CN112551837A

CN112551837A - 一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂

Info

Publication number: CN112551837A
Application number: CN202011393892.8A
Authority: CN
Inventors: 薛丹璇; 张兴宇; 朱晓东; 顾琳琳; 王振; 谢阿明; 孟维伟; 徐辉; 姜涛; 高佳宁; 郭丽苹; 罗瑞琪; 郝东旭; 由婷婷; 肖云飞
Original assignee: North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-03-26

Abstract

一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂，由下列原料按照如下的百分比均匀混合而成，高分子多糖5～30％、氧化钙40～70％、氯化钙10～30％和硅酸钠5～20％。该固化剂是基于高分子多糖诱导钙化的固化原理配制的，能在较低添加量下迅速将高含水率淤泥凝固，可广泛应用于各种淤泥、盾构泥浆的固化处理及资源化再利用，且其配方不涉及污染有害物质，符合绿色环保的要求。

Description

一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂

技术领域

本发明属于土木工程材料领域，特别涉及一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂。

背景技术

淤泥具有含水量高、含盐量高、力学性能差等特性，不可直接应用于填筑路基。在道路施工过程中，需对淤泥地段进行挖除，采用回填土进行处治，但开挖淤泥具有工程量较大、造价高、占用场地多等缺点。因此，在实际工程应用中采用固化剂对淤泥进行固化处理，固化改良是向力学性质差的淤泥质土中添加固化材料，通过固化材料的化学、物理作用提高土体的抗压强度、耐冻性、抗干湿性以及降低渗透性等以达到改良淤泥质土性质的目的。采用固化剂改良的方式处理淤泥质土不仅能有效的提高它抗压强度等性能，也有利于节约土地资源和环境的保护。研究以节能、绿色为指导的淤泥固化技术，对淤泥进行固化处理使其转化为道路路基的填筑材料，处理盾构机产生的淤泥、保护环境及节约工程造价等方面具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂，该固化剂是基于高分子多糖诱导钙化的固化原理配制的，能在较低添加量下迅速将高含水率淤泥凝固，可广泛应用于各种淤泥、盾构泥浆的固化处理及资源化再利用，且其配方不涉及污染有害物质，符合绿色环保的要求。

如上构思，本发明所采用的技术方案为：一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂，其特征在于：由下列原料按照如下的百分比均匀混合而成，高分子多糖5～30％、氧化钙40～70％、氯化钙10～30％和硅酸钠5～20％。

进一步，所述高分子多糖采用玉米糊精、淀粉、羧甲基纤维素钠中的一种或几种。

进一步，所述硅酸钠的模数为1～4。

本发明的固化原理为：本发明固化剂由高分子多糖、氧化钙、氯化钙和硅酸钠组成，当其与淤泥混合后，高分子糖迅速溶解成分子状态，自组装形成纤维状微纳米结构网络，将自由水、淤泥固体组分和固化剂组分固定锁住，限制其自由流动。然后，高分子糖的羟基官能团与氧化钙表面钙位点和氯化钙解离的钙离子配位熬合，诱导钙化形成氢氧化钙网络，最终缓慢转化为碳酸钙网络。同时，硅酸钠与钙离子作用硅聚合网络，进一步增强淤泥固化后强度。

本发明的使用过程是：将本固化剂与含水淤泥按照一定比例搅拌混合即可固化，静置适当时间可增强固化淤泥强度。固化剂添加比例根据淤泥含水率高低进行确定，通常为1％～10％。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

1、本发明受启发于糯米砂浆，以天然高分子多糖为钙化诱导试剂，不仅可以高效诱导硅钙聚合网络的结构有序化，增强固化强度，而且具有天然绿色环保的优点。

2、本发明天然高分多糖具有大量羟基官能团，易通过氢键和自组装作用将淤泥中自由水锁住，加大固化速率。

3、本发明制备工艺简单，无需复杂的合成设备，可以实现规模化大批量生产。

4、本发明配方添加量低，对于含水率高达50％的淤泥，仅需添加5％的固化剂配方，可实现淤泥的快速固化，1天强度达1MPa，7天强度在2MPa以上。

附图说明

图1为本发明实施例1中淤泥的实物图。

图2为本发明实施例1中固化土样实物图。

图3为本发明实施例2中固化土样实物图。

图4为本发明实施例3中固化土样实物图。

图5为本发明实施例5中固化土样实物图。

图6为本发明实施例6中固化土样实物图。

图7不同实施例中固化土样的圆锥入土深度对比图。

图8不同实施例中固化土样的无侧限抗压强度对比图。

图9最大干密度条件下无侧限压缩强度及含水率变化

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。

本发明提供一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂，该固化剂利用高分子糖为诱导试剂，通过糖分子诱导调控氧化钙的钙化过程和自组装锁水原理，不仅可以将高含水率淤泥快速固化，而且符合当今绿色环保要求。

