CN105198367A - 一种常温快速固化淤泥的固化剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种常温快速固化淤泥的固化剂及其使用方法。该固化剂包括如下重量百分比的各原料组份：无机微粉48％～70％；乳液28％～50％；高性能吸水树脂0.05％～1.8％；三乙醇胺0.05％～0.5％。所述乳液能与无机微粉以及淤泥中的活性二氧硅、三氧化二铝发生反应形成一种硅(铝)氧四面体结构的类沸石的结晶物质。本发明的淤泥固化剂可提高淤泥的固化强度、缩短固化时间、干缩小、抗水性能好，可根据淤泥的成分来具体调节材料的配比，从而使淤泥固结不受时间限制，强度、稳定性等达到工程实际要求，且成本低廉、无污染，可广泛推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种水利工程和土木工程中产生的淤泥进行固化处理所用的固化材料，具体涉及到一种新型常温快速固化淤泥的固化剂及其使用方法。
背景技术
我国海洋河流湖泊众多，有大量的淤泥产生。淤泥含水率高，颗粒细小，粘土颗粒含量多大20％以上，扰动强度极低，不容易利用，且淤泥中含有较多重金属、有机污染物，易腐败发臭，易污染土壤、水体，对环境造成严重的二次污染。处理海洋或近海港口产生的淤泥一般通过吹填造陆或海洋抛弃的方法处理。吹填处理由于淤泥的性质很差，吹填后需要投入大量的地基处理费用，而且存在开发周期长，施工机械难以进入的缺点；抛泥的方法就是在特定的海域内设置倾倒区，将疏浚泥运输至此倾倒于海洋，借助于海洋容量大的特点，进行海体消纳。
据统计，近年来我国每年向海洋中抛弃的疏浚泥量超过1亿m3，过量的倾倒行为严重影响了海洋资源的有效利用并对海洋环境造成不可弥补的破坏。因此，通过淤泥固化技术将废弃淤泥进行有效处理转化为土工材料再利用，具有重要的意义。
淤泥固化剂指在一定条件下能够直接胶结淤泥中土壤颗粒表面或者与粘土矿物反应生成胶凝物质的淤泥硬化材料。固化剂的主要作用是在掺入淤泥后，与淤泥中的自由水发生水化反应，生成的水化物由胶凝状态逐渐转变成稳定的结晶体，填充在淤泥土颗粒的孔隙中，形成坚固的骨架，增强淤泥的强度。固化处理机械原理简单，处理效率根据工程不同可以灵活的选用，可以用来处理各种性质的淤泥。而且在处理成本上，可以利用许多具有一定活性的工业废料作为固化材料，如废石膏、粉煤灰，从而大大降低了固化处理的成本。处理后的淤泥可以用作填土资源，是国内外常用的解决大量产生淤泥的较好方法，对环境和资源的保护具有重要意义，因此，固化方法是解决大量产生淤泥处理问题的较好方法。
目前，关于疏浚淤泥固化的改性剂已有较多的研究，主要仍为水泥、生石灰以及粉煤灰等无机材料，材料多样且复杂，主要针对低含水率土样进行处理。从目前已有的报道分析，当含水率大于1.0倍液限或更高时，采用上述材料或添加剂很难使疏竣淤泥达到设计强度(如堤坝和路堤一般要求大于1.0MPa)或者需要添加量非常大，以至工程造价非常高，从而限制其在工程中推广应用。最常用的是以水泥、石灰作为淤泥固化剂，但其干缩大、抗水性能差、凝期长、固化强度相对较弱，只适用于某些特定淤泥，较长的凝期也使得淤泥固化处理需要大量的场地，因此开发一种具备快速固化且固化强度高、干缩小、抗水性能好且适应性强的固化材料具有重大意义。缩短工期，淤泥固化后材料作为道路、坝体、机场跑道、工程回填、绿化基土、再生建材利用等。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种淤泥固化剂，该固化剂可提高淤泥的固化强度、缩短固化时间、干缩小、抗水性能好，可根据淤泥的成分来具体调节材料的配比，从而使淤泥固结不受时间限制，强度、稳定性等达到工程实际要求，且成本低廉、无污染，可广泛推广使用。
