本發(fā)明涉及一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑及其制備方法，屬于建筑材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在我國港口、湖泊和河道底泥清淤過程中，會產(chǎn)生大量的且含有污染物的高含水量淤泥。1998年至2003年，我國對長江、黃河、海河和淮河等江河及洞庭湖、鄱陽湖等重要水域進行疏浚，淤泥疏浚量達到1.2億立方米。天津港每年淤泥疏浚量約500萬立方米，秦皇島港戊巳碼頭淤泥疏浚量已達到269.3萬立方米。1999年至2000年，杭州西湖一期疏浚工程累計疏浚淤泥量100余萬立方米。這些淤泥含水率高、粘粒含量高、壓縮性強、強度低，堆放不但占用大量土地，難以被工程直接利用。因此，疏浚淤泥資源化處置問題，是我國經(jīng)濟高速發(fā)展時期難以回避的亟待解決的問題。

常規(guī)處置方法，即陸地堆放或海洋拋棄，將不可避免的占用日益短缺的土地資源和污染生態(tài)環(huán)境。因此，越來越多的專家學(xué)者趨向于采用固化穩(wěn)定化處理方法，即向淤泥中添加固化材料，有效改善淤泥的強度、變形和滲透性等工程特性，把廢棄疏浚淤泥轉(zhuǎn)化為可再生利用、低污染甚至無污染的土工材料。固化處理后改性淤泥可作為填方材料，應(yīng)用于提防加固、道路和填海造陸等工程，符合我國資源再生利用和可持續(xù)發(fā)展的理念。

淤泥資源化利用的固化材料種類繁多，主要包含：水泥、石灰、礦渣、粉煤灰和高聚物等材料，這些材料能夠有效改良淤泥強度性能、節(jié)約成本，達到變廢為寶和淤泥再生利用的目的。由于疏浚淤泥具備含水率高、有機質(zhì)含量高、粘土顆粒含量高等不同于一般土體的特點，傳統(tǒng)固化材料在處理疏浚淤泥時通常加固效果不甚理想，或固化劑摻量過大致使處理成本偏高。而且以上材料配比種類單一，不能利用多種材料混摻的優(yōu)勢。因此，開發(fā)適合于疏浚淤泥特性、經(jīng)濟有效的復(fù)合固化材料，用以替代或部分替代水泥、石灰等高能耗材料，具有一定的工程意義和現(xiàn)實價值。專利cn102557545b，發(fā)明名稱：淤泥固化劑及使用淤泥固化劑的淤泥固化方法，該淤泥固化劑按以下方法制成：首選將包括可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰七種成份混合，在不低于可膨脹石墨膨脹的溫度情況下，使可膨脹石墨膨脹，并攪拌混合物，得到半成品；在半成品中加入包括膨脹樹脂和水玻璃在內(nèi)的兩種成份一起攪拌充分混合，制成固化劑。但是發(fā)明的淤泥固化劑加入到淤泥中，可以使淤泥含水率低，解決淤泥的弱酸性問題。但是該固化劑沒有考慮固化強度的問題，使得固化以后的淤泥強度不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑及其制備方法，解決了現(xiàn)有固化劑加固效果不理想，加入后的淤泥強度不高等問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑，包括以下重量份的組分：硫酸鋁鹽水泥熟料20-30份，可膨脹石墨30-40份，有機膨潤土5-10份，火山灰質(zhì)材料3-8份、煅燒硅藻土1-3份、增強骨料3-5份、生石灰6-12份、氫氧化鈉10-15份、所述膨脹樹脂8～10份、水玻璃5-8份、碳纖維5-8份。

