專利名稱：一種淤泥改性材料的制作方法
技術領域：
:本項發明屬于水利工程及環境巖土工程技術領域，尤其涉及一種利用水利工程和土建工程中產生的淤泥進行改性資源化利用的一種改性材料。
背景技術：
:我國江河縱橫，湖泊星羅棋布，但是這美好的景象正在逐漸的消失。中國每年平均有20個天然湖泊在消亡，建國50多年來已經減少了約1000個內陸湖泊。目前中國江河湖泊70%被污染，75%的湖泊出現不同程度的富營養化。以太湖為例，近年由于經濟發展、人口膨脹和不合理的開發利用，湖泊生態系統結構正在遭受破壞，太湖已經連續發生了湖泊萎縮、功能退化、水質污染、濕地減少等現象。隨著太湖富營養化程度的加劇，全湖69.83%的面積為污染淤泥所覆蓋，厚度最大處達5m以上，淤泥總蓄積量為19.15X108m3。淤泥疏浚是根治江河湖泊污染的重要舉措，疏浚淤泥是一種高含水率的工程廢棄土，壓縮性高、強度低，工程性質較差，造成其安全處理和處置成為世界性的難題。通過技術處理將廢棄的淤泥轉化為能有效利用的新生土資源是各國應用和研究的主流，淤泥改性是污泥資源化利用的主要有效途徑。淤泥改性的一般方法是通過加入某種改性劑，利用改性劑的膠凝作用，與淤泥發生水化反應，改變淤泥顆粒的性質、大小及形態，從而達到改善淤泥物理、力學性質的目的，采用不同的改性材料對淤泥進行改性，取得了較多的研究成果。但是目前較多的改性材料添加量普遍較大，比如摻加大量的水泥和粉煤灰，這樣增加了改性成本
發明內容
:本項發明針對傳統淤泥改性方法中水泥和粉煤灰摻加量大的問題，提出采用礦粉和偏硅酸鈉代替部分水泥和粉煤灰，摻入后不僅大大提高了淤泥的抗剪強度，并對其后期強度的增長有明顯的作用，且大大降低了工程造價。為實現以上的目的，本發明專利采用的技術方案是:一種淤泥改性材料，其特征在于:在淤泥中摻入水化膠凝材料、潛在水化膠凝材料和偏硅酸鈉；所述的水化膠凝材料占淤泥重量的2 8 % ;所述的潛在水化膠凝材料占淤泥重量的10-40% ；所述的偏硅酸鈉占淤泥重量的1.2 12%。。

所述水化膠凝材料為復合硅酸鹽水泥P.C325。 所述潛在水化膠凝材料為一級粉煤灰S95和S105級礦粉，其中粉煤灰占淤泥重量的5 20%，礦粉占淤泥重量的5 20%。所述的偏硅酸鈉為九水偏硅酸鈉。本發明專利優點和效果為:(I)大大降低改性成本:改性材料中膠凝材料和潛在膠凝材料用量大大減少，操作簡單，易推廣；(2)改性時間大大縮短:改性后淤泥17d即可作為填土工程用土工材料；(3)節能環保:改性后淤泥土性質穩定，有效防止污染物擴散；(4)應用廣泛:改性后淤泥可廣泛用作各種填土工程，如堤岸加固、道路建設、低洼填方等。
具體實施方式
:為了加深對發明專利的理解，下面結合實施例對本發明專利作進一步詳述。一種淤泥改性材料，各組分按以下重量百分比制成:水泥2 8%粉煤灰5 20%礦粉5 20%偏硅酸鈉1.2 12%;本項發明利用水泥中膠體與粘粒表面離子的交換與團粒化作用、水化反應以及碳酸化反應生成不溶于水的穩定的結晶礦物和膠體。利用粉煤灰和礦粉的填充、吸水作用以及水化作用來提高淤泥的密實度和硬度。利用偏硅酸鈉的膠體性質、高度的吸附能力及水化生成硅膠顆粒來填塞粘粒間的空隙，從而提高淤泥的強度。本項發明的改性材料的反應方程式為(I)-(9):
Ca (OH) 2+Na20.nSi02+mH20 — Ca0.nSi02.mH20+Na0H (I)Si02+C02+H20 — H2Si03+C0 廣(2)2 (3Ca0.SiO2) +6H20 — 3Ca0.2Si02.3H20+3Ca (OH) 2 (3)2 (2Ca0.SiO2) +4H20 — 3Ca0.2Si02.3H20+Ca (OH) 2 (4)3Ca0.A1203+6H20 — 3Ca0.Al2O3.6H20 (5)4Ca0.Al2O3.Fe203+2Ca (0H)2+10H20 — 