本发明公开的淤泥固化剂，包括如下组成(以重量份数计)：无机微粉48％～70％；乳液28％～50％；高性能吸水树脂0.05％～1.8％；三乙醇胺0.05％～0.5％。
本发明所述的乳液能与无机微粉以及淤泥中的活性二氧硅、三氧化二铝发生反应形成一种硅(铝)氧四面体结构的类沸石的结晶物质。
本发明所述的无机微粉是由矿渣粉、硅灰粉、烧粘土、粉煤灰、膨润土、火山灰中的一种或几种经碾磨混合而成的粉体。
本发明所述的无机微粉中烧粘土是由高岭土或者煤矸石经过一定温度(500℃～900℃)煅烧而成，具有一定活性的偏高岭土。
本发明所述的乳液为碱金属碳酸盐水溶液、碱金属氢氧化物水溶液、碱金属硅酸水溶液、碱金属磷酸盐水溶液中的一种或几种经混合而成的液体。
本发明所述的高性能吸水树脂主要指聚丙烯酸钠、聚丙烯钾、聚丙烯酰胺、聚丙烯乙酰胺中的一种或几种同时使用。
本发明所述的无机微粉、乳液与淤泥混合后能反应形成以Al-O-Si键为主的三维网络状大分子结构的胶凝体系，其结构稳定，固化速度快，固结强度大，经处理的淤泥可广泛用于填海工程、道路工程和堤防工程等。
本发明所述的淤泥固化剂其使用方法可表述如下：
测量淤泥的含水率，根据含水率的高低加入对应量的高性能吸水树脂(按照高性能吸水树脂质量与淤泥所含水质量之比约为1：160)，搅拌均匀，待充分吸水5min到10min之后，掺入预先混匀的无机微粉和三乙醇胺再进行搅拌均匀，最后加入乳液继续搅拌均匀即可。
本发明所述的淤泥固化剂的质量为淤泥质量的6％～22％。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
1)所制备的淤泥固化剂，固化淤泥形成的泥浆固结体强度发展快、强度高，缩短了固结时间，1天即能满足施工工求，可快速处理淤泥，改善土体施工性能；
2)本发明固化剂的主要成分硅粉、烧粘土、粉煤灰能改善固化土本身的开裂性能，针对塑性指数较高的粘土类，解决了固化土收缩大的问题；
3)使用高性能吸水树脂能迅速降低淤泥的含水率，解决传统淤泥固化剂因含水率高达不到设计强度的问题；同时，高性能吸水树脂吸水后一直处于保水状态，存在于无机微粉形成的空间骨架之中，形成稳定的状态，能够改善固结体内部结构，减少开裂。
4)利用本发明的固化剂，一方面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；另一方面，固化过程形成的水化产物主要是网状无定型的硅铝凝胶，能够固定工业废水废渣中的重金属离子固定铅、铬、铜等有害重金属，减少淤泥造成的二次污染。
5)应用范围广，本发明可以广泛地用于填海工程、道路工程和堤防工程，并可根据不同的工程要求调整配方和添加量，可以满足多种工程的要求。
具体实施方式
本发明公开的淤泥固化剂，包括如下组成(以重量百分比计)：无机微粉48％～70％；乳液28％～50％；高性能吸水树脂0.05％～1.8％；三乙醇胺0.05％～0.5％。
本发明采用的主固化剂原料中高聚合度的Al-O-Si、Si-O-Si、Al-O-Al共价键受OH-离子作用而断裂，即发生解聚反应，生成了铝酸盐单体和硅酸盐单体，在碱性条件下，又重新聚合生成与原料结构不同的铝硅酸盐，这种结构具有短程有序结构，正是这种结构使其性能优于普通的硅酸盐水。在水化过程中，先脱水缩聚生成小颗粒地聚物前驱体，再慢慢反应，进一步生成相对较大的分子，最后连接成网状结构，形成致密结构。
以下通过具体较佳实施例对本发明的淤泥固化剂作进一步详细说明，但本发明不仅限于以下的实施例。
实施例1
