CN102584165B - 一种淤（污）泥和软基础固化/稳定化的固化剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种淤（污）泥和软基础固化/稳定化的固化剂及其应用，所述固化剂是由水泥熟料5-10份，氢氧化铝10-20份，生石灰10-15份，无水石膏1-5份，特殊石渣粉50-60份，硅酸钠5-10份，氟硅酸钠0.1-3份，阴离子聚丙烯酰胺1-3份，十二烷基苯磺酸钠0.5-1.5份，卡拉胶浓缩粉0.3-1.0份组成，所制成的固化剂pH值为8-9，粒径为0.005-0.15mm。将上述的固化剂5%-10%与淤（污）泥进行均匀拌合，处理后，抗压强度可达0.2-0.4MPa，7天的抗压强度达到0.9-1.85MPa且具有优越的防水性、水稳定性和水硬性的特点，可广泛的应用于围海滩涂的固化处理，河道清淤淤泥固化处理，污水处理厂污泥固化稳定化处理，公路软基层土的强化和河流、湖泊水体底部泥层的防渗漏处理。

Description

一种淤(污)泥和软基础固化/稳定化的固化剂及其应用

技术领域

本发明属于市政和环保工程技术领域，涉及淤（污）泥和软基础固化/稳定化的固化剂，更具体的说是一种使淤污泥和软基础固化稳定化的固化剂及其应用。

背景技术

由于气候和地址运动被不断变化，细小岩石及土壤颗粒在河流和沿海潮汐的作用下，在河道沿岸、海口、水库、湖泊等缓流地带会淤积沉淀形成软弱土层，同时也将上游的生活及工业污染物携带夹杂其中，形成湿软淤泥层。这种软弱土层一般具有颗粒细、有机物含量高、含水量高并不易降水等特点，致使软弱土层的承载力低，孔隙率高，承载后沉降大，很难直接作为建筑地基使用。

随着经济建设的快速发展，工业污染、生活污染已经给城市产生巨量的污泥，在每个城市都要投入巨大的资金进行污泥的处理。可一方面污泥堆放占地会产生污染物扩散和破坏水环境的问题，另一方面建设用地对土方有大量需求，开山采石、挖河采砂会对资源、生态和环境产生难以修复的破坏，故这样的需求与污染之间的矛盾日益突出。为此，国内外开展了大量的软弱土固结研究，其中淤（污）泥的软弱土地基真空预压降水法、抽取沉淀晾干法和固化剂固结等多个方面并取得较好结果的应用领域。

空预压技术存在施工周期较长(5-10个月)和地基降水后的承载力较低(0.01-0.06Mpa)的问题；沉淀晾干法，会带来较多的麻烦一是需要较大的堆放场地，二是抽排的过程造成空气的污染和二次环境污染，还有就是降水后的淤泥要异地拉运、填埋任有可能造成污染环境问题；使用固化剂固结软弱土是最有发展前途的技术。

    国外在淤泥和软基础处理领域有50年的经验，我国的深层搅拌桩技术开展较早，真空预压技术和抽取沉淀晾干技术己经得到大规模应用，但在淤泥和软基础就地稳定处理方面还落后国外至少20年以上，欧洲、美国、日本和俄国等发达国已走在世界前列。芬兰ALLU公司及德国KELLER公司的板体稳定技术国内己在做引进尝试。目前采用的淤泥固化剂主要是水泥、石灰及钢渣类的等，每立方掺量在120-400公斤。用固化剂处理淤泥等软弱土地基，国内外普遍采用的方式是将水泥类无机材料与淤泥一起搅拌均匀，然后进行拉运摊铺或堆载固结。但是水泥类材料用于淤泥固结时的掺加量较大，采用水泥固结高含水率（90-1500%）淤泥和腐殖黑泥，其掺加量范围在12-30%之间，固结淤泥28天后的无侧限抗压强度仅为0.1-0.6Mpa。国内淤泥固化还有采用掺加大量无机材料如粉煤灰、石灰、矿渣、炉渣等，其掺加数量高达25%-60%。因这些材料来源不便、运输量大，难于大面积推广应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种掺加量少、软弱土降水快、承载力高、固结体耐水浸泡性好的固化剂，解决现有淤（污）泥固化技术存在固结体承载力低、淤泥脱水时间长、固化剂后稳定性差的缺点。

