16：1，静压获得固化体进行标准养护。其他步骤同实施例1。
对比例3
在该对比例中，第一预处理渣土、第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉各组分掺量为100：50：2：2，其他步骤同实施例1。
实验例1、样品性能分析
1、为方便比对，将各实施例与各对比例配比统计如下；
表1-各实施例与各对比例的制备原料配比
Figure BDA0003515103600000081
2、将各实施例和各对比例的固化体进行性能分析，结果如表2所示。
表2
组别 ω<sub>L</sub>/％ ω<sub>P</sub>/％ 7d无侧限抗压强度/MPa
实施例1 48.19 25.85 2.57
实施例2 40.31 24.79 2.01
实施例3 37.08 22.28 2.38
对比例1 50.86 26.90 1.69
对比例2 51.54 31.01 0.17
对比例3 35.77 22.17 0.89
所述性能测定中，ωL/％为液限，ωP/％为塑限，测定方法为液限和塑限联合测定法；
所述7d无侧限抗压强度是指试样在无侧向压力条件下，抵抗轴向压力的极限强度，测定方法为通过万能试验机进行无侧限抗压强度试验；
由表2数据可知：
对比例1中，不加城市生活垃圾焚烧底渣，存在液限超标缺点；
对比例2中，不加城市生活垃圾焚烧底渣、电石渣和矿粉，存在高液限、低强度缺点；
对比例3中，第一预处理渣土、第二预处理底渣、第二预处理电石渣及矿粉各组分掺量不在本发明实施例的范围内，存在强度过低缺点；
本发明实施例1-实施例3中的固化体在7d无侧限抗压强度最高能够达到2.57MPa，固化处理后液限降低了2.67％～13.78％。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，其特征在于，所述方法包括：
将淤泥质工程渣土、城市生活垃圾焚烧底渣和电石渣分别进行第一预处理，获得第一预处理渣土、第一预处理底渣和第一预处理电石渣；
将所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣进行第二预处理，获得第二预处理底渣和第二预处理电石渣；
将所述第一预处理渣土和所述第二预处理底渣混匀，进行一次拌和，获得一级混合粉末；
将所述一级混合粉末和所述第二预处理电石渣混匀，进行二次拌和，获得二级混合粉末；
将所述二级混合粉末和矿粉混匀，进行三次拌和，获得三级混合粉末；
将所述三级混合粉末加水混合进行静压成型，获得固化体。
2.根据权利要求1所述的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，其特征在于，所述将淤泥质工程渣土、城市生活垃圾焚烧底渣和电石渣分别进行第一预处理，获得第一预处理渣土、第一预处理底渣和第一预处理电石渣，具体包括：
将城市生活垃圾焚烧底渣中的大块金属去除，后干燥，破碎过筛，获得第一预处理底渣；
将淤泥质工程渣土干燥，破碎过筛，获得第一预处理渣土；
将电石渣干燥，破碎过筛，获得第一预处理电石渣；
所述第一预处理渣土、所述第一预处理底渣和所述第一预处理电石渣的粒径均≤2mm。
3.根据权利要求1所述的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，其特征在于，所述第二预处理为球磨过筛，所述第二预处理底渣的粒径≤1mm，所述第二预处理电石渣的粒径≤0.075mm。
4.根据权利要求1所述的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，其特征在于，所述一次拌和中，所述第二预处理底渣的质量占所述第一预处理渣土的质量的5％～40％。
5.根据权利要求1所述的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，其特征在于，所述二次拌和中，所述第二预处理电石渣的质量占所述一级混合粉末中所述第一预处理渣土的质量的3％～8％。
6.根据权利要求1所述的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，其特征在于，所述三次拌和中，所述矿粉的质量占所述二级混合粉末中所述第一预处理渣土的质量的3％～8％。
7.根据权利要求1所述的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，其特征在于，所述静压成型中，所述水的重量与所述三级混合粉末的重量比为(0.15～0.2)：1。
8.根据权利要求1所述的一种高液限淤泥质工程渣土的低碳固化方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述固化体进行标准化养护。
9.一种采用权利要求1-8任一所述方法制备得到的固化体。
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