CN114907063A - 一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，该方法在商混站强碱性废泥中掺入火山灰活性矿物，添加自来水调节液固比，搅拌均匀，使火山灰活性矿物与废泥混合后，快速搅拌，入模、振动成型；在恒温恒湿干燥箱标准养护后脱模，继续在养护箱养护。上述各组分质量百分比为：商混站强碱性废泥90％‑98％、火山灰活性矿物2％‑10％，液固比为0.44‑0.48。该方法中商混站废泥中的高碱度C‑S‑H凝胶(钙硅摩尔比大于1.5)及CH晶体会与火山灰活性矿物中的无定型铝硅酸盐矿物发生反应，将强度低、稳定性差的高碱度C‑S‑H凝胶转化为强度高、稳定性好的低碱性C‑S‑H凝胶(钙硅摩尔比小于1.5)，并消耗掉强度低、最容易被侵蚀的CH晶体，从而提高废泥固结产物的抗压强度。

Description

一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，特别涉及一种增强商品混凝土搅拌站强碱性废泥固化强度的方法。
背景技术
商混站是预拌混凝土的加工生产基地，主要分布于城乡结合部和大型建设工程周边。随着生态文明理念的不断深化，商混站所面临的清洁生产和环保要求日益严格，对站区污水的处置要求也越来越高。商混站的污水主要来源于混凝土搅拌罐车及运输泵车的清洗、搅拌楼生产设施清洗、跑冒滴漏及站区保洁冲水、工地返料中砂石骨料的清洗回收，以及骨料运输转载皮带等设施的泌水及冲洗水等。研究发现污水中的阳离子主要有Ca2+，Na+，K+，Mg2+等,阴离子主要包含OH-，SO4 2-等，阳离子中的Ca2+浓度最高，阴离子中的OH-浓度最高，污水的pH通常在11.5-13之间。综上所述，商混站的污水具有成分复杂、硬度很高、碱性强等特点，对污水的净化再生循环利用及污泥处置与利用具有重要影响。
商混站污水净化再生处理系统会产生大量强碱性废泥，其主要成分包含水泥水化产物、未水化的水泥颗粒、粉煤灰、矿粉，以及微量的黏土；而水泥水化产物主要包括高碱性水化硅酸钙凝胶体(钙硅比大于1.5)、水化铝酸钙凝胶体、氢氧化钙晶体、以及水化硫铝酸钙等。
据调研，长三角地区一个年产能100万m3的商混站,其每天的用水量约为550～850m3/d，所产生的污水量约为100～150m3/d，回收完粗粒砂石骨料后的泥水浓度一般在20g/L左右。工作制度按300天/a估算，那么一个产能100万m3的商品混凝土搅拌站每年所产生的泥水总量达3万m3/a以上。
如果对泥水进行净化处理和循环利用，每年可回收约2.8万m3/a高质量再生水，同时排出约800t/a高碱性废泥(水分按25％测算)；商混站强碱性废泥的外运处置例如外运填埋既增加综合成本、又占用土地资源，还存在一定的环境污染及生态安全隐患。商混站强碱性废泥的科学处置是支撑绿色无废商混站建设、保护站区生态环境的重要内容。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，充分利用废泥中的未水化水泥、矿粉及粉煤灰等胶凝活性成分，提升其固化强度，为商混站废泥在站内固化制备路牙石、荧光材料基层等非承重构件提供条件，实现商混站废泥的资源化综合利用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，包括如下步骤：在商混站强碱性废泥中加入火山灰活性矿物，添加自来水调节液固比，搅拌均匀，使火山灰活性矿物与废泥混合后，快速搅拌，入模、振动成型；在恒温恒湿干燥箱标准养护后脱模，继续在养护箱养护。
优选的，所述商混站强碱性废泥，按质量百分比包括以下组成：
Figure BDA0003671998260000021
优选的，所述火山灰活性矿物，按质量百分比包括以下组成：
Figure BDA0003671998260000022
优选的，所述火山灰活性矿物，按质量百分其他活性成分比包括以下组成：
Figure BDA0003671998260000023
优选的，所述的火山灰活性矿物的XRD衍射图谱在衍射角度20-25°存在“馒头峰”，即其存在活性无定型铝硅酸盐矿物。
优选的，各组分组成质量百分比如下：所述商混站强碱性废泥90％-98％，所述火山灰活性矿物2％-10％；所述液固比为0.44-0.48。
优选的，所述干燥箱保持恒定温度25℃，恒定湿度大于95％，所述标准养护时间为24h。
本发明的有益效果在于：
1.该工艺均在常温常压下制备成型的，不需要高温、破碎等方法激发化学活性，耗能大大降低，且不会产生二次污染；
2.该工艺以废泥直接作为反应物参与反应，属于自胶结固化，克服了其他工艺中废泥用量少、固结强度低、经济成本高等缺点；
3.减少了商混站污水处理工艺中的压滤环节，避免了由于污水碱性大、硬度高、易结垢造成的压滤机维护难度大、耗材成本高等问题，有助于简化污水净化再生工艺、降低水处理系统能耗，节约废泥外运处置的费用；