为实现上述目的本发明提供如下的技术方案：

一种淤（污）泥和软基础固化/稳定化的固化剂，其特征在于该固化剂为粉剂，由水泥、生石灰、特殊石渣粉、絮凝粉、吸水剂等组成；更加具体的固化剂是由下述重量分数比的原料组成：

水泥熟料5-10份，氢氧化铝10-20份，生石灰10-15份，无水石膏1-5份，特殊石渣粉50-60份，硅酸钠5-10份，氟硅酸钠0.1-3份，阴离子聚丙烯酰胺1-3份，十二烷基苯磺酸钠0.5-1.5份，卡拉胶浓缩粉0.3-1.0份；其中所述的特殊石渣粉指的是：将石渣粉生料经预热器进行预热和部分分解后，采用回转窑进行热交换和熟料烧制，随着石渣粉物料温度升高，石渣粉会变成液相，熟料烧成后，温度开始降低，最后经熟料冷却机将高温熟料冷却至下游输送带进行研磨制成。

本发明公开了固化剂的制备方法，其特征在于：

（1）先将石渣粉熟料与生石灰研磨至粒径达到140-200目；

（2）水泥熟料、氢氧化铝、无水石膏、硅酸钠、氟硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、卡拉胶浓缩粉所需配料按比例与研磨好的特殊石渣粉和生石灰均匀，混合粉磨至勃氏比表面积300- 700m²/kg，制成制成pH值8-9，粒径为0.005-0.15mm的粉状固化剂。

本发明进一步公开的固化剂的制备方法如下：

将特殊石渣粉生料经预热器进行预热和部分分解后，采用回转窑进行热交换和熟料烧制，随着石渣粉物料温度升高，石渣粉会变成液相，熟料烧成后，温度开始降低。最后经熟料冷却机将高温熟料冷却至下游输送带进行研磨，同时将生石灰同步研磨至粉状，粒径达到140-200目左右，最后将水泥熟料、氢氧化铝、无水石膏、硅酸钠、氟硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、卡拉胶浓缩粉等所需配料按比例均匀拌合，混合粉磨至勃氏比表面积300- 700m²/kg，合格后装袋出厂，成品固化剂为灰白色或浅黄色的粉状物，pH值8-9左右，粒径为0.005-0.15。

本发明的固化剂作用原理如下：粉剂主要成分通过水化反应，硅酸二钙和硅酸三钙及钙矾石所形成的结晶水吸收部分水分，所形成的针状结晶体填充空隙，活性无机材料特殊石渣的火山灰反应以及由它们形成结晶和骨架，前期作为通道有利于排出软弱土地基中的水分，后期作为骨架，有利于增加固结体强度，粉状聚丙烯酰胺有效吸收淤泥中的大量水分，并迅速絮凝和团粒化，使细颗粒粗化，提高渗透系数和脱水速度。对于淤泥本固化剂可破坏污泥中微生物细胞结构，促使胞内水的释放，并通过一系列复杂的物理化学反应（如水化反应），将有毒有害的物质固定在固化形成的网链（晶格）中，使其转化成类似土壤或胶结强度很大的固体，从而降低污泥的吸水性，加速污泥脱水的进程。本固化剂的pH值为8-9，属于偏碱性，可以杀死污泥中的病原菌、细菌等，进一步实现污泥的无害化。

根据不同的应用工程设计和实际基础的承载力要求，确定具体使用比例，一般来说含水量在200%以下的淤（污）泥的固化稳定使用月5-8%，每立方掺量为70-120kg。含水量高则掺量越高，承载力要求高则掺加量越高，淤泥里有机物含量高则掺加量越高，固化时间要求短掺量越高。使用本发明的固化剂1小时后抗压强度可达到0.2Mpa左右，含水量可迅速降至95%以下，7日后的无侧限抗压强度可以达到0.90-1.85Mpa，并且具有优越的防水性、水稳定性和水硬性的特点。尤其是淤泥中所含的重金属、病原体等污染物被固结、封闭后大大减少了其渗出率，经检测，有良好的环保性能。经测试可耐长期的海水及淡水的浸泡而不会出现浸出污染物，并能保持较强的承载力。