采用砂浆试验常规尺寸，试样尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm。
固化剂配制原料为：无机微粉58％(其中矿渣粉23％、硅灰粉6％、烧粘土22％、膨润土7％)；乳液41％(45波美度的硅酸钠溶液39％、氢氧化钠饱和溶液2％)；高性能吸水树脂1.1％(聚丙烯酸钠0.6％、聚丙烯酰胺0.3％)；三乙醇胺0.1％。
淤泥固化剂的质量占淤泥质量的11％。
本实施例的固化剂使用方法如下：
待固化处理的泥浆为广州市某河道淤泥，含水率为155％，密度为1430kg/m3。按照本配方加入对应量的高性能吸水树脂，搅拌均匀，待充分吸水5min到10min之后，掺入预先混匀的无机微粉和三乙醇胺再进行搅拌均匀，最后加入乳液继续搅拌均匀即可，然后将试样注入试模中制样成型。试块成型后在室温20℃下养护24h脱模，放入标准养护室养护。分别测试泥浆固化体的3天、7天的无侧限抗压强度。
按上述配比制备出的泥浆固化体的3天的无侧限抗压强度达到1.4Mpa，7天的无侧限抗压强度达到2.1Mpa，这种材料自身具有较好的快硬性，且泥浆固化体无大条裂纹，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
采用砂浆试验常规尺寸，试样尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm。
固化剂配制原料为：无机微粉62％(其中矿渣粉21％、粉煤灰18％、烧粘土15％、火山灰8％)；乳液37％(44波美度的硅酸钾溶液28％、碳酸钠饱和溶液9％)；高性能吸水树脂1.22％(聚丙烯酸钠0.62％、聚丙烯乙酰胺0.6％)；三乙醇胺0.08％。
淤泥固化剂的质量占淤泥质量的12％。
本实施例的固化剂使用方法如下：
待固化处理的泥浆为广州市某河道淤泥，含水率为143％，密度为1470kg/m3。按照本配方加入对应量的高性能吸水树脂，搅拌均匀，待充分吸水5min到10min之后，掺入预先混匀的无机微粉和三乙醇胺再进行搅拌均匀，最后加入乳液继续搅拌均匀即可，然后将试样注入试模中制样成型。试块成型后在室温20℃下养护24h脱模，放入标准养护室养护。分别测试泥浆固化体的3天、7天的无侧限抗压强度。
按上述配比制备出的泥浆固化体的3天的无侧限抗压强度达到1.1Mpa，7天的无侧限抗压强度达到1.9Mpa，这种材料自身具有较好的快硬性，且泥浆固化体无大条裂纹，施工后很快就可以在其上面进行其它工程的施工。
实施例3
采用砂浆试验常规尺寸，试样尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm。
固化剂配制原料为：无机微粉64％(其中粉煤灰18％、硅灰粉15％、烧粘土24％、膨润土8％)；乳液34％(45波美度的硅酸钠溶液27％、44波美度的硅酸钾溶液5％、二聚磷酸钠盐饱和溶液2％)；高性能吸水树脂1.6％(聚丙烯酸钠1.2％、聚丙烯酰胺0.3％、聚丙烯乙酰胺0.1％)；三乙醇胺0.4％。三乙醇胺0.4％。
淤泥固化剂的质量占淤泥质量的15％。
本实施例的固化剂使用方法如下：
待固化处理的泥浆为广州市某河道淤泥，含水率为171％，密度为1350kg/m3。按照本配方加入对应量的高性能吸水树脂，搅拌均匀，待充分吸水5min到10min之后，掺入预先混匀的无机微粉和三乙醇胺再进行搅拌均匀，最后加入乳液继续搅拌均匀即可，然后将试样注入试模中制样成型。试块成型后在室温20℃下养护24h脱模，放入标准养护室养护。分别测试泥浆固化体的3天、7天的无侧限抗压强度。
