CN112876184A - 一种淤泥固化剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种淤泥固化剂及其制备方法和使用方法，属于土木工程材料技术领域。该淤泥固化剂按质量份计由如下组分组成：硫铝酸盐水泥100份、生石灰粉3‑10份、甲基纤维素0.3‑0.5份、钢渣1‑2份、甲酸钾0.3‑0.5份。该淤泥固化剂能够有效克服淤泥中有机质含量高的不利影响，也适应高含水率的情况，能够显著改善现有化学加固技术的应用效果。其制备方法简单，所采用的材料来源广泛，质量稳定，材料组成设计简单。且其施工工艺简单，适应范围更广，便于推广应用，且施工质量容易控制。

Description

一种淤泥固化剂及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种淤泥固化剂及其制备方法和使用方法。

背景技术

我国淤泥分布范围广泛，其强度低、含水率高、有机质含量高等特点对工程应用具有极大的限制，如何处理这些淤泥，成为亟待解决的问题。淤泥固化是一种常用且较有效的方法，近年来，无论是在固化材料的选择、固化材料的配比方面，还是固化淤泥的物理力学性质等方面，相关研究已取得了较大的进展，但仍然存在一些问题和不足。

土壤固化剂是固化处理的关键，它由多种无机或有机材料配制而成，与土壤混合后通过一系列物理化学反应，产生胶结土粒、填充孔隙、离子交换等作用，将松散土体转为致密的土体，能够较大幅度提高土的强度、耐久性等性能。土壤固化剂主要包括无机化合物类、高分子化合物类、生物类、无机化合物/高分子化合物混合类，虽然种类繁多，但迄今为止，无机类土壤固化剂仍是市场上的主流，但适应性强、技术经济效果优异的固化材料尚未明确。

淤泥固化的关键在于解决高含水率和有机质的影响，而对地基加固方法中的化学加固法而言，更主要的则是降低有机质的影响。有机质使土具有较大的水容性和塑性、膨胀性和低渗透性，并使土的酸性增加，通过阻碍水化反应，分解水化产物等，对通常的硅酸盐水泥、石灰等固化材料造成重大影响，以至失效，这大大制约了化学加固技术的应用。

为解决淤泥固化中有机质影响的问题，目前的相关研究也有较多，例如邵玉芳对含腐殖酸软土的加固研究；李雪刚针对杭州地区海相软土开发性能优越的高效复合固化剂等。尽管现有的研究已经取得很大进展，但淤泥固化仍是现在研究与工程实践中的难点，如何减少有机质的不利影响，同时兼顾高含水率特点，依然是淤泥固化中最重要的问题，也是迫切需要解决的问题，有必要探讨新型淤泥固化材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种淤泥固化剂；目的之二在于提供一种淤泥固化剂的制备方法；目的之三在于提供一种淤泥固化剂的使用方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种淤泥固化剂，按质量份计，所述淤泥固化剂由如下组分组成：硫铝酸盐水泥100份、生石灰粉3-10份、甲基纤维素0.3-0.5份、钢渣1-2份、甲酸钾0.3-0.5份。

