CN1301929C - 复合型淤泥固化材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种对水利工程和土木工程中产生的淤泥进行固化处理所使用的复合型淤泥固化材料。本发明采用在水泥类固化材料中加入工业废料粉煤灰、石膏，按一定配比混合均匀而制成的复合型淤泥固化材料。本发明通过与淤泥进行混合搅拌，可以改善淤泥的高含水率、低强度的性质，可以将对环境产生污染的废弃淤泥再生为工程中可以应用的土工材料。使用本材料不仅符合环境保护的要求，也符合土木工程可持续发展的需要，是一种绿色环保型材料。另外本发明所用的原料为工业中大量产生的废料，原料来源广泛，价格便宜，在经济性上显著优于国外固化材料。

Description

复合型淤泥固化材料

技术领域

本发明涉及一种对水利工程和土木工程中产生的淤泥进行固化处理所使用的复合型固化材料，固化处理后的淤泥可用作为道路、堤防等土方工程的填方用土。属于土建材料技术领域。

背景技术

在许多的水利工程和土木工程如海洋、湖泊、河流的疏浚或城市地铁建设、基坑开挖等工程中会产生大量的淤泥，这些淤泥含水率高、粘粒含量高、强度极低，无法直接用作工程填土，通常采取抛泥处置。这种处置方法不仅会污染抛泥点周围的环境，同时也会占用大量的农田或渔塘。而在许多的土方工程如填海工程、堤防工程、道路工程中大量需要填方用土，大多通过陆地开采砂石而获得。本发明结合环境保护和土木工程可持续发展的需要，将废弃的淤泥通过固化方法转化为土工再生资源进行利用。对于处理高含水率的淤泥，固化材料的造价问题是关键，本复合型淤泥固化材料从传统的水泥系固化材料出发，通过加入工业生产中大量产生的能够促进水泥水化反应的废料粉煤灰、石膏，通过选择最佳的配方，使工业废料可以最大限度的替代部分水泥的量，研制出复合型淤泥固化材料，不但提高了水泥的固化效果，而且节省了造价，并达到以废治废的目的。

发明内容

本发明的目的：为解决水利工程和土木工程中产生的大量淤泥的处置问题而研制的一种复合型淤泥固化材料，用以将废弃淤泥处理为工程性质良好的固化土。本发明的技术方案：利用水泥的水解和水化反应的特点，加入能够促进水泥水化反应的工业废料，通过选择最佳的配比，发挥出材料的复合效果并从总体上降低固化材料的造价。本发明的固化反应方程如式(1)～(7)所示。

本发明是将几种原材料按一定配比均匀混合而成，为青灰色粉状固体，其主要技术特征是在水泥中按一定比例加入工业废料粉煤灰、石膏，均匀混合而成，按重量百分比：

水泥              15～25％

粉煤灰            73.2～83.5％

石膏              1.5～7.5％

其制备工艺：在水泥中按上述比例加入粉煤灰和石膏，混合均匀而制成

本发明的优点和效果在于：(1)环境保护：利用本发明可以减少工程中产生的淤泥的废弃处置对周围环境的污染；(2)资源再生利用：利用本发明，将废弃的淤泥处理为工程性质良好的土工材料，产生了再生资源；(3)价格低廉：本发明的主要原料为工业中产生的大量且廉价的废料，产品价格便宜；(4)以废治废：本发明主要针对的是工程中产生的废弃淤泥的处理问题，而本身利用的又是工业中大量产生的废弃物，同时达到了以废治废的目的；(5)处理效果好：本发明通过机械搅拌与淤泥充分混合后进行填筑施工，施工易控制，混合效果好，固化处理的效果较优；(6)应用范围广：本发明可以广泛地用于填海工程(图1)、道路工程(图2)和堤防工程(图3)，并可根据不同的工程要求调整添加量，可以满足多种工程的要求。

附图说明

图1-淤泥复合型固化材料用于填海工程

图2-淤泥复合型固化材料用于堤防工程

图3-淤泥复合型固化材料用于道路工程

图1是说明本发明可对海洋工程中产生的淤泥进行固化处理，处理后的淤泥可以直接进行水下浇筑施工，由于固化土具有一定的流动性，本方法较之其它方法可以更好的保证水下施工的质量。