3Ca0.Al2O3.6H20+2Ca0.Fe2O3.6H20 (6)3CaS04+3Ca0.A1203+3H20 — 3Ca0.Al2O3.3CaS04.32H20(7)2Si02+3Ca (OH) 2+H20 — 3Ca0.2Si02.4H20 (8)Al203+3Ca (OH) 2+H20 — 3Ca0.Al2O3.4H20 (9)反應原理說明；水泥水化形成Ca(OH) 2和Ca2+、0H_共存，與粘土顆粒表面的正電荷發生離子交換作用，使土粒形成團粒結構，并在Ca(OH) 2的膠結作用下，使這些較大的土團粒進一步結合起來，形成了水泥土的鏈條狀結構，封閉土團間空隙，形成穩定的聯結，過剩的游離的Ca2+會與淤泥中的Si02和A1203形成不溶的晶體和膠體等水化產物，把這些團粒包覆并連接成堅強的整體。粉煤灰的主要成分是Si02和A1203，水泥水化后，Ca (OH) 2濃度不斷增加，粉煤灰中細小的可溶性的Si02和A1203，首先與吸附在其表面的Ca(OH) 2進行水化反應生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣。隨著水化的深入，水化反應向顆粒內部進行，生成更多的水化物并不斷充填其空隙。水化產物中的主要成分水化硅酸鈣呈桿件狀、網絡狀以及混合型分布，增強了顆粒間的膠結咬合作用，使強度提高。同時粉煤灰顆粒充填于水泥土顆粒間的空隙中，堵塞毛細管通道，使水泥土更加密實。
偏硅酸鈉固化土的作用機理是偏硅酸鈉遇到粘土中的高價金屬離子或pH值低于9的孔隙水便生成硅酸鈣或硅膠顆粒，填塞粘土顆粒間的空隙，從而提高土體強度。偏硅酸鈉與土之間除了生成沉淀填塞之外，還有偏硅酸鈉在粘土顆粒間的化學膠結作用。偏硅酸鈉加入到土與水泥的混合溶液中后，與水泥水解產生的氫氧化鈣反應生成具有一定強度的水化硅酸鈣凝膠體。本項發明專利基于“以廢治廢”的思想，采用膠凝材料與潛在膠凝材料作為主要改性材料，以偏硅酸鈉作為輔助改性材料，達到淤泥資源化利用及環境保護的目的；改性材料各組分的比例較小，大大降低了改性成本，并且可以處理含水量高達100%以上的淤泥，改性后淤泥可作為各種填土 工程，如:路堤填料、路基材料等。
權利要求
1.一種淤泥改性材料，其特征在于:在淤泥中摻入水化膠凝材料、潛在水化膠凝材料和偏硅酸鈉； 所述的水化膠凝材料占淤泥重量的2 8% ; 所述的潛在水化膠凝材料占淤泥重量的10-40% ； 所述的偏硅酸鈉占淤泥重量的1.2 12%。。
2.根據權利要求1所述的一種淤泥改性材料，其特征在于:所述水化膠凝材料為復合硅酸鹽水泥P.C325。
3.根據權利要求1所述的一種淤泥改性材料，其特征在于:所述潛在水化膠凝材料為一級粉煤灰S95和S105級礦粉，其中粉煤灰占淤泥重量的5 20 %，礦粉占淤泥重量的5 20%。
4.根據權利要求1所述的一種淤泥改性材料，其特征在于:所述的偏硅酸鈉為九水偏硅酸鈉。
全文摘要
本發明專利公開了一種淤泥改性材料，其特征在于在淤泥中摻入水化膠凝材料、潛在水化膠凝材料和偏硅酸鈉；所述的水化膠凝材料占淤泥重量的2～8％；所述的潛在水化膠凝材料占淤泥重量的10-40％；所述的偏硅酸鈉占淤泥重量的1.2～12％，所述水化膠凝材料為復合硅酸鹽水泥P.C325；本發明基于“以廢治廢”的思想，采用膠凝材料與潛在膠凝材料作為主要改性材料，以偏硅酸鈉作為輔助改性材料，達到淤泥資源化利用及環境保護的目的；改性材料各組分的比例較小，大大降低了改性成本，并且可以處理含水量高達100％以上的淤泥，改性后淤泥可作為各種填土工程，如路堤填料、路基材料等。
文檔編號C04B28/04GK103121828SQ20131003655
公開日2013年5月29日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者孫秀麗, 李志華, 陳一軒, 田洪圓, 邱敏 申請人:江南大學