優(yōu)選地：所述可膨脹石墨的膨脹溫度范圍為200~400攝氏度。

優(yōu)選地：所述的火山灰質(zhì)材料為高爐礦渣、轉(zhuǎn)爐鋼渣和粉煤灰中的一種或數(shù)種。

優(yōu)選地：所述膨脹樹脂為聚丙烯酸鈉或聚丙烯酰胺。

優(yōu)選地：所述的疏浚淤泥復(fù)合固化劑還包括1-3份的高效減水劑fdn。

優(yōu)選地：所述的增強骨料由以下步驟制得：按照重量份計，將硅灰石23～28份，焦寶石12～17份，石英18～23份，滑石10～16份，莫來石7～9份，堇青石11～13份，膨潤土9～14份，氧化鋁7～15份，陶土5～8份，燧石1～3份，球磨3～5小時，后經(jīng)榨泥、練泥、陳化、成形、干燥備用；入窯爐1300～1350℃燒制，保溫5～7小時，然后自然冷卻，冷卻后粉碎為200-300目的顆粒既得增強骨料。

本發(fā)明也提供了一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）將硫酸鋁鹽水泥熟料、火山灰質(zhì)材料、煅燒硅藻土、增強骨料、生石灰和氫氧化鈉混合均勻，備用；

（2）加熱可膨脹石墨，使其保持膨脹狀態(tài)，然后加入步驟1所述的混合物，混合均勻；

（3）將步驟2所得混合物依次與有機膨潤土、碳纖維、聚丙烯酰胺和水玻璃混合均勻，既得疏浚淤泥復(fù)合固化劑。

本發(fā)明有提供了一種疏浚淤泥的固化方法，包括以下步驟：

（1）將疏浚淤泥過篩；

（2）過篩后的淤泥與權(quán)利要求7所制備的疏浚淤泥復(fù)合固化劑按照100:5-10的重量比混合均勻，自然固化。

本發(fā)明的有益效果：

可膨脹石墨在膨脹后，體積膨脹數(shù)十倍至數(shù)百倍，形成類似于絮狀物的疏松多孔松散物質(zhì)。市面上的可膨脹石墨有膨脹度60、100、200、250、300ml/g等等不同的程度規(guī)格。膨脹后的可膨脹石墨內(nèi)形成眾多松散的粗大孔隙，絮狀的石墨絮狀物被攪拌切斷后會形成獨立的隨行單體，這些單體上均附著有其它混合物。可膨脹石墨膨脹的膨脹溫度有其內(nèi)摻雜的成份以及結(jié)構(gòu)來決定。可膨脹石墨主要是起到粉末載體的作用，混合物在混合水份后會顯得更加粘稠。而且吸水物質(zhì)如水泥、粉煤灰、生石灰等的一部分深藏入可膨脹石墨的孔隙中，形成寄生現(xiàn)象，對于淤泥中水份，除了一些水本身會被膨脹石墨（可膨脹石墨膨脹后的稱呼）吸附以外，還會慢慢伸入孔隙與其中的一些寄生物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進一步吸收水份。這樣的結(jié)構(gòu)形成一個物理吸水和化學(xué)吸水兩種同時存在的方式。在物理吸水過程中，淤泥中的水份沿著膨脹石墨表面分布擴展到其內(nèi)孔隙中寄生顆粒中，寄生顆粒與水發(fā)生反應(yīng)，將水份子完全結(jié)合，如生石灰吸水后變成氫氧化鈣；水泥吸水后變成碳酸鈣。這樣的吸收淤泥中水份的方式，可以更充分和均勻的吸收淤泥中水份，不會形成局部吸收不足，殘存水份，而局部固化劑作用不充分，發(fā)生結(jié)塊的現(xiàn)象。可膨脹石墨具有良好的導(dǎo)熱性，在使用太陽加速淤泥脫水的時候，其可以將熱量更快速的傳導(dǎo)到淤泥中各個部分，加速固化劑與淤泥中水份的結(jié)合，以及淤泥中水份吸熱蒸發(fā)。由于膨脹石墨比重小，使用很輕量的膨脹石墨就可以達到良好的傳熱效果，如果采用石墨粉傳導(dǎo)，則需要耗費太多。淤泥中，能夠構(gòu)成流動的水份很容易被膨脹石墨及其內(nèi)寄生物質(zhì)吸收，淤泥初步固化定型非常明顯。淤泥中剩下的水份，通過其它成份慢慢吸收，以及對初步定型固化的淤泥切塊放在太陽下暴曬，加快淤泥固化效率。同時成型的、具有一定硬度的淤泥有利于進一步加以利用也更加方便，如用作磚的材料。