4、本发明提供的方法充分利用商品混凝土搅拌站水处理系统产生的强碱性废泥中的未水化水泥、矿粉及粉煤灰等胶凝活性成分，提升强碱性废泥固化强度，可产生满足道路路基、切块砖、路牙石、荧光材料基层等材料所需的强度与稳定性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程简图；
图2为本发明火山灰活性矿物的XRD谱图；
图3为本发明对比例1未掺入火山灰活性矿物的固结产物的SEM图像；
图4为本发明实施例3掺入6％火山灰活性矿物的固结产物的SEM图像。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，以下实施例均掺入的火山灰活性矿物的化学组成如下：
Figure BDA0003671998260000031
本发明提供的商混站强碱性废泥固化强度提升材料，各组分配比经过严格设计，各自发挥着重要的作用，具有以下的优点和效果：
商混站废泥中水泥发生水化反应，产生高碱性水化硅酸钙凝胶体(钙硅摩尔比大于1.5的C-S-H凝胶)、水化铝酸钙凝胶体、氢氧化钙晶体(CH晶体)、以及水化硫铝酸钙等，自身会产生一定强度，但因商混站废泥已水化时间通常为1-2h，因此强度比较低。
当添加火山灰活性矿物后，火山灰活性矿物中的无定型铝硅酸盐矿物首先可与废泥中的高碱度C-S-H凝胶及CH晶体发生反应，将强度低、稳定性差的高碱度C-S-H凝胶转化为强度高、稳定性好的低碱性C-S-H凝胶(钙硅摩尔比小于1.5)，并消耗掉强度低、最容易被侵蚀的CH晶体。涉及到的化学反应如下：
(0.8-1.5)Ca(OH)2+SiO2+[n-(0.8-1.5)]H2O→(0.8-1.5)CaO·SiO2·H2O
(1.5-2.0)CaO·SiO2·nH2O+xSiO2+yH2O→(0.8-1.5)CaO·SiO2·qH2O
yCa(OH)2+Al2O3+(n-y)H2O→yCaO·Al2O3·H2O
3[CaSO4·2H2O]+yCaO·Al2O3·nH2O+xH2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
其次火山灰活性矿物的粒度通常小于废泥颗粒粒度，故火山灰活性矿物可通过物理填充作用，在固结产物基体中发挥其增塑效应和微集料效应，降低了基体的孔隙率，使整个界面紧密结合、趋于一体，形成了密实的填充结构，从而提高其抗压强度。
实施例1
本实施例中商混站强碱性废泥配合比为水泥为63.7％、矿粉为17.6％、粉煤灰为13.7％、黏土矿物为2.9％，混合均匀后，添加自来水来调节液固比为0.46；采用水泥净浆搅拌机(NG-160型)缓慢搅拌1h模拟商混站废泥水化过程；然后加入火山灰活性矿物，商混站强碱性废泥质量百分比为98％，所述火山灰活性矿物质量百分比为2％，继续搅拌；当火山灰活性矿物与废泥充分混合后快速搅拌5min；入模、振动成型，制备40mm×40mm×40mm的立方体；在恒温恒湿干燥箱标准养护(温度为25℃，湿度大于95％)24h后脱模，然后继续在养护箱养护，性能测试结果见表1。
实施例2
本实施例中商混站强碱性废泥配合比为水泥为62.4％、矿粉为17.3％、粉煤灰为13.4％、黏土矿物为2.9％，混合均匀后，添加自来水来调节液固比为0.46；采用水泥净浆搅拌机(NG-160型)缓慢搅拌1h模拟商混站废泥水化过程；然后加入火山灰活性矿物，商混站强碱性废泥质量百分比为96％，所述火山灰活性矿物质量百分比为4％，继续搅拌；当火山灰活性矿物与废泥充分混合后快速搅拌5min；入模、振动成型，制备40mm×40mm×40mm的立方体；在恒温恒湿干燥箱标准养护(温度为25℃，湿度大于95％)24h后脱模，然后继续在养护箱养护，性能测试结果见表1。
实施例3
本实施例中商混站强碱性废泥配合比为水泥为61.1％、矿粉为16.9％、粉煤灰为13.2％、黏土矿物为2.8％，混合均匀后，添加自来水来调节液固比为0.46；采用水泥净浆搅拌机(NG-160型)缓慢搅拌1h模拟商混站废泥水化过程；然后加入火山灰活性矿物，商混站强碱性废泥质量百分比为94％，所述火山灰活性矿物质量百分比为6％，继续搅拌；当火山灰活性矿物与废泥充分混合后快速搅拌5min；入模、振动成型，制备40mm×40mm×40mm的立方体；在恒温恒湿干燥箱标准养护(温度为25℃，湿度大于95％)24h后脱模，然后继续在养护箱养护，性能测试结果见表1。
实施例4
本实施例中商混站强碱性废泥配合比为水泥为59.8％、矿粉为16.6％、粉煤灰为12.9％、黏土矿物为2.8％，混合均匀后，添加自来水来调节液固比为0.46；采用水泥净浆搅拌机(NG-160型)缓慢搅拌1h模拟商混站废泥水化过程；然后加入火山灰活性矿物，商混站强碱性废泥质量百分比为92％，所述火山灰活性矿物质量百分比为8％，继续搅拌；当火山灰活性矿物与废泥充分混合后快速搅拌5min；入模、振动成型，制备40mm×40mm×40mm的立方体；在恒温恒湿干燥箱标准养护(温度为25℃，湿度大于95％)24h后脱模，然后继续在养护箱养护，性能测试结果见表1。