实施例1

按照羧甲基纤维素钠(30％)、氧化钙(40％)、氯化钙(10％)和硅酸钠(1模，20％)组成比例配制固化剂1。称取淤泥干粉100克，加水50毫升，配制含水率50％的淤泥。称取5克固化剂1，加入到上述含水淤泥中，快速搅拌均匀，得到固化淤泥样品1。

图1为含水率50％淤泥的外观性状，图2为加入固化剂之后的固化样品外观状态。结果表明：固化剂1可以很好的固化高含水率淤泥。

实施例2

按照玉米糊精(30％)、氧化钙(40％)、氯化钙(10％)和硅酸钠(4模，20％组成比例配制固化剂2，其它实施条件同实施例1，得到固化淤泥样品2(参见图3)。

实施例3

按照淀粉(30％)、氧化钙(40％)、氯化钙(10％)和硅酸钠(2模，20％)，组成比例配制固化剂3，其它实施条件同实施例1，得到固化淤泥样品3(参见图4)。

实施例4

按照玉米糊精(5％)、氧化钙(70％)、氯化钙(20％)和硅酸钠(1模，5％)组成比例配制得到固化剂4。称取淤泥干粉100克，加水50毫升，配制含水率50％的淤泥。称取5克固化剂4，加入到上述含水淤泥中，快速搅拌均匀，得到固化淤泥样品4。

实施例5

按照淀粉(25％)、氧化钙(50％)、氯化钙(20％)和硅酸钠(1模，5％)组成比例配制得到固化剂5，其它实施条件同实施例4，得到固化淤泥样品5(参见图5)。

实施例6

按照淀粉(25％)、氧化钙(30％)、氯化钙(30％)和硅酸钠(3模，15％)组成比例配制固化剂7，其它实施条件同实施例4，得到固化淤泥样品7(参见图6)。

对比例1

称取淤泥干粉100克，加水50毫升，配制含水率50％的淤泥。称取5克硅酸盐水泥(425#)，加入到上述含水淤泥中，快速搅拌均匀，淤泥粘稠度增加，但未固化，不能揉捏成团。

对比例2

称取淤泥干粉100克，加水50毫升，配制含水率50％的淤泥。称取10克硅酸盐水泥(425#)，加入到上述含水淤泥中，快速搅拌均匀，淤泥粘稠度增加显著，但未固化，不能揉捏成团，放置6小时之后，成固化状态。

对比例3

将对比例1中“硅酸盐水泥”改为“石灰”，其它条件同对比例1，得到淤泥样品未固化，揉捏不能成团。

上述实施例说明：本发明可在短时间内降低流塑态高含水率淤泥质土的流动性以及析出的水分，并且1天内无侧限抗压强度达1MPa，7天风干强度达2MPa以上(图7-9)，可有效的对高含水率淤泥质土进行固化，固化后的土可用作相关道路、建筑工程。

本发明是基于高分子多糖的诱导钙化原理研制出的固化剂，不仅具有高效的固化高含水率淤泥，而且符合当前绿色环保的要求，进而在淤泥资源化再利用领域展现极大应用前景。本发明配方配制方法工艺简单，原料成本低，适于工业化生产。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂，其特征在于：由下列原料按照如下的百分比均匀混合而成，高分子多糖5～30％、氧化钙40～70％、氯化钙10～30％和硅酸钠5～20％。

2.根据权利要求1所述的一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂，其特征在于：所述高分子多糖采用玉米糊精、淀粉、羧甲基纤维素钠中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种基于高分子多糖诱导钙化的淤泥固化剂，其特征在于：所述硅酸钠的模数为1～4。