按上述配比制备出的泥浆固化体的3天的无侧限抗压强度达到1.5Mpa，7天的无侧限抗压强度达到2.2Mpa，这种材料自身具有较好的快硬性，且泥浆固化体无大条裂纹，施工后很快就可以在其上面进行其它工程的施工。
实施例4
采用砂浆试验常规尺寸，试样尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm。
固化剂配制原料为：无机微粉55％(其中粉煤灰18％、硅灰粉15％、烧粘土24％、膨润土8％)；乳液44％(45波美度的硅酸钠溶液42％、氢氧化钾饱和溶液2％)；高性能吸水树脂0.95％(聚丙烯酸钾0.45％、聚丙烯酸钠0.4％、聚丙烯乙酰胺0.1％)；三乙醇胺0.05％。
淤泥固化剂的质量占淤泥质量的10％。
本实施例的固化剂使用方法如下：
待固化处理的泥浆为广州市某河道淤泥，含水率为155％，密度为1430kg/m3。按照本配方加入对应量的高性能吸水树脂，搅拌均匀，待充分吸水5min到10min之后，掺入预先混匀的无机微粉和三乙醇胺再进行搅拌均匀，最后加入乳液继续搅拌均匀即可，然后将试样注入试模中制样成型。试块成型后在室温20℃下养护24h脱模，放入标准养护室养护。分别测试泥浆固化体的3天、7天的无侧限抗压强度。
按上述配比制备出的泥浆固化体的3天的无侧限抗压强度达到1.3Mpa，7天的无侧限抗压强度达到1.9Mpa，这种材料自身具有较好的快硬性，且泥浆固化体无大条裂纹，施工后很快就可以在其上面进行其它工程的施工。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种常温快速固化淤泥的固化剂，其特征在于，其包括如下重量百分比的各原料组份：
无机微粉48％～70％；
乳液28％～50％；
高性能吸水树脂0.05％～1.8％；
三乙醇胺0.05％～0.5％。
2.根据权利要求1所述的常温快速固化淤泥的固化剂，其特征在于：所述乳液能与无机微粉以及淤泥中的活性二氧硅、三氧化二铝发生反应形成一种硅(铝)氧四面体结构的类沸石的结晶物质。
3.根据权利要求2所述的常温快速固化淤泥的固化剂，其特征在于：所述无机微粉是由矿渣粉、硅灰粉、烧粘土、粉煤灰、膨润土、火山灰中的一种或几种混合而成的粉体。
4.根据权利要求3所述的常温快速固化淤泥的固化剂，其特征在于：所述无机微粉中烧粘土是由高岭土经过一定温度(500℃～900℃)煅烧而成，具有一定活性的偏高岭土。
5.根据权利要求2所述的常温快速固化淤泥的固化剂，其特征在于：所述乳液为碱金属碳酸盐溶液、碱金属氢氧化物溶液、碱金属硅酸溶液、碱金属磷酸盐溶液中的一种或几种经混合、改性而成的液体。
6.根据权利要求1所述的常温快速固化淤泥的固化剂，其特征在于：所述高性能吸水树脂主要指聚丙烯酸钠、聚丙烯钾、聚丙烯酰胺、聚丙烯乙酰胺中的一种或几种的混合。
7.根据权利要求2所述的常温快速固化淤泥的固化剂，其特征在于：所述无机微粉、乳液与淤泥混合后能反应形成以Al-O-Si键为主的三维网络状大分子结构的胶凝体系。
8.权利要求1-7中任一项所述的常温快速固化淤泥的固化剂的使用方法，其特征在于，可表述如下：
测量淤泥的含水率，根据含水率的高低加入对应量的高性能吸水树脂，搅拌均匀，待充分吸水5min到10min之后，掺入预先混匀的无机微粉和三乙醇胺再进行搅拌均匀，最后加入乳液继续搅拌均匀即可。
9.根据权利要求8所述的常温快速固化淤泥的固化剂的使用方法，其特征在于：所述淤泥固化剂占淤泥质量分数的6％～22％。
10.根据权利要求8所述的常温快速固化淤泥的固化剂的使用方法，其特征在于：所述高性能吸水树脂质量与淤泥所含水质量之比约为1：160。
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