CN103319122A - 一种综合利用碱渣的淤泥固化材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料主要包括如下组成（以重量百分数计）：碱渣50-70%；粉煤灰0-30%；水泥10-20%；石灰8-15%；激发剂0.5-2%。本发明公开的淤泥固化材料以废弃碱渣为主要原料，并辅以粉煤灰、水泥以及石灰等工业废弃物或者廉价原料，从而既实现工业废弃物再利用，降低环境污染，同时又降低淤泥固化生产成本，提升淤泥固化产品的质量，实现道路地基和路基填料等工程建设应用，降低对建筑用碎石的需求，从而降低建设原料成本和运输成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种淤泥固化材料，特别是一种综合利用碱渣的淤泥固化材料。
背景技术
淤泥类土是在静水或缓慢的流水（海滨、湖泊、沼泽、河滩）环境中沉积，经生物化学作用形成的含有较多有机物、未固结的饱和软弱粉质粘性土。其主要特点是孔隙比大于1，天然含水率大于液限。根据孔隙比大小，又可分为淤泥（sludge，孔隙比大于1.5）和淤泥质土（sludgy soil，孔隙比1～1.5)。淤泥和淤泥质土具有透水性弱、强度低、压缩性高等特点。其承载力一般小于100千帕，被视为软弱地基土。主要来源于生物粉尘、宇宙大气沉降以及地表水土流失等，经河流、湖泊运输至港口或者河流出海口，在河道、港口以及江河出海口处等区域沉降淤积。为了保持河道畅通和港口正常运营，需要定期进行清淤作业，挖出的淤泥则需要外运定点对方，不仅仅会占用有限的地表空间，还会造成资源浪费，甚至影响周边生产生活环境。
现阶段，我国纯碱生产大多采用氨碱法，占纯碱总产量的60% 以上，氨碱法生产过程中会产生大量的废渣废液，每吨纯碱生产会产生10立方米左右的固液混合形态的废液，废液中废渣含量约为3-5%。碱渣主要来自氨碱法生产流程中的蒸氨过程所生成的CaCl2、CaCO3和石灰石带来的SiO2、CaCO3，以及由原盐带来的未除尽的少量杂质与其生成物。碱渣为含水率极高的白色膏状物，其天然含水率可达200%，液限在100%以上，塑限也在70%左右，在完全风干的情况下，碱渣时十分松散的粉状物，孔隙众多，强度很低。所排放的碱渣堆积成山，使堆场周边土质受到盐渍化的严重侵蚀，故大量的闲置碱渣既占用了大量的土地，又对环境造成了恶劣的影响。一直以来，国内外都致力于解决碱渣的利用研究，但由于工艺、技术及成本的限制，不能根本有效地解决碱渣堆放及继续排放的问题。
目前国内的基础工程建设中的地基结构层大多以水泥、碎石等传统稳定材料为结构基础，这种工艺必须大量开采山石，会对自然环境造成严重影响。同时石材矿藏是一种储量有限的不可再生资源，开采需要受到严格的监控和限制。另外石材矿藏资源在分布不均，且质量大，造成石材取用不便，同时工程建设用量巨大，这就极大地增强了工程建设成本。而江河、港口等清淤工作所产生的淤泥，不仅分布范围广、数量庞大，而且无论是陆地堆放或者航洋抛弃都会对环境产生较为严重的影响甚至破坏，而且是一种资源的浪费。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种综合利用碱渣的淤泥固化材料，以废弃碱渣为主要成分作为淤泥固化材料，不仅仅充分合理利用了氨碱生产工业废弃物，解决碱渣废弃物排放堆放问题，同时还降低了淤泥固化成本，改善和提高淤泥固化产品的性能，扩大了淤泥固化产品的应用。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料，主要包括如下组成（以重量百分数计）：碱渣50-70%；粉煤灰0-30%；水泥10-20%；石灰8-15%；激发剂0.5-2%。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料的一种改进，所述石灰满足：CaO·MgO含量≥70%，细度0.125mm≤15%。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料的又一种改进，所述粉煤灰满足：边长0.045mm方孔筛筛上余量≤45%，烧失量≤15%。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料的又一种改进，所述激发剂为硅酸盐。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中碱渣的作用，一是碱渣的主要成分是CaCO3、CaSO4及铝、铁、硅的氧化物，它们都可以作为土骨架的组成部分，二是CaCO3、Al2O3、Fe2O3和SiO2可以在土壤间产生胶结作用。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中粉煤灰的作用是既可以填充土体颗粒间隙，发挥“微集料填充效应”，又可以为水化反应提供充分的钙铝矿物，有效促进水化反应。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中水泥组份的作用是经水化、水解反应生成水化胶凝物质，产生土颗粒的胶结作用。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中氧化钙的作用，一是具有强吸水性，可以显著降低淤泥固化初期的含水率；二是氧化钙吸收自由水反应生成大量氢氧化钙，为淤泥的固化反应提供了适宜的碱性环境，有利于固化反应的发生。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中激发剂的作用是能够促进碱渣中玻璃体结构解体，加速碱渣的分散及活性组分的溶出，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙，同时还能有效激发土颗粒中的矿物组分活性，加快水化进程。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料，以碱渣为主体材料，配合粉煤灰、水泥、石灰以及激发剂各组分搅拌为均质材料直接得到固化材料，将淤泥固化得到合格的土工建设材料，广泛应用于路基路堤、围堰坝堤、工程回土填筑、地面硬化以及绿化种植基土等多项工程建设领域。固化淤泥建设材料的应用，既解决了疏浚淤泥的占地堆放，也使占用了大量土地的闲置碱渣得到充分有效地利用，避免了其对环境造成恶劣影响，实现了固体废弃资源的循环再生利用。同时降低了土工建设的基础原料的取材难度，降低工程建设难度和缩短工期，降低建设成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料，主要包括如下组成（以重量百分数计）：碱渣50-70%；粉煤灰0-30%；水泥10-20%；石灰8-15%；激发剂0.5-2%。