优选地，所述硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥。

优选地，所述生石灰粉为Ⅱ级以上钙质石灰粉，粒径小于2.36mm。

优选地，所述甲基纤维素中水不溶物小于等于2.0wt％。

优选地，所述钢渣的比表面积大于等于400m²/kg。

优选地，所述甲酸钾的纯度大于等于99％。

2、所述的一种淤泥固化剂的制备方法，所述方法如下：按用量配比分别称取硫铝酸盐水泥、生石灰粉、甲基纤维素、钢渣和甲酸钾，混匀即可。

3、所述的一种淤泥固化剂的使用方法，所述方法如下：

(1)取一部分淤泥干燥后，获得干土；

(2)根据固化强度要求，通过试验确定所述淤泥固化剂与步骤(1)中干土的质量比，从而确定所述淤泥固化剂与步骤(1)中淤泥的质量比；

(3)根据步骤(2)中确定的淤泥固化剂与淤泥的质量比，将淤泥固化剂与淤泥混匀即可。

本发明的技术特点在于：固化剂中硫铝酸盐水泥表面的矿物能够很快与淤泥中的水发生水解和水化反应，水化后主要形成钙矾石等水化产物，可以把淤泥中大量的自由水以结晶水的形式固定下来，随着水化反应的深入，可在淤泥中生成大量的纤维状结晶，并不断延伸填充到淤泥的空隙中，形成网状结构，增大固化淤泥的强度和稳定性。且硫铝酸盐水泥水化反应速度快，放热量比较集中，水化过程受淤泥中有机质的吸附作用影响较小。同时，通过掺加生石灰粉改变水化环境，并与作为晶种的磨细钢渣共同促进水化作用的进行，进一步将甲酸钾作为硫铝酸盐水泥的促凝剂，使土体具有足够的强度与稳定性。通过优化该固化剂中各组分的用量配比，综合各组分相互之间的作用，满足固化土强度的要求，其中，甲酸钾中的钾离子可以降低钙离子的溶解性，但却会加速铝酸盐离子的溶解，在低浓度下，缓凝占主导，在高浓度下，才起增强作用。另外，为使固化土在高含水率情况下质量稳定、拌和均匀，产生可靠效果，采用甲基纤维素控制固化剂的分散特征，改善长期强度情况。最后，可以根据强度需求，采用不同强度等级的硫铝酸盐水泥，并对水泥掺量进行调整，而不同含量有机质的影响，则可通过改变石灰用量进行调节，在有机质量大的情况下，相应增大石灰用量。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种固化剂及其制备方法和使用方法，该固化剂具有如下优点：

1)能够有效克服淤泥中有机质含量高的不利影响，也适应高含水率的情况，能够显著改善现有化学加固技术的应用效果；

2)该淤泥固化剂中所采用的材料来源广泛，质量稳定，材料组成设计简单；

3)该淤泥固化剂施工工艺简单，适应范围更广，便于推广应用，且施工质量容易控制；

4)该淤泥固化剂可利用少量工业固体废弃物，成本较低；

5)该淤泥固化剂中硫铝酸盐水泥契合淤泥固化的特点，不仅早期强度高，而且所产生的钙矾石(AFt)等水化产物在常低温和富水环境下，能够长期稳定。同时，也扩大了硫铝酸盐水泥的应用领域，促进其发展应用，有助于建材的可持续发展。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本发明各实施例中，所使用的硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥；生石灰粉为Ⅱ级以上钙质石灰粉，粒径小于2.36mm；甲基纤维素中水不溶物小于等于2.0wt％；钢渣的比表面积大于等于400m²/kg；甲酸钾的纯度大于等于99％。

实施例1

一种淤泥固化剂，按质量份计，该淤泥固化剂由如下组分组成：快硬硫铝酸盐水泥100份、生石灰粉3份、甲基纤维素0.5份、钢渣1.5份、甲酸钾0.4份。

按上述用量配比分别称取快硬硫铝酸盐水泥、生石灰粉、甲基纤维素、钢渣和甲酸钾，混匀即可。

上述淤泥固化剂按如下方法使用：

(1)取一部分含水率为75％的淤泥干燥后，获得干土；

(2)根据固化土强度大于180kPa的要求，通过试验确定该淤泥固化剂与步骤(1)中干土的质量比为10:100，从而确定实施例1中淤泥固化剂与含水率为75％的淤泥的质量比为5.7:100；

(3)根据步骤(2)中确定的淤泥固化剂与含水率为75％的淤泥的质量比，将淤泥固化剂与含水率为75％的淤泥放入搅拌机中以机械方式强制搅拌2min以混匀，随后将拌和好的固化土分层装入试模成型，试样的养护置于温度为20±2℃、湿度不低于95％的养护室中养护24h后拆去模具，继续在养护室内养护至测试龄期取出。

测定试样的7d无侧限抗压强度值为198kPa，以纯快硬硫铝酸盐水泥代替淤泥固化剂按照上述方法制样，该测定试样7d无侧限抗压强度值为102kPa，以纯硅酸盐水泥代替淤泥固化剂按照上述方法制样，该测定试样7d无侧限抗压强度值为73kPa。