实施例5
本实施例中商混站强碱性废泥配合比为水泥为58.5％、矿粉为16.2％、粉煤灰为12.6％、黏土矿物为2.7％，混合均匀后，添加自来水来调节液固比为0.46；采用水泥净浆搅拌机(NG-160型)缓慢搅拌1h模拟商混站废泥水化过程；然后加入火山灰活性矿物，商混站强碱性废泥质量百分比为90％，所述火山灰活性矿物质量百分比为10％，继续搅拌；当火山灰活性矿物与废泥充分混合后快速搅拌5min；入模、振动成型，制备40mm×40mm×40mm的立方体；在恒温恒湿干燥箱标准养护(温度为25℃，湿度大于95％)24h后脱模，然后继续在养护箱养护，性能测试结果见表1。
对比例1
本对比例中商混站强碱性废泥配合比为水泥为65％、矿粉为18％、粉煤灰为14％、黏土矿物为3％，混合均匀后，添加自来水来调节液固比为0.46；采用水泥净浆搅拌机(NG-160型)缓慢搅拌1h模拟商混站废泥水化过程；入模、振动成型，制备40mm×40mm×40mm的立方体；在恒温恒湿干燥箱标准养护(温度为25℃，湿度大于95％)24h后脱模，然后继续在养护箱养护，性能测试结果见表1。
表1：实施例中固结产物性能测试结果
Figure BDA0003671998260000061
从表中看出，实施例1～5添加了2％-10％火山灰活性矿物并按照本发明实验方法处理强碱性废泥固结产物，该工艺常温常压下制备成型的，不需要高温、破碎等方法激发化学活性，并省略了商混站污水处理工艺中的压滤环节，避免了由于污水碱性大、硬度高、易结垢造成的压滤机维护难度大、耗材成本高等问题，该工艺以废泥直接作为反应物参与反应，属于自胶结固化，克服了现有工艺中废泥用量少、固结强度低、经济成本高等缺点；相比未添加火山灰活性矿物处理，其抗压强度明显提高，最优的，实施例3相比其他方案效果更好。
本发明提供的方法充分利用商品混凝土搅拌站水处理系统产生的强碱性废泥中的未水化水泥、矿粉及粉煤灰等胶凝活性成分，高碱度C-S-H凝胶(钙硅摩尔比大于1.5)及CH晶体会与火山灰活性矿物中的无定型铝硅酸盐矿物发生反应，将强度低、稳定性差的高碱度C-S-H凝胶转化为强度高、稳定性好的低碱性C-S-H凝胶(钙硅摩尔比小于1.5)，并消耗掉强度低、最容易被侵蚀的CH晶体，从而提升强碱性废泥固化强度，可产生满足道路路基、切块砖、路牙石、荧光材料基层等材料所需的强度与稳定性。
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 (7)

1.一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
在商混站强碱性废泥中加入火山灰活性矿物，添加自来水调节液固比，搅拌均匀，使火山灰活性矿物与废泥混合后，快速搅拌，入模、振动成型；在恒温恒湿干燥箱标准养护后脱模，继续在养护箱养护。
2.根据权利要求1所述的一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，其特征在于，所述商混站强碱性废泥，按质量百分比包括以下组成：
Figure FDA0003671998250000011
3.根据权利要求1所述的一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，其特征在于，所述火山灰活性矿物，按质量百分比包括以下组成：
Figure FDA0003671998250000012
4.根据权利要求3所述的一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，其特征在于，所述火山灰活性矿物，按质量百分比其他活性成分包括以下组成：
Figure FDA0003671998250000013
5.根据权利要求1所述的一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，其特征在于，所述的火山灰活性矿物的XRD衍射图谱在衍射角度20-25°存在“馒头峰”，即其存在活性无定型铝硅酸盐矿物。
6.根据权利要求1所述的一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，其特征在于，各组分组成质量百分比如下：所述商混站强碱性废泥90％-98％，所述火山灰活性矿物2％-10％；所述液固比为0.44-0.48。
7.根据权利要求1所述的一种增强商混站强碱性废泥固化强度的方法，其特征在于，所述干燥箱保持恒定温度25℃，恒定湿度大于95％，所述标准养护时间为24h。
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