本发明进一步公开了固化剂在制备作为围海滩涂固化处理，河道清淤淤泥固化处理，污水处理厂污泥固化稳定化处理，公路软基层土强化和河流、湖泊水体底部泥层防渗漏处理的固化剂方面的应用。其中固化剂根据处理对象不同，其使用量一般为5%-10。

本发明的固化剂与现有技术相比所具有的积极效果：

（1）本固化剂制备方法简单，固化效果显著，适用范围广泛，符合环保要求。

（2）本固化剂可广泛的应用于围海滩涂的固化处理，河道清淤淤泥固化处理，污水处理厂污泥固化稳定化处理，公路软基层土的强化和河流、湖泊水体底部泥层的防渗漏处理，固化剂用量一般为5%-10%。

（3）本固化剂制作成本较低，同时进行软弱土固结处理时的掺加量少，固结体强度高、耐水浸泡性好。可广泛的应用于清淤的固化处理，公路软基层土的强化和河流、湖泊水体底部泥层的防渗漏处理，围海、筑岛、叠坝、固结填埋、抢险及软弱土层稳定化处理等。本固化剂为环保、高效产品，必将产生较大的经济效益和较好的社会效益。

具体实施方式

本发明淤（污）泥和软基础固化/稳定化的固化剂的使用方法。但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似组成及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。特别加以说明的是水泥熟料，氢氧化铝，生石灰，无水石膏，硅酸钠，氟硅酸钠，阴离子聚丙烯酰胺，十二烷基苯磺酸钠，卡拉胶浓缩粉各成分均为市场易购材料。

实施例1

水泥熟料5份，氢氧化铝10份，生石灰10份，无水石膏1份，特殊石渣粉50份，硅酸钠10份，氟硅酸钠0.1份，阴离子聚丙烯酰胺1份，十二烷基苯磺酸钠1.5份，卡拉胶浓缩粉1.0份；其中特殊石渣粉的制备：

将用来制备特殊石渣粉的生料经预热器进行预热和部分分解后，采用回转窑进行热交换和烧制熟料，随着温度升高，石渣粉料矿物会变成液相，熟料烧成后，温度开始降低，最后经熟料冷却机将高温熟料冷却至下游输送带进行研磨制成，制备方法采用常规的新型干法水泥回转窑生产工艺。

固化剂的制备方法：

（1）先将石渣粉熟料与生石灰研磨至粒径达到140目；

（2）将水泥熟料、氢氧化铝、无水石膏、硅酸钠、氟硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、卡拉胶浓缩粉等按上述比例与研磨好的特殊石渣粉和生石灰均匀拌合，混合粉磨至勃氏比表面积300m²/kg，制成pH值8，粒径为0.015mm的粉状固化剂。

实施例2

 水泥熟料10份，氢氧化铝20份，生石灰10份，无水石膏5份，特殊石渣粉60份，硅酸钠5份，氟硅酸钠3份，阴离子聚丙烯酰胺3份，十二烷基苯磺酸钠1.5份，卡拉胶浓缩粉0.3份；其中所述的特殊石渣粉的制备方法同实施例1。

固化剂的制备方法：

（1）先将石渣粉熟料与生石灰研磨至粒径达到200目；

（2）将水泥熟料、氢氧化铝、无水石膏、硅酸钠、氟硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、卡拉胶浓缩粉等按上述比例与研磨好的特殊石渣粉和生石灰均匀拌合，混合粉磨至勃氏比表面积700m²/kg，制成pH值8.5，粒径为0.010mm的粉状固化剂。

实施例3

水泥熟料8份，氢氧化铝15份，生石灰10份，无水石膏3份，特殊石渣粉55份，硅酸钠10份，氟硅酸钠2份，阴离子聚丙烯酰胺1.5份，十二烷基苯磺酸钠1.5份，卡拉胶浓缩粉0.8份；