硫酸鋁鹽水泥熟料具有早強、高強、高抗?jié)B、高抗凍、耐蝕、低堿和生產(chǎn)能耗低等基本特點，采用硫酸鋁鹽水泥熟料作為凝膠材料，可以有效的提高固化速度和強度。

有機膨潤土具有特殊的性質(zhì)。如:膨潤性、粘結(jié)性、吸附性、催化性、觸變性、懸浮性，一方面有機膨潤土起吸水作用，能有效吸收淤泥中的自由水，另一方面有機膨潤土與碳纖維結(jié)合，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與顆粒粉體之間更加牢固的結(jié)合，進一步增強淤泥的密實度，提高固化淤泥的強度。

火山灰質(zhì)材料是指含有一定數(shù)量的活性二氧化硅、活性氧化鋁等活性組分，能與氫氧化鈣反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣或水化硫鋁酸鈣等反應(yīng)產(chǎn)物的材料，優(yōu)選為高爐礦渣、轉(zhuǎn)爐鋼渣和粉煤灰中的一種或數(shù)種，以這些廢料礦渣為主要原料，既節(jié)約了原材料，又解決了廢棄物排放和環(huán)境污染問題，以廢治廢，對環(huán)境保護具有重要意義。硫酸鋁鹽水泥熟料由于其水化速度快，形成的膠凝成分堵塞淤泥的毛細結(jié)構(gòu)，早期形成一個結(jié)構(gòu)框架，對整個體系起到一個支撐作用，使得體系具有一定的早期強度和穩(wěn)定性；礦渣、鋼渣和粉煤灰充分發(fā)揮了火山灰質(zhì)膠凝材料的水化和火山灰效應(yīng)，生成了大量的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，使得固化淤泥的強度能大幅度地提高強度。

煅燒硅藻土：為硅藻土通過600～800℃煅燒，sio2含量可顯著提高，同時孔徑增大，表面酸強度增加。添加煅燒硅藻土一方面可以增強固化淤泥的強度，另一方面多孔結(jié)構(gòu)可以增加固化淤泥的孔隙率，提高脫水的效果。

增強骨料選用將硅灰石23～28份，焦寶石12～17份，石英18～23份，滑石10～16份，莫來石7～9份，堇青石11～13份，膨潤土9～14份，氧化鋁7～15份，陶土5～8份，燧石1～3份，球磨3～5小時，后經(jīng)榨泥、練泥、陳化、成形、干燥備用；入窯爐1300～1350℃燒制，保溫5～7小時，然后自然冷卻，冷卻后粉碎為200-300目的顆粒既得增強骨料，強度高，添加量少，可以有效的提高固化后淤泥的強度。

生石灰，其主要是用于吸水，并產(chǎn)生大量熱量，使淤泥處于一個溫度較高的環(huán)境中，溫度較高有利于提高微粒之間的化學(xué)反應(yīng)速度和效果，以及也可以加速水份的蒸發(fā)。其還用于調(diào)節(jié)淤泥的酸度，使環(huán)境呈堿性。當生石灰顆粒存在于膨脹石墨的孔隙中的時候，其可以吸收由膨脹石墨表面擴散過來的水份，并與之反應(yīng)產(chǎn)生熱量，熱能蒸發(fā)周圍的水份，這個過程能夠加速水份在膨脹石墨的孔隙中的擴散速度，有利于其它吸水物質(zhì)吸收水份。