作为一种优选，所述石灰满足：CaO·MgO含量≥70%，细度0.125mm≤15%。
作为一种优选，所述粉煤灰满足：边长0.045mm方孔筛筛上余量≤45%，烧失量≤15%。
作为一种优选，所述激发剂为硅酸盐。
实施例一
本实施例中各组分的重量百分比为碱渣65%；水泥20%；石灰14%，激发剂1.0%。其中水泥标号不低于#325，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和200千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达0.29MPa,14d无侧限抗压强度达0.33MPa, 28d无侧限抗压强度为0.52MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -7cm/s。
实施例二
本实施例中各组分的重量百分比为碱渣60%；粉煤灰5%；水泥20%；石灰14%，激发剂1.0%。其中水泥标号不低于#325，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和200千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达0.30MPa,14d无侧限抗压强度达0.34MPa, 28d无侧限抗压强度为0.51MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -7cm/s。
实施例三
本实施例中各组分的重量百分比为碱渣50%；粉煤灰24%；水泥15%；石灰10%，激发剂1.0%。其中水泥标号不低于#325，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和200千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达0.3MPa,14d无侧限抗压强度达0.36MPa, 28d无侧限抗压强度为0.48MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -7cm/s。
实施例四
本实施例中各组分的重量百分比为碱渣50%；粉煤灰30%；水泥10%；石灰8%，激发剂2.0%。其中水泥标号不低于#325，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和200千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达0.28MPa,14d无侧限抗压强度达0.34MPa, 28d无侧限抗压强度为0.50MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -7cm/s。
实施例五
本实施例中各组分的重量百分比为碱渣70%；水泥18%；石灰10%，激发剂2.0%。其中水泥标号不低于#325，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和200千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达0.45MPa,14d无侧限抗压强度达0.58MPa, 28d无侧限抗压强度为1.02MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10 -7cm/s。
本发明中各组分的配比并不局限于上述实施例所示，同时还包括本发明所示其它无法穷举的可行方案。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中碱渣的作用，一是碱渣的主要成分是CaCO3、CaSO4及铝、铁、硅的氧化物，它们都可以作为土骨架的组成部分，二是CaCO3、Al2O3、Fe2O3和SiO2可以在土壤间产生胶结作用。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中粉煤灰的作用是既可以填充土体颗粒间隙，发挥“微集料填充效应”，又可以为水化反应提供充分的钙铝矿物，有效促进水化反应。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中水泥组份的作用是经水化、水解反应生成水化胶凝物质，产生土颗粒的胶结作用。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中氧化钙的作用，一是具有强吸水性，可以显著降低淤泥固化初期的含水率；二是氧化钙吸收自由水反应生成大量氢氧化钙，为淤泥的固化反应提供了适宜的碱性环境，有利于固化反应的发生。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料中激发剂的作用是能够促进碱渣中玻璃体结构解体，加速碱渣的分散及活性组分的溶出，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙，同时还能有效激发土颗粒中的矿物组分活性，加快水化进程。
本发明公开的综合利用碱渣的淤泥固化材料，以碱渣为主体材料，配合粉煤灰、水泥、石灰以及激发剂各组分搅拌为均质材料直接得到固化材料，将淤泥固化得到合格的土工建设材料，广泛应用于路基路堤、围堰坝堤、工程回土填筑、地面硬化以及绿化种植基土等多项工程建设领域。固化淤泥建设材料的应用，既解决了疏浚淤泥的占地堆放，也使占用了大量土地的闲置碱渣得到充分有效地利用，避免了其对环境造成恶劣影响，实现了固体废弃资源的循环再生利用。同时降低了土工建设的基础原料的取材难度，降低工程建设难度和缩短工期，降低建设成本。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种综合利用碱渣的淤泥固化材料，其特征在于：所述综合利用碱渣的淤泥固化材料主要包括如下组成（以重量百分数计）：碱渣50-70%；粉煤灰0-30%；水泥10-20%；石灰8-15%；激发剂0.5-2%。
2.根据权利要求1所述的综合利用碱渣的淤泥固化材料，其特征在于：所述石灰满足：CaO·MgO含量≥70%，细度0.125mm≤15%。
3.根据权利要求1所述的综合利用碱渣的淤泥固化材料，其特征在于：所述粉煤灰满足：边长0.045mm方孔筛筛上余量≤45%，烧失量≤15%。
4.根据权利要求1所述的综合利用碱渣的淤泥固化材料，其特征在于：所述激发剂为硅酸盐。
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