图2是说明本发明可对河道疏浚工程中产生的淤泥进行固化处理，处理后的淤泥可以直接用于河道堤岸的加固，既避免了淤泥废弃对环境的污染，同时又可减少堤岸加固从别处取土的费用。

图3是说明本发明可结合对各种工程中产生的淤泥进行固化处理，处理后的淤泥可以用于道路工程中路基的填筑。在道路工程中大量需要填方用土，大多通过沿路设置取土坑而获取，这种方法破坏了大量的耕地。利用固化淤泥不仅可以有效的避免淤泥废弃对环境的污染，同时又可减少道路工程中从别处取土的数量和费用。

具体实施方式

实施例1：

本发明各组分按以下重量百分比混合均匀而成：

水泥                    24.4％

粉煤灰                  73.2％

石膏                    2.4％

按照本配比，在每立方米淤泥中加入90kg固化材料，固化淤泥7天无侧限抗压强度可以达到110kPa，28天无侧限抗压强度可以达到170kPa。固化淤泥的透水系数小于l0^-5cm/s。较之使用水泥一种材料，达到相同固化效果其费用可以节省21％。而且这种材料自身具有较好的快硬性(7天强度即可达到110kPa)，施工后很快就可以在其上面进行其它工程的施工。

实施例2：

本发明各组分按以下重量百分比混合均匀而成：

水泥                   17.5％

粉煤灰                 79.0％

石膏                   3.5％

利用本配比，在每方淤泥中加入100kg固化材料，固化淤泥7天无侧限抗压强度可以达到100kPa，28天无侧限抗压强度可以达到150kPa。固化淤泥的透水系数小于10^-5cm/s。较之使用水泥一种材料，达到相同固化效果其费用可以节省18％。

复合型淤泥固化材料固化反应方程式(1)～(7)：

水解反应式(1)～(4)：

                                  (1)

                                   (2)

                                           (3)

   (4)

水化反应(5)～(7)：

                                         (5)

                                     (6)

                         (7)

反应原理说明：由于在水泥的水解反应中会生成很多的Ca(OH)₂(如式1，2所示)，Ca(OH)₂微溶于水，当其覆盖在水泥表面时，会阻碍水泥的进一步反应，固化土的强度得不到进一步的提高。加入主要成份为SiO₂的粉煤灰，可以与Ca(OH)₂发生式(5)的反应，生成水化硅酸钙晶体，产生土粒间的胶结作用，也就是通常所说的火山灰反应，可以显著促进固化土的强度增长。石膏的固化反应机理如式(7)所示，生成的CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O称为钙矾石，具有32个结晶水，在其形成过程中固相体积将增长120％左右，可以起到填充孔隙和减小孔径的作用，对固化土的强度有很大贡献。

但是这两种物质与水泥的量之间存在着一个最佳的配比，这是由于在粉煤灰和石膏中含有一定量的CaO(粉煤灰中为20％左右，石膏中为30％左右)，它们在固化过程中，使固化土的体积产生一定的膨胀，当其膨胀量适宜时可以促进固化土的强度。但是当膨胀作用过大时，又会破坏水化硅酸钙在土粒间已形成的胶结作用，反而使强度下降。因此，本发明的关键在于加入的粉煤灰和石膏的量可以使固化过程中的膨胀填充作用和胶结作用达到最恰当的比例。从总体上发挥出各种材料的组合优势，从而达到促进固化效果、降低造价的目的。

Claims (3)

1、复合型淤泥固化材料，其特征是它的原料组分所占的重量百分比：

                   水泥        15～25％

                   粉煤灰      73.2～83.5％

                   石膏        1.5～7.5％。

2、根据权利要求1所述的一种复合型淤泥固化材料，其特征是它的原料组分所占的重量百分比：

                   水泥        24.4％

                   粉煤灰      73.2％

                   石膏        2.4％。

3、根据权利要求1所述的一种复合型淤泥固化材料，其特征是它的原料组分所占的重量百分比：

                   水泥        17.5％

                   粉煤灰      79.0％

                   石膏        3.5％。

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