膨脹樹脂用于吸收淤泥中對于固化劑其它成份來說不能吸收的過量的水。由于可膨脹石墨主要是用于作為其它吸水物質(zhì)的寄生載體，其吸水能力有限。對于含水量不同的淤泥，并不完全適用。為了適應(yīng)更寬含水量范圍的淤泥，加入一定量的膨脹樹脂作為對可膨脹石墨的補充顯得尤為必要。但是膨脹樹脂吸水后柔軟松散，其會減弱淤泥的硬度，即抵消膨脹石墨對淤泥產(chǎn)生的硬度影響。為了加強淤泥的硬度，因此，加入水玻璃作為淤泥的硬度調(diào)節(jié)。水玻璃同時可以吸收一部分的水。

本發(fā)明的固化劑結(jié)合了多種傳統(tǒng)土壤固化劑各自的優(yōu)點，通過適當?shù)谋壤龑⒏鞣N有效成分有機結(jié)合起來，充分發(fā)揮了各組分的特性與協(xié)同作用。本發(fā)明的固化劑早強性能好、強度穩(wěn)定性佳和水穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可明顯改善淤泥高含水率和低強度等性質(zhì)，將廢棄疏浚淤泥轉(zhuǎn)化為可再生利用土工材料，達到較佳的固化效果和經(jīng)濟效果。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的增強骨料選用將硅灰石23～28份，焦寶石12～17份，石英18～23份，滑石10～16份，莫來石7～9份，堇青石11～13份，膨潤土9～14份，氧化鋁7～15份，陶土5～8份，燧石1～3份，球磨3～5小時，后經(jīng)榨泥、練泥、陳化、成形、干燥備用；入窯爐1300～1350℃燒制，保溫5～7小時，然后自然冷卻，冷卻后粉碎為200-300目的顆粒既得增強骨料。

以下實施例采用將硅灰石25份，焦寶石15份，石英20份，滑石16份，莫來石9份，堇青石13份，膨潤土10份，氧化鋁12份，陶土6份，燧石1份，球磨3～5小時，后經(jīng)榨泥、練泥、陳化、成形、干燥備用；入窯爐1300～1350℃燒制，保溫5～7小時，然后自然冷卻，冷卻后粉碎為200-300目的顆粒既得增強骨料。

實施例1

一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑，包括以下重量份的組分：硫酸鋁鹽水泥熟料20份，可膨脹石墨30份，有機膨潤土7份，火山灰質(zhì)材料6份、煅燒硅藻土1份、增強骨料3份、生石灰10份、氫氧化鈉10份、所述膨脹樹脂8份、水玻璃6份、碳纖維5份。可膨脹石墨的膨脹溫度范圍為200~400攝氏度。火山灰質(zhì)材料為高爐礦渣。膨脹樹脂為聚丙烯酸鈉。

其制備方法，包括以下步驟：

（1）將硫酸鋁鹽水泥熟料、火山灰質(zhì)材料、煅燒硅藻土、增強骨料、生石灰和氫氧化鈉混合均勻，備用；

（2）加熱可膨脹石墨，使其保持膨脹狀態(tài)，然后加入步驟1所述的混合物，混合均勻；

（3）將步驟2所得混合物依次與有機膨潤土、碳纖維、聚丙烯酰胺和水玻璃混合均勻，既得疏浚淤泥復(fù)合固化劑。

實施例2

一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑，包括以下重量份的組分：硫酸鋁鹽水泥熟料25份，可膨脹石墨32份，有機膨潤土5份，火山灰質(zhì)材料3份、煅燒硅藻土2份、增強骨料4份、生石灰6份、氫氧化鈉12份、所述膨脹樹脂9份、水玻璃7份、碳纖維6份。可膨脹石墨的膨脹溫度范圍為200~400攝氏度。火山灰質(zhì)材料為粉煤灰。膨脹樹脂為聚丙烯酰胺。制備方法與實施例1相同。