实施例2

一种淤泥固化剂，按质量份计，该淤泥固化剂由如下组分组成：快硬硫铝酸盐水泥100份、生石灰粉7份、甲基纤维素0.4份、钢渣1份、甲酸钾0.3份。

按上述用量配比分别称取快硬硫铝酸盐水泥、生石灰粉、甲基纤维素、钢渣和甲酸钾，混匀即可。

上述淤泥固化剂按如下方法使用：

(1)取一部分含水率为75％的淤泥干燥后，获得干土；

(2)根据固化土强度大于210kPa的要求，通过试验确定该淤泥固化剂与步骤(1)中干土的质量比为10:100，从而确定实施例1中淤泥固化剂与含水率为75％的淤泥的质量比为5.7:100；

(3)根据步骤(2)中确定的淤泥固化剂与含水率为75％的淤泥的质量比，将淤泥固化剂与含水率为75％的淤泥放入搅拌机中以机械方式强制搅拌2min以混匀，随后将拌和好的固化土分层装入试模成型，试样的养护置于温度为20±2℃、湿度不低于95％的养护室中养护24h后拆去模具，继续在养护室内养护至测试龄期取出。

测定试样的7d无侧限抗压强度值为215kPa，以纯快硬硫铝酸盐水泥代替淤泥固化剂按照上述方法制样，该测定试样7d无侧限抗压强度值为102kPa，以纯硅酸盐水泥代替淤泥固化剂按照上述方法制样，该测定试样7d无侧限抗压强度值为73kPa。

实施例3

一种淤泥固化剂，按质量份计，该淤泥固化剂由如下组分组成：快硬硫铝酸盐水泥100份、生石灰粉10份、甲基纤维素0.3份、钢渣2份、甲酸钾0.5份。

按上述用量配比分别称取快硬硫铝酸盐水泥、生石灰粉、甲基纤维素、钢渣和甲酸钾，混匀即可。

上述淤泥固化剂按如下方法使用：

(1)取一部分含水率为85％的淤泥干燥后，获得干土；

(2)根据固化土强度大于180kPa的要求，通过试验确定该淤泥固化剂与步骤(1)中干土的质量比为10:100，从而确定实施例1中淤泥固化剂与含水率为85％的淤泥的质量比为5.4:100；

(3)根据步骤(2)中确定的淤泥固化剂与含水率为85％的淤泥的质量比，将淤泥固化剂与含水率为85％的淤泥放入搅拌机中以机械方式强制搅拌2min以混匀，随后将拌和好的固化土分层装入试模成型，试样的养护置于温度为20±2℃、湿度不低于95％的养护室中养护24h后拆去模具，继续在养护室内养护至测试龄期取出。

测定试样的7d无侧限抗压强度值为190kPa，以纯快硬硫铝酸盐水泥代替淤泥固化剂按照上述方法制样，该测定试样7d无侧限抗压强度值为69kPa，以纯硅酸盐水泥代替淤泥固化剂按照上述方法制样，该测定试样7d无侧限抗压强度值为56kPa。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种淤泥固化剂，其特征在于，按质量份计，所述淤泥固化剂由如下组分组成：硫铝酸盐水泥100份、生石灰粉3-10份、甲基纤维素0.3-0.5份、钢渣1-2份、甲酸钾0.3-0.5份。

2.如权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥。

3.如权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述生石灰粉为Ⅱ级以上钙质石灰粉，粒径小于2.36mm。

4.如权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述甲基纤维素中水不溶物小于等于2.0wt％。

5.如权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述钢渣的比表面积大于等于400m²/kg。

6.如权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述甲酸钾的纯度大于等于99％。

7.权利要求1-6任一项所述的一种淤泥固化剂的制备方法，其特征在于，所述方法如下：按用量配比分别称取硫铝酸盐水泥、生石灰粉、甲基纤维素、钢渣和甲酸钾，混匀即可。

8.权利要求1-6任一项所述的一种淤泥固化剂的使用方法，其特征在于，所述方法如下：

(1)取一部分淤泥干燥后，获得干土；

(2)根据固化强度要求，通过试验确定所述淤泥固化剂与步骤(1)中干土的质量比，从而确定所述淤泥固化剂与步骤(1)中淤泥的质量比；

(3)根据步骤(2)中确定的淤泥固化剂与淤泥的质量比，将淤泥固化剂与淤泥混匀即可。