其中所述的特殊石渣粉的制备同实施例1。

固化剂的制备方法：

（1）先将石渣粉熟料生石灰研磨至粒径达到150目；

（2）将水泥熟料、氢氧化铝、无水石膏、硅酸钠、氟硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、卡拉胶浓缩粉等按上述比例与研磨好的特殊石渣粉和生石灰均匀拌合，混合粉磨至勃氏比表面积700m²/kg，pH值9左右，粒径为0.115的粉状固化剂。

实际应用的例子

应用实施例1

2010年12月27日取新田县某路段淤泥，使用本发明稳定固化剂与淤泥的拌合比率为8%，在1立方米淤泥中加入96 kg本固化剂，掺加到淤泥中混合均匀，进行稳定固结试验。取混合后的淤泥在实验室，制成直径50mm尺寸的试块3组各6个共18个试件，将淤泥试块放在模具内放置1天，脱模后室温养生6天，浸水1天，再进行无侧限抗压强度测定。检测结果为7d无侧限强度为1.15-1.78 Mpa，完全满足二级道路、城市次干道底基层的强度要求。

应用实施例2 

2011年6月10日，使用本发明的固化剂对大连某化工厂的污染土壤进行就地稳定固结试验，该厂污泥有4种类型，其中有含水量超过300%的饱水粉煤灰、含水量超过200%的碱渣、含水量在200%以上的重度污染淤泥、含水量在200%左右的轻度污染泥浆软泥，淤（污）泥深度最深为4米，平均2.5米，分别进行了固化后2小时和24小时及168小时的的试验和观察。使用剂量分别为10%、12%、10%、8%，除碱渣外，其他淤泥、污泥在稳定2小时后已无水迹，28吨履带式挖机在垫木板的状态下可以作业，24小时后可以满足3吨轮式拖拉机作业，含水量较大的碱渣在48小时后可上轮式机械作业，72小时遇到下大雨，积水都不往下渗，168小时后总重量50吨的渣土车可以通过，路面不开裂不下陷。

应用实施例3 

在天津某人工湿地工程中，使用本发明的固化剂对湿地底部作防渗处理，施工时，先对湿地下层土壤进行压实作业，后将固化剂按10%的比例与粘土进行拌合，并喷洒适量水分，约大于土壤最佳含水量的1-2%，随后将混合土摊铺均匀，采用8吨的双滚轮压路机进行碾压成型，养生7天后，使用渗透检测仪进行现场多点检测，平均渗水率为1.0ml/min，属密实不透水。

Claims (3)

1.一种淤泥、污泥和软基础固化/稳定化的固化剂，其特征在于所述固化剂是由下述重量份 数比的原料组成：

水泥熟料5-10份，氢氧化铝10-20份，生石灰10-15份，无水石膏1-5份，特殊石渣粉50-60份，硅酸钠5-10份，氟硅酸钠0.1-3份，阴离子聚丙烯酰胺1-3份，十二烷基苯磺酸钠0.5-1.5份，卡拉胶浓缩粉0.3-1.0份；其中所述的特殊石渣粉指的是：将石渣粉生料经预热器进行预热和部分分解后，采用回转窑进行热交换和熟料烧制，随着石渣粉物料温度升高，石渣粉会变成液相，熟料烧成后，温度开始降低，最后经熟料冷却机将高温熟料冷却至下游输送带进行研磨制成；固化剂的制备方法：（1）将特殊石渣粉与生石灰研磨至粒径达到140-200目；（2）水泥熟料、氢氧化铝、无水石膏、硅酸钠、氟硅酸钠、阴离子聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、卡拉胶浓缩粉按比例与研磨好的特殊石渣粉和生石灰均匀 拌合，混合粉磨至勃氏比表面积300- 700m²/kg，制成pH值8-9，粒径为0.005-0.15mm的粉状固化剂。

2.权利要求1所述固化剂在制备作为围海滩涂固化处理，河道清淤淤泥固化处理，污水处理厂污泥固化稳定化处理，公路软基层土强化和河流、湖泊水体底部泥层防渗漏处理的固化剂方面的应用。

3.权利要求2所述的应用，其中固化剂根据处理对象不同，其使用量一般为5%-10%。