實施例3

一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑，包括以下重量份的組分：硫酸鋁鹽水泥熟料30份，可膨脹石墨34份，有機膨潤土6份，火山灰質(zhì)材料5份、煅燒硅藻土3份、增強骨料5份、生石灰8份、氫氧化鈉13份、所述膨脹樹脂10份、水玻璃5份、碳纖維7份。可膨脹石墨的膨脹溫度范圍為200~400攝氏度。火山灰質(zhì)材料為粉煤灰。膨脹樹脂為聚丙烯酰胺。

制備方法與實施例1相同。

實施例4

一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑，包括以下重量份的組分：硫酸鋁鹽水泥熟料22份，可膨脹石墨36份，有機膨潤土8份，火山灰質(zhì)材料7份、煅燒硅藻土2份、增強骨料5份、生石灰12份、氫氧化鈉15份、所述膨脹樹脂9份、水玻璃8份、碳纖維8份。可膨脹石墨的膨脹溫度范圍為200~400攝氏度。火山灰質(zhì)材料為高爐礦渣：粉煤灰重量比為2:1的混合物。所述膨脹樹脂為聚丙烯酸鈉：聚丙烯酰胺重量比1:3的混合物。

制備方法與實施例1相同。

實施例5

一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑，包括以下重量份的組分：硫酸鋁鹽水泥熟料26份，可膨脹石墨40份，有機膨潤土10份，火山灰質(zhì)材料8份、煅燒硅藻土3份、增強骨料4份、生石灰10份、氫氧化鈉14份、所述膨脹樹脂8份、水玻璃6份、碳纖維7份。可膨脹石墨的膨脹溫度范圍為200~400攝氏度。火山灰質(zhì)材料為高爐礦渣：粉煤灰重量比為2:1的混合物。所述膨脹樹脂為聚丙烯酸鈉：聚丙烯酰胺重量比1:3的混合物。制備方法與實施例1相同。

實施例6

一種疏浚淤泥復(fù)合固化劑，包括以下重量份的組分：硫酸鋁鹽水泥熟料26份，可膨脹石墨40份，有機膨潤土10份，火山灰質(zhì)材料8份、煅燒硅藻土3份、增強骨料4份、生石灰10份、氫氧化鈉14份、所述膨脹樹脂8份、水玻璃6份、碳纖維7份/高效減水劑fdn2份。可膨脹石墨的膨脹溫度范圍為200~400攝氏度。火山灰質(zhì)材料為高爐礦渣：粉煤灰重量比為2:1的混合物。所述膨脹樹脂為聚丙烯酸鈉：聚丙烯酰胺重量比1:3的混合物。制備方法與實施例1相同。

固化效果實驗

實施試驗中，選用某地疏浚淤泥作為試驗淤泥。該淤泥已經(jīng)過人工脫水，含水率約為35％，有機質(zhì)含量約為13％(干基)，化學(xué)成分見：sio253.65、al2o317.47、cao473、fe2o33.22、k2o7.20、mgo2.22、na2o1.19、p2o50.68、tio20.97。將上述將疏浚淤泥過篩；過篩后的淤泥與權(quán)利要求7所制備的疏浚淤泥復(fù)合固化劑按照10:8的重量比混合均勻，自然固化。

采用河北虹宇儀器設(shè)備有限公司研發(fā)的yyw-1無側(cè)限壓力儀，按照《公路土工試驗規(guī)程》(jtge40-2007)中第t0805-1994條對模擬施工的路面底基層進行無側(cè)限抗壓強度試驗。測定不同實施例的含水率。具體結(jié)果見下表。

由上表可知，本發(fā)明的固化劑固化疏浚淤泥效果良好，7天強度達到2.6mpa，28天可以達到3.7mpa，并且脫水效果明顯。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。